BR102012005908A2

BR102012005908A2 - Acessório de teste ultrassônico para uma roda, e , método para teste ultrassônico de uma roda

Info

Publication number: BR102012005908A2
Application number: BR102012005908-8A
Authority: BR
Inventors: John R Oliver; John D Oliver
Original assignee: Amsted Rail Co Inc
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2014-05-27
Also published as: BR102012005908B1; CA2765886A1; US8596125B2; UA102788C2; AU2012200448B1; CN102841147B; EP2538211B1; ES2542642T3; EP2538211A1; EA024303B1; CN102841147A; US20120325005A1; EA201200461A1; CA2765886C

Abstract

ACESSÓRIO DE TESTE ULTRASSÔNICO PARA UMA RODA, E, METODO PARA TESTE ULTRAS SÔNICO DE UMA RODA. É descrito um método e aparelho para coletar dados de teste ultrassônico de uma roda ferroviária com um aparelho de teste ultrassônico. A roda ferroviária é suportada por dois rolos de acionamento, cada um tendo uma endentação que engata com e rotaciona a roda. Um transdutor de alinhamento move-se através da roda rotativa coletando dados de teste ultras sônico, enquanto um transdutor fixado correlaciona uma posição de referência sobre a roda para os dados de teste coletados. Para manter a precisão da posição de referência com os dados de teste coletados, é desejável manter a estabilidade rotacional da roda, minimizando qualquer instabilidade dinâmica causada por tolerâncias dimensionais na roda. Para mitigarinstabilidades resultantes das tolerâncias dimensionais, as endentações dos rolos de acionamento, que engatam e acionam o flange da roda, são variavelmente espaçadas usando-se um membro resiliente para manter o contato friccional entre a roda e o rolo de acionamento. Isto permite a endentação acomodar as tolerâncias dimensionais variantes do flange de roda, mitigando a possibilidade de instabilidade dinâmica resultante do desvio do flange de roda da endentação.

Description

“ACESSÓRIO DE TESTE ULTRASSÔNICO PARA UMA RODA, E, MÉTODO PARA TESTE ULTRASSÔNICO DE UMA RODA”

REFERÊNCIA A PEDIDOS RELACIONADOS Este pedido refere-se à Patente U.S. No. 5.864.065, concedida em 26 de Janeiro de 1999 a Prorok, e intitulada “Test Apparatus for a Railway Wheel”, que é por meio deste incorporada por referência em sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO Esta invenção refere-se ao teste ultrassônico e, mais particularmente, em uma forma de realização, ao teste ultrassônico de rodas de ferrovia.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Rodas de ferrovia são geralmente de aço batido ou fundido, e a despeito das rigorosas medidas de controle de qualidade, podem conter falhas resultantes do processo de manufatura. Estas falhas podem potencialmente incluir vazios, fissuras, bem como inclusões, que podem enfraquecer a roda e potencialmente resultar em avaria da roda. Teste de ultrassom tem sido comumente empregado para detectar tais falhas.

As rodas de ferrovia, ultrassonicamente analisadas por transdutores de posição fixados, tipicamente examinam a roda e sua estrutura subjacente somente em únicos locais distintos em tomo do perímetro da face de banda de rodagem de roda ou flange de roda. Para obter-se uma análise de diagnóstico mais completa da estrutura inteira da roda, sem a análise intensiva requerida por um transdutor de posição fixado, um método de teste ultrassônico automatizado foi desenvolvido.

O teste ultrassônico automatizado foi desafiado, até certo ponto, pelo tamanho e peso das rodas de ferrovia (tipicamente pesando de 317, 5 kg a 453,6 kg), o que pode tomar a coleta automatizada de precisos dados de teste ultrassônico difícil. Particularmente problemáticas são as rodas de ferrovia com tolerâncias dimensionais que, embora dentro de uma faixa aceitável para fins de produção, impedem a coleta automatizada de precisos dados de teste.

Nos acessórios de teste da arte anterior, a típica roda ferroviária pode ter tolerâncias dimensionais capazes de produzir instabilidades dinâmicas quando a roda é rotacionalmente acionada por exame ultrassônico. Estas instabilidades resultam na deflexão da roda de rotação de linha central axial em tomo do centro geométrico da roda no acessório de teste. Isto comprovou-se problemático, uma vez que a coleta de precisos dados de teste ultrassônico com frequência requer manter uma estável orientação geométrica quando as rodas giram.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Um método e aparelho são providos para a aplicação de teste ultrassônico automatizado para uma roda ferroviária. Para obter-se taxas de coleta de dados mais rápidas, bem como mais precisas, e dados de teste ultrassônico reprodutíveis, um novo método e aparelho são apresentados para mitigar as oscilações e outras instabilidades dinâmicas resultantes da rotação de roda ferroviária nos acessórios de teste ultrassônico. Mais especificamente, uma nova unidade motriz do acessório de teste ultrassônico adaptativamente acomoda tolerâncias dimensionais na roda ferroviária rotativa, deflexões de amortecimento e outras oscilações que de outro modo afetariam potencialmente a precisão e reprodutibilidade dos dados de teste ultrassônico.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS Várias formas de realização do aparelho de teste ultrassônico são descritas e ilustradas nas Figuras anexas. As Figuras são fornecidas apenas como exemplos e não se destinam a ser consideradas como limitações da invenção. Consequentemente, o aparelho de teste ultrassônico e o acessório de teste ultrassônico são ilustrados por meio de exemplo e não por limitação das Figuras anexas, em que: A Fig. 1 é uma vista em elevação em seção transversal, de uma forma de realização exemplar do aparelho de teste ultrassônico;

A Fig. 2 é uma vista em elevação em seção transversal através da seção 2—2 da Fig. 1;

A Fig. 3 é uma vista em elevação frontal do suporte de fixação

e unidade codificadora do aparelho de teste ultrassônico da Fig. 1;

A Fig. 4 é uma vista em elevação lateral da unidade codificadora da Fig. 3;

A Fig. 5 é uma forma de realização ilustrando um circuito de controle esquemático para o aparelho de teste ultrassônico exemplar da Fig. 1;

A Fig. 6 é uma vista em planta do aparelho de teste ultrassônico ilustrado na Fig. 1;

A Fig. 7 é uma vista em elevação através da seção 7—7 da Fig.

6;

A Fig. 8 é uma vista em planta de uma forma de realização da

unidade codificadora;

A Fig. 9 é uma vista isométrica de uma roda ferroviária

exemplar;

A Fig. 10 é uma vista ortográfica de uma forma de realização de um rolo de acionamento unitário da arte anterior exemplar;

A Fig. 11 é uma vista em seção transversal através da seção 10—10 do rolo de acionamento unitário da arte anterior representado na Fig. 10;

A Fig. 12 é uma vista em seção transversal parcial de uma roda exemplar engatando com o rolo de acionamento exemplar representado na Fig. 11;

A Fig. 13 é uma vista em seção transversal de uma forma de realização de um rolo de acionamento dividido exemplar; A Fig. 14 é uma vista ortográfica do rolo de acionamento dividido representado na Fig. 13;

A Fig. 15 é uma vista em seção transversal parcial de uma segunda forma de realização exemplar de um rolo de acionamento dividido;

A Fig. 16 é uma vista lateral ortográfica do membro cilíndrico da segunda forma de realização exemplar da Fig. 15;

A Fig. 17 é uma vista frontal ortográfica do membro cilíndrico ilustrado na Fig. 16;

A Fig. 18 é uma vista lateral ortográfica da seção anular da segunda forma de realização exemplar ilustrada na Fig. 15; e

A Fig. 19 é uma vista frontal ortográfica da seção anular ilustrada na Fig. 18.

DESCRIÇÃO DETALHADA Embora este relatório seja direcionado ao teste de rodas de ferrovia, deve ser compreendido que o aparelho e os métodos de teste descritos neste relatório são igualmente aplicáveis a outras rodas fundidas e forjadas usadas nas indústrias não relacionadas com a indústria de ferrovia. Consequentemente, a descrição do novo método e aparelho, que se refere à rodas de ferrovia, é somente para conveniência.

Aparelho de Teste Ultrassônico de Roda de Ferrovia Uma forma de realização do aparelho de teste ultrassônico é representada na vista em elevação frontal da Fig. 1 e na vista em elevação lateral da Fig. 2. O aparelho de teste ultrassônico é projetado para avaliação não destrutiva e mapeamento de subsuperfície da estrutura de uma roda ferroviária 100 do tipo exemplificado pela ilustração da Fig. 9.

O aparelho de teste ultrassônico compreende, em uma forma de realização, o acessório de teste ultrassônico 11 para capturar e girar a roda e a unidade sensora ultrassônica 90. Além disso, uma CPU (por exemplo, um circuito lógico programável (PLC)) (não mostrado) pode ser usada, em algumas formas de realização, para coordenar as atividades de aquisição de dados da unidade sensora ultrassônica 90 com manuseio, transferência e funções motrizes da roda realizados pelo acessório de teste ultrassônico 11.

O aparelho de teste ultrassônico 10 pode ter muitas diferentes formas de realização que incluem unidades adicionais em várias combinações. Por exemplo, a extensão em que o manuseio do espécime de teste de roda ferroviária é automatizado afetará o número e tipos de unidades requeridas pelo aparelho de teste. Em uma forma de realização, o aparelho de teste 10 pode incluir numerosas unidades opcionais para posicionar e girar o espécime de teste no acessório de teste 11. Estas unidades incluem, em uma forma de realização, uma unidade de transferência 50, uma unidade de carga 60, uma unidade de retenção 120, e uma unidade de restrição 70; além da unidade motriz 80 para girar o espécime de teste. Cada unidade é fixada sobre, ou operável com, nesta forma de realização, a unidade estrutural 12 e o tanque de fluido de acoplamento 22.

Como citado acima, nem todas as unidades citadas são requeridas para a coleta de dados de teste ultrassônico. Por exemplo, em outra forma de realização, a roda 100 é colocada na posição sobre a unidade motriz 80 por um dispositivo manual, tal como um guindaste ou gancho (não mostrado). Como resultado, as unidades de transferência e manipulação de roda não são requeridas nesta forma de realização; em vez disso, somente a unidade estrutural 12, tanque 22, e a unidade motriz 80 são requeridas no acessório de teste 11. Consequentemente, em uma forma de realização, o aparelho de teste 10 pode compreender somente a unidade estrutural 12, a unidade motriz 80 para girar a roda, o tanque 22 para imersão da roda em um fluido de acoplamento, e a unidade sensora ultrassônica 90 para coletar dados de teste ultrassônico.

Outras formas de realização do aparelho de teste ultrassônico podem incluir outras combinações de unidades. Por exemplo, o tanque 22 não é necessário nas formas de realização onde outros meios para acoplar o transdutor ultrassônico com a roda são usados (por exemplo, contato de transdutor direto em vez de acoplamento de imersão).

Referindo-se à Fig. 1, o aparelho de teste ultrassônico 10 representa, em uma forma de realização, um sistema automatizado para a coleta de dados de teste ultrassônico. O aparelho de teste ultrassônico 10, representado na Fig. 1, tem uma unidade estrutural 12 com pernas verticais 14, 16, 18 e 20 ancoradas ao piso 17. Um tanque 22 para reter fluido de acoplamento 155 é fixado sobre as pernas 14, 16, 18 e 20 nas extremidades da perna superior 15. O tanque 22, em uma forma de realização, é mostrado com um formato retangular nas Figs. I e 2. O tanque 22 é definido por uma parede inferior 23, parede lateral frontal 25 (mostrada na Fig. 2), parede lateral traseira 27, primeira parede extrema 29, e segunda parede extrema 31. A parede lateral frontal 25, parede lateral traseira 27, primeira parede extrema 29, e segunda parede extrema 31 formam uma quina de parede superior 33 e incluem um volume 35. Cada parede lateral 25, 27 e parede extrema 29, 31 do tanque 22 tem um flange inferior 37 e um flange superior 39.

Dos cantos 41, o aparelho de teste ultrassônico 10 tem braços verticais 24, 26, 28 e 30 estendendo-se verticalmente para cima do tanque 22 e flanges superior 39. Os braços verticais 24, 26, 28 e 30 são conectados por reforços transversais horizontais 36 e 38 nas extremidades superior 40 da unidade estrutural 12.

Rodas de ferrovia, embora geralmente similares, podem ser construídas em diferentes padrões tendo diferentes dimensões e tolerâncias. 25 Por exemplo, referindo-se à Fig. 9, uma roda ferroviária típica 100, para uso em combinação com o aparelho de teste ultrassônico, é ilustrada. A roda ferroviária 100 inclui um flange de roda 102, face de flange 104, face de banda de rodagem 106, face de aro 108, e cubo 110 com furo de eixo 112. Referindo-se novamente à Fig. 1, uma roda ferroviária 100 é ilustrada no formato de linhas tracejadas em dois diferentes tamanhos para representar a posição geral da roda dentro do aparelho de teste ultrassônico 10. Em uma forma de realização, o teste ultrassônico de uma roda ferroviária 5 começa com a entrada da roda 100, rolando sobre sua face de banda de rodagem 106, para dentro da unidade estrutural 12 da esquerda para direita de uma maneira genericamente vertical ao longo de uma pista de trilho com trilhos guia (não mostrados). A roda 100 move-se sobre o trilho acima citado e encaminha-se para uma posição geralmente central da unidade estrutural 12, 10 acima do tanque 22 e entre os braços verticais 24, 26, 28 e 30, para posicionar a roda para encaixe com a unidade de transferência de roda 50.

Quando a roda 100 é rolada para dentro da posição, sensores (não mostrados) transmitem um sinal indicando a posição da roda 100. Quando a roda alcança uma predeterminada posição no aparelho de teste 10, a unidade de retenção lateral 120 é ativada, parando a roda sobre as primeira e segunda unidades de pista 140, 142 da unidade de carga de roda 60.

Unidade de Retenção de Roda

Referindo-se às Figs. 6 e 7, a unidade de retenção de roda 120 é representada. A unidade de retenção 120 mantém a posição lateral da roda 20 100 sobre o teste de duração de trilho. Por exemplo, em uma forma de realização, rolos de retenção 251, em cada uma das duas subunidades separadas compreendendo a unidade de retenção 120, são traduzidos por cilindros pneumáticos em ambos os trajetos para frente e ao contrário do percurso da roda sobre o trilho para lateralmente capturar a roda.

A unidade de retenção 120 compreende duas subunidades

mecânicas separadas, mas genericamente idênticas, para bloquear cada lado da roda: as primeira e segunda subunidades de rolo de retenção 220, 230. A segunda subunidade de rolo de retenção 230, que está em relação sobreposta à primeira subunidade de rolo de retenção 220, tem uma relação e operação de imagem de espelho com a primeira subunidade de rolo de retenção 220. Nesta forma de realização, todos os componentes da primeira subunidade de rolo de retenção 220 estão também presentes e operam da mesma maneira que a segunda subunidade de rolo de retenção 230. Consequentemente, a descrição e operação da subunidade do rolo de retenção 220 são geralmente aplicáveis à operação da segunda subunidade do rolo de retenção 230. A operação de uma das duas subunidades do rolo de retenção da unidade de retenção de roda 120 é descrita a seguir.

Uma primeira subunidade de rolo de retenção 220 inclui um primeiro cilindro de retenção 222 articulavelmente acoplado a um braço vertical 26 com as manilhas 224 e o primeiro pino 226, da extremidade de cilindro superior 228, e primeiro suporte de inspeção 229. Uma haste reciprocável 232 é extensível do cilindro de retenção pneumático 222 da extremidade inferior de cilindro 234. Uma bucha 250, no segundo furo 246, tem um braço pivô 236 que é acoplado à extremidade distai 233 da haste reciprocável 232 por uma segunda manilha fêmea 240 e um segundo pino 242. Este acoplamento permite rotação pivô do braço de pivô 236 sobre o primeiro eixo pivô 244 (estendendo-se através do segundo fiiro 246) pela haste reciprocável 232. O braço tampão 248 é acoplado à bucha 250, da primeira extremidade de braço tampão 249, com o rolo de retenção 251 fixado sobre o pino 252 da segunda extremidade de braço tampão 253. A reciprocação da haste 232 induz rotação da bucha 250 e do braço tampão 248, para posicionar o rolo de retenção 251 em proximidade com a roda 100, capturando a roda 100 em uma direção do percurso ao longo do trilho.

Na operação, as primeira e segunda subunidades do rolo de retenção 220, 230 atuam juntas com o percurso lateral de bloco da roda 100 sobre o trilho, dentro do aparelho de teste ultrassônico 10 com os rolos de retenção 251 no lado da roda. As subunidades do rolo de retenção 220, 230 são projetadas para automaticamente alinhar a roda 100, dentro do acessório de teste 11, com a subunidade de ponte na preparação para a transferência da roda para a unidade de carga.

Unidade de Transferência de Roda

A roda 100 inicialmente move-se sobre a unidade de transferência de roda 50 e, mais especificamente, para dentro dos braços estendendo-se para baixo 125, 127 e segundo pino 126 da subunidade de ponte 130. Com a roda 100 retida no lugar com a unidade de retenção de roda 120, a subunidade de ponte 130, da unidade de transferência de roda 50, transfere a roda 100 para dentro da unidade de carga de roda 60. A operação, de uma forma de realização da unidade de transferência de roda 50 e suas partes componentes, é descrita em mais detalhes abaixo.

A unidade de transferência de roda 50, representada nas Figs.

1 e 2, tem um primeiro suporte vertical 131 e um segundo suporte vertical 132 estendendo-se para baixo do reforço horizontal 38. Suportes angulares estendendo-se para cima 133, 134 são fixados sobre a parede lateral traseira 27 e são conectados aos suportes verticais 131, 132, respectivamente. Reforços de ancoragem 135 e 136 são posicionados sobre as superfícies externas dos suportes angulares 133, 134 (respectivamente), com cavilhas de fixação 137 estendendo-se através dos reforços, suportes angulares e suportes 131 a 136. Um pino transversal 138 estende-se através dos reforços 135, 136 e suportes angulares 133, 134 com os primeiro e segundo braços estendendo- se para baixo 125 e 127, respectivamente. O segundo pino 126 estende-se entre os braços estendendo-se para baixo 125 e 127.

A unidade de transferência de roda 50, das Figs. 1 e 2, tem cilindro de transferência pneumático 340 fixado em sua extremidade superior 346 por um suporte de inspeção 342 da manilha 344. O suporte de inspeção 342 é fixado sobre os primeiro e segundo suportes verticais 131 e 132. O braço de conexão 348 é articulavelmente conectado em sua primeira extremidade 349 com a haste motriz 350 da extremidade inferior 352 do cilindro de transferência pneumático 340 e é acionavelmente acoplado ao pino cruzado 138 da extremidade inferior 354 do braço de conexão 348.

Após engatar a roda na posição sobre a subunidade de ponte 130, o cilindro de transferência pneumático 340 é acionado para girar a 5 subunidade de ponte 130. Isto ocorre com a extensão da haste motriz 350 pelo cilindro de transferência pneumático 340 girando o braço de conexão 348 e pino cruzado 138, que, consequentemente, gira os braços estendendo-se para baixo 125 e 127 em tomo do eixo geométrico do pino 139 e, desse modo, deposita a roda 100 sobre, ou captura a roda da, unidade de carga de roda 60. 10 Isto localiza a roda 100 sobre as primeira e segunda subunidades de pista de roda 140, 142 da unidade de carga de roda 60.

Unidade de Carga de Roda

Após a unidade de transferência de roda 50 ter posicionado a roda 100 para engatar com as primeira e segunda subunidades de pista de roda 15 140, 142, a unidade de carga de roda 60 abaixa a roda 100 para engatar com os rolos de acionamento 150, 152 da unidade motriz 80. As subunidades de pista de roda, da unidade de carga de roda 60, são parte de duas subunidades separadas e independentes compreendendo a unidade de carga de roda 60. Estas duas subunidades são geralmente idênticas na estrutura e operação, 20 sobrepostas no lado da roda dentro do acessório de teste 11. Em razão das duas subunidades de pista de roda 140, 142 operarem similarmente, como se imagens de espelho, somente a estrutura e operação da subunidade de pista de roda 140 serão descritas.

Uma forma de realização da unidade de carga de roda 60 é 25 ilustrada na Fig. I. Nesta forma de realização, a roda é suportada pelos rolos de carga 145, 146 em ambas as subunidades de pista de roda 140 e 142. As subunidades de pista de roda 140, 142 são imediatamente adjacentes e suportam igualmente a roda 100, centralizada acima das subunidades de pista. As subunidades de pista de roda 140, 142 rotativamente articulam-se para baixo em um arco para abaixar a roda 100, entre as subunidades de pista de roda, sobre os rolos de acionamento da unidade motriz 80.

A operação da subunidade de pista de roda 140 é energizada por um cilindro de carga pneumático 300. O cilindro de carga pneumático 300 é articulavelmente acoplado ao braço vertical 24 com uma manilha 302 e pino 304 da extremidade de cilindro superior 306 e do terceiro suporte de inspeção 308. Uma haste reciprocável 310 com uma extremidade distai 314 é extensível da extremidade inferior 312 do cilindro de carga pneumático 300 e é acoplada ao braço pivô 316, da extremidade de braço pivô 322, por uma bucha 320 e um pino 324. O braço pivô 316, em sua segunda extremidade 319, é fixado a uma bucha 318 sobre o primeiro eixo pivô 244 em sua segunda extremidade.

A primeira subunidade de pista de roda 140, na Fig. 1, tem um braço de pista 144 com um primeiro rolo de carga 145 e um segundo rolo de carga 146 em sua extremidade distai 147. O braço de pista 144 é também fixado ao primeiro eixo pivô 244 e é rotativo por movimento do braço pivô 316 para alinhar os rolos de carga 145, 146 com o trilho (não mostrado) para receber a roda 100.

Similarmente, a segunda subunidade de pista de roda 142 tem um segundo conjunto de rolos de carga 145, 146 para receber e transferir a roda 100 para dentro ou fora do aparelho de teste ultrassônico 10. Como citado acima, a segunda subunidade de pista de roda 142 é sobreposta à primeira subunidade de pista de roda 140, consequentemente, a direção de rotação dos eixos reciprocantes e pivotantes dos diversos componentes são imagens de espelho na direção de movimento dos componentes da subunidade de pista de roda 140.

Usando a unidade de carga de roda 60, os primeiro e segundo rolos de carga 145, 146 das subunidades de pista de roda 140 e 142 abaixam a roda 100 sobre os rolos de acionamento 150, 152 (Vide Fig. 6) da unidade motriz 80. A seguir, as subunidades de pista de roda 140, 142 são movidas para longe do contato com a roda 100. As subunidades de pista de roda 140, 142 são giradas para longe da roda 100, estendendo-se as rodas 310 dos cilindros de carga pneumáticos 300, que movem braços pivô 316, no primeiro eixo pivô 244, para longe da roda.

Unidade de Restrição Vertical de Roda

Além de restringir o movimento lateral da roda 100 no aparelho de teste 10, é também desejável, em certas formas de realização, suportar a parte superior da roda 100 para evitar um momento de virada. A unidade de restrição vertical de roda 70 realiza esta função.

Referindo-se à Fig. 2, após a roda 100 ser transferida para a unidade de carga 60, a unidade de restrição vertical de roda 70 fica em posição para capturar o topo da roda 100 na endentação 362 do rolo de restrição 360. O rolo de restrição 360 é fixado sobre a extremidade distai 364 da haste 366 e é movido para dentro da posição da extremidade superior da roda 100 na unidade estrutural 12 estendendo-se da haste 366 do cilindro de restrição pneumático 370. O cilindro de restrição pneumático 370 é fixado geralmente entre os reforços transversais 32, 34, 36 a 38 da extremidade superior 40 da unidade estrutural 12. A endentação 362, do rolo de restrição 360, captura a extremidade de topo da roda 100 dentro da unidade estrutural 12, mantendo a roda em uma posição vertical durante o ciclo de teste.

A roda 100 fica agora, nesta forma de realização, capturada tanto vertical como lateralmente (sobre o trilho). Com a roda 100 em encaixe com os primeiro e segundo rolos de acionamento 150, 152, a unidade motriz 80 fica disponível para girar os rolos de acionamento 150, 152 e, por sua vez, girar a roda 100.

Unidade Motriz da Roda

Referindo-se às Figs. 2 e 6, a unidade motriz 80 inclui os primeiro e segundo rolos de acionamento 150, 152 que, em uma forma de realização, são posicionados no tanque 22, debaixo da superfície de fluido 154 do fluido de acoplamento 155. O primeiro rolo de acionamento 150 e o segundo rolo de acionamento 152, cada um tem uma endentação arqueada 190, 192, respectivamente, sobre cada circunferência de rolo de acionamento.

5 As endentações 190, 192 do primeiro rolo de acionamento 150 e do segundo rolo de acionamento 152 são alinhadas para engatar uma parte do flange de roda da roda 100 durante teste. As endentações 190, 192 engatam-se com o flange de roda 102 para girar a roda 100.

O primeiro rolo de acionamento 150 é fixado sobre a primeira 10 extremidade 156 do primeiro eixo de transmissão 158. O primeiro eixo de transmissão 158 estende-se através da primeira abertura 160 e da primeira selagem 162 da parede lateral traseira 27 do tanque 22 e através dos primeiro e segundo bloco-coxim e mancai 164, 166, respectivamente. Os primeiro e segundo bloco-coxim e mancai 164, 166 são fixados sobre a placa de mancai 15 168, que é fixada à unidade estrutural 12. Afixada ao primeiro eixo de transmissão 158 está uma primeira roda dentada acionada 170, fixada sobre a segunda extremidade 172 do primeiro eixo de transmissão 158.

Sobreposto ao primeiro rolo de acionamento 150 está o segundo rolo de acionamento 152, sobre a primeira extremidade 180 do 20 segundo eixo de transmissão 174. O segundo eixo de transmissão 174, da Fig. 6, é geralmente paralelo ao primeiro eixo de transmissão 158 e estende-se através da segunda abertura 176 e selagem 178 do tanque 22. O segundo eixo de transmissão 174 continua a estender-se através do terceiro e quarto bloco- coxim e mancai 182 e 184, respectivamente. O terceiro e quarto bloco-coxim 25 e mancai 182 e 184 são fixados sobre a placa de mancai 168. Afixado ao segundo eixo de transmissão 174 está uma segunda roda dentada acionada 186 (mostrado na Fig. 1) fixada sobre a segunda extremidade 188 do segundo eixo de transmissão. Referindo-se novamente à Fig. 1, a unidade motriz de roda 80 também inclui correia motriz 198, que se estende entre a primeira roda dentada acionada 170 e a roda dentada acionadora 200. A roda dentada acionadora 200 é afixada ao eixo de motor 202 estendendo-se do motor de 5 acionamento 204. Similarmente, a segunda correia motriz 206 estende-se entre a roda dentada acionadora 200 e a segunda roda dentada acionada 186. A roda 100 pode ser girada direcionando-se a rotação de qualquer um ou tanto da primeira roda dentada acionada 170 como da segunda roda dentada acionada 186 pelo motor de acionamento 204, girando a roda dentada 10 acionadora 200 e conectando-a com as correntes motrizes 198, 206.

Em uma forma de realização alternativa, um segundo motor de acionamento (não mostrado), com uma roda dentada motriz separada (não mostrado), pode ser utilizado para acoplamento independente da segunda roda dentada acionada 186. Outros tipos de acionamentos poderiam também ser 15 providos; incluindo, por exemplo, correias e roldanas, e acionamentos de engrenagem. Alternativamente, em outra forma de realização, a segunda roda dentada acionada 186 e o segundo eixo de transmissão 174 podem atuar como uma polia louca ou rolo sem acoplamento direto a um motor de acionamento, empregando-se o segundo rolo 152 como uma polia louca para suporte de 20 roda somente.

Referindo-se à Fig. 10, uma vista ortográfica de uma forma de realização exemplar de uma arte anterior, o rolo de acionamento 150 é ilustrado tendo uma pluralidade de furos fixadores de eixo 151. Os furos fixadores de eixo alinham-se com os furos do eixo de transmissão (não 25 mostrado) para permitir ao rolo de acionamento 150, nesta forma de realização, ser afixado ao eixo de transmissão com fixadores rosqueados (não mostrados).

Referindo-se à Fig. 11, uma vista em seção transversal do rolo de acionamento 150, representada na Fig. 10, é ilustrada. Uma endentação 190 para capturar o flange de roda da roda é formada em tomo da circunferência do rolo de acionamento 150. Na forma de realização ilustrada nas Figs. IOe 11, o rolo de acionamento 150 é um componente unitário.

Referindo-se à Fig. 12, o encaixe da roda 100 com a endentação 190 do rolo de acionamento 150 é ilustrado. O rolo de acionamento 150 concede movimento rotacional à roda 100, através da interação friccional entre a endentação 190 do rolo de acionamento 150 e o flange de roda 102 capturado na endentação. Este ajuste friccional e a eficácia do aparelho de teste ultrassônico 10, em geral, são altamente dependentes das tolerâncias dimensionais da roda 100.

Na prática, grandes variações nas tolerâncias dimensionais da roda 100, particularmente, em altas velocidades rotacionais, podem criar instabilidades dinâmicas, fazendo com que a roda 100 afaste-se das endentações nos rolos de acionamento. A precisão de coleta de dados é degradada como um resultado de instabilidades no movimento rotacional produzido pelo movimento errático da roda. Para mitigar oscilações e instabilidades dinâmicas resultantes de tolerâncias dimensionais na roda, uma forma de realização alternativa e nova dos rolos de acionamento é descrita abaixo.

Referindo-se à Fig. 13, uma vista em seção transversal de uma forma de realização de rolo de acionamento exemplar e novo (referido a seguir como um rolo de acionamento dividido 500) é ilustrada. O rolo de acionamento dividido 500, em uma forma de realização, inclui duas seções anulares: uma primeira seção anular 510 afixada ao eixo, e uma segunda seção anular 520 axialmente deslocável em relação à primeira seção anular.

As primeira e segunda seções anulares 510, 520, quando unidas entre si, formam um único rolo de acionamento dividido 500. Nesta forma de realização, uma endentação 291 é formada em tomo da circunferência do rolo de acionamento dividido 500, entre a primeira e a segunda seções anulares 510, 520. Uma bossa anular 522, nesta forma de realização, projeta-se da segunda seção anular 520 para a primeira seção anular 510, mantém um tamanho de espaço mínimo na endentação 190. Alternativamente, a bossa poderia ser provida, em outra forma de realização, 5 sobre a primeira seção anular 510, projetando-se na direção da segunda seção anular 520. A bossa anular 522 não é necessária em todas as formas de realização.

A primeira seção anular 510 tem uma circunferência anular contatando o eixo de transmissão. A primeira seção anular 510 estende-se, 10 nesta forma de realização, axialmente para fora, para formar uma seção genericamente cilíndrica 515. A extremidade distai (extremidade fora de bordo) da seção cilíndrica estende-se radialmente a bordo formando uma tampa extrema 516 substancialmente fechando o cilindro em uma extremidade. A tampa extrema 516 tem uma pluralidade de furos fixadores de 15 eixo 532 estendendo-se através da primeira seção anular 510, para admitir fixadores de eixo 533 para afixar a primeira seção anular 510 ao eixo de transmissão 158.

A segunda seção anular 520, nesta forma de realização, tem uma circunferência anular interna, que se engata com a circunferência externa 20 da seção cilíndrica 515 da primeira seção anular 510. Isto permite a segunda seção anular 520 deslizar através e sobre a primeira seção anular 510, uma vez que um membro resiliente 540 (por exemplo, uma mola helicoidal ou Belleville, ou bucha de borracha) impulsiona a segunda seção anular 520 em direção à primeira seção anular 510.

Em outra forma de realização, a superfície cilíndrica interna da

segunda seção anular 520 e da bossa 522 podem ser chavetadas na superfície cilíndrica externa da seção cilíndrica 515 ao longo de suas superfícies de contato (chavetas não mostradas). As chavetas permitem a segunda seção anular 520 deslizar axialmente com respeito à seção cilíndrica 515. Além disso, as chavetas proveem um trajeto direto para transmissão de força a partir da primeira seção anular 510 para a segunda seção anular 520 com a rotação do eixo de transmissão.

Além dos furos fixadores de eixo 532, o rolo de acionamento dividido 500, em uma forma de realização, inclui um furo fixador combinado 512 estendendo-se completamente através tanto da primeira como da segunda seções anulares 510, 520. Referindo-se novamente à Fig. 13, as primeira e segunda seções anulares 510, 520 são mantidas juntamente com fixadores de conexão 530 (por exemplo, parafusos de cabeça, pinos ou outros prendedores adequados) estendendo-se através dos furos fixadores 512 axialmente paralelos (compreendendo primeiro furo 511 e segundo furo 521). A primeira seção anular 510, em uma forma de realização, tem uma pluralidade de primeiros furos 511 que são, em uma forma de realização, rosqueados e com os quais o fixador de conexão 530 engata-se. A segunda seção anular 520, em uma forma de realização, tem uma pluralidade de segundos furos 521 estendendo-se através da segunda seção anular 520 e que, quando excentricamente alinhados com os primeiros furos 511 na primeira seção anular 510, produzem um furo fixador 512 combinado estendendo- se axialmente através do rolo de acionamento dividido 500. O fixador de conexão 530 estende-se através do furo fixador 512 e, em uma forma de realização, é retido por uma cabeça de fixador 531a uma extremidade do fixador e por uma porca 550 (por exemplo, uma porca de travamento) da extremidade distai do fixador.

Em outra forma de realização, em vez do primeiro furo da primeira seção anular, um pino rosqueado (não mostrado) pode ser afixado à primeira seção anular, com a extremidade do pino rosqueado estendendo-se 25 através do segundo furo. Uma porca de travamento pode ser afixada à extremidade roscada do pino para conectar as primeira e segunda seções anulares.

Em outra forma de realização, a primeira seção anular 510 não requer uma seção cilíndrica 515 ou tampa extrema 516 para afixar a primeira seção anular 510 com o eixo de transmissão 158. Em vez disso, nesta forma de realização, a primeira seção anular 510 pode ser diretamente afixada ao eixo de transmissão com, por exemplo, um ajuste de pressão ou uma chave. Consequentemente, a segunda seção anular 520 pode deslizar diretamente 5 sobre o eixo de transmissão, em vez de sobre a primeira seção anular 510 como na forma de realização anterior.

Em ainda outra forma de realização, a primeira seção anular 510 pode estar fora de bordo da segunda seção anular 520 do eixo de transmissão, ao contrário do lado a bordo, como representado na Fig. 13. 10 Nesta forma de realização, a segunda seção anular 520 está a bordo da primeira seção anular 510, dobrando-se axialmente para dentro em relação à primeira seção anular 510, para criar uma maior endentação 190. Nesta forma de realização, o membro resiliente está localizado sobre o lado a bordo da segunda seção anular 520, provendo uma força de retomo axialmente para 15 fora em direção à primeira seção anular 510.

Em uma forma de realização, no lado fora de bordo da segunda seção anular 520, um membro resiliente 540 (por exemplo, uma mola espiral helicoidal ou uma mola Belleville, como ilustrada na Fig. 14) é capturado entre a cabeça de fixador 531 e a extremidade fora de bordo da 20 segunda seção anular 520. Em outra forma de realização, a orientação do fixador pode ser invertida, para permitir que o membro resiliente seja aprisionado entre a porca 550 e a segunda seção anular 520. A porca 550 pode ser ajustada para desenvolver a desejada força compressiva de mola entre as primeira e segunda seções anulares 510, 520. Em outra forma de realização, a 25 orientação do fixador pode ser invertida, para permitir que o membro resiliente seja aprisionado entre a porca 550 e a segunda seção anular 520. A porca 550 pode ser ajustada para desenvolver a força compressiva de mola desejada entre as primeira e segunda seções 510, 520. A ação de fixação exercida com a segunda seção anular 520, bem como o ajuste de deslizamento, em uma forma de realização, entre a segunda seção anular e a primeira seção anular 510 afixadas, cria uma endentação variavelmente espaçada. A variabilidade dimensional da endentação permite ao rolo de acionamento dividido 500 acomodar variações na espessura do flange de roda quando a segunda seção anular 520 do rolo de acionamento dividido 500 desliza axialmente em relação à primeira seção anular 510. Como resultado, nesta forma de realização, o rolo de acionamento dividido 500 tem uma endentação 291 variavelmente espaçada capaz de acomodar as variações dimensionais da roda, evitando ou mitigando instabilidades e oscilações dinâmicas da roda que de outro modo resultariam no desvio do flange de roda da endentação.

Por exemplo, em uma forma de realização, se a espessura da roda aumentar nas partes do flange de roda, a segunda seção anular 520 do rolo de acionamento dividido 500 pode ser deslocada axialmente para fora em direção à extremidade fora de bordo do eixo de transmissão (em que o rolo de acionamento dividido é fixado) para acomodar a espessura adicional. Esta acomodação do rolo de acionamento dividido 500 quanto à variabilidade dimensional da roda aumenta a estabilidade rotacional da roda, permitindo-a consistentemente funcionar na mesma profundidade radial na endentação, diminuindo as oscilações e instabilidades que de outro modo resultariam da roda suportando a endentação de um rolo de acionamento da arte anterior.

Alternativamente, se a espessura do flange de roda diminuir, a segunda seção anular 520 do rolo de acionamento dividido 500 pode ser deslocada axialmente para dentro, em direção à extremidade a bordo do eixo de transmissão (em que o rolo de acionamento dividido é fixado). Isto permite que a endentação da segunda seção anular permaneça engatada com o flange de roda e continue a prover força de acionamento para a roda. Em uma forma de realização, o membro resiliente no rolo de acionamento dividido 500 são molas Belleville. As molas Belleville podem ser colocadas em numerosas diferentes configurações sobre ou através dos fixadores de conexão 530. Por exemplo, o tamanho e o número de molas 5 Belleville podem ser ajustados para: 1) o tamanho da roda ferroviária, 2), as tolerâncias dimensionais da roda, e 3) o número de fixadores juntos contendo o rolo de acionamento dividido. Além disso, as molas Belleville podem ser em forma de taça ou embutidas entre si (ou em qualquer outra combinação geométrica), para obter-se uma constante de mola desejada.

Em outra forma de realização, em vez de molas Belleville,

molas helicoidais (não mostradas) podem ser usadas para exercer uma força compressiva sobre as primeira e segunda seções anulares 510, 520 do rolo de acionamento dividido 500. Em uma forma de realização, molas helicoidais são centralizadas sobre os fixadores de conexão 530, entre a cabeça de fixador e a extremidade fora de bordo da segunda seção anular 520.

Em outra forma de realização, o membro resiliente pode ser localizado entre as primeira e segunda seções anulares 510, 520. Quando as duas seções anulares são pressionadas fora de bordo, uma força de tensão é desenvolvida no membro resiliente, impelindo as duas seções anulares entre si. Molas helicoidais podem também ser usadas em qualquer

número de diferentes configurações, incluindo, por exemplo, orientações em série ou em paralelo, para obter-se uma constante de mola desejada. Além das molas Belleville e molas helicoidais, muitos outros tipos de membros resilientes estão disponíveis para impelir as primeira e segunda seções anulares 510, 520 entre si.

Por exemplo, buchas de borracha e molas de borracha, construídas a partir de uma variedade de diferentes elastômeros, podem ser empregadas em várias formas de realização, em vez das tradicionais molas Belleville e espirais metálicas discutidas acima. Embora materiais elastoméricos geralmente tenham uma constante de mola menor do que as molas metálicas tradicionais, eles proveem excelente amortecimento de vibração. Em uma forma de realização, molas de borracha e buchas são colocadas em tomo dos fixadores de conexão para manter uma força compressiva sobre o flange de roda ferroviária.

Referindo-se à Fig. 15, uma vista em seção transversal parcial de outra forma de realização do rolo de acionamento dividido 500 é ilustrada. Nesta forma de realização, um membro cilíndrico 560 é afixado à extremidade livre do eixo de transmissão 158. O rolo de acionamento 500 também inclui uma seção anular 570 imediatamente a bordo do membro cilíndrico 560, deslizavelmente engatada com o eixo de transmissão 158.

O membro cilíndrico 560 e a seção anular 570, quando unidos entre si, formam um único rolo de acionamento dividido 500. Nesta forma de realização, uma endentação 190 é formada entre a extremidade direcionada axialmente para dentro do membro cilíndrico 560 e a extremidade direcionada axialmente para fora da seção anular 570. A endentação pelo menos parcialmente captura o flange de uma roda ferroviária (não mostrada). Esta endentação, em uma forma de realização, resume genericamente o formato do flange de roda ferroviária com o qual ela se engata.

Referindo-se à Fig. 16, uma vista lateral ortogonal exemplar do membro cilíndrico 560 é ilustrada. O membro cilíndrico 560, nesta forma de realização, tem uma pluralidade de furos de parafuso fixador 564 estendendo-se através do membro cilíndrico. Parafusos fixadores (não mostrados) estendem-se através destes furos 564 para dentro da extremidade direcionada axialmente para fora do eixo de transmissão (não mostrada), para afixar o membro cilíndrico ao eixo de transmissão. Em outra forma de realização, em vez dos parafusos fixadores, o membro cilíndrico 560 pode ser soldado ou chavetado ao eixo de transmissão. Em uma forma de realização, o membro cilíndrico 560 inclui uma extensão anular 562 que se estende do membro cilíndrico. Esta extensão anular 562 engata com o eixo de transmissão e forma pelo menos uma parte da endentação com a qual o flange da roda ferroviária se engata. Nesta forma de realização, um primeiro furo 566 estende-se através do membro cilíndrico 560 e da extensão anular 562.

Referindo-se à Fig. 17, uma vista frontal ortogonal do membro cilíndrico 560 é ilustrada. Os furos de parafuso fixador 564 são indicados e centralizados localizados no membro cilíndrico 560. Além disso, os primeiros furos 566 são ilustrados radialmente para fora dos furos de parafuso fixador 564. Os primeiros furos 566 funcionam substancialmente em paralelo ao eixo geométrico principal do eixo de transmissão para conectar o membro cilíndrico 560 com a seção anular (não mostrada).

Referindo-se à Fig. 18, uma vista lateral ortogonal da seção anular 570 é representada. Nesta forma de realização, uma circunferência anular interna 574 engata-se deslizavelmente com a circunferência externa do eixo de transmissão (não mostrado). A seção anular 570 também inclui uma pluralidade de segundos furos 572 estendendo-se através da seção anular, para acomodar fixadores para conectar a seção anular com o membro cilíndrico.

Referindo-se à Fig. 19, uma vista frontal ortogonal exemplar da seção anular 570 é ilustrada. Nesta vista, os segundos furos 572 são ilustrados. A circunferência anular interna 574, que engata com o eixo de transmissão para produzir ajuste deslizante, é também ilustrada. Em uma forma de realização, a circunferência anular interna 574 pode ser chavetada no eixo de transmissão (chavetas não mostradas). Isto permite ao eixo de transmissão, nesta forma de realização, transferir força diretamente para a seção anular 570, enquanto ainda permitindo a seção anular ser deslocada axialmente ao longo do eixo de transmissão. Referindo-se novamente à Fig. 15, quando os primeiro e segundo furos do membro cilíndrico 560 e da seção anular 570 são alinhados respectivamente, um furo fixador 512, combinado através do rolo de acionamento 500, é criado. Um fixador 530 (por exemplo, parafusos de cabeça, pinos, cavilhas, etc.) estende-se através do furo fixador 512 para conectar o membro cilíndrico 560 com a seção anular 570. Em uma forma de realização, o fixador é retido por uma cabeça de fixador 531 a uma extremidade do fixador, e por uma porca 550 (por exemplo, uma porca de travamento) a outra extremidade do fixador. Em uma forma de realização, o fixador é deslizavelmente engatado com o primeiro furo do membro cilíndrico e afixado à seção anular.

Em uma forma de realização, um membro resiliente 540 é afixado entre a cabeça de parafuso de tampa 531 e o membro cilíndrico 560, ou alternativamente, entre a porca fixadora 550 e a seção anular 570, para criar uma força compressiva contra o flange da roda ferroviária engatada com a endentação 190 do rolo de acionamento dividido 500. Consequentemente, quando a seção anular 570 é axialmente deslocada, como resultado de um ponto alto (isto é, aumentada espessura) no flange de roda ferroviária, o membro resiliente 540 fica disponível para retomar à seção anular 570 axialmente deslocada quando a espessura de flange diminui de tamanho e, como resultado, continuamente engata-se no flange de roda.

Uma cobertura protetora 575, em uma forma de realização, é afixada ao membro cilíndrico 560 para revestir os fixadores e molas Belleville. Esta cobertura protetora 575 evita o aprisionamento de sujeira e fluido de acoplamento entre as molas Belleville, mantendo a força de mola da mola Belleville acondicionada relativamente constante.

Unidade Sensora Ultrassônica

Referindo-se à Fig. 5, um controle esquemático 400 do sistema de controle do aparelho de teste ultrassônico é ilustrado, que inclui, em uma forma de realização, a unidade sensora ultrassônica 90. A unidade sensora ultrassônica 90 compreende, em uma forma de realização, a unidade de teste ultrassônico, transdutores, e unidade codificadora, para transmitir e receber, bem como processar, sinais ultrassônicos.

Transdutores ultrassônicos

Os transdutores ultrassônicos transmitem sinais para o espécime de teste (isto é, a roda 100) e recebem sinais ultrassônicos refletidos. Os sinais ultrassônicos refletidos proveem os dados necessários para permitir análise e detecção das falhas de subestrutura na roda. Em uma forma de realização da unidade sensora ultrassônica 90, dois transdutores podem funcionar juntos para mapear a posição das falhas no espécime de teste.

Um transdutor fixado 414 é provido em um local fixado em estreita proximidade com a face de aro de roda 108, como observado na Fig. 4, para prover uma posição de referência. O outro transdutor é um transdutor de alinhamento 416, que se move em relação à roda 100 em estreita proximidade com a face de banda de rodagem 106. Para mover o transdutor de alinhamento 416 em relação à roda 100, uma unidade codificadora 402 é usada para mover o transdutor de alinhamento 416 em incrementos fixados para atravessar a roda 100.

Unidade Codificadora

Nesta forma de realização, a unidade codificadora 402 (como ilustrado nas Figs. 3, 4 e 8) é afixada para suporte de fixação 404 e funciona para mover e gravar a posição do transdutor de alinhamento 416, quando ele se move incrementalmente através da roda em etapas discretas. A unidade codificadora sincroniza a aquisição de dados com a posição do transdutor de alinhamento, permitindo ao aparelho de teste ultrassônico precisamente identificar o local e as dimensões de defeitos encontrados na varredura. A unidade codificadora 402 inclui os motores de acionamento de transdutor 406, 408; mesa de controle 410; e braço de transdutor 412. Cada um destes componentes da unidade codificadora 402 são descritos abaixo em mais detalhes.

Motores de Acionamento de Transdutor O suporte de fixação 404, em que a unidade codificadora 402 é fixada, é ancorado ao piso 17, como observado nas Figs. 2 e 3. A unidade codificadora 402 é afixada ao suporte de fixação 404 (acima dos blocos- coxim e mancais 164, 166, 182 e 184) com primeiro ou motor de acionamento de transdutor de direção-x 406 e segundo ou motor de acionamento de transdutor de direção-y fixados na mesa de controle 410 do topo do suporte de fixação 404. Nesta configuração, a mesa de controle 410 e o braço de transdutor 412 são móveis na direção-x do motor de acionamento de transdutor 406 (horizontalmente ao longo do plano, como observado na Fig. 4). Similarmente, um segundo motor de acionamento de transdutor 408 é operável para mover a mesa de controle 410 na direção-y, como observado na Fig. 3. Os motores de acionamento transdutor 406, 408 podem ser, em uma forma de realização, motores micro-escalonados.

Referindo-se à Fig. 4, o braço de transdutor 412 é acionado pela mesa de controle 410. Em sua extremidade distai, o braço de transdutor 412 tem um transdutor de alinhamento 416. O braço de transdutor 412, nesta 20 forma de realização, tem uma forma geralmente conformada em L estendendo-se para baixo para dentro do fluido de acoplamento 155 do tanque 22. O transdutor de alinhamento 416 é acionado em etapas incrementais pelos motores de acionamento transdutor 406, 408 através da mesa de controle 410 e braço de transdutor 412. Com o transdutor de alinhamento 416 controlado 25 pela unidade codificadora 402 e o transdutor fixado 414 posicionado adjacente à roda, os transdutores são preparados para transmitir e receber sinais ultrassônicos sob o controle da unidade de teste ultrassônico.

Unidade de Teste Ultrassônico Referindo-se novamente à Fig. 5, a unidade de teste ultrassônico 451, em uma forma de realização, controla os transdutores 414, 416, incluindo a frequência, voltagem (ou, mais genericamente, o poder do sinal ultrassônico emitido pelo transdutor), taxas de repetição de pulso, 5 seleções de filtro, etc. A unidade de teste ultrassônico 451 também recebe dados de teste ultrassônico dos transdutores 414, 416.

Em uma forma de realização, a unidade de teste ultrassônico 451 também provê portas de entrada e saída (por exemplo, portas USB) para prover capacidade de comunicação diretamente com um computador pessoal 10 470 que está conectado a uma impressora 480. O computador pessoal 470 funciona como uma estação de trabalho para o operador, permitindo o monitoramento de coleta de dados, bem como prover a capacidade para realizar outra análise sobre os dados coletados. O computador pessoal 470 pode incluir software para processar os dados coletados, prover funções de 15 monitoramento de alarme, bem como funções de imageação avançada para exibição dos dados ultrassônicos.

Por exemplo, em uma forma de realização, o transdutor fixado 414 transmite um sinal para a unidade de teste ultrassônico 451 através da linha 452, que é ainda transmitida e armazenada no computador pessoal 470 20 através da linha 471. Similarmente, o transdutor de alinhamento 416 transmite um sinal para a unidade de teste ultrassônico 451 através da linha 454, que é também transmitido e armazenado no computador pessoal 470 para comparação e avaliação através da linha 471.

Controle do Aparelho de Teste Ultrassônico O controle elétrico esquemático representado na Fig. 5 ilustra

uma forma de realização da operação e controle do aparelho de teste ultrassônico 10. O aparelho de teste ultrassônico 10 tem uma unidade sensora ultrassônica 90 operando em cooperação com uma CPU 450 que coordena a unidade sensora ultrassônica 90 com as capacidades de manipulação de roda do acessório de teste ultrassônico 11 (por meio de controle dos cilindros pneumáticos).

Por exemplo, em algumas formas de realização, a CPU 450 é operável como um controlador lógico programável (PLC) para prover sinais de controle através das linhas 456 para os cilindros pneumáticos do acessório de teste ultrassônico 11, para suprimento e transferência da roda 100 para e da unidade estrutural 12. Estes cilindros pneumáticos estão presentes na unidade de retenção lateral, na unidade de restrição vertical, na unidade de transferência, e na unidade de carga. A CPU 450 controla cada um dos cilindros pneumáticos nas unidades acima para posicionar a roda no aparelho de teste 10. Um número de sensores de posição (não mostrados), em comunicação com a CPU 450, dispara a seqüência de manipulação apropriada na CPU 450 quando a roda 100 é inicialmente posicionada no acessório de teste 11.0 aparelho de teste ultrassônico 10 é controlado por programação de software executada pela CPU 450.

Em outras formas de realização, entretanto, a unidade de acionamento pode ser somente o mecanismo de manipulação de roda presente no aparelho de teste ultrassônico (isto é, nenhum controle de cilindro pneumático é necessário). Em algumas formas de realização, a CPU 450 é 20 ainda requerida para controlar a unidade codificadora 402, o transdutor de alinhamento 416, bem como os motores de acionamento transdutor 406, 408. Consequentemente, a CPU 450 é também parte da unidade sensora ultrassônica 90 em algumas formas de realização.

Além de controlar os cilindros pneumáticos, a CPU 450 também controla a operação do motor de acionamento 204 na unidade motriz 80 para girar o espécime de teste. Uma vez que o espécime de teste é engatado com a unidade motriz 80, a CPU 450 pode também, em uma forma de realização, transmitir sinais de controle através da linha 458 para iniciar o motor de acionamento 204 por rotação temporizada da roda 100 na unidade estrutural 12.

A CPU 450, em uma forma de realização, também coordena o controle de partes da unidade sensora ultrassônica 90, incluindo a unidade 5 codificadora para transdutor de alinhamento 416. Nesta forma de realização, a CPU 450 pode prover sinais de controle para motores de acionamento transdutor 406 e 408 através da linha 460 para transdutor de alinhamento 416. Em ainda outras formas de realização, a unidade codificadora 402 e a CPU 450 não são necessárias nas atividades de coleta de dados ultrassônicos não 10 automatizadas.

O sinal do transdutor fixado 414 provê um ponto de referência para observar o local dos defeitos na roda 100, que são gravados com o transdutor de alinhamento 416. Em uma forma de realização, sinais do transdutor de alinhamento 416 e do transdutor fixado 414 podem ser 15 transmitidos através das linhas 454 e 452, respectivamente, para a CPU 450, através das linhas 455 e 453, para auxiliar no controle do acessório de teste 11 e nas apropriadas manipulação e transferência da roda.

Teste ultrassônico de Formação de Fase

Se desejado, mais instrumentação de teste ultrassônico 20 avançado pode ser empregada, incluindo, teste ultrassônico de formação de fase. Em uma forma de realização, a unidade de teste ultrassônico 451 pode ser uma unidade ultrassônica de formação de fase capaz de mais preciso controle de sinais ultrassônicos transmitidos e recebidos de um transdutor de formação de fase. Em uma forma de realização, a unidade ultrassônica de 25 formação de fase inclui uma placa de pulsação/receptora (não mostrada), para transmitir e receber sinais ultrassônicos, e um multiplexador (não mostrado), para tratar os transdutores de fase de multielementos (não mostrados).

Os transdutores de formação de fase têm a construção de multielementos, para permitir a unidade de teste ultrassônico 451 individualmente tratar e ativar elementos específicos no transdutor para produzir uma abertura dinamicamente controlada, tendo uma distribuição calculada de elementos individualmente ativados. Estas aberturas programáveis são personalizadas para cada região de interesse no espécime de teste, provendo a capacidade para 5 focalizar energia ultrassônica em um ângulo e profundidade de um modo que maximize a claridade da representação visual do espécime de teste naquela região. Um transdutor de formação de fase transmissor (isto e, uma abertura de transmissão) e um transdutor de formação de fase receptor (isto é, uma abertura receptora) podem trabalhar juntamente com ângulos receptores e transmissores 10 independentemente selecionados em um predeterminado comprimento focal, para desenvolver a imagem desejada no espécime de teste da região de interesse.

Coleta de Dados de Linha de Referência A instalação inicial da CPU 450 e da unidade de teste ultrassônico 451 inclui o desenvolvimento de uma medição de teste 15 ultrassônico de linha de referência de uma roda de referência tendo o mesmo tamanho que as rodas a serem testadas. Os dados coletados da roda ferroviária de referência proveem uma linha de referência determinada de parâmetros de referência empíricos para a comparação e avaliação dos dados de teste coletados com os transdutores 414, 416 do espécime de teste.

Coleta de Dados do Espécime de Teste

A roda 100, suportada sobre os rolos de acionamento 150, 152, está em posição para teste e avaliação da subsuperfície da face de banda de rodagem 106. Nesta posição, a roda 100 pode ser girada, como observado acima, por atuação do motor de acionamento 204.

Inicialmente, a posição relativa do segundo ou transdutor de

alinhamento 416, em uma forma de realização, é determinada por um sinal medido pelo primeiro ou transdutor fixado 414 sobre a face de aro 108 na Fig.

4. Este sinal de posição relativa é transmitido para a CPU 450 pela unidade de teste ultrassônico 451 sobre a linha 452 e é utilizado para comparar a face de aro 108 com os dados da roda de referência, para posicionar o segundo transdutor 416. A posição do segundo ou transdutor de alinhamento 416 é baseada nos dados empíricos da linha de referência da roda de referência. Esta avaliação então localiza a linha central 118 da face de banda de rodagem 106, 5 que determina a distância de deslocamento do transdutor de alinhamento 416 da face de aro 108 para o flange de roda 102.

Entretanto, nesta forma de realização, o segundo ou transdutor de alinhamento 416 é deslocado da horizontal por um ângulo agudo “a” na Fig. 4. O ângulo agudo “a” é a inclinação do deslocamento angular da face de 10 banda de rodagem 106 de um plano horizontal. Esta inclinação ou afilamento é, desse modo, acomodado pelo acessório de teste para manter o transdutor de alinhamento 416 em uma relação normal ou faceante com a face de banda de rodagem 106.

Em uma forma de realização, a posição inicial do transdutor 15 416 é um deslocamento da face de aro de roda 108 em direção à linha central 118 (Vide Fig. 2) da roda 100. Em seguida, a roda 100 é girada com rolos de acionamento 150, 152. Como a roda 100 gira, um motor de acionamento de transdutor 406, em uma forma de realização, incrementalmente indexa o transdutor de alinhamento 416 em direção ao flange de roda 102. O motor de 20 acionamento de transdutor 406 move o braço 412 e, com ele, o transdutor de alinhamento 416.

Em uma forma de realização, o transdutor 416 é indexado ao longo da face de banda de rodagem 106 à face de aro 108 ao flange de roda 102 em uma taxa de aproximadamente 1,9 mm de deslocamento lateral por 25 revolução de roda, provendo uma faixa de deslocamento de cerca de 17,1 mm ao longo da superfície da face de banda de rodagem 106. Em uma forma de realização, a roda 100 é girada através de nove revoluções em uma taxa predeterminada. O número de revoluções de roda, entretanto, pode ser variado pelo operador para acomodar variações de tamanho de roda ou outras variáveis.

Como os índices de transdutor de alinhamento através da roda, um sinal ultrassônico é transmitido através do fluido de acoplamento 155 no tanque 22 para a face de banda de rodagem 106, para analisar a subsuperfície quanto a várias descontinuidades ou falhas, tais como craqueamentos, vazios, e inclusões. Qualquer uma das anomalias acima pode resultar em uma descontinuidade exemplificada pela presença de um sinal refletido detectado pelo transdutor de alinhamento 416.

O sinal refletido, que pode ser analogizado com um sinal de radar refletido, provê um sinal comparativo com os dados empíricos da linha de referência. A falha de sinal para prover indicação de uma estrutura de roda em bom estado pode resultar em outro teste e avaliação, reparo, ou rejeição, da roda quando usada. No caso de um sinal em excesso de um valor predeterminado, o computador pode prover um alarme ou outro sinal para indicar um produto inaceitável ou indicar a necessidade de refazer o teste.

O aparelho de teste descrito acima, em uma forma de realização, rastreia a localização precisa de qualquer descontinuidade de gravação de uma posição de referência sobre a roda. Com estes dados, o novo aparelho de teste não somente provê um meio prático para prover um teste compreensivo da face de banda de rodagem, mas também uma metodologia para desenvolver um programa de manutenção preditivo usando um banco de dados histórico de assinaturas ultrassônicas para detectar avarias incipientes. Além disso, o novo aparelho de teste provê uma oportunidade para avaliar rodas de ferrovia manufaturadas recentemente, para verificar a integridade estrutural, bem como prover uma verificação sobre a eficácia dos processos de controle de qualidade implementados durante o processo de manufatura.

Embora a invenção tenha sido ilustrada com respeito a diversas formas de realização específicas, estas formas de realização são ilustrativas em vez de limitantes. Várias modificações e adições poderiam ser feitas para cada uma destas formas de realização, como será evidente àqueles hábeis na arte. Portanto, a invenção não deve ser limitada pela descrição acima ou pelas formas de realização específicas providas como exemplos. Em vez disso, a invenção deve ser definida somente pelas reivindicações.

Claims

1. Acessório de teste ultrassônico para uma roda, caracterizado pelo fato de compreender: uma pluralidade de rolos de acionamento para suportar a roda, em que pelo menos um da pluralidade de rolos de acionamento compreende: uma primeira seção anular afixada em tomo de um eixo de transmissão; uma segunda seção anular deslizavelmente engatada em tomo do eixo de transmissão, a segunda seção anular adjacente à primeira seção anular, para formar uma endentação entre a primeira seção anular e a segunda seção anular, para engatar na roda; um fixador conectando a primeira seção anular à segunda seção anular, em que a segunda seção anular é axialmente deslocável em relação à primeira seção anular; e um membro resiliente para impelir a segunda seção anular em direção à primeira seção anular; e um motor de acionamento conectado ao eixo de transmissão para girar o pelo menos um da pluralidade de rolos de acionamento.

2. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender um furo através da segunda seção anular, em que o fixador deslizavelmente engata-se no furo.

3. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o fixador ser afixado à primeira seção anular.

4. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: um primeiro furo através da primeira seção anular; e um segundo furo através da segunda seção anular; em que o fixador estende-se através do primeiro e do segundo furo.

5. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o fixador deslizavelmente engatar com o segundo furo.

6. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o primeiro furo ser rosqueado para engatar com o fixador.

7. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender um tanque.

8. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma unidade estrutural, em que o tanque é fixado à unidade estrutural, e ainda em que a pluralidade de rolos de acionamento é fixada dentro do tanque.

9. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a pluralidade de rolos de acionamento ser fixada dentro do tanque, e ainda em que o tanque contém um fluido de acoplamento.

10. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de ainda compreender um rolo de restrição fixado à unidade estrutural, o rolo de restrição para seletivamente engatar na roda, para manter a orientação vertical da roda sobre a pluralidade de rolos de acionamento.

11. Acessório de teste ultrassônico para uma roda, caracterizado pelo fato de compreender: uma pluralidade de rolos de acionamento para suportar a roda, pelo menos uma da pluralidade de rolos de acionamento para girar a roda, em que pelo menos uma da pluralidade de rolos de acionamento compreende: um membro cilíndrico afixado a um eixo de transmissão; uma seção anular deslizavelmente engatada em tomo do eixo de transmissão, a seção anular adjacente ao membro cilíndrico para formar uma endentação entre o membro cilíndrico e a seção anular para engatar na roda; um fixador conectando o membro cilíndrico à seção anular, em que a seção anular é axialmente deslocável em relação ao membro cilíndrico; e um membro resiliente para impelir a seção anular em direção ao membro cilíndrico; e um motor de acionamento conectado ao eixo de transmissão para girar a pelo menos uma da pluralidade de rolos de acionamento.

12. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação11, caracterizado pelo fato de ainda compreender um furo através do membro cilíndrico, em que o fixador deslizavelmente engata no furo.

13. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação11, caracterizado pelo fato de ainda compreender: um primeiro furo através do membro cilíndrico; e um segundo furo através da seção anular; em que o fixador estende-se através do primeiro e do segundo furo.

14. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação13, caracterizado pelo fato de o fixador deslizavelmente engatar no primeiro furo do membro cilíndrico.

15. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação13, caracterizado pelo fato de o fixador ser estacionário em relação à seção anular.

16. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação11, caracterizado pelo fato de ainda compreender um tanque para conter um fluido de acoplamento.

17. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação11, caracterizado pelo fato de ainda compreender um tanque para conter um fluido de acoplamento, em que a pluralidade de rolos de acionamento é fixada dentro do tanque.

18. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação16, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma unidade estrutural, em que o tanque é fixado à unidade estrutural, e ainda em que a pluralidade de rolos de acionamento é fixada dentro do tanque.

19. Acessório de teste ultrassônico de acordo com a reivindicação18, caracterizado pelo fato de ainda compreender um rolo de restrição fixado à unidade estrutural, o rolo de restrição para seletivamente engatar na roda, para manter a orientação vertical da roda sobre a pluralidade de rolos de acionamento.

20. Método para teste ultrassônico de uma roda, caracterizado pelo fato de compreender: suportar a roda sobre uma pluralidade de rolos de acionamento, pelo menos uma da pluralidade de rolos de acionamento para girar a roda, em que pelo menos uma da pluralidade de rolos de acionamento compreende: um membro cilíndrico afixado a um eixo de transmissão; e uma seção anular adjacente ao membro cilíndrico, para formar uma endentação entre a seção anular e o membro cilíndrico para engatar na roda, em que a seção anular é axialmente deslocável em relação ao membro cilíndrico para acomodar mudanças na espessura da roda; manter uma força compressiva sobre a roda com o membro cilíndrico e a seção anular, enquanto a seção anular é axialmente deslocada; e girar o eixo com um motor de acionamento para girar a pelo menos uma da pluralidade de rolos de acionamento.