EA023217B1 - Стенд для ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных колес - Google Patents

Abstract

В заявке описаны способ и устройство для получения информации ультразвуковых измерений железнодорожного колеса с помощью ультразвукового дефектоскопа. Железнодорожное колесо опирается на два приводных ролика, каждый из которых имеет углубление, взаимодействующее с колесом для обеспечения его вращения. Поперечно вращающемуся колесу перемещается многопозиционный преобразователь, обеспечивающий получение информации ультразвуковых измерений, в то время как неподвижный преобразователь обеспечивает установление соответствия между полученной информацией измерений и опорным положением на колесе. Для обеспечения точности полученных данных относительно опорного положения необходимо поддерживать равномерность вращения колеса для минимизации динамической неравномерности, вызываемой колебаниями размеров колеса. Для ослабления действия неравномерности вращения, вызываемой колебаниями размеров колеса, размеры углублений приводных роликов, взаимодействующие с ребордой колеса, могут изменяться за счет гибкости конструкции приводных роликов для поддержания фрикционного контакта между колесом и приводным роликом. Таким образом, углубление может приспосабливаться к изменяющимся размерам реборды колеса, в результате чего снижается возможность динамической неравномерности, возникающей при выходе реборды колеса из углубления.

Description

(57) В заявке описаны способ и устройство для получения информации ультразвуковых измерений железнодорожного колеса с помощью ультразвукового дефектоскопа. Железнодорожное колесо опирается на два приводных ролика, каждый из которых имеет углубление, взаимодействующее с колесом для обеспечения его вращения. Поперечно вращающемуся колесу перемещается многопозиционный преобразователь, обеспечивающий получение информации ультразвуковых измерений, в то время как неподвижный преобразователь обеспечивает установление соответствия между полученной информацией измерений и опорным положением на колесе. Для обеспечения точности полученных данных относительно опорного положения необходимо поддерживать равномерность вращения колеса для минимизации динамической неравномерности, вызываемой колебаниями размеров колеса. Для ослабления действия неравномерности вращения, вызываемой колебаниями размеров колеса, размеры углублений приводных роликов, взаимодействующие с ребордой колеса, могут изменяться за счет гибкости конструкции приводных роликов для поддержания фрикционного контакта между колесом и приводным роликом. Таким образом, углубление может приспосабливаться к изменяющимся размерам реборды колеса, в результате чего снижается возможность динамической неравномерности, возникающей при выходе реборды колеса из углубления.

023217 В1

Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно патенту И8 5864065, выданному 26 января 1999 г. Ргогок, под названием Устройство дефектоскопии железнодорожного колеса, полное содержание которого вводится посредством отсылки в настоящую заявку.

Область техники

Настоящее изобретение относится к области ультразвуковой дефектоскопии и, более конкретно, к ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных колес.

Уровень техники

Железнодорожные колеса обычно изготавливают из стали ковкой или литьем, и, несмотря на жесткие меры контроля качества, они могут иметь внутренние дефекты, возникающие в процессе производства. Такими дефектами могут быть пустоты, трещины, а также включения, которые могут ослаблять колесо, в результате чего возможно его повреждение. Для обнаружения таких дефектов обычно используются средства ультразвуковой дефектоскопии.

При ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных колес с использованием фиксированных преобразователей обычно колесо и его внутренняя структура проверяются только в дискретных точках по периметру поверхности беговой дорожки или реборды колеса. Для осуществления более полного диагностического контроля всей структуры колеса, без интенсивного анализа, необходимого в случае фиксированного преобразователя, был разработан способ автоматизированной ультразвуковой дефектоскопии.

Для автоматизированной ультразвуковой дефектоскопии некоторую проблему представляют размеры и вес железнодорожных колес (обычный вес от 700 до 1000 фунтов), что может затруднять автоматизированное получение точных данных ультразвукового просвечивания. Особенную проблему представляют отклонения размеров колес, связанные с производственными допусками, которые затрудняют автоматизированное получение точных данных ультразвукового просвечивания.

В известных технических решениях типичное железнодорожное колесо может иметь отклонения размеров, которые могут вызывать динамическую неравномерность, когда колесо вращают на испытательном стенде в процессе проведения ультразвуковых измерений. Эта неравномерность приводит к отклонению колеса от аксиальной центральной линии вращения вокруг геометрического центра колеса на испытательном стенде. Это создает проблемы, поскольку получение точных ультразвуковых измерений часто требует поддержания стабильности геометрической ориентации при вращении колеса.

Сущность изобретения

В настоящем изобретении предлагаются способ и устройство для автоматизированной ультразвуковой дефектоскопии колес. Предложенный способ и устройство позволяет ускорить получение информации измерений, а также повысить точность и воспроизводимость информации ультразвуковых измерений путем снижения колебаний и других динамических неравномерностей, возникающих при вращении колеса на стенде ультразвуковых измерений. Более конкретно, предложенный узел привода стенда ультразвуковых измерений адаптивно приспосабливается к колебаниям размеров вращающегося железнодорожного колеса, ослабляя отклонения и другие колебания, которые потенциально могут ухудшать точность и воспроизводимость полученной информации ультразвуковых измерений.

Краткое описание чертежей

Различные варианты ультразвукового дефектоскопа описаны и иллюстрируются с использованием прилагаемых фигур чертежей. Фигуры даются лишь в качестве примеров и не должны толковаться как ограничения объема изобретения. Соответственно, ультразвуковой дефектоскоп и измерительный стенд, показанные на фигурах, описываются в качестве примеров и никоим образом не ограничивают объем изобретения.

Фиг. 1 - вид сечения вертикальной проекции одного из вариантов ультразвукового дефектоскопа.

Фиг. 2 - вид сечения вертикальной проекции по линии 2-2 фиг. 1.

Фиг. 3 - вид спереди монтажного стенда и узла кодирования ультразвукового дефектоскопа, показанного на фиг. 1.

Фиг. 4 - вид сбоку вертикальной проекции узла кодирования, показанного на фиг. 3.

Фиг. 5 - вид одного из вариантов, на котором иллюстрируются схемы управления для ультразвукового дефектоскопа, показанного на фиг. 1.

Фиг. 6 - вид в плане ультразвукового дефектоскопа, показанного на фиг. 1.

Фиг. 7 - вид сечения вертикальной проекции по линии 1-1 фиг. 6.

Фиг. 8 - вид в плане одного из вариантов узла кодирования.

Фиг. 9 - вид в перспективе железнодорожного колеса.

Фиг. 10 - ортогональная проекция цельного приводного ролика в одном из вариантов известного технического решения.

Фиг. 11 - вид сечения по линии 10-10 цельного ведущего ролика, показанного на фиг. 10.

Фиг. 12 - частичный вид сечения колеса, взаимодействующего с приводным роликом, показанным на фиг. 11.

Фиг. 13 - вид сечения одного из вариантов приводного ролика.

- 1 023217

Подробное описание изобретения

Хотя описание относится к дефектоскопии железнодорожных колес, однако следует понимать, что устройство дефектоскопии и способы, раскрытые в настоящем описании, в одинаковой степени применимы к другим кованым и литым колесам, которые используются в других отраслях промышленности. Соответственно, описание предлагаемого в изобретении способа и устройства на примере дефектоскопии железнодорожного колеса дается лишь в целях более наглядной иллюстрации принципов изобретения.

Ультразвуковой дефектоскоп железнодорожных колес

Один из вариантов ультразвукового дефектоскопа показан на фиг. 1 (вид спереди) и на фиг. 2 (вид сбоку). Ультразвуковой дефектоскоп предназначен для осуществления неразрушающего контроля и для получения изображения внутренней структуры железнодорожного колеса 100, вид которого приведен на фиг. 9.

Ультразвуковой дефектоскоп в одном из вариантов содержит измерительный стенд 11 для установки и вращения колеса и узел 90 ультразвуковых измерений. Кроме того, в некоторых вариантах может использоваться центральный блок управления (например, программируемые логические схемы) для согласования операций по получению данных узла 90 ультразвуковых измерений, а функции по установке, креплению и приводу колеса выполняются измерительным стендом 11.

Ультразвуковой дефектоскоп 10 может быть выполнен в самых разных вариантах, которые могут содержать дополнительные узлы в различных сочетаниях. Например, степень автоматизации операций, осуществляемых с железнодорожным колесом на стенде, будет влиять на количество и типы узлов, которые должны использоваться в дефектоскопе. В одном из вариантов ультразвуковой дефектоскоп 10 может содержать ряд дополнительных узлов, обеспечивающих позиционирование и вращение колеса на измерительном стенде 11. В одном из вариантов такими узлами являются узел 50 передачи, узел 60 загрузки, узел 120 фиксации и узел 70 ограничения, в дополнение к узлу 80 привода для вращения проверяемого изделия. В этом варианте каждый узел устанавливается на раме 12 и резервуаре 22 контактной текучей среды или взаимодействует с ними.

Как уже указывалось, не все из перечисленных узлов необходимы для получения информации ультразвуковых измерений. Например, в другом варианте колесо 100 устанавливают в нужное положение в узле 80 привода с помощью подъемного механизма и крюка (не показаны). В результате в этом варианте нет необходимости в узлах передачи и установки колеса; в этом случае измерительный стенд 11 содержит только раму 12, резервуар 22 и узел 80 привода. Соответственно, в одном из вариантов ультразвуковой дефектоскоп 10 может содержать только раму 12, узел 80 привода для вращения колеса, резервуар 22 для погружения колеса в контактную текучую среду и узел 90 ультразвуковых измерений для получения информации ультразвуковых измерений.

Другие варианты ультразвукового дефектоскопа 10 могут содержать другие сочетания узлов. Например, нет необходимости в резервуаре 22 в тех вариантах, в которых используются другие средства контакта ультразвукового преобразователя с колесом (например, непосредственный контакт преобразователя вместо контакта с использованием текучей среды).

На фиг. 1 представлен вид одного из вариантов ультразвукового дефектоскопа 10, который представляет собой автоматизированную систему получения информации ультразвуковых измерений. Ультразвуковой дефектоскоп 10, показанный на фиг. 1, содержит раму 12 с вертикальными опорами 14, 16, 18 и 20, прикрепленными к полу 17. На верхних концах 14 опор 14, 16, 18 и 20 установлен резервуар 22 для удерживания контактной текучей среды 155. В одном из вариантов резервуар 22, как показано на фиг. 1 и 2, имеет прямоугольную форму. Резервуар 22 формируется нижней стенкой 23, передней боковой стенкой 25 (показана на фиг. 2), задней боковой стенкой 27, первой торцевой стенкой 29 и второй торцевой стенкой 31. Передняя боковая стенка 25, задняя боковая стенка 27, первая торцевая стенка 29 и вторая торцевая стенка 31 формируют верхнюю кромку 33 стенок и охватывают внутреннее пространство 35. Каждая из боковых стенок 25, 27 и торцевых стенок 29, 31 резервуара 22 имеют нижний фланец 37 и верхний фланец 39.

По углам 41 ультразвукового дефектоскопа 10 установлены вертикальные стойки 24, 26, 28 и 30, отходящие вверх от резервуара 22 и верхних фланцев 39. Вертикальные стойки 24, 26, 28 и 30 соединены горизонтальными поперечинами 36 и 38 на верхних концах 40 рамы 12.

Железнодорожные колеса, имеющие, в целом, одинаковую форму, могут изготавливаться по разным стандартам, задающим разные размеры и допуски. Например, на фиг. 9 приведен вид типичного железнодорожного колеса 100, которое проверяется ультразвуковым дефектоскопом. Железнодорожное колесо 100 содержит реборду 102, боковую поверхность 104 реборды, поверхность 106 беговой дорожки, боковую поверхность 108 обода и ступицу 110 с отверстием 112 для оси.

Внешний контур железнодорожного колеса 100 показан на фиг. 1 пунктирными линиями для двух колес разных размеров для изображения положения колеса внутри ультразвукового дефектоскопа 10. В одном из вариантов процесс ультразвуковой дефектоскопии железнодорожного колеса начинается с поступления внутрь рамы 12 колеса 100, катящегося своей поверхностью 106 беговой дорожки по железнодорожному рельсу с направляющими элементами (не показаны) слева направо, причем колесо находится

- 2 023217 в вертикальном положении. Колесо 100 перемещается по рельсу и устанавливается в центральном положении в раме 12 над резервуаром 22 между вертикальными стойками 24, 26, 28 и 30 таким образом, чтобы колесо взаимодействовало с узлом 50 передачи колеса.

Когда колесо 100 катится для установки в нужное место, положение колеса 100 измеряется датчиками (не показаны), которые передают соответствующую информацию. Когда колесо занимает заданное положение в ультразвуковом дефектоскопе 10, включается узел 120 удерживания колеса, который останавливает колесо над первым и вторым подузлами 140, 142 узла 60 загрузки колеса.

Узел удерживания колеса

На фиг. 6, 7 приведен вид узла 120 удерживания колеса. Узел 120 удерживания колеса обеспечивает удерживание колеса 100 на рельсе в процессе измерений, препятствуя боковым смещениям колеса. Например, в одном из вариантов удерживающие ролики 251 в каждом из отдельных подузлов, составляющих узел 120 удерживания колеса, перемещаются пневматическими цилиндрами вперед и назад по путям движения колеса вперед/назад для захвата колеса с боков.

Узел 120 удерживания состоит из двух отдельных, практически одинаковых, механических подузлов для запирания колеса с каждой стороны: первого и второго удерживающих роликовых подузлов 220, 230. Второй удерживающий роликовый подузел 230, расположенный рядом с первым удерживающим роликовым подузлом 220, является его зеркальным отражением. В рассматриваемом варианте все компоненты первого удерживающего роликового подузла 220 аналогичны соответствующим компонентам второго удерживающего роликового подузла 230 и действуют аналогичным образом. Соответственно, описание устройства и действия удерживающего роликового подузла 220, в целом, применимо также и к устройству и действию второго удерживающего роликового подузла 230. Каждый из двух удерживающих роликовых подузлов узла 120 удерживания колеса работает следующим образом.

Первый удерживающий роликовый подузел 220 содержит первый пневматический цилиндр 222, соединенный со стойкой 26 с возможностью поворота с использованием узла, состоящего из серьги 224 и первого штифта 226 на верхнем конце 228 цилиндра и первого кронштейна 229 с проушиной. На нижнем конце 234 пневматического цилиндра 222 имеется выдвижной стержень 232, который может совершать возвратно-поступательное движение. К дальнему концу 233 стержня 232 с использованием второй серьги 240 и второго штифта 242 присоединен поворотный рычаг 236 с втулкой 250 во втором отверстии 246. Такое соединение обеспечивает вращение поворотного рычага 236 на первом поворотном валу 244 (проходит через второе отверстие) стержнем 232, совершающим возвратно-поступательное движение. С втулкой 250 соединен первый конец 249 упорного стержня 248, на втором конце 253 которого имеется удерживающий ролик 251, зафиксированный на штифте 252. В результате возвратно-поступательного движения стержня 232 происходит поворот втулки 250 и упорного стержня 248 для установки удерживающего ролика 251 возле колеса 100, в результате чего происходит захват колеса 100 в одном направлении движения по рельсу.

В процессе работы первый и второй удерживающие роликовые подузлы 220, 230 действуют совместно для предотвращения бокового движения колеса 100 по рельсу внутри ультразвукового дефектоскопа 10 с удерживающими роликами 251 с каждой стороны колеса. Удерживающие роликовые подузлы 220, 230 предназначены для автоматического выравнивания колеса 100 на измерительном стенде 11 с подузлом траверсы, используемым для передачи колеса в подузел загрузки колеса.

Узел передачи колеса

Колесо 100 сначала перемещают в узел 50 передачи колеса и, более конкретно, в отходящие вниз кронштейны 125, 127 и второй штифт 126 подузла 130 траверсы. Когда колесо 100 удерживается на месте узлом 120 удерживания колеса, подузел 130 траверсы узла 50 передачи колеса передает колесо 100 в узел 60 загрузки колеса. Ниже описывается более подробно работа и компоненты используемого в одном из вариантов узла 50 передачи колеса.

Узел 50 передачи колеса, показанный на фиг. 1 и 2, содержит первую вертикальную опору 131 и вторую вертикальную опору 132, отходящие вниз от горизонтальной поперечины 38. Вертикальные угловые кронштейны 133, 134 установлены на задней боковой стенке 27 и соединены с вертикальными опорами 131, 132 соответственно. На внешних поверхностях угловых кронштейнов 133, 134 расположены дополнительные крепежные опоры 135 и 136, соответственно, с крепежные болтами 137, проходящими через эти дополнительные опоры, кронштейны и опоры 131-136. Сквозь дополнительные опоры 135, 136 и угловые кронштейны 133, 134 с первым 125 и вторым 126 кронштейнами, соответственно, отходящими вниз, проходит поперечный штифт 138. Второй штифт 126 проходит между отходящими вниз кронштейнами 125 и 127.

Узел 50 передачи колеса, показанный на фиг. 1 и 2, содержит пневматический цилиндр 340 передачи, верхний конец 346 которого прикреплен к кронштейну 342 с серьгой 344. Кронштейн 342 установлен на первой 131 и второй 132 вертикальных опорах. На нижнем конце 352 пневматического цилиндра 340 передачи имеется приводной стержень 350, с которым соединен первый конец 349 соединительного рычага 348 с возможностью вращения и нижний конец 354 соединительного рычага 348 соединен с поперечным штифтом 138 с возможностью привода.

После установки колеса в нужное положение на подузле 130 траверсы включают пневматический

- 3 023217 цилиндр 340 передачи для поворота подузла 130. При этом выдвигается приводной стержень 350 пневматического цилиндра 340 передачи, поворачивая соединительный рычаг 348 и поперечный штифт 138, который, в свою очередь, поворачивает отходящие вниз кронштейны 125 и 127 вокруг оси штифта 139, в результате чего колесо 100 устанавливается на узел 60 загрузки колеса. При этом колесо 100 устанавливается на первый 140 и второй 142 подузлы рельсового пути колеса узла 60 загрузки колеса.

Узел загрузки колеса

После того как узел 50 передачи колеса позиционирует колесо 100 для взаимодействия с первым 140 и вторым 142 подузлами рельсового пути колеса, узел 60 загрузки колеса опускает колесо 100 для взаимодействия с приводными роликами 150, 152 узла 80 привода. Подузлы рельсового пути колеса в узле 60 загрузки колеса являются отдельными и независимыми подузлами, составляющими узел 60 нагружения колеса. Эти два узла практически идентичны по конструкции и по работе и расположены с обеих сторон колеса в измерительном стенде 11. Поскольку эти два подузла 140, 142 рельсового пути колеса работают одинаковым образом, представляя собой зеркальные отражения друг друга, то будет описана конструкция и работа только подузла 140 рельсового пути колеса.

Один вариант узла 60 загрузки колеса показан на фиг. 1. В этом варианте колесо опирается на ролики 145, 146 загрузки в подузлах 140 и 142 рельсового пути колеса. Подузлы 140 и 142 рельсового пути колеса находятся рядом друг с другом и в равной степени поддерживают колесо 100, расположенное над ними по центру. Подузлы 140 и 142 рельсового пути колеса поворачиваются вниз по дуге для опускания колеса 100 между ними на приводные ролики узла 80 привода.

Подузел 140 рельсового пути колеса приводится в действие пневматическим цилиндром 300 загрузки. Верхний конец 306 пневматического цилиндра 300 загрузки соединен с вертикальной стойкой 24, с возможностью поворота, с использованием серьги 302, штифта 304 и кронштейна 308 с проушиной. Из нижнего конца 312 пневматического цилиндра 300 загрузки может выдвигаться стержень 310, совершающий возвратно-поступательное движение, нижний конец 314 которого соединен с концом 322 поворотного рычага 316 с использованием втулки 320 и штифта 324. Второй конец 319 поворотного рычага 316 прикреплен к втулке 318 на первом поворотном валу 244.

Первый подузел 140 рельсового пути колеса, как показано на фиг. 1, содержит рычаг 144 с первым роликом 145 загрузки и с вторым роликом 146 загрузки на его удаленном конце 147. Рычаг 144 также прикреплен к первому поворотному валу 244 и может поворачиваться под действием поворотного рычага 316 для выравнивания роликов 145, 146 загрузки с рельсом (не показан) для установки колеса 100.

Аналогичным образом, второй подузел 142 рельсового пути колеса имеет вторую группу роликов 145, 146 загрузки для установки и передачи колеса 100 либо внутрь ультразвукового дефектоскопа 10, либо из него. Как уже указывалось, второй подузел 142 рельсового пути колеса расположен рядом с первым подузлом 140 рельсового пути колеса и представляет его зеркальное изображение, и, соответственно, направления вращения валов, осуществляющих возвратно-поступательное движение, и направления поворота нескольких компонентов являются зеркальным отображением направления движения компонентов первого подузла 140 рельсового пути колеса.

Первый и второй ролики 145, 146 загрузки подузлов 140, 142 рельсового пути колеса узла 60 загрузки колеса опускают колесо 100 на приводные ролики 150, 152 (см. фиг. 6) узла 80 привода. После этого подузлы 140, 142 рельсового пути колеса отводятся от колеса 100. Подузлы 140, 142 рельсового пути колеса поворачиваются в сторону от колеса 100 стержнями 310, выдвигающимися из пневматических цилиндров 300 загрузки, которые отводят от колеса поворотные рычаги 316 на первом поворотном валу 244.

Узел ограничения смещения колеса по вертикали

В дополнение к удерживанию колеса 100 от смещения в боковом направлении в ультразвуковом дефектоскопе 10 также желательно в некоторых вариантах удерживать верхнюю часть колеса 100 для предотвращения возникновения опрокидывающего момента. Эта функция выполняется узлом 40 ограничения смещения колеса по вертикали.

После того как колесо 100 передано в узел 60 загрузки, узел 70 ограничения смещения колеса по вертикали находится в положении захвата верхней части колеса 10 в углубление 362 ограничивающего ролика 360. Ограничивающий ролик 360 установлен на удаленном конце 364 стержня 366 и перемещается в положение на верхнем конце колеса 100 в раме 12 путем выдвижения стержня 366 из пневматического цилиндра 370 узла ограничения. Пневматический цилиндр 370 узла ограничения обычно устанавливают между поперечинами 32, 34, 36 и 38 на верхнем конце 40 рамы 12. Углубление 362 ограничивающего ролика 360 захватывает верхний конец колеса 100 внутри рамы 12, удерживая колесо в вертикальном положении при осуществлении процесса дефектоскопии. Теперь в рассматриваемом варианте колесо 100 захвачено как по вертикали, так и сбоку (на рельсе). Поскольку колесо 100 взаимодействует с первым 150 и вторым 152 приводными роликами, то узел 80 привода может вращать приводные ролики 150, 152, которые будут вращать колесо 100.

Узел привода колеса

Как показано на фиг. 2 и 6, узел 80 привода содержит первый 150 и второй 152 приводные ролики, которые в одном из вариантов расположены в резервуаре 22 ниже поверхности 154 контактной текучей

- 4 023217 среды 155. Первый приводной ролик 150 и второй приводной ролик 152 имеют криволинейные углубления 190, 192, соответственно, по всей окружности ролика. Углубления 190, 192 первого приводного ролика 150 и второго приводного ролика 152 выровнены для установки в них реборды колеса 100 в процессе измерений. Углубления 190, 192 взаимодействуют с ребордой 102 колеса для его вращения.

Первый приводной ролик 150 установлен на первом конце 156 первого приводного вала 158. Первый приводной вал 158 проходит через первое отверстие 160 и первое уплотнение 162 в задней боковой стенке 27 резервуара 22, а также через первый и второй опорные подшипники 164, 166 соответственно. Первый и второй опорные подшипники 164, 166 установлены на опорной плите 168, которая прикреплена к раме 12. К первому приводному валу 158 прикреплена первая ведомая звездочка 170, установленная на втором конце 172 первого приводного вала 158.

Рядом с первым приводным роликом 150 на первом конце 180 второго приводного вала 174 расположен второй приводной ролик 152, аналогичный первому ролику. Второй приводной вал 174, как показано на фиг. 6, проходит параллельно первому приводному валу 158 через второе отверстие 176 и уплотнение 178 в стенке резервуара 22. Далее второй приводной вал 174 проходит через третий и четвертый опорные подшипники 182 и 184. Третий и четвертый опорные подшипники 182 и 184 установлены на опорной плите 168. На втором конце 188 второго приводного вала 174 закреплена ведомая звездочка 186 (см. фиг. 1).

Как показано на фиг. 1, узел 80 привода колеса содержит также приводную цепь 198, которая проходит между первой ведомой звездочкой 170 и ведущей звездочкой 200. Ведущая звездочка 200 прикреплена к валу 202 двигателя, отходящего от приводного двигателя 204. Аналогичным образом, между ведущей звездочкой 200 и второй ведомой звездочкой 186 проходит вторая приводная цепь 206. Колесо 100 может быть приведено во вращение за счет вращения первой ведомой звездочки 170 и/или второй ведомой звездочки 186 от приводного двигателя 204, вращающего ведущую звездочку 200, соединенную с приводными цепями 198, 206.

В альтернативном варианте может использоваться второй приводной двигатель (не показан) с отдельной ведущей звездочкой (не показана) для независимого соединения со второй ведомой звездочкой 186. Также могут использоваться другие типы приводов, включая, например, приводные ремни и шкивы, а также шестеренчатые приводы. В другом альтернативном варианте вторая ведомая звездочка 186 и второй ведущий вал 174 могут свободно вращаться без непосредственного соединения с приводным двигателем, то есть второй ролик 152 будет использоваться как направляющий ролик, обеспечивающий только опору для колеса.

На фиг. 10 приведен ортогональный вид одного из вариантов известного технического решения, представляющего собой приводной ролик 150, имеющий несколько отверстий 532 для крепления к валу. Отверстия для крепления к валу выровнены с отверстиями в приводном вале (не показаны) для обеспечения крепления приводного ролика 150 в этом варианте к приводному валу с использованием крепежных элементов с резьбой (не показаны).

На фиг. 11 приведен вид сечения приводного ролика 150, показанного на фиг. 10. По окружности приводного ролика 150 сформировано углубление 190 для захвата реборды колеса. В варианте, показанном на фиг. 10 и 11, приводной ролик 150 представляет собой один (цельный) компонент.

На фиг. 12 показано взаимодействие колеса 100 с углублением 190 приводного ролика 150. Приводной ролик 150 придает вращение колесу 100 при фрикционном взаимодействии между углублением 190 приводного ролика 150 и ребордой 102 колеса, вошедшей в углубление. Это фрикционное взаимодействие и эффективность ультразвукового дефектоскопа 10, в целом, в значительной степени зависит от допусков размеров колеса 100.

На практике большие колебания размеров колеса 100 могут приводить к динамической неравномерности, особенно на больших скоростях вращения, в результате чего колесо 100 может выходить из углублений в приводных роликах. При этом ухудшается точность получаемых данных в результате неравномерности вращения, вызываемого неравномерным движением колеса. Для ослабления колебаний и динамической неустойчивости, возникающих в результате допусков на размеры колеса, предлагается новая конструкция приводных роликов, описание которой приводится ниже.

На фиг. 13 показан вид сечения конструкции предлагаемого приводного ролика (указанного на фиг. 13 ссылочным номером 500). В одном из вариантов приводной ролик 500 представляет собой однокомпонентную (цельную) деталь 510, которая насаживается на конец приводного вала 158.

Приводной ролик 510 состоит из внутренней кольцевой части 520 и внешней кольцевой части 530. Между внутренней кольцевой частью 520 и внешней кольцевой частью 530 формируется углубление 591. Реборда 102 железнодорожного колеса 100 входит в углубление 591. Внутренняя кольцевая часть 520 может иметь выемку 515, которая ослабляет жесткость внутренней кольцевой части 520, в результате чего она приобретает гибкость, и, таким образом, ширина углубления 591 может изменяться для компенсации колебаний размеров реборды 102 железнодорожного колеса. Приводной ролик 510 может быть изготовлен из стали или из конструкционной пластмассы; в любом случае конструкция должна иметь соответствующую прочность и стойкость к истиранию при вращении с ударными нагрузками железнодорожного колеса для обеспечения достаточно большого срока службы.

- 5 023217

Узел ультразвуковых измерений

На фиг. 5 приведена схема 400 системы управления ультразвуковым дефектоскопом, которая в одном из вариантов включает узел 90 ультразвуковых измерений. В одном из вариантов узел 90 ультразвуковых измерений содержит блок ультразвукового контроля, преобразователи, узел кодирования для передачи, приема и обработки ультразвуковых сигналов.

Ультразвуковые преобразователи

Ультразвуковые преобразователи осуществляют передачу ультразвуковых сигналов в испытываемый образец (а именно в колесо 100) и прием отраженных ультразвуковых сигналов. Отраженные ультразвуковые сигналы обеспечивают данные, необходимые для анализа и обнаружения внутренних дефектов колеса. В одном из вариантов узла 90 ультразвуковых измерений два преобразователя могут работать вместе для получения карты дефектов в испытываемом образце.

В непосредственной близости от боковой поверхности 108 обода, как показано на фиг. 4, фиксируется в определенном положении неподвижный преобразователь 414 для обеспечения опорного положения. Другой преобразователь, многопозиционный преобразователь 416, перемещается относительно колеса 100 в непосредственной близости от поверхности 106 беговой дорожки. Для перемещения многопозиционного преобразователя 416 относительно колеса 100 используется узел 402 кодирования, обеспечивающий перемещение этого преобразователя фиксированными шагами поперек колеса 100.

Узел кодирования

В рассматриваемом варианте узел 402 кодирования (как показано на фиг. 3, 4 и 8) прикреплен к монтажному стенду 404 и обеспечивает перемещение и идентификацию положения многопозиционного преобразователя 416, когда он перемещается поперек колеса фиксированными шагами. Узел кодирования синхронизирует получение данных с положением многопозиционного преобразователя, обеспечивая возможность точного определения положения и размеров дефектов, обнаруженных в процессе сканирования. Узел 402 кодирования содержит двигатели 406, 408 привода преобразователя, стол 410 управления и кронштейн 412 преобразователя. Ниже приведено более подробное описание каждого из указанных компонентов узла 402 кодирования.

Двигатели привода преобразователя

Монтажный стенд 404, к которому прикреплен узел 402 кодирования, закреплен на полу 17, как показано на фиг. 2 и 3. Узел 402 кодирования прикреплен к монтажному стенду 404 (над опорными подшипниками 164, 166, 182 и 184), причем к столу 410 управления, расположенному в верхней части монтажного стенда 404, прикреплен первый двигатель 406 привода преобразователя (координата X) и второй двигатель 408 привода преобразователя (координата Υ). При таком устройстве стол 410 управления и кронштейн 412 преобразователя могут перемещаться в направлении X первым двигателем 406 привода преобразователя (в горизонтальной плоскости, как указано на фиг. 4). Аналогичным образом, второй двигатель 408 привода преобразователя может перемещать стол 410 управления в направлении Υ, как показано на фиг. 3. В одном из вариантов в качестве двигателей 406, 408 привода преобразователя могут использоваться микрошаговые двигатели.

Как показано на фиг. 4, кронштейн 412 преобразователя перемещается столом 410 управления. На удаленном конце кронштейна 412 установлен многопозиционный преобразователь 416. В рассматриваемом варианте кронштейн 412 преобразователя имеет Ь-образную форму и отходит вниз в контактную жидкость 155 резервуара 22. Многопозиционный преобразователь 416 перемещается микрошагами с помощью двигателей 406, 408 привода преобразователя, действие которых передается через стол 410 управления и кронштейн 412 преобразователя. При таком устройстве, когда управление многопозиционным преобразователем 416 осуществляет узел 402 кодирования, и неподвижный преобразователь 414 расположен возле колеса, преобразователи готовы передавать и принимать ультразвуковые сигналы под управлением блока ультразвукового контроля

Блок ультразвукового контроля.

Как показано на фиг. 5, в одном из вариантов блок 451 ультразвукового контроля управляет преобразователями 414, 416, в том числе частотой, напряжением (или мощностью ультразвуковых сигналов, излучаемых преобразователем), частотой повторения импульсов, заданием фильтрации и т.п. Блок 451 ультразвукового контроля также принимает данные ультразвукового контроля из преобразователей 414, 416.

В одном из вариантов блок 451 ультразвукового контроля также может быть снабжен портами входа и выхода (например, υδΒ-порты) для обеспечения возможностей непосредственного обмена информацией с персональным компьютером 470, который соединен с принтером 480. Персональный компьютер 470 является рабочей станцией для оператора, обеспечивая ему возможность контроля получаемых данных, а также их дополнительного анализа. Персональный компьютер 470 может содержать программное обеспечение для обработки полученных данных, выявления дефектов, а также улучшенного отображения информации ультразвуковых измерений.

Например, в одном из вариантов неподвижный преобразователь 414 передает по линии 452 в блок 451 ультразвукового контроля сообщение, которое передается дальше по линии 471 в персональный компьютер 470, где оно записывается в памяти. Аналогичным образом, многопозиционный преобразова- 6 023217 тель 416 передает по линии 454 в блок 451 ультразвукового контроля сообщение, которое передается дальше по линии 471 в персональный компьютер 470, где оно записывается в памяти для сравнения и оценок.

Управление ультразвуковым дефектоскопом.

Блок-схема, приведенная на фиг. 5, иллюстрирует один из вариантов работы ультразвукового дефектоскопа 10 и управления им. Ультразвуковой дефектоскоп 10 снабжен узлом 90 ультразвуковых измерений, работающим вместе с центральным блоком 450 управления, согласующим работу узла 90 ультразвуковых измерений с возможностями ультразвукового измерительного стенда 11 по перемещениям колеса (посредством управления пневматическими цилиндрами).

Например, в некоторых вариантах центральный блок 450 управления может быть контроллером с программируемой логикой, обеспечивающим сигналы управления по линиям 456 в пневматические цилиндры измерительного стенда 11 для доставки и передачи колеса 100 в раму 12. Эти пневматические цилиндры используются в узле ограничения боковых смещений, в узле ограничения смещений по вертикали, в узле передачи и в узле загрузки. Центральный блок 450 управления осуществляет управление указанными цилиндрами для позиционирования колеса в ультразвуковом дефектоскопе 10. Соответствующая последовательность действий по перемещению и позиционированию колеса на измерительном стенде 11 обеспечивается датчиками положения (не показаны), которые соединены с центральным блоком 450 управления. Управление ультразвуковым дефектоскопом 10 обеспечивается программами, выполняемыми центральным блоком 450 управления.

Однако в других вариантах единственным механизмом перемещения колеса в ультразвуковом дефектоскопе может быть только узел привода (то есть пневматические цилиндры не используются). В некоторых вариантах центральный блок 450 управления необходим также для управления узлом 402 кодирования, многопозиционным преобразователем 416, а также двигателями 406, 408 привода преобразователя. Соответственно, центральный блок 450 управления в некоторых вариантах является также частью узла 90 ультразвуковых измерений.

Кроме управления пневматическими цилиндрами центральный блок 450 управления также управляет работой приводного двигателя 204 в узле 80 привода, обеспечивающего вращение испытываемого образца. Когда испытываемый образец взаимодействует с узлом 80 привода, центральный блок 450 управления в одном из вариантов может также передавать сигналы управления по линии 458 на запуск приводного двигателя 204 для вращения колеса 100 в раме 12.

В одном из вариантов центральный блок 450 также обеспечивает согласование управления частей узла 90 ультразвуковых измерений, в том числе узла кодирования для многопозиционного преобразователя 416. В этом варианте центральный блок 450 может обеспечивать сигналы управления для двигателей 406 и 408 привода многопозиционного преобразователя 416. В других вариантах узел 402 кодирования и центральный блок 450 управления необязательны для получения информации ультразвуковых измерений. Сигнал, получаемый из неподвижного преобразователя 414, обеспечивает опорную точку для определения относительного местонахождения дефектов в колесе 100, которые выявляются с помощью многопозиционного преобразователя 416. В одном из вариантов сигналы из многопозиционного преобразователя 416 и неподвижного преобразователя 414 могут передаваться по линиям 453 и 455, соответственно, в центральный блок 450 управления для поддержки управления измерительным стендом 11 и соответствующим перемещением и передачей колеса.

Измерения с использованием преобразователей с фазированной решеткой

При необходимости может использоваться более совершенная ультразвуковая аппаратура, в том числе с использованием преобразователей с фазированными решетками. В одном из вариантов блок 451 ультразвукового контроля может использовать преобразователь с фазированной решеткой, который может обеспечивать более точное управление излучаемыми и принимаемыми ультразвуковыми сигналами. В одном из вариантов преобразователь с фазированной решеткой представляет собой плату передатчиков и приемников, обеспечивающих передачу и прием ультразвуковых сигналов, а также мультиплексер (не показан) для адресации элементов фазированной решетки (не показаны).

Преобразователи с фазированной решеткой имеют многоэлементную конструкцию, что дает возможность блоку 451 ультразвукового контроля осуществлять индивидуальную адресацию и включать определенные элементы в преобразователе для формирования динамически управляемой апертуры, имеющей расчетное распределение индивидуально включаемых элементов. Эти программируемые апертуры настраиваются для каждого варианта испытываемых образцов, что дает возможность концентрации ультразвуковой энергии под таким углом и на такой глубине, которые обеспечивают наилучшее качество визуального представления испытываемого образца в заданной области. Преобразователь-передатчик с фазированной решеткой (апертура передатчика) и преобразователь-приемник с фазированной решеткой (апертура приемника) могут работать вместе с независимо заданными углами передачи и приема на заданном фокусном расстоянии для получения изображений испытываемого образца в заданной области.

Получение исходных данных

Начальная наладка центрального блока 450 управления и блока 451 ультразвукового контроля включает получение исходной (базовой) информации ультразвуковых измерений для эталонного колеса,

- 7 023217 имеющего такие же размеры, что и колеса, которые должны проверяться. Данные, полученные на эталонном железнодорожном колесе, обеспечивают базовый набор опорных параметров для сравнения и оценки информации измерений, полученной с помощью преобразователей 414, 416 на испытываемом образце.

Получение информации измерений

Колесо 100, опирающееся на приводные ролики 150, 152, находится в положении, подготовленном для измерений и оценки внутренней структуры обода колеса. В этом положении колесо 100 может вращаться, как это уже указывалось, под действием приводного двигателя 204.

В одном из вариантов вначале относительное положение второго или многопозиционного преобразователя 416 устанавливается по сигналу, измеряемому первым или неподвижным преобразователем 414, на боковой поверхности 108 обода, как показано на фиг. 4. Сигнал относительного положения передается в центральный блок 450 управления из блока 451 ультразвукового контроля по линии 452 и используется для сравнения поверхности 108 обода с данными для эталонного колеса для позиционирования второго преобразователя 416. Положение второго или многопозиционного преобразователя 416 определяют на основе исходных данных, полученных на эталонном колесе. Затем эта оценка позволяет найти центральную линию 118 поверхности 106 обода, которая определяет длину хода многопозиционного преобразователя 416 от боковой поверхности 108 обода в направлении реборды 102 колеса.

Однако в этом варианте второй или многопозиционный преобразователь 416 смещен от горизонтали на острый угол α (см. фиг. 4). Этот угол соответствует наклону поверхности 106 беговой дорожки относительно горизонтальной плоскости. Этот наклон вводится в измерительном стенде для удерживания многопозиционного преобразователя 416 под прямым углом к поверхности 106 беговой дорожки.

В одном из вариантов в исходном положении преобразователь 416 смещен от боковой поверхности 108 обода колеса к центральной линии 118 колеса 100 (см. фиг. 2). Затем колесо 100 вращают с помощью приводных роликов 150, 152. В одном из вариантов процесса вращения колеса 100 двигатель 406 привода преобразователя шагами перемещает многопозиционный преобразователь 416 в направлении реборды 102. Двигатель 406 привода преобразователя перемещает кронштейн 412, а вместе с ним и преобразователь 416.

В одном из вариантов преобразователь 416 перемещается вдоль поверхности 106 беговой дорожки от боковой поверхности 108 обода к реборде 102 колеса со скоростью примерно 0,075 дюйма поперечного перемещения на один оборот колеса, обеспечивая общий ход примерно 0,675 дюйма вдоль поверхности 106 беговой дорожки. В одном из вариантов колесо 100 вращают равномерно, пока оно не сделает девять оборотов. Однако число оборотов колеса может варьироваться оператором в зависимости от размеров колеса или от других переменных.

При пошаговом перемещении многопозиционного преобразователя вдоль поверхности обода колеса ультразвуковой сигнал передается через контактную текучую среду 155 в резервуаре к поверхности 106 беговой дорожки колеса для анализа внутренней структуры с целью выявления различных нарушений неоднородностей или дефектов, таких как трещины, пустоты и включения. Указанные аномалии могут проявляться в форме нарушений однородности, которые обнаруживаются по отраженному сигналу, принимаемому многопозиционным преобразователем 416.

Отраженный сигнал, по аналогии с отраженным радиолокационным сигналом, обеспечивает информацию для сравнения с базовыми данными, полученными для эталонного колеса. Если отраженный сигнал не дает оснований для вывода об однородной структуре материала колеса, то могут проводиться дополнительные измерения и оценки, ремонт или отбраковка колеса в металлолом. Если величина сигнала превышает заданный уровень, то компьютер может обеспечивать предупреждающий или другой сигнал для индикации дефектного изделия или индикации необходимости повторных измерений.

Рассмотренное в настоящем описании устройство контроля в одном из вариантов обеспечивает определение точного местонахождения дефектов путем записи опорного положения на колесе. Предлагаемое новое устройство контроля, обеспечивающее эти данные, не только является практическим средством осуществления исчерпывающего контроля поверхности беговой дорожки, но также обеспечивает методологию для разработки программы диагностирования дефектов, использующей накопленную базу данных ультразвуковых сигнатур для обнаружения дефектов на их начальной стадии. Кроме того, новое устройство контроля обеспечивает возможность оценки новых железнодорожных колес для подтверждения однородности их внутренней структуры, а также для проверки эффективности контроля качества, осуществляемого в процессе изготовления колес.

В настоящем описании изобретение раскрывается в нескольких конкретных вариантах его осуществления, которые служат целям иллюстрации принципов изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения. Специалистам в данной области техники будут очевидны различные модификации и дополнения рассмотренных в описании вариантов. Соответственно, вышеприведенное описание и конкретные варианты осуществления изобретения, приведенные в качестве примеров, не должны рассматриваться в качестве ограничений изобретения. Объем изобретения должен определяться только формулой.

Claims (6)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Стенд для ультразвуковой дефектоскопии колес, содержащий раму, приводные ролики для опоры колеса и приводной двигатель, соединенный с приводным валом для обеспечения вращения по меньшей мере одного приводного ролика, в котором по меньшей мере один из этих приводных роликов представляет собой закрепленную на приводном валу цельную конструкцию из первой и второй кольцевых частей, причем указанные части находятся рядом друг с другом с углублением между ними для взаимодействия с исследуемым колесом; причем первая кольцевая часть выполнена гибкой для изменения углубления в соответствии с разными размерами колес.
2. 2. Стенд по п.1, в котором первая кольцевая часть указанного по меньшей мере одного приводного ролика выполнена со сквозным резьбовым отверстием для фиксации крепежным элементов на приводном валу.
3. 3. Стенд по п.1, дополнительно содержащий ограничивающий ролик, установленный на раме для выборочного взаимодействия с колесом с целью поддержания вертикальной ориентации колеса на приводных роликах.
4. 4. Стенд для ультразвуковой дефектоскопии колес, содержащий раму, приводные ролики для опоры колеса и приводной двигатель, соединенный с приводным валом для обеспечения вращения по меньшей мере одного из приводных роликов, в котором по меньшей мере один из этих приводных роликов предназначен для вращения колеса и по меньшей мере один из этих приводных роликов содержит внутреннюю кольцевую часть, прикрепленную к приводному валу; и прилегающую к ней внешнюю кольцевую часть, причем между внутренней и внешней кольцевыми частями сформировано углубление для взаимодействия с исследуемым колесом; и одна из указанных кольцевых частей выполнена с возможностью смещения относительно другой кольцевой части для изменения углубления с целью обеспечения взаимодействия с колесами изменяющихся размеров.
5. 5. Стенд по п.4, в котором приводной ролик выполнен со сквозным отверстием для прохождения приводного вала.
6. 6. Стенд по п.4, дополнительно содержащий ограничивающий ролик, установленный на раме для выборочного взаимодействия с колесом с целью поддержания вертикальной ориентации колеса на приводных роликах.