RU149576U1

RU149576U1 - DEVICE FOR ULTRASONIC RAIL CONTROL

Info

Publication number: RU149576U1
Application number: RU2014138746/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Федорович Тарабрин; Дмитрий Анатольевич Князев; Александр Алексеевич Корепанов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Фирма ТВЕМА"
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2015-01-10

Abstract

Устройство для ультразвукового контроля рельсов, состоящее из электронного и связанного с ним механического модуля, включающего узел ультразвукового контроля, содержащий блок ультразвуковых преобразователей из по меньшей мере одной пары размещенных последовательно на поверхности катания рельса выполненных наклонными основных ультразвуковых преобразователей, работающих в совмещенном режиме и выполненных с одинаковыми углами ввода ультразвуковых колебаний и разворота относительно продольной оси рельса и размещенных последовательно так, что линии направления излучаемых ими ультразвуковых колебаний образуют треугольник с вершиной на донной поверхности рельса, отличающееся тем, что узел ультразвукового контроля выполнен с обеспечением возможности веерного ультразвукового зондирования, при этом между основными ультразвуковыми преобразователями размещена группа из четырех выполненных наклонными дополнительных ультразвуковых преобразователей, работающих в раздельном режиме с чередующимся направлением приема с обеспечением возможности регистрации однократно отраженных эхо-сигналов от вертикально ориентированных отражателей и двукратно отраженных эхо-сигналов от горизонтально ориентированных отражателей.A device for ultrasonic monitoring of rails, consisting of an electronic and associated mechanical module, including an ultrasonic testing unit, comprising a block of ultrasonic transducers of at least one pair of sequentially mounted inclined main ultrasonic transducers operating in combined mode and made with the same angles of input of ultrasonic vibrations and a turn relative to the longitudinal axis of the rail and the placed followers but so that the direction lines of the ultrasonic vibrations emitted by them form a triangle with a vertex on the bottom surface of the rail, characterized in that the ultrasonic inspection unit is configured to allow ultrasonic fan sounding, while a group of four inclined additional ultrasonic transducers is placed between the main ultrasonic transducers, working in separate mode with an alternating direction of reception with the possibility of registering once on the reflected echo signals from the vertically oriented reflectors and doubly reflected echo signals from the horizontally oriented reflectors.

Description

Полезная модель относится к области рельсового транспорта и ультразвукового контроля дефектов в твердых телах, преимущественно рельсов, и может использоваться для обнаружения дефектов рельсов железнодорожного транспорта и метрополитена.The utility model relates to the field of rail transport and ultrasonic inspection of defects in solids, mainly rails, and can be used to detect defects in rails of railway transport and the subway.

Для обнаружения дефектов в твердых телах, например, в рельсах, используются различные методы ультразвукового контроля - эхо-метод, теневой, зеркально-теневой, зеркальный, дельта-метод (Марков Α.Α., Шпагин Д.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. СПб: «Образование-Культура», 1999, с. 33-59). Типичной проблемой при этом является то, что реализующие эти методы устройства не позволяют обеспечить в полной мере сочетание таких требований как высокая скорость контроля и обеспечение надежного выявления дефектов разных видов.To detect defects in solids, for example, in rails, various methods of ultrasonic testing are used - the echo method, shadow, mirror-shadow, mirror, delta method (Markov Α.Α., Shpagin D.A. Ultrasonic inspection of rails. St. Petersburg : “Education-Culture”, 1999, p. 33-59). A typical problem in this case is that the devices that implement these methods do not fully ensure the combination of such requirements as a high speed of control and reliable detection of defects of various types.

Известно, например, устройство для ультразвукового контроля, состоящее из электронного модуля и связанного с ним механического модуля, включающего закрепленный на продольной раме дефектоскопической тележки с возможностью опускания-подъема узел ультразвукового контроля, содержащий блок ультразвуковых преобразователей и датчики магнитного контроля (RU 2266225 C1, 2005). Это устройство позволяет надежно обнаруживать некоторые дефекты в подошве рельсов. Однако это устройство также не позволяет с высокой степенью достоверности обнаруживать дефекты разной природы в различных областях рельса.It is known, for example, a device for ultrasonic testing, consisting of an electronic module and a mechanical module associated with it, including an ultrasonic inspection unit mounted on a longitudinal frame of a flaw detector trolley with the possibility of lowering-raising, containing a block of ultrasonic transducers and magnetic control sensors (RU 2266225 C1, 2005 ) This device allows you to reliably detect some defects in the sole of the rails. However, this device also does not allow with a high degree of reliability to detect defects of different nature in various areas of the rail.

Известны и другие устройства для ультразвукового контроля рельсов (SU 252700 A1, 1969; RU 28154 U1, 2009; RU 2331066 C1, 2008; RU 2433397 C1, 2011; US 4593569 A, 1986; GB 1086922 A, 1967; EP 0285910 A1, 1988). Однако, все они, имея за счет конструктивных особенностей (обычно усложняющих конструкцию) те или иные преимущества, недостаточно эффективны в эксплуатации.Other devices for ultrasonic monitoring of rails are known (SU 252700 A1, 1969; RU 28154 U1, 2009; RU 2331066 C1, 2008; RU 2433397 C1, 2011; US 4593569 A, 1986; GB 1086922 A, 1967; EP 0285910 A1, 1988 ) However, all of them, having due to the design features (usually complicating the design) certain advantages, are not effective enough in operation.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является устройство для ультразвукового контроля рельсов, состоящее из электронного и связанного с ним механического модуля, включающего узел ультразвукового контроля, содержащий блок ультразвуковых преобразователей из по меньшей мере одной пары размещенных последовательно на поверхности катания рельса выполненных наклонными основных ультразвуковых преобразователей, работающих в совмещенном режиме и выполненных с одинаковыми углами ввода ультразвуковых колебаний и разворота относительно продольной оси рельса и размещенных последовательно так, что линии направления излучаемых ими ультразвуковых колебаний образуют треугольник с вершиной на донной поверхности рельса (RU 105248 U1, 2011). В этом устройстве электронный блок содержит блок управления и регистрации дефектоскопа и блок предварительной обработки дефектоскопа. Механический блок содержит закрепленные на продольной раме дефектоскопической тележки механизм поперечной стабилизации и искательный узел с блоком ультразвуковых преобразователей.Of the known devices, the closest to the proposed one is a device for ultrasonic monitoring of rails, consisting of an electronic and associated mechanical module, including an ultrasonic control unit, comprising a block of ultrasonic transducers of at least one pair of inclined main ultrasonic transducers arranged sequentially on a rail surface operating in a combined mode and made with the same input angles of ultrasonic vibrations and spread relative to the longitudinal axis of the rail and placed sequentially so that the direction lines of the ultrasonic vibrations emitted by them form a triangle with a vertex on the bottom surface of the rail (RU 105248 U1, 2011). In this device, the electronic unit contains a control unit and registration of the flaw detector and the preliminary processing unit of the flaw detector. The mechanical block contains a lateral stabilization mechanism and a search unit with a block of ultrasonic transducers fixed to the longitudinal frame of the flaw detector trolley.

Это устройство позволяет обнаруживать вертикально ориентированные отражатели (дефекты) в подошве рельсов с достаточно высокой достоверностью. Дефекты другого рода таким устройством обнаружить затруднительно, а из-за значительной зоны селекции скорость контроля ограничена. Поэтому эксплуатационная эффективность такого устройства недостаточна.This device allows you to detect vertically oriented reflectors (defects) in the sole of the rails with a fairly high reliability. It is difficult to detect defects of another kind with such a device, and due to the significant selection zone, the control speed is limited. Therefore, the operational efficiency of such a device is insufficient.

Задача, решаемая полезной моделью, состоит в создании устройства для ультразвукового контроля рельсов, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной эффективности устройства для ультразвукового контроля рельсов за счет расширения видов обнаруживаемых дефектов по всему сечению рельса и повышения скорости контроля.The problem solved by the utility model is to create a device for ultrasonic monitoring of rails, devoid of the disadvantages of the prototype. The technical result provided by the utility model is to increase the operational efficiency of the device for ultrasonic monitoring of rails by expanding the types of detectable defects over the entire cross section of the rail and increasing the speed of control.

Это достигается тем, что в устройстве для ультразвукового контроля рельсов, состоящем из электронного и связанного с ним механического модуля, включающего узел ультразвукового контроля, содержащий блок ультразвуковых преобразователей из по меньшей мере одной пары размещенных последовательно выполненных наклонными основных ультразвуковых преобразователей, работающих в совмещенном режиме и выполненных с одинаковыми углами ввода ультразвуковых колебаний и разворота относительно продольной оси рельса и размещенных последовательно так, что линии направления излучаемых ими ультразвуковых колебаний образуют треугольник с вершиной на донной поверхности рельса, узел ультразвукового контроля выполнена с обеспечением возможности веерного ультразвукового зондирования, при этом между основными ультразвуковыми преобразователями размещена группа из четырех выполненных наклонными дополнительных ультразвуковых преобразователей, работающих в раздельном режиме с чередующимся направлением приема с обеспечением возможности регистрации однократно отраженных эхо-сигналов от вертикально ориентированных отражателей и двукратно отраженных эхо-сигналов от горизонтально ориентированных отражателей.This is achieved by the fact that in the device for ultrasonic monitoring of rails, consisting of an electronic and associated mechanical module, including an ultrasonic control unit, comprising a block of ultrasonic transducers from at least one pair of serially made inclined main ultrasonic transducers operating in a combined mode and made with the same angles of input of ultrasonic vibrations and a turn relative to the longitudinal axis of the rail and placed sequentially t such that the direction lines of the ultrasonic vibrations emitted by them form a triangle with a vertex on the bottom surface of the rail, the ultrasonic control unit is made possible to fan ultrasonic sensing, while between the main ultrasonic transducers there is a group of four inclined additional ultrasonic transducers operating in separate mode with alternating direction of reception with the possibility of registering a single-reflected echo in from vertically oriented reflectors and twice reflected echoes from horizontally oriented reflectors.

Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков в рамках реализации назначения, при этом все конструктивные узлы, характеризуемые существенными признаками, функционально взаимосвязаны и находятся в конструктивном единстве. Все конструктивные узлы для возможности эксплуатации устройства объединены в единую конструкцию и при изготовлении устройства соединяются между собой сборочными операциями.The specified technical result is ensured by the totality of essential features in the framework of the implementation of the assignment, while all structural units characterized by essential features are functionally interconnected and are in constructive unity. All structural units for the possibility of operating the device are combined into a single design and in the manufacture of the device are interconnected by assembly operations.

На чертеже показана структурная схема узла ультразвукового контроля предложенного устройства.The drawing shows a structural diagram of an ultrasonic inspection unit of the proposed device.

Устройство для ультразвукового контроля рельсов состоит из электронного и связанного с ним механического модуля, которые конструктивно объединены сборочными операциями. Электронный модуль преимущественно включает электронные блоки дефектоскопа (на чертеже не показаны). Механический модуль включает узел ультразвукового контроля, который содержит блок ультразвуковых преобразователей из по меньшей мере одной пары размещенных последовательно на поверхности катания 1 рельса 2 выполненных наклонными основных ультразвуковых, преимущественно пьезоэлектрических, преобразователей 3. Эти преобразователи 3 работают в совмещенном режиме и выполнены с одинаковыми углами ввода ультразвуковых колебаний и разворота относительно продольной оси рельса 2 и размещены последовательно так, что линии направления излучаемых ультразвуковых колебаний образуют треугольник с вершиной на донной поверхности 4 рельса 2. Узел ультразвукового контроля выполнен с обеспечением возможности веерного ультразвукового зондирования. При этом между основными 3 ультразвуковыми преобразователями размещена группа из четырех выполненных наклонными дополнительных ультразвуковых, преимущественно пьезоэлектрических, преобразователей 5. Эти преобразователи 5 работают в раздельном режиме с чередующимся направлением приема с обеспечением возможности регистрации однократно отраженных эхо-сигналов от вертикально ориентированных отражателей (дефектов) 6 и двукратно отраженных эхо-сигналов от горизонтально ориентированных отражателей (дефектов) 7. Количество дополнительных ультразвуковых преобразователей 5 может изменяться в зависимости от задач и условий контроля, однако их оптимальное количество составляет четыре. Все ультразвуковые преобразователи 3, 5 конструктивно объединены, например, смонтированы на раме дефектоскопической тележки (на чертеже не показано).A device for ultrasonic rail monitoring consists of an electronic and associated mechanical module, which are structurally combined by assembly operations. The electronic module mainly includes electronic units of the flaw detector (not shown in the drawing). The mechanical module includes an ultrasonic testing unit, which contains a block of ultrasonic transducers of at least one pair placed in series on the rolling surface 1 of a rail 2 made by inclined main ultrasonic, mainly piezoelectric, transducers 3. These transducers 3 operate in a combined mode and are made with the same input angles ultrasonic vibrations and a turn relative to the longitudinal axis of the rail 2 and are placed sequentially so that the radiation direction lines ultrasonic vibrations form a triangle with a vertex on the bottom surface 4 of the rail 2. The ultrasonic control unit is made with the possibility of fan ultrasonic sounding. Moreover, between the main 3 ultrasonic transducers there is a group of four inclined additional ultrasonic, mainly piezoelectric, transducers 5. These transducers 5 work in separate mode with an alternating direction of reception, with the possibility of registering once-reflected echo signals from vertically oriented reflectors (defects) 6 and double-reflected echoes from horizontally oriented reflectors (defects) 7. Quantity additional ultrasonic transducers 5 can vary depending on the task and control conditions, but their optimum number is four. All ultrasonic transducers 3, 5 are structurally combined, for example, mounted on the frame of a flaw detector (not shown in the drawing).

Функционирование предложенного устройства реализует принцип веерного ультразвукового контроля и основано на одновременном излучении в контролируемое изделие коротких зондирующих импульсов группой наклонных основных ультразвуковых преобразователей 3, состоящей из по меньшей мере одной пары таких ультразвуковых преобразователей 3, работающих в совмещенном режиме и выполненных с одинаковыми углами ввода ультразвуковых колебаний и разворота относительно продольной оси рельса 2. Расстояние между основными ультразвуковыми преобразователями 3 такой пары должно быть таким, чтобы линии направления излучаемых ими ультразвуковых колебаний образовывали треугольник с вершиной на донной поверхности 4 рельса 2. Это расстояние L соответствует выражению L=2h.tgα, где h - высота рельса 2, α - угол ввода ультразвуковых колебаний. Обеспечению реализуемости веерного характера зондирования служит группа из четырех наклонных дополнительных ультразвуковых преобразователей 5, работающих в раздельном режиме с чередующимся направлением приема. Излучаемые одним из основных ультразвуковых преобразователей 3 ультразвуковые колебания в случае отсутствия на их пути дефекта отражаются от донной поверхности 4 рельса 2 и принимаются другим основным ультразвуковым преобразователем 3. В случае наличия на их пути дефекта 7 с горизонтально ориентированным отражением отраженные от него ультразвуковые колебания (эхо-сигналы) принимаются одним из дополнительных ультразвуковых преобразователей 5. В случае наличия на пути отраженных от донной поверхности 4 рельса 2 ультразвуковых колебаний дефекта 6 с вертикально ориентированным отражением отраженные от этого дефекта 6 ультразвуковые колебания (эхо-сигналы) принимаются соседним дополнительным ультразвуковым преобразователем 5. При излучении ультразвуковых колебаний другим из двух основных ультразвуковых преобразователей 3 на прием используется другая пара дополнительных ультразвуковых преобразователей 5. Зона селекции при этом оказывается достаточно узкой, а веерный характер излучаемых и принимаемых ультразвуковых колебаний позволяет идентифицировать дефекты различной природы по всему контролируемому объему.The functioning of the proposed device implements the principle of fan ultrasonic testing and is based on the simultaneous emission of short probe pulses into a controlled product by a group of inclined main ultrasonic transducers 3, consisting of at least one pair of such ultrasonic transducers 3 operating in a combined mode and made with the same angles of ultrasonic vibrations and turn relative to the longitudinal axis of the rail 2. The distance between the main ultrasonic transducers factors 3 of such a pair should be such that the direction lines of the ultrasonic vibrations emitted by them form a triangle with a vertex on the bottom surface 4 of rail 2. This distance L corresponds to the expression L = 2h.tgα, where h is the height of rail 2, α is the angle of entry of ultrasonic vibrations . Ensuring the feasibility of the fan nature of sounding is a group of four inclined additional ultrasonic transducers 5 operating in separate mode with an alternating direction of reception. Ultrasonic vibrations emitted by one of the main ultrasonic transducers 3 in the absence of a defect in their path are reflected from the bottom surface 4 of the rail 2 and are received by the other main ultrasonic transducer 3. If there is a defect 7 with horizontally oriented reflection in their path, the ultrasonic vibrations reflected from it (echo -signals) are received by one of the additional ultrasonic transducers 5. If there are 4 rails 2 of ultrasonic vibrations reflected from the bottom surface of the track 4 Effect 6 with a vertically oriented reflection ultrasonic vibrations reflected from this defect 6 (echo signals) are received by the adjacent additional ultrasonic transducer 5. When ultrasonic vibrations are emitted by the other of the two main ultrasonic transducers 3, another pair of additional ultrasonic transducers is used for reception 5. The selection zone turns out to be rather narrow, and the fan-like nature of the emitted and received ultrasonic vibrations allows us to identify defects of different second nature throughout the controlled volume.

Таким образом, устройство позволяет эффективно регистрировать вертикально ориентированные (вертикальные или близкие к вертикальным) 6 и горизонтально ориентированные (горизонтальные или близкие к горизонтальным) 7 дефекты, т.е. практически все виды дефектов, в том числе разноориентированные, практически с отсутствием «мертвых зон» их местоположения, при скоростном контроле мобильными средствами неразрушающего контроля (с помощью вагонов-дефектоскопов, дефектоскопных мотрис и других средств).Thus, the device allows you to effectively register vertically oriented (vertical or close to vertical) 6 and horizontally oriented (horizontal or close to horizontal) 7 defects, i.e. almost all types of defects, including miscellaneous ones, with virtually no “dead zones” of their location, under high-speed control by mobile means of non-destructive testing (using flaw detectors, flaw detectors, and other means).

Устройство для ультразвукового контроля рельсов, реализующее веерный метод зондирования («Дубль-W»), апробировано и испытано в реальных условиях проезда на ст. Угрешская Московской железной дороги на самоходном универсальном путеизмерительном дефектоскопическом комплексе (СУПДК) «Север». При этом достоверно обнаруживался весь спектр дефектов в объеме рельса 2 при скорости контроля (проезда) до 80 км/ч.A device for ultrasonic monitoring of rails, which implements a fan-based sounding method ("Double-W"), has been tested and tested in real driving conditions at st. Ugreshskaya of the Moscow Railway on the "Sever" self-propelled universal track-measuring flaw detection complex (SUPDK). In this case, the entire spectrum of defects in the volume of rail 2 was reliably detected at a speed of control (passage) of up to 80 km / h.

Устройство ультразвукового контроля рельсов, выполненное в соответствии с полезной моделью, имеет более высокую эксплуатационную эффективность по сравнению с известными, позволяя с высокой надежностью выявлять дефекты различной природы и положения при высокой скорости контроля.The device of ultrasonic rail monitoring, made in accordance with the utility model, has higher operational efficiency compared to the known ones, allowing with high reliability to detect defects of various nature and position at high speed control.

Claims

A device for ultrasonic monitoring of rails, consisting of an electronic and associated mechanical module, including an ultrasonic testing unit, comprising a block of ultrasonic transducers of at least one pair of sequentially mounted inclined main ultrasonic transducers operating in combined mode and made with the same angles of input of ultrasonic vibrations and a turn relative to the longitudinal axis of the rail and the placed followers but so that the direction lines of the ultrasonic vibrations emitted by them form a triangle with a vertex on the bottom surface of the rail, characterized in that the ultrasonic inspection unit is configured to allow ultrasonic fan sounding, while a group of four inclined additional ultrasonic transducers is placed between the main ultrasonic transducers, working in separate mode with an alternating direction of reception with the possibility of registering once on the reflected echo signals from the vertically oriented reflectors and doubly reflected echo signals from the horizontally oriented reflectors.