RU2554028C1

RU2554028C1 - Diagnostic device of control elements of rolling stock derailing control device (rsdcd)

Info

Publication number: RU2554028C1
Application number: RU2014105847/11A
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев; Дмитрий Евгеньевич Егоров; Олег Викторович Штанов; Николай Михайлович Паладин; Александр Викторович Конаков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Информационные Технологии"
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2015-06-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: diagnostic device of control elements of a rolling stock derailing control device (RSDCD) includes an electronic unit for the detection and research of defects based on a magnetic metal memory method (MMM) with a ferroprobe converter (FPC) and an electronic unit for the detection and research of defects by means of an eddy current method with an eddy current converter (ECC). The device also has an electronic recording and processing unit connected to the electronic unit for the detection and research of defects based on MMM method and the electronic unit for the detection and research of defects by means of the eddy current method.

EFFECT: increasing safety of railroad movement.

16 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики контрольных элементов устройств контроля схода подвижного состава (УКСПС).The invention relates to non-destructive testing methods and can be used for the diagnosis of control elements of rolling stock control devices (UKPSS).

Уровень техники заявляемого устройства известен из диагностического комплекса магнитного контроля (ДКМК), приведенного на сайте http.//scbist.com/scb/uploaded/21_1333478377.rar. См СЦБИСТ.The prior art of the claimed device is known from the diagnostic complex of magnetic control (DCMK), available on the website http.//scbist.com/scb/uploaded/21_1333478377.rar. See STsBIST.

Известный диагностический комплекс магнитного контроля (ДКМК) состоит из двух электронных приборов: блока контроля вихретоковым методом ЭМИТ-1М с датчиком вихретокового контроля (ДВК) и блока контроля по методу магнитной памяти металла ИКНМ-2ФП с датчиком магнитной памяти метала (МПМ), блоков питания, контрольного плоского образца.The well-known diagnostic complex of magnetic control (DKMK) consists of two electronic devices: a control unit by the eddy current method EMIT-1M with a sensor of eddy current control (DCK) and a control unit according to the magnetic magnetic memory method of metal IKNM-2FP with a magnetic magnetic memory sensor (MPM), power supplies control flat sample.

Известный ДКМК предназначен для контроля плоских контрольных элементов, установленных на последних моделях УКСПС, и не позволяет проводить контроль цилиндрических контрольных элементов УКСПС. Второй недостаток заключается в недостаточной чувствительности датчиков. Это обусловлено большими потерями «рабочего сигнала», снимаемого с датчика, при передаче его в электронный блок. Значительное время проведения диагностики одного элемента.The well-known DKMK is designed to control flat control elements installed on the latest UKSPS models, and does not allow the control of cylindrical control elements UKKSPS. The second disadvantage is the lack of sensitivity of the sensors. This is due to large losses of the "working signal", taken from the sensor, when transmitting it to the electronic unit. Significant time for diagnosing one element.

Задачей заявляемого технического решения является повышение безопасности железнодорожного движения.The objective of the proposed technical solution is to increase the safety of railway traffic.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижении числа ложных срабатываний УКСПС, в расширении области применения устройства, заключающемся в диагностировании контрольных элементов УКСПС, имеющих различную геометрическую форму, повышении уровня точности, снижении уровня шумов и наводок при измерении за счет экранирования и размещения измерительной цепи рядом с чувствительным элементом.In the process of solving this problem, a technical result is achieved, consisting in reducing the number of false positives of the UXPS, in expanding the scope of the device, in diagnosing the control elements of the UXPS having different geometric shapes, increasing the level of accuracy, reducing noise and interference during measurement due to shielding and placing the measuring circuit next to the sensing element.

Технический результат достигается устройством диагностики контрольных элементов устройства контроля схода подвижного состава (УКСПС), включающим электронный блок обнаружения и поиска дефектов на основе метода магнитной памяти металла (МПМ) с феррозондовым преобразователем (ФЗП), электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом с вихретоковым преобразователем (ВТП), при этом устройство дополнительно имеет электронный блок регистрации и обработки, в состав которого входят корпус, источник питания, клавиатура, дисплей, энергонезависимая флеш-память, часы реального времени, микроконтроллер, интерфейс связи с блоками обнаружения и поиска дефектов и передачи данных в ПК и щипцы, изготовленные из немагнитного материала, а электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ размещен в общем металлическом экранирующем корпусе с ФЗП и закреплен на одной из губок щипцов, в качестве источника питания использует источник питания блока регистрации и обработки, содержит генератор синусоидальных сигналов для возбуждения катушки ФЗП, фильтр для выделения второй гармоники сигнала с катушки ФЗП, устройство выборки и хранения, вход которого подключен к выходу фильтра, формирователь импульсов, который синхронизирует с генератором синусоидальных сигналов устройство выборки и хранения, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер, к входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя и оптопара курвиметра, а к выходу - вход интерфейса связи для передачи данных в блок регистрации и обработки, а электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом размещен в общем металлическом экранирующем корпусе с ВТП и закреплен на одной из губок щипцов, в качестве источника питания использует источник питания блока регистрации и обработки, содержит генератор синусоидальных сигналов, сигнал которого возбуждает среднюю обмотку трехобмоточного трансформатора ВТП, которая в свою очередь возбуждает измерительную и опорную обмотки трансформатора, фазовый детектор, который определяет разность фаз, вход которого соединен с усилителями сигналов, поступающих с измерительной и опорной обмоток трансформатора, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер, к входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя, а к выходу - вход интерфейса связи для передачи данных в блок регистрации и обработки. Кроме этого, время непрерывной работы устройства, без подзарядки блока питания, составляет не менее 8 часов, клавиатура имеет как минимум клавиши цифр 0-9 и десятичную точку, 4 стрелки, клавиши ввод, отмена, вкл/выкл, дисплей имеет разрешение не менее 64×32 точек, и позволяет отображать 4 строки по 10 символов и пиктограммы, энергонезависимая флэш-память блока регистрации и обработки не менее 4 Мбайт, передача данных между блоками обнаружения и поиска дефектов и блоком регистрации и обработки происходит по интерфейсу RS-485 по двум независимым каналам, передача данных в ПК происходит по интерфейсу USB2.0, щипцы обеспечивают усилие прижатия на контрольном элементе УКСПС не менее 10 Н, щипцы позволяют перемещать их по предполагаемой зоне разрушения, сохраняя при этом постоянным контакт между блоками обнаружения и поиска дефектов и контрольным элементом УКСПС, электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, размещенный в едином корпусе с ФЗП, и электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещенный в едином корпусе с ВТП, закреплены на одной губке щипцов, электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, размещенный в едином корпусе с ФЗП, и электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещенный в едином корпусе с ВТП, закреплены на разных щипцах, электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, размещенный в едином корпусе с ФЗП, и электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещенный в едином корпусе с ВТП, имеют светодиодную индикацию превышения пороговых значений, микроконтроллер блока обнаружения и поиска дефектов методом МПМ сохраняет калибровочные данные в своей энергонезависимой памяти, микроконтроллер блока обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом сохраняет калибровочные данные в своей энергонезависимой памяти, при диагностировании контрольного элемента блоком обнаружения и поиска дефектов методом МПМ фиксируют напряженность магнитного поля на элементах цилиндрической формы не менее (4*10⁴-5*10⁴) А/м², а на элементах плоской формы не менее (12*10⁴-13*10⁴) А/м², при диагностировании контрольного элемента блоком обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом фиксируют наличие микротрещин с раскрытием не менее 0,05 мм.The technical result is achieved by a diagnostic device for control elements of a rolling stock control device (UKPSS), including an electronic unit for detecting and searching for defects based on the magnetic magnetic memory of the metal (MPM) method with a flux probe (FZP), an electronic unit for detecting and searching for defects using the eddy current method with eddy current transducer (VTP), while the device additionally has an electronic unit for registration and processing, which includes a housing, power supply, keyboard, display th, non-volatile flash memory, real-time clock, microcontroller, communication interface with detection and search units for defects and data transfer to PCs and forceps made of non-magnetic material, and the electronic unit for detecting and searching for defects using the MMM method is located in a common metal shielding case with FZP and mounted on one of the jaws of the forceps, uses a power source of the recording and processing unit as a power source, contains a sinusoidal signal generator to excite the FZP coil, a filter for highlighting the second harmonic of the signal from the FZP coil, a sampling and storage device, the input of which is connected to the filter output, a pulse shaper that synchronizes with the sinusoidal signal generator a sampling and storage device, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, a microcontroller, to the input of which the output is connected analog-to-digital converter and optocoupler of the curvimeter, and the output is the input of the communication interface for transmitting data to the registration and processing unit, and the electronic detection and search unit is defective in the eddy current method, it is placed in a common metal shielding case with an ECP and mounted on one of the jaws of the forceps, uses a power source for the recording and processing unit, contains a sinusoidal signal generator, the signal of which excites the middle winding of the three-winding transformer, which in turn excites measuring and supporting windings of a transformer, a phase detector that determines the phase difference, the input of which is connected to amplifiers of signals coming from the measuring th and supporting windings of the transformer, and the output is with the input of the analog-to-digital converter, a microcontroller, the input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the output is the input of the communication interface for transmitting data to the recording and processing unit. In addition, the continuous operation of the device, without recharging the power supply, is at least 8 hours, the keyboard has at least 0-9 digits and a decimal point, 4 arrows, enter, cancel, on / off keys, the display has a resolution of at least 64 × 32 dots, and allows you to display 4 lines of 10 characters and pictograms, non-volatile flash memory of the registration and processing unit of at least 4 MB, data are transferred between the detection and search units of defects and the registration and processing unit via two independent RS-485 interfaces channel m, the data are transferred to the PC via the USB2.0 interface, the forceps provide a pressing force of at least 10 N on the UKPSS control element, the tongs allow them to be moved along the assumed destruction zone, while maintaining constant contact between the defect detection and search units and the UKPSS control element , an electronic unit for detecting and searching for defects by the MPM method, placed in a single housing with a FZP, and an electronic unit for detecting and searching for defects by an eddy current method, located in a single building with an ECP, are mounted on one sponge with a pin s, an electronic block for detecting and searching for defects using the MMM method, placed in a single building with FZP, and an electronic block for detecting and searching for defects using the eddy-current method, placed in a single building with an ECP, are mounted on different tongs, an electronic block for detecting and searching for defects by the MMM method, placed in a single housing with FZP, and the electronic unit for detecting and searching for defects by the eddy current method, housed in a single housing with an ECP, have LED indication of exceeding threshold values, the microcontroller of the detection and search unit of defects by the MMM method saves the calibration data in its non-volatile memory, the microcontroller of the defect detection and search unit uses the eddy current method to save the calibration data in its non-volatile memory, when the diagnostic element is detected by the module for the detection and search of defects by the MMM method, the magnetic field strength is recorded on cylindrical elements at least (4 * 10 ⁴ -5 * 10 ⁴ ) A / m ² , and on elements of a flat shape not less than (12 * 10 ⁴ -13 * 10 ⁴ ) A / m ² when diagnosing a control element with a detection unit and the search for defects by the eddy current method fixes the presence of microcracks with an opening of at least 0.05 mm.

В процессе эксплуатации УКСПС контрольные элементы подвергаются различным видам механического воздействия, вибрации от проходящих составов, ударам различной силы от свисающих предметов, выходящих за предел нижнего габарита, изгибу от действия воздушного потока, создаваемого проходящим вагоном, а также влиянию внешней среды, влаги, температуры, которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию. Количество переданной энергии определяет уровень и характер изменения контрольных элементов УКСПС. Реакцией контрольных элементов на механические воздействия являются механические напряжения, деформации и разрушения элементов.During the operation of the UKPSS, the control elements are subjected to various types of mechanical stress, vibration from passing trains, shocks of varying strength from drooping objects outside the lower dimension, bending from the action of the air flow created by the passing car, as well as to the influence of the environment, moisture, temperature, which are transmitted to each part included in the design. The amount of energy transferred determines the level and nature of the change in the control elements of the control system. The reaction of control elements to mechanical stress is mechanical stress, deformation and fracture of the elements.

Усилия, приводящие к разрушению контрольного элемента, могут быть значительно меньше, чем те, на которые рассчитан данный контрольный элемент в исходном состоянии, определяемые техническими требованиями. Разрушение контрольного элемента при усилиях меньше, чем те, на которые они рассчитаны, приводят к ложным срабатываниям системы блокировки, как следствие, к значительным материальным потерям в результате простоя подвижных составов. Проведенные авторами исследования разрушенных контрольных датчиков позволили выявить основной механизм разрушения датчиков. Контрольные элементы, подверженные постоянному воздействию нескольких видов переменных механических воздействий, разрушаются вследствие усталости материала контрольного элемента. Практикой установлено, в зоне предполагаемого разрушения контрольного элемента, через некоторое время, при воздействии переменных сил и вибрации, на поверхности контрольного образца в зоне предполагаемого разрушения появляются микротрещины. При дальнейшем механическом воздействии на УКСПС дефекты продолжают развиваться (увеличиваются ширина устья микротрещины и глубина ее проникновения в тело элемента), приводя контрольный элемент к разрушению. Но прежде чем произойти такому явлению, как зарождение микротрещины и выход ее на поверхность, в материале происходят структурные изменения, которые приводят к появлению значительных механических напряжений в локальных объемах. Данные явления происходят не мгновенно, а растянуты во времени, поэтому время работы контрольного элемента УКСПС до его разрушения можно условно разбить на несколько периодов. В первый период идет накопление механических внутренних напряжений в материале контрольного элемента с образованием локальных объемов с высокими механическими напряжениями. Во втором периоде появляются внутренние микротрещины и выход их на поверхность в контролируемой зоне контрольного образца. В третьем периоде продолжается появление новых и развитие ранее появившихся микротрещин до критических размеров и разрушения контрольного элемента. Каждая стадия характеризуется появлением дефектов определенного вида, которые можно диагностировать, используя различные методы.The efforts leading to the destruction of the control element can be significantly less than those for which this control element is designed in the initial state, determined by technical requirements. The destruction of the control element with efforts less than those for which they are designed, lead to false positives of the locking system, as a result, to significant material losses resulting from the downtime of rolling stock. Investigations of the destroyed control sensors by the authors revealed the main mechanism of sensor destruction. Control elements that are subject to constant exposure to several types of variable mechanical influences are destroyed due to the fatigue of the material of the control element. Practice has established that in the zone of the alleged destruction of the control element, after some time, under the influence of variable forces and vibration, microcracks appear on the surface of the control sample in the zone of the alleged destruction. With further mechanical action on UKSS, defects continue to develop (the width of the mouth of the microcrack and the depth of its penetration into the body of the element increase), leading to the destruction of the control element. But before such a phenomenon as the nucleation of a microcrack and its emergence to the surface occurs, structural changes take place in the material, which lead to the appearance of significant mechanical stresses in local volumes. These phenomena do not occur instantaneously, but are stretched in time; therefore, the operating time of the control element of the UCSS before its destruction can be conditionally divided into several periods. In the first period, there is an accumulation of mechanical internal stresses in the material of the control element with the formation of local volumes with high mechanical stresses. In the second period, internal microcracks appear and exit to the surface in the controlled area of the control sample. In the third period, the appearance of new and the development of previously appeared microcracks to critical sizes and destruction of the control element continues. Each stage is characterized by the appearance of defects of a certain type, which can be diagnosed using various methods.

Изменения внутренних напряжений в локальных объемах материала оценивались по изменению напряженности магнитного поля, используя метод магнитной памяти металла (МПМ) (патент RU 2173838 от 26.07.2000 г. Автор Дубов А.А). Данный метод заключается в регистрации напряженности собственных магнитных полей рассеяния (СМПР) Н_р, возникающих в материале в локальных зонах концентрации напряжений под действием циклических нагрузок. При этом СМПР в объекте контроля отражает фактическое распределение деформаций и напряжений. Связь между величиной напряженности магнитного поля Н_р и величиной концентрации напряжений в локальных зонах устанавливали опытным путем. Экспериментально установлено, что в контрольном элементе отсутствуют дефекты в виде локальных зон с высокой концентрацией напряжений, если напряженность собственных магнитных полей рассеяния Н_р не превышает на разрушаемых элементах цилиндрической формы значения (4*10⁴-5*10⁴) A/м², а на элементах плоской формы значений (12*10⁴-13*10⁴) А/м², данные значения предлагается использовать как предельные.Changes in internal stresses in local volumes of the material were evaluated by changing the magnetic field strength using the metal magnetic memory (MMM) method (patent RU 2173838 dated July 26, 2000. Author A. A. Dubov). This method consists in registering the intensity of intrinsic scattering magnetic fields (SIR) Н _р arising in the material in local zones of stress concentration under the action of cyclic loads. In this case, the SMR in the control object reflects the actual distribution of deformations and stresses. The relationship between the magnitude of the magnetic field strength H _p and the magnitude of the concentration of stresses in local zones was established experimentally. It was experimentally established that in the control element there are no defects in the form of local zones with a high concentration of stresses, if the intensity of intrinsic magnetic fields of scattering Н _р does not exceed (4 * 10 ⁴ -5 * 10 ⁴ ) A / m ² on cylindrical-shaped destructible elements and on elements of a flat form of values (12 * 10 ⁴ -13 * 10 ⁴ ) A / m ² , it is proposed to use these values as limit values.

Выход микротрещин на поверхность, скорость подрастания, увеличение количества микротрещин, возможно, оценивались по электромагнитному полю, наводимому вихревыми токами (Неразрушающий контроль и диагностика:The exit of microcracks to the surface, the rate of growth, and the increase in the number of microcracks may have been evaluated by the electromagnetic field induced by eddy currents (Nondestructive testing and diagnostics:

Справочник / В.В. Кдюев и др. - М.: Машиностроение, 1995 г. - 488 с., стр. 269). Метод вихретокового контроля заключается в анализе изменений параметров взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем контрольном объекте этим полем. В качестве источника электромагнитного поля используется индуктивная катушка, которая встроена в вихретоковый преобразователь. Ток в катушке вихретокового преобразователя создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в исследуемом контролируемом объекте. При наличии микротрещин в контролируемом элементе более 0,05 мм электромагнитное поле вихревых токов изменяется и соответственно меняется и воздействие на катушку преобразователя и наводящаяся в ней электродвижущая сила. Сигнал с вихретокового датчика (преобразователя) анализируется и по полученным данным делается вывод о наличии или отсутствии трещины в объекте контроля. Связь между величиной напряженности электромагнитного поля и величиной дефекта (микротрещины) устанавливали опытным путем. Контроль разрушаемого контрольного элемента проводили по поверхности специализированным вихретоковым преобразователем, позволяющим определить микротрещину в разрушаемом элементе с раскрытием более 0,05 мм.Reference book / V.V. Kdyuyev et al. - M.: Mechanical Engineering, 1995 - 488 p., P. 269). The eddy current control method consists in analyzing changes in the parameters of the interaction of an external electromagnetic field with an electromagnetic field of eddy currents induced by an exciting coil in an electrically conductive control object by this field. An inductive coil is used as the source of the electromagnetic field, which is built into the eddy current transducer. The current in the coil of the eddy current transducer creates an electromagnetic field that excites eddy currents in the controlled object under study. In the presence of microcracks in the controlled element of more than 0.05 mm, the electromagnetic field of the eddy currents changes and, accordingly, the effect on the converter coil and the electromotive force induced in it change. The signal from the eddy current sensor (transducer) is analyzed and, based on the received data, a conclusion is made about the presence or absence of a crack in the test object. The relationship between the magnitude of the electromagnetic field and the magnitude of the defect (microcracks) was established empirically. The destructible control element was controlled over the surface with a specialized eddy current transducer, which made it possible to determine the microcrack in the destructible element with an opening of more than 0.05 mm.

Снижение числа ложных срабатываний УКСПС достигается повышением достоверности определения остаточного, на момент диагностирования, ресурса работоспособности контрольного элемента УКСПС. Остаточный ресурс оценивали по параметрам, полученным со всего периметра предполагаемой зоны разрушения контрольного элемента. Закрепление блока обнаружения и поиска дефектов на основе метода МПМ, размещенного в общем металлическом экранирующем корпусе с ФЗП, и блока обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещенного в общем металлическом экранирующем корпусе с ВТП на щипцах, позволяет обеспечивать при перемещении по зоне предполагаемого разрушения одинаковое усилие прижатия на всех контрольных элементах, это позволяет минимизировать диапазон разброса получаемых значений напряженности магнитного поля. А так как датчик и электронный блок выполнены на одной плате и непосредственно находятся в зоне контакта с контрольным элементом, то снимаемый «рабочий» сигнал не теряется при передаче от ФЗП и ВТП к электронному блоку. Кроме этого, использование аналого-цифровых преобразователей, микроконтроллера и цифрового интерфейса связи для передачи данных в блок регистрации и обработки позволяет исключить влияние помех, вызванных взаимовлиянием сигналов в кабельных соединениях, электромагнитными помехами, непостоянной паразитной емкостью в кабельных соединениях. Возможность диагностировать всю зону по периметру позволяет выявить все возможные очаги напряжений и оценку ресурса работоспособности проводить по максимальным значениям напряжения магнитного поля. Выявленные дефекты в виде микротрещин или их отсутствие, в совокупности с полученными параметрам напряженности магнитного поля диагностируемой зоны контрольного элемента, и сравнение их с данными более раннего обследования, которые хранятся в энергонезависимой флэш-памяти блока регистрации и обработки, по разработанной программе позволяют определить остаточный ресурс работоспособности УКСПС и при необходимости заменить дефектный контрольный образец, исключив ложное срабатывание.The reduction in the number of false positives of the UXPS is achieved by increasing the reliability of determining the residual, at the time of diagnosis, service life of the control element of the UXPS. The residual life was estimated by the parameters obtained from the entire perimeter of the proposed destruction zone of the control element. The fixing of the defect detection and search unit based on the MMM method, located in a common metal shielding case with FZP, and the eddy current method of detecting and searching for defects, located in a common metal shielding case with ECP on tongs, allows to ensure the same effort when moving around the zone of assumed destruction pressing on all control elements, this minimizes the range of scatter of the obtained values of the magnetic field strength. And since the sensor and the electronic unit are made on the same board and are directly located in the contact zone with the control element, the removed “working” signal is not lost during transmission from the FZP and VTP to the electronic unit. In addition, the use of analog-to-digital converters, a microcontroller and a digital communication interface for transmitting data to the recording and processing unit eliminates the influence of interference caused by interference of signals in cable connections, electromagnetic interference, unstable parasitic capacitance in cable connections. The ability to diagnose the entire zone around the perimeter allows you to identify all possible foci of stress and assess the service life by the maximum values of the magnetic field voltage. Identified defects in the form of microcracks or their absence, together with the obtained magnetic field strength parameters of the diagnosed zone of the control element, and comparing them with data from an earlier examination, which are stored in non-volatile flash memory of the recording and processing unit, according to the developed program, it is possible to determine the residual resource UCPSS operability and, if necessary, replace the defective control sample, eliminating false alarms.

Расширение области применения устройства диагностирования контрольных элементов УКСПС достигается за счет использования щипцов, которые позволяют подвижно закрепить датчик на контрольном элементе, практически, любой формы, а не только на элементах, имеющих цилиндрическую и прямоугольную геометрическую форму.The expansion of the scope of application of the device for diagnosing control elements of UKPSS is achieved through the use of forceps that allow the sensor to be movably mounted on the control element of practically any shape, and not only on elements having a cylindrical and rectangular geometric shape.

После набора определенной статистики результатов диагностики контрольных элементов УКСПС предлагаемое устройство позволяет выявить наличие скрытых дефектов в исходном состоянии контрольного датчика, когда образование дефекта происходит в процессе изготовления или наличия скрытого дефекта в используемом материале.After a set of certain statistics of the diagnostic results of the control elements of the UKPSS, the proposed device allows to detect the presence of latent defects in the initial state of the control sensor, when a defect is formed during the manufacturing process or if there is a latent defect in the material used.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана схема электрическая структурная устройства диагностики контрольных элементов УКСПС, на фиг. 2 и 3 - крепление на щипцах корпуса электронного блока обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом с ВТП, на фиг. 4 и 5 - крепление на щипцах корпуса электронного блока обнаружения и поиска дефектов на основе метода магнитной памяти металла с ФЗП.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of the electrical structural device for the diagnosis of control elements UKSPS, in FIG. 2 and 3 - fastening on the tongs of the case of the electronic unit for detecting and searching for defects by the eddy current method with ECP, in FIG. 4 and 5 - fastening on the tongs of the case of the electronic unit for detecting and searching for defects based on the method of magnetic memory of metal with FZP.

Устройство диагностики контрольных элементов устройства контроля схода подвижного состава (УКСПС) состоит из электронного блока регистрации и обработки 1 в состав которого входят энергонезависимая флэш-память 1.1, часы реального времени 1.2, дисплей 1.3, клавиатура 1.4 и микроконтроллер 1.5, интерфейс связи 1.6 и 1.7, блок расположен в жестком корпусе (не показан) с элементом питания (не показан). Электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ 2 размещен в общем металлическом экранирующем корпусе с ФЗП (не показан) и закреплен на одной из губок щипцов 4, в качестве источника питания использует источник питания блока регистрации и обработки (не показан), содержит генератор синусоидальных сигналов 2.2 для возбуждения катушки ФЗП 2.1, фильтр 2.3 для выделения второй гармоники сигнала с катушки ФЗП 2.1, устройство выборки и хранения 2.4, вход которого подключен к выходу фильтра 2.3, формирователь импульсов 2.5, который синхронизирует с генератором синусоидальных сигналов устройство выборки и хранения 2.4, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 2.6, микроконтроллер 2.7, к входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя 2.6 и оптопара курвиметра 2.8, а к выходу - вход интерфейса связи 2.9 для передачи данных в блок регистрации и обработки 1. Электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом 3 размещен в общем металлическом экранирующем корпусе с ВТП 3.1 и закреплен на одной из губок щипцов 4, в качестве источника питания использует источник питания блока регистрации и обработки (не показан), содержит генератор синусоидальных сигналов 3.2, сигнал которого возбуждает среднюю обмотку трехобмоточного трансформатора ВТП 3.1, которая в свою очередь возбуждает измерительную и опорную обмотки трансформатора, фазовый детектор 3.3, определяющий разность фаз, усилитель сигналов 3.4, поступающих с измерительной обмотки, и усилитель сигналов 3.5, поступающих с опорных обмоток трансформатора, аналого-цифровой преобразователь 3.6, микроконтроллер 3.7, интерфейс связи 3.8 для передачи данных в блок регистрации и обработки. Щипы 4 изготовлены из немагнитного материала, позволяют подвижно крепить датчики на контрольных элементах УКСПС и перемещать датчики по предполагаемой зоне разрушения, сохраняя при этом постоянным контакт между датчиком и контрольным элементом. Щипцы 4 обеспечивают усилие прижатия на контрольном элементе УКСПС не менее 10 Н.The diagnostic device for the control elements of the rolling stock control device (UKPSS) consists of an electronic registration and processing unit 1 which includes a non-volatile flash memory 1.1, a real-time clock 1.2, a display 1.3, a keyboard 1.4 and a microcontroller 1.5, a communication interface 1.6 and 1.7, the unit is located in a rigid case (not shown) with a battery (not shown). An electronic unit for detecting and searching for defects by the MPM 2 method is located in a common metal shielding case with a FZP (not shown) and is mounted on one of the jaws of the tongs 4, uses a power source of the recording and processing unit (not shown) as a power source, and contains a sinusoidal signal generator 2.2 to excite the FZP 2.1 coil, filter 2.3 to extract the second harmonic of the signal from the FZP 2.1 coil, a sampling and storage device 2.4, the input of which is connected to the output of the filter 2.3, a pulse shaper 2.5, which synchronizes with a sinusoidal signal generator, a sampling and storage device 2.4, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 2.6, a microcontroller 2.7, to the input of which the output of the analog-to-digital converter 2.6 and the optocoupler of the curvimeter 2.8 are connected, and the input of the communication interface 2.9 for data transmission to registration and processing unit 1. The electronic unit for detecting and searching for defects by the eddy current method 3 is placed in a common metal shielding case with an ECP 3.1 and is mounted on one of the jaws of the forceps 4 as a power source I use a power source for the recording and processing unit (not shown), it contains a sinusoidal signal generator 3.2, the signal of which excites the middle winding of the three-winding transformer VTP 3.1, which in turn excites the measuring and supporting windings of the transformer, a phase detector 3.3, which determines the phase difference, a signal amplifier 3.4, coming from the measuring winding, and an amplifier of signals 3.5, coming from the reference windings of the transformer, analog-to-digital converter 3.6, microcontroller 3.7, communication interface 3.8 for data transfer to the registration and processing unit. The tweezers 4 are made of non-magnetic material, they allow movably fastening the sensors on the control elements of the UKSPS and moving the sensors along the supposed zone of destruction, while maintaining constant contact between the sensor and the control element. Forceps 4 provide a pressing force on the control element UKSPS not less than 10 N.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

С помощью клавиатуры 1.4 оператор вводит величину браковочных признаков (градиент напряженности магнитного поля и условную глубину трещины), а также другую необходимую служебную информацию (текущие время и дата, примечание), контролируя свои действия с помощью дисплея 1.3. Заносимая информация сохраняется в энергонезависимой флэш-памяти 1.1.Using the 1.4 keypad, the operator enters the value of the rejection signs (gradient of the magnetic field strength and the conditional depth of the crack), as well as other necessary service information (current time and date, note), controlling his actions using the display 1.3. The entered information is stored in non-volatile flash memory 1.1.

Щипцы 4 размещаются на предполагаемой зоне разрушения контрольных элементов УКСПС, перемещаются вокруг оси контрольного элемента 5 УКСПС на 360°, сохраняя при этом постоянным контакт между блоками обнаружения и поиска дефектов 2 и 3 и контрольным элементом 5 УКСПС. Генератор синусоидального сигнала 3.2 возбуждает среднюю обмотку трехобмоточного трансформатора 3.1, которая в свою очередь возбуждает измерительную и опорную обмотки трансформатора 3.1. Через усилитель измерительного канала 3.4 и усилитель опорного канала 3.5 сигналы с соответствующих обмоток поступают на фазовый детектор 3.3, сигнал с которого поступает на аналого-цифровой преобразователь 3.6, а оттуда на микроконтроллер 3.7, который фиксирует разность фаз сигналов с измерительной и опорной обмоток трансформатора 3.1. В интерфейсе связи 3.8 данные о разности фаз преобразуются по протоколу обмена с блоком регистрации и обработки 1 и передаются на блок интерфейса 1.7 блока регистрации и обработки 1, в котором производится преобразование данных по протоколу обмена с микроконтроллером 1.5. Микроконтроллер 1.5 преобразует данные о разности фаз в условную глубину трещины, сравнивает полученные значения с браковочными значениями, хранящимися во флэш-памяти 1.1, и выводит результаты на дисплей 1.3. В случае превышения пороговых значений срабатывает светодиодная индикация, что говорит о наличии в зоне испытания микротрещины, изделие считается бракованным и дальнейшему исследованию не подвергается. Генератор синусоидального тока 2.2 возбуждает катушку ФЗП 2.1, вторая гармоника сигнала с которого выделяется фильтром 2.3 и поступает в устройство выборки-хранения 2.4, которое синхронизировано с генератором синусоидального тока 2.2 посредством формирователя импульсов 2.5. Величина выделяемой второй гармоники зависит от напряженности внешнего магнитного поля, таким образом, зная эту величину, можно определить напряженность внешнего магнитного поля. С устройства выборки-хранения 2.4 сигнал поступает в аналого-цифровой преобразователь 2.6, откуда цифровой сигнал попадает на вход микроконтроллера 2.7, который фиксирует величину второй гармоники и передает ее в интерфейс связи 2.9. Одновременно с этим с оптопары курвиметра 2.8 поступают сигналы о перемещении ФЗП 2.1. В интерфейсе связи 2.9 сигналы о перемещении ФЗП 2.1 и величине второй гармоники преобразуются по протоколу обмена и передаются на интерфейс связи 1.7 блока регистрации и обработки 1, в котором производится преобразование данных по протоколу связи с микроконтроллером 1.5. Микроконтроллер 1.5 преобразует данные о величине второй гармоники в величину напряженности внешнего магнитного поля и, используя информацию о перемещении ФЗП, вычисляет величину градиента напряженности внешнего магнитного поля. После сравнения полученных значений с браковочными значениями, хранящимися во флэш-памяти 1.1, полученные данные выводятся на дисплей 1.3. В случае превышения пороговых значений срабатывает светодиодная индикация, что говорит о наличии в зоне испытания микротрещины, изделие считается бракованным и дальнейшему исследованию не подвергается.The tongs 4 are placed on the assumed destruction zone of the UKPSS control elements, move around the axis of the UKKSPS control element 5 by 360 °, while maintaining constant contact between the defect detection and search units 2 and 3 and the UKKSPS control element 5. The sinusoidal signal generator 3.2 excites the middle winding of the three-winding transformer 3.1, which in turn excites the measuring and supporting windings of the transformer 3.1. Through the amplifier of the measuring channel 3.4 and the amplifier of the reference channel 3.5, the signals from the corresponding windings are fed to a phase detector 3.3, the signal from which is fed to an analog-to-digital converter 3.6, and from there to the microcontroller 3.7, which records the phase difference of the signals from the measuring and supporting windings of the transformer 3.1. In the communication interface 3.8, the data on the phase difference is converted by the exchange protocol with the registration and processing unit 1 and transmitted to the interface block 1.7 of the registration and processing unit 1, in which the data is converted using the communication protocol with the microcontroller 1.5. The microcontroller 1.5 converts the data on the phase difference into the conditional crack depth, compares the obtained values with the rejection values stored in flash memory 1.1, and displays the results on display 1.3. If the threshold values are exceeded, the LED indication is activated, which indicates the presence of microcracks in the test zone, the product is considered defective and is not subjected to further investigation. The sinusoidal current generator 2.2 excites the FZP coil 2.1, the second harmonic of the signal from which is extracted by the filter 2.3 and enters the sampling and storage device 2.4, which is synchronized with the sinusoidal current generator 2.2 by means of a pulse shaper 2.5. The magnitude of the secreted second harmonic depends on the strength of the external magnetic field, thus, knowing this value, we can determine the strength of the external magnetic field. From the sample-storage device 2.4, the signal enters the analog-to-digital converter 2.6, from where the digital signal enters the input of the microcontroller 2.7, which fixes the value of the second harmonic and transfers it to the communication interface 2.9. At the same time, the optocoupler of the curvimeter 2.8 receives signals about the movement of the FZP 2.1. In the communication interface 2.9, signals about the movement of the FZP 2.1 and the magnitude of the second harmonic are converted by the exchange protocol and transmitted to the communication interface 1.7 of the recording and processing unit 1, in which data is converted by the communication protocol with the microcontroller 1.5. The microcontroller 1.5 converts the data on the magnitude of the second harmonic into the magnitude of the external magnetic field strength and, using information on the movement of the FZP, calculates the magnitude of the gradient of the external magnetic field strength. After comparing the obtained values with the rejection values stored in the flash memory 1.1, the received data is displayed on the display 1.3. If the threshold values are exceeded, the LED indication is activated, which indicates the presence of microcracks in the test zone, the product is considered defective and is not subjected to further investigation.

Claims

1. A diagnostic device for the control elements of the rolling stock control device (UKPSS), including an electronic unit for detecting and searching for defects based on the method of magnetic memory of metal (MPM) with a flux probe (FZP), an electronic unit for detecting and searching for defects using the eddy current method with an eddy current transducer ( VTP), characterized in that the device additionally has an electronic registration and processing unit, which includes a housing, power supply, keyboard, display, non-volatile a flash memory, a real-time clock, a microcontroller, a communication interface with detection and search units for defects and data transfer to a PC and forceps made of non-magnetic material, and an electronic unit for detecting and searching for defects using the MMM method is located in a common metal shielding enclosure with FZP and fixed on one of the jaws of the forceps, uses the power source of the recording and processing unit as a power source, contains a sinusoidal signal generator to excite the FZP coil, a filter to isolate the second harmonic of the signal FZP coil, a sampling and storage device, the input of which is connected to the output of the filter, a pulse shaper that synchronizes with the sinusoidal signal generator, the output of the sampling and storage device is connected to the input of the analog-to-digital converter, a microcontroller, to the input of which the analog-to-digital output is connected the converter and the optocoupler of the curvimeter, and the output is the input of the communication interface for transmitting data to the registration and processing unit, and the electronic unit for detecting and searching for defects using the eddy current method n in a common metal shielding case with an ECP and is mounted on one of the jaws of the forceps, uses a power source of the recording and processing unit as a power source, contains a sinusoidal signal generator, the signal of which excites the middle winding of the three-winding transformer of the ECP, which in turn excites the measuring and reference transformer windings, a phase detector that determines the phase difference, the input of which is connected to amplifiers of signals from the measuring and supporting windings of the transformer, and the output is with the input of the analog-to-digital converter, a microcontroller, to the input of which the output of the analog-to-digital converter is connected, and the output is the input of the communication interface for transmitting data to the registration and processing unit.

2. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the continuous operation time of the device, without recharging the power supply, is at least 8 hours.

3. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the keyboard has at least 0-9 digits and a decimal point, 4 arrows, enter, cancel, on / off keys.

4. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the display has a resolution of at least 64 × 32 pixels and allows you to display 4 lines of 10 characters and pictograms.

5. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the non-volatile flash memory of the registration and processing unit is at least 4 MB.

6. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the transmission of data between the detection and search units of defects and the registration and processing unit occurs via the RS-485 interface via two independent channels.

7. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the data is transmitted to the PC via the USB2.0 interface.

8. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the forceps provide a pressing force on the control element UKSPS not less than 10 N.

9. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the forceps allow you to move them along the alleged destruction zone, while maintaining constant contact between the detection and search units of defects and the control element UKPSS.

10. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the electronic unit for detecting and searching for defects by the MPM method, located in a single housing with a phase-transfer circuit, and the electronic block for detecting and searching for defects by the eddy current method, located in a single housing with an ECP, are mounted on one sponge forceps.

11. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the electronic unit for detecting and searching for defects by the MPM method, located in a single housing with a phase-transfer circuit, and the electronic block for detecting and searching for defects by the eddy current method, located in a single housing with an ECP, are mounted on different tongs .

12. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the electronic unit for detecting and searching for defects by the MPM method, located in a single building with a FZP, and the electronic unit for detecting and searching for defects by the eddy current method, located in a single building with an ECP, have an LED indication of excess threshold values.

13. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the microcontroller of the unit for detecting and searching for defects by the MPM method stores calibration data in its non-volatile memory.

14. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that the microcontroller of the unit for detecting and searching for defects by the eddy current method saves calibration data in its non-volatile memory.

15. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that when diagnosing a control element with a defect detection and search unit using the MMM method, the magnetic field strength on the cylindrical elements is not less than (4 * 10 ⁴ -5 * 10 ⁴ ) A / m ² , and on elements of a flat shape - not less than (12 * 10 ⁴ -13 * 10 ⁴ ) A / m ² .

16. The diagnostic device according to claim 1, characterized in that when diagnosing a control element with a block for detecting and searching for defects by the eddy current method, microcracks are detected with an opening of at least 0.05 mm.