RU2742368C1

RU2742368C1 - Hand scanner for nondestructive inspection of rolling surface and adjacent areas of wheels of railway vehicles

Info

Publication number: RU2742368C1
Application number: RU2020128122A
Authority: RU
Inventors: Александр Теодорович Казаченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Алтек-Наука"
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2021-02-05

Abstract

FIELD: fault detection.

SUBSTANCE: use: for nondestructive inspection of rolling surface and adjacent areas of wheels of cars. Essence of the invention consists in the fact that manual with the keeper consists of a support frame, which part is a carriage with a return mechanism, ending with a handle, for which the operator pulls the carriage off when the scanner is installed on the wheel. Converters are located on opposite sides of support frame and position of their working surfaces corresponds to zones, which they control, namely areas of rolling surface, flange, inner and outer rim, as well as zone of crest hardening. Two converters of them are fixed on external brackets equipped with rollers. When the scanner is installed on the wheel, the operator aligns both rollers with the crest along which the scanner moves during inspection. At that, all sensors are matched with corresponding sections of wheel. Converters used are multielement integral converters which provide complete coverage of the control surface.

EFFECT: enlarging the list of non-destructive testing devices of rolling surface and adjacent zones of car wheels.

1 cl, 2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля колес и рельсового транспорта и может быть использовано в области ручного неразрушающего контроля колес грузовых, пассажирских вагонов, тягового и мотор-вагонного железнодорожного подвижного состава, вагонов метрополитена, трамвая и др.The claimed invention relates to devices for non-destructive testing of wheels and rail vehicles and can be used in the field of manual non-destructive testing of wheels of freight cars, passenger cars, traction and motor-carriage railway rolling stock, subway cars, trams, etc.

Колесная пара является одной из самых нагруженных и ответственных деталей подвижного состава, от исправной работы которой зависит безопасность перевозок людей и грузов, осуществляемых.рельсовым транспортом. Результаты анализа причин крушения поездов, компьютерного моделирования разрушения колесной пары, стендовые прочностные испытания колесных пар показали необходимость выявления зарождающихся и мелких поверхностных дефектов в виде несплошностей элементов конструкции колесной пары, так как именно их наличие и несвоевременное выявление, как показал опыт эксплуатации, приводит к разрушению колесной пары и катастрофическим последствиям в виде, например, сходов или крушения подвижных составов.The wheelset is one of the most loaded and critical parts of the rolling stock, the safe operation of which depends on the safety of transportation of people and goods carried out by rail. The results of the analysis of the causes of train crashes, computer simulation of wheelset destruction, bench strength tests of wheelsets showed the need to identify incipient and small surface defects in the form of discontinuities in the wheelset structural elements, since it is their presence and untimely identification, as shown by operating experience, that leads to destruction wheelset and catastrophic consequences in the form, for example, derailments or crashes of rolling stock.

Заявляемое устройство предназначено для ручного неразрушающего контроля и обнаружения поверхностных несплошностей типа дефект на поверхности катания и прилегающих к ней зон колес и бандажей при их производстве, ремонте (текущем, среднем, капитальном), профилактическом контроле после определенного пробега колес, в том числе в составе колесной пары в условиях ограниченного пространства вагоноремонтных и локомотиворемонтных предприятий.The claimed device is intended for manual non-destructive testing and detection of surface discontinuities such as a defect on the rolling surface and adjacent areas of wheels and tires during their production, repair (current, average, capital), preventive control after a certain run of wheels, including as part of a wheel couples in the limited space of car repair and locomotive repair enterprises.

На крупных вагоноремонтных предприятиях, в распоряжении которых находятся большие ремонтные пространства и требуется очень большой объем проверки колесных пар за смену, производят контроль колесных пар вагонов с помощью автоматизированных комплексов контроля колесных пар, конструкции которых приведены в патентах РФ №84565 «Комплекс для контроля колесных пар грузовых вагонов», №39954 «Стенд для ультразвукового контроля колесных пар», №2289128 «Автоматизированная установка для дефектоскопии колесных пар вагонов».At large car-repair enterprises, which have large repair spaces at their disposal and require a very large amount of wheelset inspection per shift, they control the wheelsets of cars using automated wheelset control systems, the designs of which are given in RF patents No. 84565 "Complex for the control of wheelsets freight cars ", No. 39954" Stand for ultrasonic testing of wheelsets ", No. 2289128" Automated installation for flaw detection of wheelsets of cars ".

Все три автоматизированные установки позволяют проводить контроль колесной пары, но реализуют только ультразвуковой метод контроля, что не исключает необходимости наличия на вагоноремонтном предприятии других обязательных методов неразрушающего контроля - поста магнитопорошкового контроля и поста вихретокового контроля. На небольших предприятиях обычно нет возможности проводить автоматизированный контроль колес из-за отсутствия пространства для установки габаритных автоматизированных комплексов неразрушающего контроля колесных пар, при этом, ультразвуковой метод контроля позволяет выявлять преимущественно внутренние и глубокие поверхностные дефекты объекта контроля, причем они уверенно выявляются тогда, когда их ориентация перпендикулярна направлению распространения акустической волны ультразвукового преобразователя. Если дефекты ориентированы вдоль линии распространения акустической волны, вероятность их обнаружения существенно снижается. Именно поэтому вихретоковый контроль введен нормативными документами, как обязательный вид контроля.All three automated installations allow the wheelset to be monitored, but they implement only an ultrasonic test method, which does not exclude the need for other mandatory non-destructive testing methods at the car repair enterprise - a magnetic particle test station and an eddy current test station. At small enterprises, it is usually not possible to carry out automated inspection of wheels due to the lack of space for the installation of dimensional automated complexes for non-destructive testing of wheelsets, while the ultrasonic method of testing allows to detect mainly internal and deep surface defects of the test object, and they are confidently detected when they the orientation is perpendicular to the direction of propagation of the acoustic wave of the ultrasonic transducer. If the defects are oriented along the line of propagation of the acoustic wave, the probability of their detection is significantly reduced. That is why eddy current testing was introduced by regulatory documents as a mandatory type of control.

Известны установки, реализующие как ультразвуковой, так и вихретоковый способы неразрушающего контроля колесных пар вагонов: патент РФ №113365 «Устройство для неразрушающего контроля колесных пар», №82857 «Система диагностики колесной пары на базе полной дефектоскопии с применением бесконтактных методов неразрушающего контроля». Но все эти установки целесообразно использовать только на крупных предприятиях,Known installations that implement both ultrasonic and eddy current methods of non-destructive testing of wheelsets of cars: RF patent No. 113365 "Device for non-destructive testing of wheel sets", No. 82857 "Diagnostic system of a wheel set based on complete flaw detection using non-contact methods of non-destructive testing." But all these installations are advisable to use only at large enterprises,

Известно решение (Патент US №5659248), в котором рассматривается устройство для контроля наличия поверхностных дефектов, выполненное в виде массива вихретоковых датчиков, который полностью покрывает контролируемую поверхность. Достоинством этого устройства, по мнению авторов, является отсутствие необходимости механического сканирования.Known solution (US Patent No. 5659248), which considers a device for monitoring the presence of surface defects, made in the form of an array of eddy current sensors, which completely covers the controlled surface. The advantage of this device, according to the authors, is the absence of the need for mechanical scanning.

Известна установка для ручного контроля - патент №2453837 «Способ и прибор для ручного неразрушающего контроля полых шкворней оси, обладающих профилями поперечного сечения с переменными внутренними и внешними радиусами». Достоинством ее является небольшой размер. Но установка реализует только ультразвуковой метод контроля и не выявляет поверхностные дефекты.Known installation for manual control - patent No. 2453837 "Method and device for manual non-destructive testing of hollow pivots of an axis with cross-sectional profiles with variable inner and outer radii." Its advantage is its small size. But the installation implements only an ultrasonic test method and does not reveal surface defects.

Известно «Сканирующее устройство для контроля железнодорожных колес разных размеров», описанное в патенте РФ №2230314. Оно содержит опорное основание, жестко скрепленные с ним кронштейны с ультразвуковыми датчиками, ролики и возвратные пружины. В устройстве решена задача контроля колес для разных видов транспорта, т.е имеющих разные размеры. Также достоинством его является компактность. Но к недостатком следует отнести невозможность выявления поверхностных дефектов, так как используется ультразвуковой метод контроля. Это устройство является наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому.Known "Scanning device for inspection of railway wheels of different sizes", described in the patent of the Russian Federation No. 2230314. It contains a support base, brackets with ultrasonic sensors rigidly attached to it, rollers and return springs. The device solves the problem of wheel control for different types of transport, i.e. having different sizes. Also its advantage is its compactness. But the disadvantage is the impossibility of detecting surface defects, since the ultrasonic testing method is used. This device is the closest in terms of the set of essential features to the proposed one.

Задачей, решаемой предлагаемым устройством является разработка ручного сканирующего устройства для неразрушающего контроля поверхности катания и прилегающих к ней зон колеса рельсового транспорта для выявления поверхностных несплошностей типа дефект.The problem solved by the proposed device is the development of a hand-held scanning device for non-destructive testing of the rolling surface and adjacent areas of the wheel of a rail transport to detect surface discontinuities such as a defect.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое решение, как и известное, содержит опорную раму с кронштейнами, преобразователи и возвратную пружину. Но, в отличие от известного устройства, в предлагаемом часть опорной рамы выполнена в виде каретки с возвратным механизмом, возвратная пружина которого, заканчивается рукояткой, а в качестве преобразователей использованы многоэлементные интегральные вихретоковые преобразователи, рабочие поверхности которых установлены в соответствии с зонами контроля, причем преобразователи контроля гребня колеса и поверхности катания расположены с одной стороны опорной рамы, а преобразователи контроля внутреннего обода колеса, зоны упрочнения гребня и внешнего обода колеса установлены на противоположной стороне опорной рамы, при этом преобразователь контроля гребня колеса, часть рабочей поверхности которого повторяет форму гребня, и преобразователь контроля внутреннего обода колеса закреплены на выносных кронштейнах, снабженных направляющими роликами, а преобразователь контроля внешнего обода закреплены на каретке, так же на опорной раме закреплены блок приема сигналов от преобразователей и, по меньшей мере, одна ручка.The problem is solved due to the fact that the proposed solution, like the known one, contains a support frame with brackets, converters and a return spring. But, unlike the known device, in the proposed part of the support frame is made in the form of a carriage with a return mechanism, the return spring of which ends with a handle, and multi-element integral eddy-current transducers are used as transducers, the working surfaces of which are installed in accordance with the control zones, and the transducers control of the wheel flange and the rolling surface are located on one side of the support frame, and transducers for monitoring the inner rim of the wheel, the hardening zone of the flange and the outer rim of the wheel are installed on the opposite side of the support frame, while the control transducer of the wheel flange, part of the working surface of which repeats the shape of the ridge, and the control transducer of the inner rim of the wheel is fixed on outboard brackets equipped with guide rollers, and the transducer of the control of the outer rim is fixed on the carriage, the unit for receiving signals from the transducers is also fixed on the base frame and, at least th least one handle.

Техническим результатом достигаемым предлагаемым решением является расширение перечня средств неразрушающего контроля колес рельсового транспорта за счет создания ручного сканера вихретокового контроля, позволяющего выявлять за один оборот колеса поверхностные несплошности типа дефект на быстро изнашивающихся элементах колес, а за счет своих габаритов сканер позволит проводить экспресс-контроль в условиях ограниченного пространства производственных площадей.The technical result achieved by the proposed solution is to expand the list of means of non-destructive testing of wheels of rail vehicles by creating a hand-held eddy current inspection scanner, which makes it possible to detect, in one wheel revolution, surface discontinuities such as a defect on rapidly wearing wheel elements, and due to its dimensions, the scanner will allow for express inspection conditions of limited space of production areas.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлены два общих вида предлагаемого сканера.The invention is illustrated in the drawings, which show two general views of the proposed scanner.

Устройство (фиг. 1) состоит из опорной рамы 1 с ручкой 2. На стороне опорной рамы, показанной на фиг. 1 установлены преобразователь 3 контроля гребня колеса и преобразователь 4 контроля поверхности катания. Преобразователь 3 закреплен на выносном кронштейне 5, снабженным направляющим роликом 6. Для контроля всей поверхности гребня часть рабочей поверхность преобразователя изогнута, повторяя изгиб гребня.The device (FIG. 1) consists of a support frame 1 with a handle 2. On the side of the support frame shown in FIG. 1, a converter 3 for monitoring the wheel flange and a converter 4 for monitoring the rolling surface are installed. The transducer 3 is fixed on an outrigger bracket 5 equipped with a guide roller 6. To control the entire surface of the ridge, a part of the working surface of the transducer is bent, repeating the bend of the ridge.

На стороне опорной рамы, показанной на фиг 2 расположены преобразователь 7 контроля внутреннего обода колеса, преобразователь 8 контроля зоны упрочнения гребня и преобразователь 9 контроля внешнего обода. Преобразователь 7 закреплен на выносном кронштейне 10 с направляющим роликом 11, а преобразователи 8 и 9 закреплены на каретке 12, которая составляет часть опорной рамы. Каретка 12 приводится в движение вручную с помощью рукоятки 13, соединенной с возвратной пружиной 14, при установке сканера на колесо. При этом оператор размещает сканер на колесе таким образом, что направляющие ролики 6 и 11 попадают на гребень колеса, и оператор отпускает рукоятку 13, и каретка возвращается в исходное положение. Поскольку все рабочие поверхности преобразователи установлены в соответствии с зонами контроля, преобразователь 3 попадает на гребень колеса, датчик 7 на внутренний обод, преобразователь 9 на внешний обод, а преобразователи 4 и 8, закрепленные на разных сторонах рамы, попадают на поверхность катания и зону упрочнения гребня соответственно. Контроль производится при одном полном обороте колеса и вся информация с датчиков аккумулируется в блоке 15 приема сигналов от преобразователей.On the side of the support frame shown in FIG. 2, a transducer 7 for monitoring the inner rim of the wheel, a transducer 8 for monitoring the ridge hardening zone and a transducer 9 for monitoring the outer rim are located. The transducer 7 is fixed on a remote bracket 10 with a guide roller 11, and the transducers 8 and 9 are fixed on the carriage 12, which is part of the support frame. The carriage 12 is manually driven by the handle 13 connected to the return spring 14 when the scanner is mounted on the wheel. In this case, the operator places the scanner on the wheel in such a way that the guide rollers 6 and 11 hit the wheel flange, and the operator releases the handle 13, and the carriage returns to its original position. Since all working surfaces of the converters are installed in accordance with the control zones, converter 3 falls on the wheel flange, sensor 7 on the inner rim, converter 9 on the outer rim, and converters 4 and 8, fixed on different sides of the frame, fall on the rolling surface and the hardening zone ridge, respectively. The control is carried out at one full revolution of the wheel and all information from the sensors is accumulated in the block 15 for receiving signals from the converters.

Возможность полного контроля перечисленных зон колеса и надежного выявления в них поверхностных дефектов обеспечивается размещением преобразователей с перекрытием рабочими поверхностями всех участков контроля. При этом важным является вид используемых преобразователей, а именно, многоэлементных интегральных вихретоковых преобразователей, каждый из которых представляет собой массив чувствительных вихретоковых элементов, выполненных, например, с помощью фотолитографии. При этом подмассивы разных слоев, идентичные по существу, смещены относительно друг друга так, что чувствительные элементы одного слоя обеспечивают, по меньшей мере, частичное покрытие частей контролируемой поверхности, не покрытых чувствительными элементами другого слоя.The possibility of complete control of the listed areas of the wheel and reliable detection of surface defects in them is ensured by placing the transducers with overlapping working surfaces of all control areas. In this case, the type of used converters is important, namely, multi-element integral eddy-current converters, each of which is an array of sensitive eddy-current elements made, for example, using photolithography. In this case, the subarrays of different layers, which are essentially identical, are displaced relative to each other so that the sensitive elements of one layer provide at least partial coverage of the parts of the inspected surface not covered by the sensitive elements of the other layer.

Из приведенного выше описания ручного сканера следует: создан новый вид устройства, которое решает проблему проведения неразрушающего контроля колес (бандажей колес) рельсового транспорта вихретоковым методом на небольших предприятиях по выпуску и ремонту рельсового транспорта.From the above description of the hand-held scanner it follows: a new type of device has been created that solves the problem of non-destructive testing of wheels (wheel rims) of rail vehicles by the eddy current method at small enterprises for the production and repair of rail vehicles.

Claims

A hand-held scanner for non-destructive testing of the rolling surface and the adjacent zones of the wheels of rail vehicles, containing a support frame with brackets, converters and a return mechanism, characterized in that part of the support frame is made in the form of a carriage with a return mechanism, the return spring of which ends with a handle, and in As transducers, we used multi-element integral eddy-current transducers, the working surfaces of which are installed in accordance with the control zones, and the control transducers of the wheel flange and the rolling surface are located on one side of the support frame, and the control transducers of the inner rim of the wheel, the hardening zone of the ridge and the outer rim of the wheel are installed on the opposite the side of the support frame, and the wheel flange control transducer, part of the working surface of which repeats the shape of the flange, and the inner wheel rim control transducer are fixed on outboard brackets equipped with guide rollers, in this case, the transducers for monitoring the ridge hardening zone and monitoring the outer rim are fixed on the carriage, and the transducer signal receiving unit and at least one handle are fixed on the support frame.