RU2785302C1 - Ultrasonic method for assessing defects in the rail head and determining the profile of the tread surface - Google Patents
Ultrasonic method for assessing defects in the rail head and determining the profile of the tread surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785302C1 RU2785302C1 RU2022109653A RU2022109653A RU2785302C1 RU 2785302 C1 RU2785302 C1 RU 2785302C1 RU 2022109653 A RU2022109653 A RU 2022109653A RU 2022109653 A RU2022109653 A RU 2022109653A RU 2785302 C1 RU2785302 C1 RU 2785302C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rail head
- rail
- head
- tread surface
- defect
- Prior art date
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 4
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 4
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к акустическому виду неразрушающего контроля и может быть использовано при контроле локальных участков железнодорожных рельсов по показаниям мобильных и съемных средств дефектоскопии, при периодическом осмотре рельсовых путей, а также при планировании работ по восстановлению профиля головки рельса. The invention relates to an acoustic type of non-destructive testing and can be used in the control of local sections of railway rails according to the readings of mobile and removable flaw detection tools, during periodic inspection of rail tracks, as well as when planning work to restore the profile of the rail head.
В процессе эксплуатации рельсового пути головка рельсов претерпевает значительные нагрузки. Именно здесь развивается до 70% от всех обнаруживаемых поверхностных и внутренних дефектов. На поверхности катания головки могут образоваться микротрещины и неровности, являющиеся источниками развития опасных продольных и поперечных трещин. Действующей нормативной документацией [1, 2] поперечные трещины (кодов 21, 24, 26 и др.) в головке относят к наиболее опасным дефектам, которые могут привести к внезапному хрупкому излому рельса под движущимся подвижным составом. В то же время продольные трещины на глубине до 8 мм от поверхности катания, как правило, развиваются длительный период и могут быть устранены в плановом порядке. Поэтому оценка неразрушающими способами конфигурации и параметров внутренних дефектов в головке рельсов является актуальной задачей.During the operation of the rail track, the rail head undergoes significant loads. It is here that up to 70% of all detected surface and internal defects develop. Microcracks and irregularities can form on the head tread surface, which are sources of dangerous longitudinal and transverse cracks. The current regulatory documentation [1, 2] classifies transverse cracks (codes 21, 24, 26, etc.) in the head as the most dangerous defects that can lead to a sudden brittle fracture of a rail under a moving rolling stock. At the same time, longitudinal cracks at a depth of up to 8 mm from the tread surface, as a rule, develop for a long period and can be eliminated in a planned manner. Therefore, non-destructive assessment of the configuration and parameters of internal defects in the rail head is an urgent task.
В процессе эксплуатации рельсового пути износ поверхности катания головки рельсов может достигать до 10 мм с нарушением первоначального профиля. С целью своевременного исключения (удаления) поверхностных микротрещин - источника многих внутренних дефектов, а также для восстановления первоначального профиля производят периодическое шлифование головки рельсов в пути с помощью рельсошлифовальных поездов. Получение информации о профиле головки рельса требует привлечения способов и устройств, основанных на механических, вихретоковых и оптоэлектронных принципах [3-7].During the operation of the rail track, the wear of the tread surface of the rail head can reach up to 10 mm with a violation of the original profile. In order to timely exclude (remove) surface microcracks - the source of many internal defects, as well as to restore the original profile, periodic grinding of the rail head on the way is carried out using rail grinding trains. Obtaining information about the profile of the rail head requires the use of methods and devices based on mechanical, eddy current and optoelectronic principles [3-7].
Учитывая актуальность вопросов оценки дефектов и профиля головки рельсов, предложено несколько технических решений, базирующихся на использовании ультразвуковых (УЗ) колебаний. Недостатками известных технических решений [8-12], является низкая точность и сложность проведения процедуры измерений. В основном это вызвано использованием поверхности катания рельсов в качестве плоскости ввода УЗ колебаний. При этом эхо-сигналы от многих трещин, залегающих вблизи поверхности катания головки рельса, попадают в зону нечувствительности («мертвую зону») УЗ контроля.Given the relevance of the issues of assessing defects and the profile of the rail head, several technical solutions based on the use of ultrasonic (US) vibrations have been proposed. The disadvantages of the known technical solutions [8-12] are the low accuracy and complexity of the measurement procedure. This is mainly due to the use of the rail tread surface as the input plane for ultrasonic vibrations. In this case, the echo signals from many cracks located near the rail head rolling surface fall into the insensitivity zone (“dead zone”) of the ultrasonic control.
Возможными поверхностями ввода УЗ колебаний могли бы стать подголовочные поверхности головки рельса, которые не подвергаются воздействию колес подвижного состава и сохраняют свой первоначальный профиль во время эксплуатации рельсов в пути. Однако шероховатость (негладкость) этих поверхностей препятствует обеспечению стабильного ввода УЗ колебаний при сканировании (перемещении путем скольжения по поверхности) электроакустическими преобразователями (ЭАП). Таким образом, главной причиной игнорирования стабильных (неизнашиваемых) подголовочных граней головки рельсов для ввода/приема УЗ колебаний с целью обнаружения внутренних дефектов известными техническими решениями [9, 13, 14], является сложность обеспечения стабильного акустического контакта при перемещении (сканировании) путем скольжения ЭАП по этим поверхностям.Possible input surfaces for ultrasonic vibrations could be the head surfaces of the rail head, which are not exposed to the wheels of the rolling stock and retain their original profile during the operation of the rails in transit. However, the roughness (non-smoothness) of these surfaces prevents stable input of ultrasonic vibrations during scanning (moving by sliding over the surface) with electroacoustic transducers (EAC). Thus, the main reason for ignoring the stable (non-wearing) head faces of the rail head for input/reception of ultrasonic vibrations in order to detect internal defects by known technical solutions [9, 13, 14] is the difficulty of ensuring stable acoustic contact during movement (scanning) by sliding the EAP over these surfaces.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является ультразвуковой способ оценки износа головки рельса и глубины залегания дефекта [15], заключающийся в установке излучающих ЭАП на подголовочные грани головки рельсов, а приемных преобразователей - на поверхность катания, зондировании головки рельсов, перемещении пар преобразователей по указанным поверхностям вдоль рельсов, обнаружении линии границ дефекта теневым методом, их совместном анализе и определении размера и местоположения дефекта, а также в измерении времени распространения УЗ сигнала и вычислении высоты головки рельса по линии зондирования. При обнаружении дефекта предусмотрен прием сигнала, отраженного от дефекта, измерении времени распространения УЗ сигнала и расчет глубины залегания дефекта в плоскости зондирования.The closest technical solution adopted for the prototype is an ultrasonic method for assessing the wear of the rail head and the depth of the defect [15], which consists in installing radiating EAPs on the head faces of the rail head, and receiving transducers on the tread surface, probing the rail head, moving transducer pairs along the specified surfaces along the rails, detection of the defect boundary line by the shadow method, their joint analysis and determination of the size and location of the defect, as well as in measuring the propagation time of the ultrasonic signal and calculating the height of the rail head along the probing line. When a defect is detected, it is provided to receive a signal reflected from the defect, measure the propagation time of the ultrasonic signal and calculate the depth of the defect in the probing plane.
Недостатками известного технического решения являются низкая точность и производительность контроля, а также ограниченная область применения.The disadvantages of the known technical solution are the low accuracy and performance of control, as well as a limited scope.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа оценки конфигурации и размеров внутренних дефектов головки рельсов и одновременного измерения параметров профиля головки рельса ультразвуковым способом.The task to be solved by the claimed invention is to create a method for estimating the configuration and dimensions of internal defects of the rail head and simultaneously measuring the profile parameters of the rail head by ultrasonic method.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности и производительности измерений параметров дефектов, и в расширении области применения способа контроля головки рельсов.The technical result of the invention is to increase the accuracy and productivity of measuring the parameters of defects, and to expand the scope of the method for monitoring the rail head.
Технический результат обеспечивается тем, что в ультразвуковом способе оценки дефекта в головке рельсов и определения профиля поверхности катания, заключающемся в том, что в окрестности предполагаемого дефекта на поверхность катания и на обе подголовочные поверхности головки рельса устанавливают пары взаимонаправленных электроакустических преобразователей, перемещают их по указанным поверхностям вдоль головки рельса, зондируют головку рельса, для чего преобразователями с обеих подголовочных поверхностей излучают ультразвуковые сигналы и принимают их преобразователями на поверхности катания, фиксируют границы дефекта теневым методом, совместно анализируют их и определяют размеры и ориентацию дефекта, причем возбуждение и прием ультразвуковых колебаний проводят линейками пьезопластин, размещенных поперек головки рельса в роликовых преобразователях с упругой оболочкой, количество пьезопластин в линейках выбирают исходя из требуемой разрешающей способности, оценку внутреннего дефекта и вычисление профиля поверхности катания рельсов производят с учетом сигналов, полученных всеми приемными преобразователями.The technical result is ensured by the fact that in the ultrasonic method for assessing a defect in the rail head and determining the profile of the tread surface, which consists in the fact that in the vicinity of the alleged defect, pairs of mutually directed electroacoustic transducers are installed on the tread surface and on both head surfaces of the rail head, and they are moved along the indicated surfaces along the rail head, the rail head is probed, for which ultrasonic signals are emitted by transducers from both head surfaces and received by transducers on the tread surface, the defect boundaries are fixed by the shadow method, they are jointly analyzed and the size and orientation of the defect are determined, and the excitation and reception of ultrasonic vibrations is carried out with rulers piezoelectric plates placed across the rail head in roller transducers with an elastic shell, the number of piezoelectric plates in the lines is selected based on the required resolution, an assessment of the internal defect and the calculation The study of the profile of the rail rolling surface is carried out taking into account the signals received by all receiving transducers.
Дополнительно определение времени распространения ультразвуковых колебаний в переходных слоях между излучателями/приемниками ультразвуковых колебаний и поверхностями головки рельса производят на головке рельса с известными размерами, и полученные значения времен используют при вычислении профиля поверхности катания рельсов и параметров дефектов.Additionally, the propagation time of ultrasonic vibrations in the transition layers between the emitters/receivers of ultrasonic vibrations and the surfaces of the rail head is determined on a rail head with known dimensions, and the obtained time values are used to calculate the rail tread surface profile and defect parameters.
Существенными отличиями заявляемого способа являются:Significant differences between the proposed method are:
1. Осуществление ввода УЗ колебаний с помощью линеек пьезопластин, размещенных в роликовых преобразователях, обеспечивает более надежный и стабильный акустический контакт, особенно по подголовочной поверхности. В прототипе вопросы обеспечения акустического контакта на неровных поверхностях не рассматриваются. Сканирование с помощью систем скольжения преобразователей (в прототипе [15]) по неровным, шероховатым поверхностям неизбежно приводит к заметной флуктуации как сквозных сигналов на бездефектных участках головки рельса, так и амплитуд эхо-сигналов от возможных дефектов. При озвучивании предлагаемыми системами качения (роликами) обеспечивается стабильный и качественный акустический контакт даже на неровных поверхностях.1. Implementation of the introduction of ultrasonic vibrations with the help of lines of piezoplates placed in roller transducers provides a more reliable and stable acoustic contact, especially along the subhead surface. In the prototype, the issues of providing acoustic contact on uneven surfaces are not considered. Scanning using transducer sliding systems (in the prototype [15]) over uneven, rough surfaces inevitably leads to noticeable fluctuations of both through signals on defect-free sections of the rail head and the amplitudes of echo signals from possible defects. When sounding with the proposed rolling systems (rollers), stable and high-quality acoustic contact is ensured even on uneven surfaces.
2. Одновременное озвучивание сечения головки рельса в нескольких плоскостях зондирования благодаря применению линеек пьезопластин, устанавливаемых на подголовочные поверхности и поверхность катания рельса, позволяет более достоверно и оперативно оценить внутренние дефекты и измерить профиль головки рельса. В прототипе предусмотрено озвучивание определенных сечений одиночными парами пьезопластин с каждой поверхности только по линии зондирования, что не обеспечивает необходимую информативность и достоверность контроля. В прототипе возможное сканирование поперек сечения головки рельса путем дискретного смещения пар ЭАП, резко снижает производительность контроля и ограничивает область применения, т.к. не позволяет получить корректную информацию о параметрах (профиле) поверхности катания головки рельса и размерах внутренних дефектов.2. Simultaneous scoring of the rail head section in several probing planes due to the use of piezoplate rulers installed on the head surfaces and the rail tread surface makes it possible to more reliably and quickly assess internal defects and measure the rail head profile. The prototype provides for the sounding of certain sections by single pairs of piezoelectric plates from each surface only along the probing line, which does not provide the necessary information content and reliability of control. In the prototype, the possible scanning across the section of the rail head by discrete displacement of pairs of EAP, sharply reduces the performance of the control and limits the scope, because does not allow obtaining correct information about the parameters (profile) of the rail head tread surface and the dimensions of internal defects.
3. Измерение времени распространения УЗ сигналов производят с учетом задержек в переходных слоях (в акустической жидкости внутри ролика, в толще оболочки ролика и в слое контактной смазки) между излучателями/приемниками УЗ колебаний и поверхностями головки рельса, что позволяет получить более точные значения измеряемых параметров поверхности катания и глубины дефектов. В прототипе вопросы учета времен задержек УЗ колебаний в переходных слоях не рассматриваются.3. The propagation time of ultrasonic signals is measured taking into account the delays in the transition layers (in the acoustic fluid inside the roller, in the thickness of the roller shell and in the contact lubricant layer) between the emitters / receivers of ultrasonic vibrations and the surfaces of the rail head, which makes it possible to obtain more accurate values of the measured parameters tread surface and defect depth. In the prototype, the issues of accounting for the delay times of ultrasonic vibrations in the transition layers are not considered.
4. Применение роликовых преобразователей, как показывает практика, требует на 30-50% меньше контактной смазки, чем при применении систем скольжения. Этот фактор особенно важен при контроле локальных участков рельсового пути по показаниям мобильных и съемных средств дефектоскопии, т.к. их проверяют в основном вручную и требуемый объем смазки входит в переносной комплект дефектоскописта.4. The use of roller converters, as practice shows, requires 30-50% less contact lubrication than when using sliding systems. This factor is especially important when monitoring local sections of the rail track according to the indications of mobile and removable flaw detection tools, because they are checked mainly by hand and the required amount of lubricant is included in the portable flaw detector kit.
Реализацию предлагаемого способа иллюстрируют следующие фиг.:The implementation of the proposed method is illustrated by the following figures:
Фиг. 1 - Размещение роликовых преобразователей на контролируемом рельсе,Fig. 1 - Placement of roller transducers on the controlled rail,
где:where:
1 - головка контролируемого рельса;1 - head of the controlled rail;
2 и 3 - подголовочные поверхности и поверхность катания головки рельса соответственно;2 and 3 - subhead surfaces and the rolling surface of the rail head, respectively;
4L и 4R - каретки с роликовыми преобразователями на правой (Right) и левой (Left) подголовочных поверхностях головки рельса;4 L and 4 R - carriages with roller converters on the right (Right) and left (Left) head surfaces of the rail head;
5 - каретка с роликовыми преобразователями на поверхности катания головки рельса;5 - carriage with roller transducers on the tread surface of the rail head;
6 - пьезопластины внутри роликовых преобразователей.6 - piezoplates inside roller transducers.
Фиг. 2 - Схемы контроля головки рельса при озвучивании участков рельса с продольной и поперечной внутренними трещинами (дефектами), где:Fig. 2 - Schemes of control of the rail head when scoring rail sections with longitudinal and transverse internal cracks (defects), where:
А, В и С и сонаправленные им С', В' и А' ролики с преобразователями на соответствующих поверхностях головки 1 рельса (показано в одном продольном сечении головки рельса);A, B and C and co-directed C', B' and A' rollers with transducers on the respective surfaces of the rail head 1 (shown in one longitudinal section of the rail head);
Углы α1 и α2 - углы ввода УЗ колебаний в плоскости зондирования;Angles α 1 and α 2 - angles of entry of ultrasonic vibrations in the plane of sounding;
DL и DT - продольная или поперечная трещина внутри головки рельса.D L and D T - longitudinal or transverse crack inside the rail head.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. В зоне предполагаемого внутреннего дефекта на поверхность катания 3 и на подголовочных поверхностях 2 головки 1 рельса устанавливают каретки 4L, 4R и 5 с роликовыми преобразователями.The proposed method is implemented as follows. In the zone of the alleged internal defect on the
Роликовые преобразователи известны из уровня техники [16-20] и представляют собой вращающиеся на оси ролики (колеса малого размера), имеющие оболочку в виде эластичной мембраны и наполненные звукопроводящей жидкостью. Внутри ролика на оси его вращения закреплены электроакустические преобразователи (в данном случае линейка пьезопластин 6) для ввода/приема УЗ колебаний в рельс (и из рельса) через пятно контакта эластичной мембраны ролика с поверхностью рельса.Roller transducers are known from the prior art [16-20] and are rollers rotating on an axis (small wheels), having a shell in the form of an elastic membrane and filled with a sound-conducting liquid. Inside the roller, on the axis of its rotation, electroacoustic transducers are fixed (in this case, a line of piezoplates 6) for input/reception of ultrasonic vibrations into the rail (and from the rail) through the contact patch of the elastic membrane of the roller with the rail surface.
В заявляемом способе нижние подголовочные каретки 4L, 4R (например, в виде прямоугольных рамок) содержат не менее трех роликовых ЭАП (на фиг. 2 ролики А, В и С). Ширина а каждого ролика согласована с прямолинейным участком подголовочной поверхности (фиг. 1), а диаметр 2R - ограничен реализуемой схемой прозвучивания и конструктивными соображениями. Внутри ролика размещено i пьезопластин 6, осуществляющих ввод УЗ колебаний перпендикулярно (нормально) к подголовочным поверхностям относительно поперечного сечения головки рельса. В продольном сечении рельса один из роликов (на фиг. 2 ролик В) излучает УЗ колебании в перпендикулярном направлении, другие ролики под встречными наклонными углами +α и -α (на фиг. 2 ролики А и С). В общем случае значения этих углов могут отличаться друг от друга. Количество i пьезопластин 6 в каждом ролике определяется размером подголовочной поверхности в поперечном сечении и размером (диаметром) пьезопластин, выбираемых из требуемой разрешающей способности при оценке дефектного сечения.In the claimed method, the lower head carriages 4 L , 4 R (for example, in the form of rectangular frames) contain at least three roller EAP (Fig. 2 rollers A, B and C). The width a of each roller is consistent with the straight section of the head surface (Fig. 1), and the
Верхняя каретка 5 с роликовыми преобразователями С', В' и А' содержит линейку с пьезопластинами 6, направленными на соответствующие пластины нижних подголовочных роликов в каретках 4L и 4R, и содержит не менее N>2i+1 пьезопластин. Кроме пьезопластин nI-ni, сонаправленных с пьезопластинами в подголовочных роликах (фиг. 1). Дополнительно в роликах на поверхности катания могут быть установлены центральные разнонаправленные пьезопластины в зоне продольной оси головки рельса. Возможный вариант ориентации центральных пластин вдоль продольной оси рельса приведен на фиг. 1 и 2, где в центральном ролике В' (фиг. 2) установлена пластина, излучающая/принимающая в вертикальном направлении (вниз, или под углом 0 градусов), а по краям каретки (на фиг. 2 ролики А' и С') - пластины на этой же оси, направленные встречно под углами α. С помощью этих дополнительных пьезопластин 6, за счет многократных переотражений в поверхностном слое (между поверхностью катания 3 и продольной трещиной DL), удается более четко выявить трудно обнаруживаемые продольные трещины и расслоения головки рельсов, залегающие на малых глубинах. При наличии глубоко залегающей продольной трещины по временному положению эхо-сигналов от плоскости трещины можно определить ее глубину залегания.The
Оценка внутреннего дефекта и определение его образа (продольная DL или поперечная трещина DT) происходит следующим образом. Прошедшие через металл головки 1 рельса УЗ колебания принимаются сонаправленными пьезопластинами в соответствующих роликах на поверхности катания рельса. На фиг. 2 ролик А, размещенный на подголовочной поверхности, излучает УЗ колебания через головку рельса, и они поступают на ролик А'. Излучаемые от ролика В УЗ колебания поступают на ролик В', а от ролика С - на С'. В процессе сканирования (вдоль рельса) головки рельса 1 системой из трех кареток 4R, 4L и 5 с роликовыми преобразователями производится послойное (в вертикально-наклонных плоскостях зондирования) прозвучивание сечения головки рельса. При этом контролируемый рельс выступает своеобразной направляющей для кареток.Evaluation of an internal defect and determination of its image (longitudinal D L or transverse crack D T ) is as follows. The ultrasonic vibrations passed through the metal of the
Прижатие роликов к сканируемым поверхностям и обеспечение стабильного акустического контакта путем подачи контактирующей смазки (или геля для УЗ контроля) на сканируемые поверхности осуществляется специальным устройством (на фиг. не показано).Pressing the rollers to the scanned surfaces and ensuring stable acoustic contact by supplying a contact lubricant (or gel for ultrasonic testing) to the scanned surfaces is carried out by a special device (not shown in the figure).
В процессе сканирования головки производится прокатывание систем роликов в каретках вдоль рельса. Внутренняя трещина любой ориентации (DL или DT) будет экранировать УЗ лучи, излучаемые от подголовочных роликов А, В и С. На линейках пьезопластин роликов С', В' и А' верхней каретки 5 будут последовательно уменьшаться (вплоть до полного исчезновения) уровень принимаемых сквозных сигналов. Координаты ослаблений сквозных сигналов по длине рельса фиксируются процессором УЗ дефектоскопа с учетом показаний датчика перемещения (на фиг. не показаны). По параметрам этих ослаблений, исходя из акустических и геометрических построений, известными способами [9 и 15] вычисляется профиль внутреннего дефекта головки рельса, который, при соответствующей обработке, может быть представлен виде 3D изображения на мониторе многоканального дефектоскопа с датчиком перемещения.In the process of scanning the head, the roller systems in the carriages are rolled along the rail. An internal crack of any orientation (D L or D T ) will shield the ultrasonic rays emitted from the head rollers A, B and C. On the lines of the piezoelectric plates, the rollers C', B' and A' of the
Для получения детального образа (очертания) внутреннего дефекта, прозвучивание головки 1 производится в нескольких взаимно параллельных продольно-наклонных плоскостях с помощью i пьезопластин, установленных в каждый ролик (см. фиг. 1). Благодаря наличию множества (N>2i+1) каналов, за одно сканирование (синхронный прокат кареток вдоль рельса) удается провести прозвучивание большей части сечения головки, что на практике достаточно для формирования однозначного вывода о наличии или отсутствии внутреннего дефекта, превышающего критический размер. По сравнению с прототипом данный результат не зависит от степени износа боковых поверхностей головки и обладает большей (в i раз,) производительностью.To obtain a detailed image (outline) of an internal defect, sounding of the
Определение профиля поверхности катания рельсов производится перед или за дефектным сечением (на бездефектном участке), а при необходимости, на любом бездефектном участке рельсового пути.Determination of the profile of the rail tread surface is carried out in front of or behind the defective section (on the defect-free section), and, if necessary, on any defect-free section of the rail track.
При наличии сквозных сигналов на всех элементах линейки ролика В', измеряют их временные положения tскв i относительно моментов излучения и, по выражениюIn the presence of end-to-end signals on all elements of the ruler of the roller B', measure their time positions t rms i relative to the moments of radiation and, according to the expression
hгi=с[tскв i-(tпн+tпв)],h gi \u003d c [t well i - (t mon + t pv )],
вычисляют фактическую высоту hгi головки и соответствующий профиль поверхности катания головки рельса с учетом положения сигналов на всех пьезопластинах 6 линейки в ролике, где:calculate the actual height h gi of the head and the corresponding profile of the rolling surface of the rail head, taking into account the position of the signals on all
tпн и tпв - времена задержек УЗ колебаний в конструкции роликов (суммарное время пробега по акустической жидкости в ролике, толщине оболочки ролика) и в контактирующей смазке;t mon and t pv - the delay times of ultrasonic vibrations in the design of the rollers (total travel time through the acoustic fluid in the roller, the thickness of the roller shell) and in the contact lubricant;
с - скорость УЗ колебаний в металле рельсов (для продольных волн около 5900 м/с).c is the speed of ultrasonic vibrations in the metal of the rails (for longitudinal waves, about 5900 m/s).
По полученным значениям высоты головки рельса в каждой плоскости зондирования, количество которых определяется количеством 2i сонаправленных пар пьезопластин 6 на подголовочных поверхностях 2 и поверхности катания 3, строится фактический профиль головки 1 рельса.Based on the obtained heights of the rail head in each probing plane, the number of which is determined by the number of 2i co-directional pairs of
Контактная подголовочная поверхность массово применяемых рельсов типа Р65 составляет около 20 мм. При использовании промышленно выпускаемых пьезопластин диаметром 4 мм, в ролике В (центральный в каретке 4r и, аналогично, в каретке 4L) на акустической линейке можно разместить i (до 5 шт. ) рядом расположенных пластин 6 (фиг. 2). Для измерения фактического профиля головки рельса достаточно измерить временные положения сквозных импульсов на пьезопластинах акустической линейки ролика В', принимающих УЗ колебания от пьезопластин роликов В с обеих подголовочных поверхностей головки рельса (фиг. 1).The contact underhead surface of the widely used rails of the P65 type is about 20 mm. When using industrially produced piezoelectric plates with a diameter of 4 mm, in roller B (central in carriage 4r and, similarly, in carriage 4 L ), i (up to 5 pcs.)
В данном примере в ходе реализации способа можно определить по 5 точек поверхности катания рельса с обеих сторон относительно продольной вертикальной оси рельса, по которым (всего 10 точек профиля) можно построить линию фактического профиля поверхности катания головки, что вполне достаточно для практики периодических эксплуатационных осмотров состояния рельсового пути.In this example, during the implementation of the method, it is possible to determine 5 points of the rail tread surface on both sides relative to the longitudinal vertical axis of the rail, along which (10 profile points in total) it is possible to build a line of the actual profile of the head tread surface, which is quite enough for the practice of periodic operational inspections of the condition rail track.
При необходимости оценки профиля головки рельса вне зоны локальных дефектов, измерения производят, как правило (в зависимости от состояния головки), не чаще чем через каждые 25-100 м.If it is necessary to evaluate the profile of the rail head outside the zone of local defects, measurements are made, as a rule (depending on the state of the head), no more than every 25-100 m.
С помощью предлагаемого технического решения возможны описанным выше способом измерения глубины локальных пробоксовок на рельсах (от колес подвижных составов) и смятий (дефекты кода 46.3-4 по [2]) в зоне сварных стыков, что дополнительно расширяет область применения способа.With the help of the proposed technical solution, it is possible to measure the depth of local slippage on the rails (from the wheels of rolling stock) and collapses (code defects 46.3-4 according to [2]) in the zone of welded joints, which further expands the scope of the method.
Предварительный учет времен tпн и tпв в переходных слоях осуществляется на фрагменте рельса с известными размерами головки (например, определенные с помощью механических измерителей) или на специально изготовленном образце. Возможное изменение толщины эластичной звукопроводящей оболочки (мембраны) роликов при прижатии их к поверхностям ввода УЗ колебаний при этом также учитывается, что дополнительно повышает точность измерения искомых параметров. Учет указанных параметров системы электроакустических преобразователей позволяет определять размеры высоты головки 1 рельса в измеряемых сечениях с требуемой точностью. Последующее определение степени износа головки производят относительно профиля нового рельса.Preliminary accounting of times t mon and t PV in transition layers is carried out on a fragment of a rail with known dimensions of the head (for example, determined using mechanical meters) or on a specially made sample. A possible change in the thickness of the elastic sound-conducting shell (membrane) of the rollers when they are pressed against the input surfaces of ultrasonic vibrations is also taken into account, which further increases the accuracy of measuring the desired parameters. Accounting for these parameters of the system of electroacoustic transducers allows you to determine the dimensions of the height of the
Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить точность и надежность измерений при оценке внутренних дефектов в головке рельсов и определении профиля поверхности катания рельсов. Способ многократно увеличивает производительность контроля и имеет расширенную область применения (оценка внутренних дефектов, определение фактического профиля поверхности катания и степени износа головки, а также определение глубины смятий и пробоксовок на поверхности). На основании полученной информации может быть принято обоснованное решение о целесообразности проведения ремонта участков рельсов или о периодическом наблюдении (мониторинге) за ростом дефектов до достижения ими критических размеров.Thus, the application of the proposed method makes it possible to increase the accuracy and reliability of measurements when assessing internal defects in the rail head and determining the profile of the rail tread surface. The method greatly increases the inspection performance and has an extended scope (evaluation of internal defects, determination of the actual profile of the tread surface and the degree of wear of the head, as well as determining the depth of crushing and slippage on the surface). Based on the information received, a reasonable decision can be made on the advisability of repairing rail sections or on periodic observation (monitoring) of the growth of defects until they reach critical sizes.
Источники информацииSources of information
1. ГОСТ Р 51685-2013. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия.1. GOST R 51685-2013. Railway rails. General specifications.
2. Инструкция "Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов". ОАО "РЖД" №2499 р от 23.10.2014.2. Instruction "Defects of rails. Classification, catalog and parameters of defective and sharply defective rails". JSC "Russian Railways" No. 2499 r dated 10/23/2014.
3. RU 2162120.3. RU 2162120.
4. RU 2204803.4. RU 2204803.
5. RU 2513338.5. RU 2513338.
6. RU 2489291.6. RU 2489291.
7. RU 2708520.7. RU 2708520.
8. JP 11337529.8.JP 11337529.
9. RU 2340495.9. RU 2340495.
10. RU 2613574.10. RU 2613574.
11. RU 2545493.11. RU 2545493.
12. RU 2060493.12. RU 2060493.
13. US 2013/0152691.13. US 2013/0152691.
14. ЕР 2277037.14. EP 2277037.
15. RU 2466386.15. RU 2466386.
16. RU 89235.16.RU 89235.
17. RU 2677124.17. RU 2677124.
18. US 5419196.18. US 5419196.
19. RU 2611709.19. RU 2611709.
20. RU 2504767.20. RU 2504767.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2785302C1 true RU2785302C1 (en) | 2022-12-06 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2823665C1 (en) * | 2023-11-23 | 2024-07-29 | Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" | Method for ultrasonic inspection of local sections of rails |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4700574A (en) * | 1985-05-15 | 1987-10-20 | Matix Industries | Ultrasonic detection method of the internal defects of a railroad track rail located in the sides of the head of said rail and device to carry it out |
US5020371A (en) * | 1988-12-19 | 1991-06-04 | Speno International S.A. | Device for the precise transverse positioning for a member displaceable along a rail of a railway track with respect to said rail |
RU2308027C1 (en) * | 2006-05-02 | 2007-10-10 | ОАО "Радиоавионика" | Method of ultrasonic test of rail head |
RU2545493C1 (en) * | 2013-12-04 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method of ultrasound detection of micro fractures at rail head working coving |
RU2613574C1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-03-17 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method for ultrasound detection of microcracks on operating railhead fillet |
RU2652511C1 (en) * | 2017-05-02 | 2018-04-26 | Анатолий Аркадиевич Марков | Method of micro cracks on the rail head rolling surface ultrasonic detection |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4700574A (en) * | 1985-05-15 | 1987-10-20 | Matix Industries | Ultrasonic detection method of the internal defects of a railroad track rail located in the sides of the head of said rail and device to carry it out |
US5020371A (en) * | 1988-12-19 | 1991-06-04 | Speno International S.A. | Device for the precise transverse positioning for a member displaceable along a rail of a railway track with respect to said rail |
RU2308027C1 (en) * | 2006-05-02 | 2007-10-10 | ОАО "Радиоавионика" | Method of ultrasonic test of rail head |
RU2545493C1 (en) * | 2013-12-04 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method of ultrasound detection of micro fractures at rail head working coving |
RU2613574C1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-03-17 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method for ultrasound detection of microcracks on operating railhead fillet |
RU2652511C1 (en) * | 2017-05-02 | 2018-04-26 | Анатолий Аркадиевич Марков | Method of micro cracks on the rail head rolling surface ultrasonic detection |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2823665C1 (en) * | 2023-11-23 | 2024-07-29 | Акционерное общество "РАДИОАВИОНИКА" | Method for ultrasonic inspection of local sections of rails |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20160304104A1 (en) | System for inspecting rail with phased array ultrasonics | |
US4700574A (en) | Ultrasonic detection method of the internal defects of a railroad track rail located in the sides of the head of said rail and device to carry it out | |
US7555954B2 (en) | In-track wheel inspection system | |
US20080223137A1 (en) | Method and Apparatus for Detecting Flaws in a Railhead | |
KR101478465B1 (en) | Mechanized Ultrasonic Testing Method for Curved Pipe Welding Zone | |
CN104792866A (en) | Ultrasonic detecting and positioning method and device based on TOFD (time of flight diffraction) and phased array | |
JPH0352908B2 (en) | ||
CN105699488A (en) | Method of and an apparatus for in situ ultrasonic rail inspection of a railroad rail | |
WO2016168623A1 (en) | System for inspecting rail with phased array ultrasonics | |
US9217728B2 (en) | Device for inspecting a moving metal strip | |
CA1108743A (en) | Method and apparatus for automatic ultrasonic flaw detection | |
CN113607823B (en) | Method for detecting longitudinal crack depth of cylindrical concrete by utilizing ultrasonic waves | |
US20120216618A1 (en) | Methods and systems for imaging internal rail flaws | |
RU2645818C1 (en) | Method for ultrasonic inspection of rail bases | |
CN111610253B (en) | Ultrasonic creeping wave probe defect echo positioning device and method | |
RU2785302C1 (en) | Ultrasonic method for assessing defects in the rail head and determining the profile of the tread surface | |
Dymkin et al. | Improving procedures for ultrasonic pulse-echo testing of rails in production | |
RU2652511C1 (en) | Method of micro cracks on the rail head rolling surface ultrasonic detection | |
JP2009058238A (en) | Method and device for defect inspection | |
JP2006138672A (en) | Method of and device for ultrasonic inspection | |
RU2783753C1 (en) | Ultrasonic method for detecting defects in the rail head | |
WO2017030458A1 (en) | Ultrasonic diagnostics of vertically-oriented defects in prismatic metal products | |
RU2788475C1 (en) | Ultrasonic method for determining the parameters of the rolling surface of the rail head and the depth of longitudinal cracks | |
Hattori et al. | Crack sizing accuracy of a phased array ultrasonic scanner developed for inspection of rib-to-deck welded joints in orthotropic steel bridge decks | |
CN106323207A (en) | Composite billet weld fusion depth detecting device and method |