Современные ультразвуковые дефектоскопы на железнодорожном транспорте

Министерство путей сообщения Российской Федерации (МПС РФ).

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ).

Институт транспортной техники и систем управления (ИТТСУ).

Кафедра: «Локомотивы и локомотивное хозяйство».

Реферат.

на тему:.

Современные ультразвуковые дефектоскопы на железнодорожном транспорте.

Выполнил: Литвинов А.С.

студент группы ТЛТ-411.

Принял: ассист. Лобанов И.И.

Москва 2013.

1. Основные виды диагностики на ЖД транспорте.

2. Диагностика 21 века.

3. Диагностика следующего поколения Заключения Список источников.

Внедрение диагностирования на ж.-д. транспорте позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы на содержание и ремонт подвижного состава, выбрать рациональную систему ремонта с учетом фактического технического состояния узлов и агрегатов оборудования, повысить надежность подвижного состава в эксплуатации. В системе технического диагностирования локомотивов используются методы, средства, системы и технологические приемы диагностики, базирующиеся на ряде понятий и определений, установленных государственными стандартами.

Диагностирование — процесс установления признаков, характеризующих техническое состояние объекта — локомотива, дизель-поезда и др., а также любого элемента, по внешним признакам или параметрам с определенной точностью указания места, вида и причин дефекта, если таковой обнаружен. Применяется статистический, или инструментальный метод диагностирования, основанный на физических, механических, химических и других явлениях, положенных в основу информации о состоянии объекта.

Средствами диагностирования являются измерительные приборы, пульты, стенды и другие технические устройства. Последовательность и способы применения методов и средств диагностирования составляют технологию диагностирования. Система технического диагностирования — совокупность объектов, методов и средств, а также исполнителей, позволяющая осуществить диагностирование по правилам, установленным соответствующей документацией; является обязательной составной частью системы планово-предупредительных ремонтов локомотивов. Задачей системы технического диагностирования локомотивов является проверка исправности, работоспособности, правильного функционирования, поиск дефектов. Диагностирование проводится при испытании и наладке локомотивов в процессе производства; при техническом обслуживании в процессе эксплуатации; при ремонтах локомотивов. Выбор вида системы диагностирования осуществляется на основании технико-экономических расчетов и технических требований, отражающих специфику процесса диагностирования локомотивов при их производстве, эксплуатации и ремонте.

1. Основные виды диагностики на ЖД транспорте.

Практикой определены следующие виды технической диагностики локомотивов: по назначению — техническая диагностика может быть специализированной и совмещенной с плановыми обслуживаниями и ремонтами (имеется в виду проведение отдельных обследований и комплексная оценка состояния при плановых ремонтах); по технологическому оборудованию — диагностика проводится специализированными устройствами или основными приборами; по режиму проведения — плановая диагностика или по потребности; по месту в системе технического обслуживания — на поточной линии комплексной технической диагностики при определении состояния или заключительная проверка после выполненного ремонта; по типу применяемых средств диагностирования — на стационарных пунктах, с помощью бортовых систем, переносными средствами. Для получения информации о состоянии той или иной части элементов или протекающих процессах может изучаться любая часть этих элементов. Тепловоз, например, имеет несколько параметров, характеризующих качество его функционирования. Такими параметрами в первую очередь являются мощность при установленной частоте вращения коленчатого вала и экономичность. Поэтому диагностирование начинают с контроля именно этих функциональных параметров. В случае отклонения функционального параметра от нормального значения необходимо проконтролировать функциональные параметры его подсистем и оценить их техническое состояние.

2. Диагностика XXI века.

В условиях реформирования железнодорожного транспорта становится актуальным переход на новую систему комплексной диагностики инфраструктуры, позволяющей осуществлять содержание её объектов с учётом их фактического состояния, что помогает рационально расходовать материальные и трудовые ресурсы.

Во многих странах объекты инфраструктуры выделяются в отдельную группу (путь, контактная сеть, средства СЦБ и связи и т. п.), а вопросы их диагностики решаются совместно. Зарубежный опыт показывает: рациональное расходование средств на содержание объектов инфраструктуры возможно только при условии полного и всестороннего мониторинга их состояния. На европейских железных дорогах уже внедрены различные автоматизированные информационно-аналитические системы техобслуживания объектов (IRISSys, PATER и др.). Используя такие системы, специалисты-аналитики накапливают и изучают результаты диагностирования и, следовательно, могут обоснованно формировать планы мероприятий по содержанию требуемого состояния инфраструктуры. Очевидно, что разработка и внедрение информационно-аналитической системы диагностики — задача актуальная и для России. Её решение — крупномасштабный проект, который может быть реализован совместными усилиями ведущих организаций, имеющих значительные наработки в этой области.

Именно поэтому ОАО «Радиоавионика» вместе с НПЦ «Инфотранс» (Самара) и ПИК «Прогресс» (Москва) выступили с единой концепцией реализации такого проекта. Разработки этих предприятий широко используются для мониторинга состояния существенной части инфраструктуры (геометрия пути, дефектоскопия и контактная сеть). Построение такой информационно-аналитической системы невозможно без внедрения современных устройств диагностики железнодорожной инфраструктуры. Поэтому специалистами ОАО «Радиоавионика» проведена модернизация вагона-дефектоскопа, оснащённого аппаратурой АВИКОН-03М. Завершается работа по реализации функций оценки состояния отдельных элементов пути и измерения его геометрических параметров, геолокации земляного полотна с регистрацией результатов, видеонаблюдения за окружающей обстановкой. Также реализована возможность анализа подробного фотоизображения поверхности рельса, получаемого синхронно с результатами магнитного и ультразвукового контроля. Запатентованы схемы прозвучивания, обеспечивающие выявление дефектов на ранней стадии развития. Действуют магнитный канал дефектоскопического комплекса с активным намагничиванием, контроль состояния акустического контакта по всем каналам. Всё это в сочетании с надёжностью аппаратуры позволяет с высокой достоверностью обнаруживать дефекты в эксплуатируемых рельсах в диапазоне скоростей движения вагона-дефектоскопа от 5 км/ч до 60 км/ч.

Во многих странах объекты инфраструктуры выделяются в отдельную группу.

Ведётся разработка новых, более совершенных съёмных средств ультразвукового контроля. Например, анализ дефектограмм показывает: как правило, в зоне контроля болтового стыка от 10 до 200 мм от торцов рельсов остаются непроверенными ввиду нестабильного прилегания искательной системы скольжения, наличия поверхностных дефектов, смятия концов рельсов и ступенек. Избежать этого факта можно посредством перехода на альтернативные искательные системы — системы качения.

С этой целью нами разработан первый отечественный двухниточный дефектоскоп АВИКОН-14 для сплошного контроля рельсов с искательной системой качения. Он обладает улучшенной схемой прозвучивания сечения рельса. Одновременно производится контроль граней головки рельса по схеме «РОМБ» и центральной части головки посредством отъезжающего и наезжающего каналов с углами ввода 70 градусов. Использование такой системы позволяет уменьшить ориентировочно на 30% расход контактирующей жидкости, проверять рельсы с сильно изношенной головкой, с загрязнённой или покрытой ржавчиной поверхностью катания. Компанией создан уникальный программно-аппаратный комплекс ПАК НК. Он может стать основой для программного инструмента, способного оценивать состояние различных элементов железнодорожной инфраструктуры. В рамках ПАК НК уже прорабатывается возможность анализа геолокационных данных обследования земляного полотна совместно с результатами неразрушающего контроля рельсов.

В рамках поиска решений вопроса диагностики напряжённого состояния рельсовых плетей «Радиоавионика» ведёт работы по адаптации прибора RailScan, выпускаемого нашими партнёрами — венгерской фирмой МАВ КФВ КФТ, и по технологии его применения к условиям эксплуатации на наших дорогах. Прибор определяет нейтральную температуру бесстыкового пути в различных точках, регистрирует её изменения во времени.

3. Диагностика следующего поколения.

Дефектоскопы сплошного контроля нового поколения, которые приобрели на КбшЖД, легко определят надёжность рельсов..

До конца ноября на КбшЖД поступит три дефектоскопа сплошного контроля АВИКОН-11 и два — РДМ-22. Новые дефектоскопы будут направлены в Пензенскую, Рузаевскую, Аксаковскую, Ашинскую и Туймазинскую дистанции пути для обеспечения безопасности движения поездов и повышения качества проверки рельсов.

По словам начальника дорожной лаборатории дефектоскопии службы пути КбшЖД Алексея Трушкова, дефектоскопы АВИКОН-11 и РДМ-22 предназначены для обнаружения дефектов в обеих нитях пути по всей длине и сечению рельса при сплошном контроле со скоростью движения до 4 км/ч, а также для выборочного ручного контроля сварных стыков, отдельных сечений и участков рельса, определения координат обнаруженных дефектов и их условных размеров. «В дефектоскопах старого поколения прибор регистрации сплошного контроля рельсов присоединялся кабелями. В новых моделях регистратор встроен в тележку, что не требует его съёма или установки. Таким образом, обеспечивается непрерывная фиксация результатов сплошного контроля. На экран дефектоскопа в режиме реального времени выводится дефектограмма проконтролированных участков, а на персональный компьютер оператора дефектоскопной тележки передаётся сопроводительная информация для дальнейшей расшифровки», — поясняет Алексей Трушков.

В этом году для проверки рельсов на КбшЖД использовалось 15 дефектоскопов АВИКОН-11 и 15 дефектоскопов РДМ-22. Эти модели дефектоскопов продемонстрировали лучшие показатели при обнаружении остродефектных рельсов. С начала года на КбшЖД при помощи этих приборов было обнаружено 229 остродефектных рельсов, а это 20% от тех, что выявлены другими средствами диагностики, в том числе вагонами-дефектоскопами и дефектоскопами-автомотрисами.

«Срок службы съёмных и переносных дефектоскопов составляет восемь лет. Затем требуется их замена, так как дефектоскопы морально и физически устаревают за это время. А от правильной работы дефектоскопных средств зависят состояние рельсовой колеи и, как следствие, безопасность движения поездов, — говорит Алексей Трушков. — Новые дефектоскопы как раз и поступают в хозяйство пути дороги взамен выработавших срок эксплуатации».

ультразвуковой дефектоскоп железнодорожный диагностика.

3.1 Двухниточный дефектоскоп для сплошного контроля АВИКОН-11.

Благодаря накопленному опыту, пожеланиям рядовых операторов и достигнутому уровню развития науки и техники в 2005 г. коллектив научно-технического центра съемных и переносных средств контроля завершили разработку новейшего ультразвукового двухниточного дефектоскоп АВИКОН-11.

Первые результаты эксплуатации на отдельных дистанциях пути Октябрьской ж.д. показали быстроту освоения дефектоскопа операторами, удобство работы, высокую эффективность обнаружения дефектов рельсов.

Отличительные особенности дефектоскопа АВИКОН-11.

· уменьшенные габариты и масса дефектоскопной тележки и электронных узлов (42 кг без контактирующей жидкости);

· одновременный контроль рабочей и нерабочей граней головки рельса эхои зеркальным методами контроля;

· представление информации на экране дефектоскопа в виде В-развертки в реальном времени. При контроле рельсов оператор может постоянно наблюдать на экране дефектоскопа эхо-сигналы в виде В-развертки как по всем каналам, так и по любому из них;

· возможность вторичного просмотра и расшифровки сигналов контроля непосредственно по экрану дефектоскопа;

· регистрация амплитуд эхо-сигналов на нескольких уровнях от минус 6 до плюс 18 дБ относительно порога звуковой индикации;

· регистрация сигналов контроля и сопутствующей дефектоскопической информации на съемную карту памяти;

· повышенная надежность контроля концевых участков рельсов, болтовых стыков и стрелочных переводов за счет специального режима контроля;

· возможность установки магнитного канала.

Новая конструкция.

Благодаря оригинальным конструкторским решениям значительно облегчена и уменьшена по габаритам новая конструкция дефектоскопной тележки. Ее вес составляет всего 42 кг (без учета веса контактирующей жидкости), а благодаря складной конструкции подъемного устройства, поддерживающего блок управления, габариты тележки в транспортном положении не превышают 480×1840×685 мм.

Рисунок 1 Усовершенствованная искательная система с полуавтоматической центровкой Усовершенствованная искательная система дефектоскопа может быть установлена как сзади колес тележки, обеспечивая тем самым удобным доступ оператора к ним, так и между колес, что повышает эффективность контроля за счет улучшения их центровки в кривых участках пути. При трудных условиях контроля предусмотрено несколько способов регулировки положения искательной системы для ее надежной центровки.

Благодаря разделению приборной части дефектоскопа на два блока (блок дефектоскопический и блок управления и индикации) обеспечена удобная работа оператора в пути при транспортировке.

Схема прозвучивания.

При разработке дефектоскопа особое внимание уделено наиболее полному озвучиванию сечения рельса и особенно его головке как наиболее подверженной воздействию колес подвижного состава. Используемая схема прозвучивания «РОМБ» позволяет производить одновременный контроль рабочей и нерабочей граней головки рельса, а также ее верхнюю центральную часть, в том числе под горизонтальными расслоениями длиной до 100 мм. Помимо схемы «РОМБ», хорошо себя зарекомендовавшей на сети железных дорог в дефектоскопе АВИКОН 11 впервые введена новая схема контроля «РОМБ+», которая помимо вышесказанного, позволяет обнаруживать сильноразвитые дефекты с зеркальной поверхностью в обеих гранях головки рельса по зеркальному методу.

Рисунок 2 Схема прозвучивания дефектоскопа АВИКОН-11.

Для повышения надежности обнаружения поперечных трещин в центральной и нижней части головки рельсов, развивающихся преимущественно под небольшим (до 20 градусов) наклоном на двухпутных участках пути в схему прозвучивания дефектоскопа введен пьезоэлектрический датчик (ПЭП) с углом ввода ультразвуковых колебаний 70°.

Для контроля шейки и ее продолжения в головку и подошву использованы комбинированные резонаторы, имеющие в одном корпусе две пьезопластины, с углом ввода 42° с расширенной диаграммой направленности. Для надежного обнаружения опасных дефектов подошвы предусмотрено временное разделение каналов, позволяющее установить разную чувствительность в зонах шейки рельса и подошвы.

В целях уменьшения «мертвой» зоны при озвучивании сечения рельса прямым преобразователей (угол ввода 0°) и поиска горизонтальных трещин, залегающих на небольшой глубине, конструкция ПЭП выбрана раздельно-совмещенной, причем излучающая пьезопластина расположена на специальной акустической задержке.

Контроль рельсов в пути.

Главным отличием нового дефектоскопа является возможность наблюдать сигналы контроля в виде В-развертки в реальном времени непосредственно в пути. Таким образом, оператор может постоянно наблюдать за сигналами, поступающим на дефектоскоп, контролируя его работу и качество акустического контакта, а также позволяет получить более полное представление об отражателях в контролируемом сечении рельса. Уже сегодня операторы предпочитают использовать именно данный режим в качестве основного.

Присутствует и традиционный режим представления сигналов при сплошном контроле рельсов, когда на экране представлено мнемоническое изображение схемы прозвучивания сечения рельса. Кроме отображения В-развертки обеих нитей одновременно предусмотрена возможность просмотра в более крупном масштабе сигналов только одной рельсовой нити, либо любого из каналов совместно с, А разверткой.

Рисунок 3 Отображение на экране дефектоскопа непосредственно в пути сигналов по всем каналам контроля в виде развертки типа B.

Регистрация временных и амплитудных параметров эхо-сигналов, а также и сопутствующая контролю (служебная) информация производится на съемную карту памяти объемом 64 Мб, обеспечивающую работу в диапазоне температур (от минус 40 до плюс 55 градусов). Объема памяти карты достаточно для нескольких дней работы дефектоскопа.

Передача результатов контроля рельсов на ПК осуществляется двумя способами:

· через порт USB при подключении к нему электронного блока;

· при помощи адаптера карты памяти.

Настройка.

Различные условия эксплуатации требуют от современного дефектоскопа гибкости в выборе параметров и режимов работы. В то же время, значительное увеличение различных настроек прибора приводит к дополнительному усложнению работы с ним.

В дефектоскопе АВИКОН-11 максимально упрощен процесс его настройки и предусмотрена полуавтоматическая настройка дефектоскопических каналов на условную чувствительность, причем приняты меры по минимизации ошибки оператора при поиске наибольшего сигнала от эталонного отражателя. Предусмотрена возможность создания нескольких вариантов настройки по всем каналам, например, для контроля отдельных участков с изношенными или «шумящими» рельсами.

Пользовательские функции.

Операторы дефектоскопа имеют возможность ввести в память АВИКОН-11 свои пользовательские данные: списки наименований участков и необходимых при контроле отметок, а также ФИО операторов, работающих с прибором. Таким образом, подготовка к новому сеансу работы занимает минимальное время.

Для качественной привязки к участку контроля в дефектоскопе АВИКОН-11 предусмотрен ввод километровых, пикетных отметок и номеров стрелочных переводов. Оператор при контроле участка может ввести отметку с кодом дефекта или любую текстовую отметку. Кроме того, во внутренней памяти могут быть сохранены несколько вариантов настроек ультразвуковых каналов, личные записи оператора (например, список отметок, требующих постоянного наблюдения или расписание электричек, поездов), стоп-кадры изображения эхо-сигналов в виде Аи В-разверток на экране.

Программное обеспечение АВИКОН-11.

Программа отображения дефектоскопа АВИКОН-11 предназначена для выполнения следующих операций:

· чтения с карты памяти (флеш-карты) дефектоскопа результатов сплошного контроля уложенных в путь рельсов и записи их на жесткий диск компьютера. Причем, загрузка на жесткий диск компьютера, хранящихся на карте памяти файлов, может осуществляться в любой выбираемой оператором последовательности;

· очистки карты-памяти после считывания хранившихся в ней данных;

· ввода пользовательских данных для работы с дефектоскопом АВИКОН-11 (название подразделения, список перегонов и операторов, особые отметки, личные записи);

· расшифровки дефектограмм, полученных в процессе сплошного контроля уложенных в путь рельсов двухниточным съемным дефектоскопом;

· вывода на печать ведомостей натурного осмотра с фрагментами дефектограмм обнаруженных дефектных и остродефектных рельсов.

· формирования базы данных дефектограмм с возможностью настройки наиболее удобной формы представления информации.

Рисунок 4. Режимы отображения сигналов:

а — классический, б — сведение в единое сечение с учетом расположение ПЭП по длине рельса, в — сведение в единое сведение с учетом расположения ПЭП по длине рельса и углов ввода и разворота ПЭП, г) «В виде рельса».

Среди отличительных особенностей, облегчающих расшифровку сигналов, предусмотрены разные режимы представления информации и инструменты для анализа сигналов. Необходимо отметить отображение сигналов с учетом их амплитуды для различения сигналов на фоне помех; наличие 4 видов представления сигналов, в том числе со сведением в единое сечение; возможность просмотра огибающей амплитуды донного сигнала для контроля качества акустического контакта.

Рисунок 5. Огибающая амплитуд донных сигналов позволяет мгновенно оценить качество акустического контакта Кроме непосредствеено эхо-сигналов на дефектограмме отображаются: зоны движения тележки в обратном направлении; отметки привязки к путейской координате; отметки оператора (привязка и найденные дефекты); значение условной чувствительности каждого канала и др.

Благодаря регистрация амплитуд эхо-сигналов, программа отображения позволяет проанализировать сигналы на А-развертке и просмотреть таблицы временных и амплитудных параметров эхо-сигналов для каждой координаты пути. Для упрощения работы с файлами дефектограмм в программу внесены широкие возможности по настройке базы данных.

3.2 Ультразвуковой дефектоскоп УДС2-РДМ-22.

Ультразвуковой дефектоскоп УДС2-РДМ-22 предназначен для обнаружения дефектов в обеих нитях железнодорожного пути по всей длине и сечению рельса, за исключением перьев подошвы, при сплошном контроле со скоростью движения до 4 км/ч, а также для выборочного ручного контроля сварных стыков, отдельных сечений и участков рельса, определения координат обнаруженных дефектов и их условной протяженности.

Объектами контроля являются рельсы типа Р43, Р50, Р65, Р75, а также рельсы соединительных путей, рельсы крестовины, усовики крестовины, остряки и рамные рельсы стрелочных переводов.

Коды выявляемых дефектов по классификатору дефектов рельсов НТД/ЦП-1−93 с дополнением по классификации дефектов и повреждений элементов стрелочных переводов: 20.1−2, 21.1−2, 24.1−2, 25.1−2, 26.3, 27.1−2, 30 В.1−2, 30 Г.1−2, 38.1, 50.1−2, 52.1−2, 53.1−2, 55.1−2, 56.3, 60.1−2, 66.3, 69.2, 70.1−2, 74.1−2, 79.1−2, ДО.20.2, ДСН.20.2, ДО.60.2, ДСН.60.2, ДР.21.2, ДУ.22.2, ДУН.21.2.

Дефектоскоп является переносной механизированной системой ультразвукового контроля с использованием эхо-метода (ЭМ) и зеркально-теневого метода (ЗТМ) при контактном способе ввода ультразвуковых колебаний (УЗК). Количество каналов возбуждения и приема УЗК, предусмотренных для работы с блоками пьезоэлектрических резонаторов (БП) в режиме сплошного контроля, для каждой из нитей пути — 8, из них 3 для реализации в канале или раздельной или совмещенной, а 5 — только совмещенной схемы прозвучивания.

Количество каналов возбуждения и приема УЗК, предусмотренных для работы с ручными пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП) — 3, из них — 1 для работы с ручным низкочастотным (100 кГц) ПЭП.

Особенности дефектоскопа:.

· Сигнализация о наличии дефектов — звуковая и цветовая по экрану матричного индикатора, индикация установленных значений условной чувствительности контроля каналов (дБ), коэффициента выявляемости дефекта (дБ), координат дефектов (мм), текущей путейской координаты контролируемого участка пути (км и м) — цифровая на экране матричного индикатора.

· Наличие системы непрерывного контроля за состоянием акустического контакта с индикацией на экране электронного блока дефектоскопа.

· Непрерывное документирование результатов контроля в виде дефектограмм проконтролированных участков в формате развертки типа B, регистрируемой через 1 мм пути, с сопроводительной информацией об амплитудно-временных характеристиках зарегистрированных эхо-сигналов, установленной в каждом из каналов контроля условной чувствительности контроля и текущих значениях путейской координаты.

· Возможность оперативного просмотра зарегистрированных дефектограмм на матричном индикаторе дефектоскопа, а также просмотра дефектограмм на пониженном, по отношению к обычному, пороговом уровне регистрации сигналов, для выявления потенциально опасных участков с дефектами на начальной стадии развития и создания системы мониторинга за ними.

· Возможность ввода в протокол сплошного контроля протокола уточняющего контроля ручными ПЭП, а также различных служебных отметок.

· Отображение и регистрация скорости движения дефектоскопной тележки во время сплошного контроля участка пути. Вывод дефектограмм с сопроводительной информацией на персональный компьютер (ПК) для дальнейшей расшифровки.

· Передача информации на персональный компьютер с помощью внешних носителей памяти: SD-карта, Flash-диск.

· Непосредственный вывод информации с электронного блока на персональный компьютер через USB-порт.

· Программное обеспечение для ПК позволяет подробно расшифровать записи и дать наиболее полное заключение о проконтролированном участке.

Основные технические характеристики прибора УДС2-РДМ-22 представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Технические характеристики.

· Электронный блок дефектоскопа УДС2 — РДМ — 22 изготовлен в пыле-водозащищеном исполнении со степенью защиты IP54.

· Дефектоскоп устойчив к воздействию относительной влажности окружающего воздуха до 98% при температуре 35 °C и более низких температурах без конденсации влаги.

Заключение.

Таким образом, в ходе выполненной работы мы выяснили, что диагностика на ж-д транспорте является важнейшим параметром развития всей инфраструктуры железных дорог России, без которого уверенный вход в ХХІ век невозможен.

Список источников.

1. Журнал «Гудок» статья от 12.11.2010 стр. 24.