Железнодорожный транспорт

Автоматизированные средства неразрушающего контроля

На сегодняшний день наметилась тенденция развития автоматизации или механизации процессов контроля в условиях производства с целью повышения производительности и достоверности контроля. Наши организации, такие как УкрНИИНК и НПФ "Ультракон-Сервис" имеют большой опыт в создании автоматизированных установок ультразвукового и вихретокового контроля.

В СНГ уже успешно эксплуатируются установки автоматизированного ультразвукового контроля производства этих компаний:

  • установки автоматизированного ультразвукового контроля цельнокатаных колес на базе многоканального дефектоскопа "Унискан-ЛуЧ" работают на Нижнеднепровском трубопрокатном заводе (г. Днепропетровск), а также
  • установки для ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных осей поставлены на Крюковский ВСЗ (г. Кременчуг) и Люблинский ЛМЗ (г. Москва).

Установки обеспечивают применение всех обязательных и дополнительных методов приемочного УЗК, в соответствии с РД 32.144-2000

Установка приемочного ультразвукового контроля цельнокатаных ж/д колес
Рис.1. Установка приемочного ультразвукового контроля цельнокатаных ж/д колес


Рис.2. Установка ультразвукового контроля ж/д осей

Эксплуатация этих установок, безусловно играет важную роль в обеспечении контроля качества основных деталей вагонов и, соответственно, безопасности движения. Однако, в эксплуатации находится подавляющее большинство колесных пар, которые были сформированы из колес и осей не проходивших дефектоскопию на таких установках не гарантируя безопасности эксплуатации подвижного состава. Кроме того, при эксплуатации могут развиваться дополнительные усталостные дефекты. Эксплуатационный контроль колесных пар вагонов регламентируется документами РД 07.09-97 - по ультразвуковому и ЦВ-0052 - по вихретоковому методам контроля.


Рис. 3. Контроль элементов КП в соответствии с руководящим документом РД 07.09э97 и ЦВ 0052

Практическое применение этих документов на железнодорожных предприятиях, выявило ряд недостатков.

Во-первых, тот факт, что требования этих документов реализуются при помощи ручного контроля, вносит такие недостатки как трудоемкость и субъективность контроля. Особенно сильно это заметно при вихретоковом контроле приободной зоны, где необходимо проводить контроль по сложной траектории и обеспечивать шаг контроля 5 - 8 мм.

Кроме того контроль по РД 07.09 не обеспечивает выявление некоторых опасных дефектов колесных пар вагонов:


Рис.4. Ручной ВТК приободной зоны в соответствии с руководящим документом ЦВ 0052

  • так при контроле обода прозвучиванию подвергается только приповерхностный слой толщиной около 10 мм, а толща обода остается не контролируемой;
  • контроль приободной зоны диска зачастую не производится вследствие невозможности качественной очистки поверхности диска;
  • не обеспечивается выявление даже крупных трещин в подступичной части, имеющих хотя бы небольшой - в пределах 100—150 - наклон к продольной оси колесной пары.


Рис.5. Контроль обода колеса в соответствии с РД 07.09-97

Из-за сложной геометрии колесной пары, ультразвуковой контроль проводится отдельно по 16-ти зонам. В условиях вагоноремонтных заводов и других предприятий с большими объемами ремонтных работ, трудоемкость такого контроля - 40-50 мин, а в случае обнаружения дефектов и более - является неприемлемой.

Решением всех этих проблем является применение установки механизированного контроля колесных пар. Это позволит, с одной стороны в несколько раз повысить производительность контроля — за счет одновременной работы многих каналов контроля, а с другой достоверность — за счет мехнизированного сканирования (таким образом исключается пропуск зон сканирования и обеспечивается более стабильный акустический контакт) и полного документирования не только обнаруженных дефектов, но и всего процесса контроля (это исключает вопрос недобросовестности дефектоскописта и дает возможность детального анализа результатов в любой момент времени).


Рис.6. Структура построения поста контроля колесной пары

Такая установка была разработана в Украинском НИИ НК и поставлена в вагонное депо Дебальцево-Сортировочное и вагонное депо Одесса-Застава.

Стенд контроля состоит из следующих позиций:

  • ПОЗИЦИЯ ЗАГРУЗКИ;
  • ПОЗИЦИИ КОНТРОЛЯ*;
  • ПОЗИЦИЯ ВЫГРУЗКИ.

Примечание: По желанию Заказчика система может быть скомпонована не на одном, а на нескольких пространственно разнесенных стендах. В таком случае, каждый из стендов может иметь собственные позиции загрузки и выгрузки.

*Количество позиций контроля — одна или две — может меняться в зависимости от компоновки системы.

Две крайние позиции носят служебный характер и предназначены, прежде всего, для обеспечения безопасности людей и оборудования при подаче и удалении колесных пар с позиции контроля. На центральной позиции расположена вся контрольная аппаратура и сканеры.


Пост загрузки

Пост контроля


Механизм Подъема и вращения КП


Пост выгрузки

Рис.7. Механическая часть установки

Механизация НК колесных пар - переход на качественно новый уровень безопасности движения

Система включает механические модули, 4 контрольных и 2 электронных модуля:

Модуль перемещения и вращения колесной пары, который в свою очередь состоит из таких устройств:

  • 2 устройства отсечки колесной пары, расположенные на первой и последней позициях стенда.
  • УСТРОЙСТВО ПРИЕМА  колесной пары на позицию контроля.
  • УСТРОЙСТВО ВРАЩЕНИЯ  колесной пары на позиции контроля.
  • УСТРОЙСТВО РАЗВОРОТА  колесной пары на позиции контроля.
  • УСТРОЙСТВО УДАЛЕНИЯ  колесной пары с позиции контроля.

Все устройства данного модуля встроены в участок рельсового пути, имеющего слабый уклон в направлении перемещения колесной пары по стенду. Механические модули предназначены для перемещения колесной пары по стенду, ее разворота, вращения на позиции контроля и удалении с позиции контроля.

Модуль зачистки участка подступичной части оси;

Предназначен для зачистки внутренней части подступичной части оси.

Модуль УЗК колеса колесной пары;

Модуль УЗК колеса колесной пары состоит из ультразвукового сканера обода колеса колесной пары и многоканального дефектоскопа "Унискан-Луч". Модуль производит контроль следующих зон:

  • Наружной и внутренней поверхностей обода, толщи обода колеса. При этом реализуются эхо и зеркально-теневые методы контроля прямыми (по РД 32.144-2000) и наклонными ПЭП с углом ввода 400 (по РД 07.09-97) в обоих направлениях;
  • Рабочей грани и толщи гребня колеса;
  • Толщи приободной зоны диска колеса.


Рис. 8. Ультразвуковой модуль контроля колеса КП


Рис. 9. Зоны контроля цельнокатаного колеса КП

Модуль УЗК оси колесной пары (сканер торцевой, сканер подступичной части);

Модуль УЗК оси колесной пары состоит из двух ультразвуковых сканеров - торцевого сканера оси и сканера подступичной части оси - и многоканального дефектоскопа "Унискан-Луч". Модуль обеспечивает выявление в металле оси дефектов в соответствии с РД 07.09-97. Дополнительно обеспечивается выявление наклонных (до ±150) трещин в подступичной части и на шейке оси. Каждая зона оси колесной пары прозвучивается как минимум двумя, а в большинстве случаев тремя лучами. В частности, шейка (наиболее подверженная изломам часть оси) прозвучивается 5-ю схемами контроля. В результате, обеспечивается максимальная достоверность и эффективность контроля.


Рис.10. Ультразвуковой модуль оси КП

Модуль ВТК обода колеса колесной пары;

Модуль ВТК обода колеса колесной пары состоит из вихретокового сканера обода колеса и многоканального дефектоскопа "Унискан-Луч" в вихретоковом исполнении. Модуль позволяет выявлять трещины любой ориентации, выходящие на внутреннюю или наружную поверхности обода или же на поверхность катания.


а


б

Рис.11 ( а; б ). Модуль ВТК обода колеса колесной пары

Модуль ВТК приободных зон диска колеса колесной пары;

Модуль ВТК приободных зон диска колеса колесной пары состоит из двух вихретоковых сканеров - сканера наружной поверхности приободной зоны диска колеса и сканера внутренней поверхности приободной зоны диска колеса. Модуль позволяет выявлять трещины любой ориентации, выходящие на внутреннюю или наружную поверхности приободной зоны диска.

Все модули УЗК и ВТК в реальном времени передают данные контроля на модуль обработки и визуализации информации.


Рис.12. Модуль ВТК приободных зон диска колеса колесной пары

Модуль обработки и визуализации информации

Данный модуль представляет собой промышленный компьютер с ЖК-монитором и специализированного ПО, для проведения обработки данных, их визуализации, создания отчетности, ведения архивов контроля.


Рис.13. Модуль обработки и визуализации информации


Рис.14. Общий вид специализированного программного обеспечения

В модуле обработки и визуализации данных используется специализированное программное обеспечение, с помощью которого оператор управляет процессом контроля, анализирует выводимую информацию и визуализирует ее на экране компьютера.


Рис. 15. Область вводимой оператором информации о КП

На рис.15 представлена область программы контроля, где оператор вносит всю информацию о колесной паре.

Рис. 16. Сигнальная область программы контроля

 На рис. 16 представлена сигнальная область программы контроля, в которой оператор получает информацию о выполняемых действиях системой.

Интерфейс программы контроля выполнен в интуитивно понятной форме. 

Оператор выполняет пошаговое передвижение КП в стенду, программа выдает сообщения о тех операциях которые уже завершены, которые выполняются в данный момент и которые оператору необходимо выполнить или инициировать в дальнейшем.


Рис 17. Режим подтверждения дефектов

После проведения контроля КП оператор имеет возможность не отводя сканеры перейти в одноканальный режим работы системы, и провести подтверждение обнаруженных дефектов. При этом система предложит автоматически "перейти" к выбранному дефекту (прокрутить КП в соответствующее положение).
После проведения контроля вся информация по колесной паре сохраняется в базе данных и доступна для дальнейшего анализа и визуализации. Оператор, используя программу просмотра результатов контроля, имеет возможность проделать такие операции как: фильтрация информации о КП по дате, заводу изготовителю оси, имени оператора и т.д., просмотра результатов контроля по ранее проконтролированных КП, систематизировать, хранить протоколы контроля всех проконтролированных колесных пар (см. рис. 18, 19).


Рис.18 (а) Программа просмотра результатов контроля

 


(б) Режим просмотра кратких результатов контроля


Рис. 19. Программа просмотра результатов контроля э режим подтверждения (подробного просмотра результатов контроля)

 

Таким образом, КОМПЛЕКС ПОЗВОЛЯЕТ:

  • Сократить время контроля колесной пары;
  • Повысить достоверность контроля за счет реализации новых схем прозвучивания;
  • меньшить влияние человеческого фактора и уровня квалификации персонала на качество контроля;
  • Уменьшить количество дефектоскопистов и число ручных дефектоскопов, необходимых для контроля колесных пар;
  • Организовать двух- и трехсменную работу без снижения качества и производительности контроля колесных пар;
  • Автоматически формировать, систематизировать и хранить протоколы контроля всех колесных пар, проверенных за смену и в течение срока службы КП.

Кроме того, благодаря своей модульной структуре, комплекс может быть адаптирован по потребности каждого конкретного заказчика.

На данный момент установка контроля колесных пар запущена в работу в сортировочном депо г. Дебальцево. Планируется запуск в вагонном депо "Одесса застава-1" г. Одесса.

ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ КП

Количество обслуживающего персонала - от 2 до 4-х человек в зависимости от условий работы предприятия (распределение постов контроля, требуемая производительность контроля). Два оператора обслуживающие ультразвуковую и вихретоковую часть установки соответственно, которые находятся на разных сторонах КП.

Например при последовательном размещении постов контроля:

1 пост - Контроль оси;  2 пост - Контроль колеса, один оператор может обслуживать свои модули на двух постах контроля.

ВРЕМЯ КОНТРОЛЯ

Время контроля бездефектной КП будет составлять 10 мин. (Контроль проводится за один оборот). Время контроля увеличивается в зависимости от количества дефектов, требующих подтверждения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение хотелось бы выразить надежду на скорейшее внедрение таких установок на предприятиях Укрзализныци, что, мы уверены, поднимет неразрушающий контроль колесных пар на качественно новый уровень и поспособствует повышению безопасности движения на железных дорогах Украины.

Мищенко В.П. Ведущий инженер  отдела технологий НК ЗАО "УкрНИИНК"
БондарЧук Д.Н.  Инженер  отдела технологий НК  ЗАО "УкрНИИНК
Буга В.И. Инженер отдела технологий НК ЗАО "УкрНИИНК" Специалист II уровня  по радиационному методу контроля
Опанасенко А.В. Инженер  отдела технологий НК  ЗАО "УкрНИИНК"


Наши партнеры

ASNT-banner logo