Первый отечественный автоматизированный комплекс контроля колесных пар вагонов «Пеленг-Автомат»
Об авторе
Казаченко Александр Теодорович
Председатель Правления совета директоров Научно-промышленной группы «Алтек». В 1976 г. окончил ЛИАП. Прошел путь от инженера до главного конструктора направления ХК «Ленинец». Руководит предприятиями группы «Алтек» с момента основания. Профессор Санкт-Петербургского Государственного политехнического университета.
Сетевая школа по НК в вагонном хозяйстве, прошедшая 29 - 30 июня 2004 г. в Челябинске, отметила, что «...в сложившейся системе НК деталей вагонов основной объем контроля сосредоточен на ремонтных предприятиях, на которых трудятся более 3000 дефектоскопистов, оснащенных 4500 дефектоскопами. Произошедшие в 2003 г. крушения и сходы подвижного состава, случаи брака, произошедшие по причине пропуска дефектов и повлекшие за собой экономические потери, не позволяют признать состояние действующей системы НК удовлетворительной».
Стратегический путь изменения действующей системы - это автоматизация НК, основная цель которой исключить влияние «человеческого фактора» и повысить достоверность контроля. Далеко не секрет, что дефектоскопист не в состоянии в течение почти двух часов, необходимых для полного контроля одной колесной пары, сохранять на достаточно высоком уровне свое психофизическое состояние. Попытки решения этой проблемы за счет использования модернизированных ручных дефектоскопов и механизированных устройств (например, для контроля колеса колесной пары и т. п.) отчасти решают задачу производительности, но не решают проблему «человеческого фактора». Вообще, модернизация ручных дефектоскопов с механическими приспособлениями - это промежуточный шаг от ручного контроля к автоматизированному. При наличии автоматизированных средств промежуточные шаги малоэффективны и, главное, экономически нецелесообразны. Конечно, механизированные средства вкупе с ручными самыми современными дефектоскопами значительно дешевле автоматизированного комплекса, но их внедрение практически не изменило неудовлетворительное состояние УЗК колес вагонов и привело к дальнейшим затратам на замену парка дефектоскопов и на увеличение штата дефектоскопистов. И, главное, влияние человека на результат контроля осталось прежним, а значит, согласно статистике, каждый пятый дефект пропускается. Финансовые издержки, которые несет ОАО «РЖД», при нескольких сходах подвижного состава (не говоря уже о крушениях), произошедшие по причине пропуска дефекта, ежегодные широкомасштабные закупки различного рода ручных дефектоскопов и механизированных средств, содержание большого штата дефектоскопистов превращают в итоге «дешевый» ручной контроль (пусть даже трижды механизированный) в убыточный и малоэффективный.
Кардинальное изменение состояния системы НК на вагоноремонтных предприятиях, т. е. повышение безопасности движения, напрямую связано с автоматизацией ручного труда дефектоскопистов на основе новых схем и методов прозвучивания и никоим образом не зависит от замены одного ручного дефектоскопа на другой не менее ручной.
Назначение
Автоматизированный комплекс УЗК колесных пар вагонов «Пеленг-автомат» разработан и изготовлен предприятием группы «Алтек» (Санкт-Петербург) совместно с ГУП ПКБ ЦВ и ГУП ВНИИЖТ ОАО «РЖД» по заказу Департамента вагонного хозяйства ОАО «РЖД». Комплекс в течение 2002 - 2003 гг. прошел все виды испытаний, сертифицирован и рекомендован, в том числе Департаментом безопасности движения и экологии ОАО «РЖД», в эксплуатацию. С 2004 г. комплексы поставляются на железные дороги ОАО «РЖД» в рамках Программы безопасности.
Комплекс предназначен для обнаружения при ремонте колесных пар вагонов недопустимых по РД 07.09-97 дефектов:
- в ободе, гребне и диске колеса;
- в осях типа РУ1 и РУ1Ш, в том числе при отсутствии или наличии колец подшипников на шейке оси и без разборки буксового узла (со снятой крышкой и стопорной планкой) без использования магнитопорошкового метода контроля.
Состав и принцип работы
Основу комплекса составляют механическая часть и многоканальный ультразвуковой дефектоскоп, реализованный на базе промышленного компьютера.
Рис. 1. Общий вид комплекса «Пеленг-автомат»
Для выявления дефектов используется свойство ультразвуковых колебаний отражаться от неоднородностей материала контролируемого изделия - трещин, выщербин, поверхностных отколов. В процессе поиска дефектов осуществляется сканирование изделия кратковременными зондирующими импульсами с высокочастотным заполнением, в том числе поверхностными волнами. Для ввода зондирующих импульсов и приема эхо-сигналов, отраженных от дефектов, используются совмещенные нормальные и наклонные, а также раздельно-совмещенные ПЭП.
Рис. 2. Структурная схема механической части комплекса
Колеса и оси ж.-д. вагонов проверяются в составе колесной пары. Ультразвуковые колебания вводятся под заданным углом к поверхности проверяемого изделия в зонах наиболее вероятного возникновения дефектов. Необходимая точность установки ПЭП достигается благодаря их креплению в специальных конструктивных элементах - сканерах. В процессе поиска дефектов сканеры автоматически фиксируются в рабочем положении, а сканирование обеспечивается за счет равномерного вращения колесной пары.
Рис. 3. Состав и компоновка многоканального дефектоскопа
Оборудование силовой механической части смонтировано на опорной эстакаде. Эстакада представляет собой сварную металлоконструкцию с участками рельсов, на которые накатывается проверяемая колесная пара. В пространстве между рельсами опорной эстакады располагается подъемно-поворотное устройство, которое обеспечивает:
- подъем колесной пары над эстакадой в требуемое для проведения контроля положение;
- вращение колесной пары вокруг оси в процессе контроля;
- разворот колесной пары на 180° в горизонтальной плоскости;
- опускание и скатывание колесной пары из рабочей зоны по окончании проверки.
Вращение и перемещение колесной эры, подвод-отвод сканеров произвотся при помощи электродвигателей, уравляемых компьютером.
В состав силовой механической части комплекса входит также система подачи, ора и фильтрации контактирующей жидкости (масло И30А), которая на рис. 1 мечена желтым цветом. Она осущестляет подачу жидкости в зазоры между рабочими поверхностями ПЭП и проверяемых деталей с целью обеспечения надежного акустического контакта. Использованная контактирующая жидкость собирается, очищается от загрязнений и применяется повторно.
Многоканальный ультразвуковой дефектоскоп обеспечивает возбуждение ЭП, сбор и обработку поступающей них информации, отображение ее на ране монитора и документирование параметров и результатов контроля, а также осуществляет управление механической частью комплекса.
Компоновка и состав дефектоскопической стойки показаны на рис. 3. Конструктивно фектоскопическая аппаратура выполнена в щели приборного шкафа, в котором установлены следующие устройства: источник бесперебойного питания, шасси промышленного компьютера, блок коммутации, принтер, выдвижная защищенная клавиатура, монитор и блок управления манипулятором. Электронная аппаратура для УЗК колесных пар изготовлена на базе системного блока промышленной ПЭВМ, в слоты которой установлены пять полноразмерных плат первичного контроля (ППК) и одна плата вторичного контроля (ПВК). Количество одновременно обрабатываемых каналов 22. Конструкция стойки предусматривает защиту электронных блоков от электромагнитных полей и механических повреждений.
Программное обеспечение комплекса функционирует под управлением ОС Windows 98. Работа программы начинается с вывода окна идентификации оператора - для начала работы с комплексом необходимо ввести пароль. Программное обеспечение поддерживает работу комплекса «Пеленг-автомат» в следующих основных режимах:
- «Калибровка»;
- «Автоматический контроль» и «Ручной контроль»;
- «Документы».
Режим «Калибровка» предназначается для автоматической подстройки параметров измерительных каналов дефектоскопа по стандартному образцу предприятия (СОП), содержащему модели дефектов. При успешном завершении калибровки устанавливается признак разрешения дальнейшей работы. Калибровка производится не реже одного раза в смену.
Режим «Автоматический контроль» является основным, режим «Ручной контроль» - вспомогательным. Режим «Документы» предназначается для оформления в виде протокола результатов контроля.
Порядок работы
Комплекс размещается на участке дефектоскопии. Перед контролем колесные пары должны пройти операции обмывки и очистки. Также требуется обточка колеса, если имеются недопустимые дефекты на его поверхности.
Перед началом работы оператор должен произвести калибровку комплекса по двум СОП (с осью РУ1 и РУ1Ш). Затем на рабочий стол комплекса накатывается колесная пара, подготовленная к контролю, и на колесо устанавливается метка начала отсчета. Оператор заносит в ПЭВМ параметры контролируемой колесной пары (код завода-изготовителя, заводские номера колеса и оси, тип оси, год изготовления, номер плавки и т. д.). При нажатии кнопки «Пуск» колесная пара поднимается над эстакадой, на колесо и на ось опускаются соответствующие сканирующие устройства, начинается подача контактирующей жидкости и включается вращение колесной пары. За два оборота, которые длятся не более 2 мин, колесо и половина оси, включая ее среднюю часть, полностью контролируются. При этом задействованы практически одновременно 22 канала (22 ПЭП). Процесс прозвучивания и его результаты отражаются на экране монитора в реальном масштабе времени. Затем по команде оператора (нажатие кнопки «Смена сторон») колесная пара опускается и разворачивается на 180°. После разворота пара снова поднимается. На другое колесо и ось опускаются соответствующие сканирующие устройства, и процесс контроля повторяется. По окончании контроля колесная пара опускается, скатывается с рабочего стола и поступает на обмывку.
Весь процесс контроля бездефектной колесной пары занимает в среднем 5 мин. По окончании контроля выдается протокол, который содержит графический образ элемента колесной пары с отмеченными дефектами, размеры и координаты дефектов (рис. 4). В правой части протокола приводится график зависимости амплитуды отраженного сигнала от времени (Л-развертка).
В случае обнаружения дефекта на экране монитора на изображении колеса и оси в реальном масштабе времени красным цветом выделяется дефектный участок (рис. 5), а также подается звуковой сигнал и высвечиваются параметры дефекта.
Рис. 5. Вид окна программы в процессе контроля колесной пары
Найденный дефект может быть перепроверен в ручном режиме работы комплекса. Можно включить любой из 22 каналов и, вращая колесную пару, по команде с пульта управления остановить ее на месте дефекта и проанализировать отраженный от дефекта сигнал. Кроме этого, в состав комплекса входит ручной ультразвуковой дефектоскоп «Пеленг» УД2-102, который при необходимости может быть использован для подтверждения контроля.
Комплекс позволяет проводить контроль колесной пары без разборки буксового узла и без снятия колец подшипников, что значительно снижает трудоемкость и стоимость подготовительных работ, увеличивает ресурс буксовых узлов и колец подшипников и, в конечном счете, сокращает время простоя вагонов на ремонтных предприятиях.
Заключение
Внедрение автоматизированных комплексов «Пеленг-автомат» должно кардинально изменить существующее положение с НК колесных пар вагонов на ремонтных предприятиях ОАО «РЖД». Монотонный и утомительный труд дефектоскописта постепенно превратится в работу оператора ПЭВМ, будет исключен магнитопорошковый метод контроля колесных пар.
Вычислительные мощности комплексов дают реальную возможность объединения их в сеть для создания системы автоматизированного мониторинга технического состояния элементов колесных пар по результатам НК. Накопленная база данных по результатам многолетней работы комплексов типа «Пеленг-автомат» в сочетании с системой автоматизированного мониторинга позволит перейти от контроля к диагностике элементов колесных пар, иначе говоря, перейти от тушения пожаров к их предупреждению.
Предварительные расчеты показали, что окупаемость комплекса составит при работе в одну смену - 18,7 месяца, в две смены - 11,8 месяца и в три смены - 10,3 месяца. Высокая работоспособность комплекса позволяет переоснастить практически все вагоноремонтные предприятия и устранить извечное противоречие между повышением достоверности контроля и производительностью, между необходимостью увеличения штата высококвалифицированных дефектоскопистов и снижением влияния «человеческого фактора», между возрастающими объемами грузоперевозок и безопасностью движения.