Рассматриваются характеристики дефектоскопных авто­мотрис для УЗК рельсов. Приведены основные схемы прозвучивания. Проанализированы возможности бесконтактных методов УЗК с использованием электромагнитноакустических преобра­зователей.

 Об авторе

Горделий Виталий Иванович 

 Президент меж­отраслевого иннова­ционного объединения «АФИНА», Генеральный директор научно-производственного предпри­ятия «ВИГОР» г. Моск­ва. Организатор и руко­водитель разработок мобильных средств НК и диагностики рельсов.

 Принципиальным отличием нового подхода к разработке средств контроля рельсов являются требования их большей автономности и мобиль­ности, агрегатирования и унификации оборудова­ния; модульного принципа построения электрон­ной аппаратуры; увеличения информативности и возможности сопряжения с системами автомати­ческой обработки и регистрации информации. Это позволит существенно повысить достоверность и надежность контроля, постоянно совершенст­вовать отдельные модули системы, модернизи­ровать программное обеспечение и аппаратный комплекс, сохраняя как общую структуру, так и его конструктивные параметры. Реализация этой концепции превращает НК в эффективный инст­румент управления технологическим процессом эксплуатации ж.-д. пути и делает еще более интеллектуальным труд специалистов.

В разработке и внедрении новых средств контроля активно участ­вует НПП "ВИГОР". В течение последних лет в сотрудничестве с НИИ мостов, Камбарским машиностроительным заводом и ГУП "Ремпуть- маш" (г. Калуга) разработана гамма модификаций дефектоскопных автомотрис: АМД-1, АМД-2, АМД-3, АСД-1. Всего за 1995-99 гг. на дороги поставлена 21 автомотриса, в том числе 17 - АМД-1.

Дефектоскопные автомотрисы, отнесенные к средствам первич­ного контроля рельсов, занимают особое место: дефектоскопная автомотриса - это мобильное средство УЗК рельсов на базе дизельной подвижной единицы (ДПЕ) с применением средств вычислительной техники.

Автомотрисы обеспечивают УЗК рельсов с использованием эхо-импульсного и зеркально-тене- вого методов контроля со скоростью до 40 км/час при температуре окружающей среды от - 30 до +50° С. В состав автомотрис входят ДПЕ, элект­ронная аппаратура, пьезопреобразователи и уст­ройства их ориентации, система сбора, обработки и регистрации информации: вычислительный комплекс и программное обеспечение.

В процессе контроля подлежат выявлению все виды дефектов рельсов, обнаруживаемых съемными дефектоскопами типа Поиск (Поиск-2, Поиск-10Э), а также ряд других дефектов. Основ­ные схемы прозвучивания, реализуемые аппара­турой, представлены на рис. 1.

На рис. 1а преобразователи 1 и 2 развернуты относительно оси рельса на угол 34° и осуществляют контроль головки рельса в противоположных направлениях. Угол ввода УЗ-колебаний 55°. Для контроля шейки, головки и подошвы (в зоне проекции шейки) исполь­зуются преобразователи 3 и 4. Угол ввода колебаний 39°. Контроль осуществляется эхо-импульсным методом. Для контроля головки, шейки и подошвы рельса, а также для оценки качества акустического контакта используется раздельно-совмещенный преобразователь 5. Контроль осуществляется эхо-импульсным и зеркально-теневым ме­тодами. Шестиканальная схема прозвучивания (рис. 16), в отличие от пятиканальной, имеет дополнительный ПЭП 6 с углом ввода колебаний 39°, который работает только в режиме приема колебаний, излучае­мых ПЭП 4. Отсутствие сигнала на ПЭП 6 (при отсутствии сигналов от болтового отверстия или дефекта на ПЭП 4) свидетельствует о пропадании акустического контакта на одном или обоих акустических блоках. Раздельно-совмещенные ПЭП (5а и 5б) размещены в сред­нем гнезде обоих блоков ПЭП. В зависимости от направления движе­ния подключается соответствующий преобразователь (на рис. 1 - 5а). Преобразователи ПЭП1 и ПЭП2 контролируют как рабочую, так и нерабочую грани головки рельса (одновременно).

Аппаратная часть дефектоскопического ком­плекса состоит из электронной стойки Поиск и системы регистрации и обработки информации (на базе двух ПЭВМ) - САРОС. Следящая и искате­льная системы расположены на базе ходовой те­лежки, что, в отличие от вагонов-дефектоскопов, исключило необходимость использования третьей тележки. Корректировка путейской координаты производится с пультов дистанционного управле­ния по километровым столбам. Следящая система обеспечивает слежение искательной системы за осью поверхности катания головки рельса, а иска­тельная - прижатие ПЭП к поверхности катания, ввод и съем УЗ-колебаний. В качестве контакти­рующей жидкости используется вода (емкость бака 1,8 м³), подогреваемая в зимнее время. Возможно также использование искательной лы­жи с подогревом. Питание аппаратуры от авто­номной бензо- или дизель-агрегатной установки.

Однокабинная автомотриса дефектоскопная АМД-1 - голов­ной образец серии автомотрис. Ее разворот с целью изменения на­правления движения осуществляется с помощью гидравлического подъемника.

Двухкабинные автомотрисы АМД-2 и АМД-3, в отличие от АМД-1, имеют два салона: аппаратный и бытовой, санузел.

Двухкабинная автомотриса АСД-1 вагонного типа кроме ра­бочего салона имеет также салон для отдыха (купе на 4 спальных места), мастерскую, кухню, душевую, санузел.

Применение средств вычислительной техни­ки, совершенствование систем обеспечения на­дежного акустического контакта и создание ком­фортных условий для обслуживающего персонала обеспечило повышение надежности работы обору­дования, привлечение к работе по обслуживанию автомотрис квалифицированных специалистов. Анализ эффективности работы автомотрис за последние годы показывает, что при правильной организации их работы выявляемость ОДР авто­мотрисами по сравнению со съемными дефекто­скопами Поиск на тех же участках повышается приблизительно в 2 раза (это соответствует рас­четным данным НИИ мостов).

Для ускорения внедрения новой техники, повышения каче­ства технического обслуживания, эксплуатации и ремонта аппарату­ры и оборудования серьезное внимание уделяется вопросам подбора и подготовки обслуживающего персонала, а также организации сер­висного обслуживания.

Для подготовки персонала по обслуживанию автомотрис при Российской Академии путей сообщения (РАПС) в 1997 г. организо­ваны курсы подготовки и повышения квалификации специалистов по обслуживанию дефектоскопных автомотрис. Учебный план и про­грамма составлены с учетом аттестации специалистов II уровня ква­лификации в соответствии с требованиями ГОСТ 30489: EN 473.

Совершенствование методов, технологии и средств УЗК рельсов позволило повысить надеж­ность эксплуатации, но не изменило качественно технологии контроля и не устранило ограничений, накладываемых необходимостью создания надеж­ного акустического контакта. Дальнейшее повы­шение качества УЗК возможно на базе сочетания компьютерных систем сбора, обработки, отобра­жения, хранения и регистрации информации, применения новых бесконтактных способов воз­буждения и приема УЗ-колебаний на основе электромагнитноакустического преобразования (ЭМАП).

Специалистами НПП "ВИГОР" выполнен анализ достижений, изучены конструктивные решения по созданию ЭМАП для контроля рельсов и других объектов, сформулированы основные требования к схеме прозвучивания и ЭМАП и проведен комплекс исследований.

Надежность и достоверность контроля рельсов существенно по­вышается благодаря использованию специальной конструкции акус­тической системы, обеспечивающей гибкую подвеску компактных ЭМАП и слежение за осью и поверхностью головки рельса.

Внедрение контроля рельсов с применением ЭМАП обеспечивает:

-  возможность контроля рельсов в широком диа­пазоне температур (от - 50 до + 50° С);

-  исключение необходимости применения кон­тактной жидкости (воды или спирта);

-  снижение требований к очистке поверхности рельсов от коррозионных повреждений, жиро­вых загрязнений и масляных пятен, что упроща­ет процедуру подготовки рельсов к контролю.

С учетом результатов многолетних исследований различных авторов, а также последних работ, выполненных НПП "ВИГОР", раз­работаны способы и образцы ЭМАП для возбуждения и приема УЗ- волн различного типа:

-  сдвиговых, распространяющихся по нормали к поверхности конт­ролируемого изделия;

-  сдвиговых с SV-поляризацией, распространяющихся под углом к поверхности изделия;

-  поверхностных (рэлеевских и головных или поверхностно-продольных волн);

-  нормальных (волн Лэмба и SH-поляризованных).

Проведено согласование параметров ЭМАП с макетами генераторов зондирующих сигналов, подтверждена возможность их использования для обнаружения искусственных отражателей, ими­тирующих реальные дефекты. Особое внимание было уделено соз­данию ЭМАП совмещенного типа, в котором единая магнитная система обеспечила бы в сочетании с различными высокочастотными катушками возбуждение волн различных типов.

Для обнаружения дефектов принята схема прозвучивания рельса, в которой используются пять ЭМАП (рис. 3):

-  прямые (α = 0°) для контроля шейки рельса и ее проекции в го­ловку и подошву эхо-импульсным и зеркально-теневым методами; плоскости поляризации ЭМАП взаимно перпендикулярны;

-  наклонный с углом ввода 45° для контроля эхо-методом шейки рельса, ее продолжения в подошву и головку; акустические оси ЭМА-преобразователя направлены в противоположные стороны вдоль оси рельса;

-  наклонные с углом ввода 90° для контроля головки рельса низко­частотной рэлеевской волной эхо-импульсным методом одновре­менно в двух направлениях.

Рабочая частота ЭМА УЗ-колебаний должна быть 1,8; 0,5 и 0,2 МГц для ЭМАП с α = 0; 45 и 90° соответственно. Зазор между рабочей поверхностью ЭМАП и поверхностью рельса не более 1 мм.

С учетом реальной скорости контроля определены требуемые значения частоты следования зондирующих импульсов по различным каналам: от 20 до 180 Гц. Столь низкие значения частот следова­ния позволяют создать компактные и малопотребляющие генераторы зондирующих импульсов.

По результатам макетирования схем генераторов зондирую­щих импульсов установлено, что генераторы ударного возбуждения обеспечивают при работе с высокочастотными катушками соответ­ствующих ЭМАП возбуждение УЗ-колебаний на частотах 0,2; 0,5 и 1,8 МГц. Схемные решения усилителей для соответствующих кана­лов контроля выбраны с учетом обеспечения необходимой чувстви­тельности, динамического диапазона и отношения сигнал/шум.

Апробированные схемы прозвучивания с вводом УЗ-колебаний с помощью ЭМАП с по­верхности катания рельса подтвердили принци­пиальную возможность выявления в рельсах дефектов, обнаруживаемых съемными дефекто­скопами типа Поиск.