Главная >> Механизмы >> Рельсовые дефектоскопы

Рельсовые дефектоскопы

В течение последующих 17 лет, после того как было признано, что поперечные трещины являются одним из наиболее опасных пороков рельсов, многими дорогами, а также и AREA проводились опыты, с помощью которых надеялись разработать быстрые и удобные способы выявления таких дефектов. После пяти лет интенсивных исследований, начатых по требованию AREA, покойному доктору Элмер А. Сперри (Elmer A. Sperry) удалось создать прибор для выявления в рельсах внутренних трещин; этот прибор обеспечивал возможность своевременно снимать с пути дефектные рельсы.
Включенный в состав оборудования первого вагона-дефектоскопа, построенного в 1928 г., этот прибор продемонстрировал свои возможности в условиях эксплуатации. Усовершенствования и улучшения, внесенные в конструкцию прибора за прошедший с тех пор период времени, значительно повысили общую производительность модернизированных вагонов-дефектоскопов типа Сперри (рис. 1).
вагон-дефектоскоп  Sperry
Рис. 1. Один из современных вагонов-дефектоскопов типа Сперри (Sperry)

Принцип действия прибора основан на том, что через головку рельса проходит ток низкого напряжения силой 2000 а, создающий вокруг головки магнитное поле; когда ток встречает препятствие в виде внутренней трещины в головке рельса, положение оси магнитного поля меняется, а также меняется и направление магнитного потока. Искажение магнитного потока фиксируется катушкой, двигающейся вдоль головки рельса и приводящей в действие регистрирующий аппарат. Местонахождение дефекта регистрируется на бумажной ленте; одновременно положение отдельных дефектов отмечается на шейке рельса с помощью наполненного краской шприца; отметка краской делается в том сечении, в котором имеется трещина в головке. Кроме поперечных трещин, вагон-дефектоскоп устанавливает наличие в рельсах расслоения головки, раковин, горизонтальных и сложных трещин, а также присутствие на рельсе поверхностных дефектов и боксовин.
Современная организация, занимающаяся дефектоскопией рельсов на коммерческой основе, имеет в своем распоряжении парк вагонов-дефектоскопов, оборудованных самой совершенной измерительной аппаратурой; вагоны обслуживает тщательно подобранный, квалифицированный персонал. Большой опыт организации, наличие научно-исследовательских лабораторий и целого штата инспекторов делает дефектоскопию доступной всем дорогам. Более того, периодический осмотр пути через точно установленные промежутки времени обеспечивает более надежный и экономичный способ обнаружения и изъятия из пути дефектных рельсов по сравнению с устаревшей практикой изъятия всех рельсов какой-либо плавки, после того как в них обнаружат определенное количество поперечных трещин. Кроме того, применение вагонов-дефектоскопов обеспечивает большую безопасность движения поездов, так как большей частью развитие поперечных трещин не сопровождается какими-либо внешними признаками, а если даже трещина и достигает поверхности рельса и становится заметной в виде волосной трещины, то это происходит очень незадолго до окончательного излома рельса.

Другие типы дефектоскопов.

Вагоны-дефектоскопы Сперри в течение ряда лет были единственным средством, с помощью которого можно было установить наличие в рельсах внутренних дефектов. Однако поя руководством AREA на средства Ассоциации американских железных дорог исследования в этой области продолжались, результатом чего явилось создание вагона-дефектоскопа, действие которого было основано на совершенно другом принципе.
В настоящее время несколько вагонов нового типа работают под контролем AAR; некоторое количеств вагонов-дефектоскопов такого же типа является собственностью отдельных дорог.

Дефектоскоп
Рис. 2. Дефектоскоп, состоящий из двух вагонов. Моторный и прицепной вагоны оборудованы электромагнитами
Магнитный тип вагона-дефектоскопа (рис. 2) обеспечивает эффективный и экономичный способ выявления в рельсах поперечных трещин или других видов дефектов. Состояние погоды на работу таких дефектоскопов не оказывает никакого влияния; одной из характерных его особенностей является то, что с помощью такого дефектоскопа можно исследовать рельс вплоть до концов стыковых накладок.
AAR сдает вагоны-дефектоскопы в аренду, а также руководит монтажом вагонов, являющихся собственностью отдельных дорог, и наблюдает за работой вагонов и поездных механиков. Наряду с большим количеством дорог, арендующих вагоны-дефектоскопы у AAR, имеются дороги, в распоряжении которых находятся свои собственные вагоны. Все усовершенствования, разработанные в лаборатории AAR, сейчас же доводятся до сведения дорог, имеющих собственные вагоны-дефектоскопы.
Вагон-дефектоскоп AAR состоит из двух цельнометаллических вагонов — моторного и прицепа. Моторный вагон приводится в движение газолиновым двигателем; в нем помещается мастерская и оборудование для ремонта. В прицепном вагоне, кроме регистрирующего и контрольного оборудования, имеется помещение для бригады, состоящей из 3 чел. Оба вагона имеют специальной конструкции электромагниты, расположенные над путевыми рельсами. Магниты питаются электрическим током, получаемым от небольшого генератора, приводимого в действие приводом от двигателя моторного вагона. Когда магниты двигаются над рельсами, они заставляют проходить через рельсы в продольном направлении сильный магнитный поток. Магнитный поток создает на поверхностях трещин разные электрические полюсы, вследствие чего после удаления возбуждающего магнитного потока около трещин остаются местные остаточные магнитные поля, которые указывают на наличие в рельсах дефектов. Наличие магнитного поля устанавливается с помощью специального улавливающего устройства, находящегося над рельсом и расположенного на достаточно большом расстоянии от последнего магнита. Когда такое устройство проходит через местное остаточное магнитное поле, появившееся в месте образования трещины, то возбуждается электрический импульс, усиливаемый настолько, что он приводит в действие перо, расположенное над двигающейся бумажной лентой, а также заставляет действовать шприц, отмечающий на рельсе краской местоположение дефекта.
После того как дефект обнаружен, существование его проверяется электрическим током, пропускаемым через рельс; присутствие трещины подтверждается падением потенциала.
Еще в 1946 г. был разработан еще один способ дефектоскопирования рельсов. Дефектоскоп монтировали на небольших путевых вагончиках или на нескольких больших по размеру дрезинах.
Принцип действия дефектоскопа — магнитный; у него имеются электромагниты, намагничивающие. оба рельса. Дефекты рельсов вызывают искажения образованных таким путем магнитных полей. Все эти искажения воспринимаются улавливающими катушками, которые усиливают импульсы и передают их группе перьев, делающих записи на двигающихся бумажных лентах, расположенных сзади вагончика. В состав оборудования вагончика входит также ручной дефектоскоп, так что механик, наблюдающий за записями на лентах и производящий осмотр рельсов, может остановить вагончик и проверить состояние рельса ручным дефектоскопом. Дефектоскоп может работать, двигаясь со скоростью 12,87 км/ч.

Ультразвуковые дефектоскопы.

Хотя вагоны-дефектоскопы вполне пригодны для выявления поперечных и других дефектов головки рельсов, производительность их работы сильно снижается при исследовании рельсов в пределах стыковых накладок. Стыковые накладки и болты оставляют на регистрирующей ленте следы, которые иногда трудно бывает отличить от отметок, оставляемых на ленте дефектами рельсов; в некоторых случаях бывает трудно установить, когда должна быть произведена проверка рельса с помощью ручного дефектоскопа. С помощью вагона-дефектоскопа выявлять дефекты в шейке рельса также довольно затруднительно. Поскольку количество начальных трещин около болтовых отверстий очень велико, то необходимо иметь приборы или инструменты, которыми можно было бы выявлять дефекты рельсов в пределах стыка, не снимая стыковых накладок.


Рис. 3. Перемещение по стыкам механиком ультразвукового вагона-дефектоскопа, улавливающего устройства и наблюдение по импульсам на экране, закрытом чехлом, за дефектами в пределах стыковых накладок
В 1949 г. был применен новый принцип дефектоскопирования, вполне оправдавший себя при исследовании рельсов в пределах стыковых накладок. В основу этого способа положены звуковые колебания частотой от 5 до 10 млн. циклов/сек, неуловимые для уха. Благодаря ультразвуковому дефектоскопу скрытые дефекты рельсов становятся видимыми на экране, на котором непрерывный луч света рисует пики и впадины.
Основными элементами этого электронного аппарата являются: ищущее устройство, электронная трубка и электронный экран. Ищущее устройство состоит из кристалла кварца, посылающего в исследуемый материал пучок параллельных лучей, колеблющихся с высокой частотой; если эти колебания встречают препятствие в виде трещины, то лучи отражаются и возвращаются в прибор. Здесь они трансформируются в электрическую энергию и появляются на экране в виде пик, очерчиваемых лучом света.
Этот прибор монтируется в стандартном инспекторском моторном вагоне, имеющем дополнительный электрический привод для приведения в движение вагона в процессе обследования рельсов. У каждого стыка вагон автоматически устанавливается в рабочее положение. В вагоне имеется также вращающееся сиденье для механика, укрепленное на кронштейне, и бензиновая генераторная установка.
Механик двигает ищущий прибор вперед и назад по головке рельса; одновременно, накрыв голову чехлом (рис. 3), он следит за показаниями на экране. Конструкция вращающегося сиденья позволяет механику перемещаться с одной стороны пути на другую и исследовать стыки обеих рельсовых нитей. Окончив проверку рельсов в одном стыке, механик нажимает кнопку и вагон автоматически движется к следующему стыку. Как только пальцы тормоза коснутся стыковой накладки, вагон автоматически останавливается и приводится в рабочее положение.
Этот ультразвуковой прибор очень удобен для выявления трещин в выкружке конца рельса, начальных трещин по болтовым отверстиям, трещин под головкой рельса и других дефектов. Особенно выгодно его применять на тех участках пути, где исследование рельсов бывает затруднено: на переездах, вдоль станционных платформ, в тоннелях, а также при дефектоскопии стрелочных остряков и крестовин.
Одна из дорог смонтировала ультразвуковой прибор на экипаже, могущем передвигаться как по шоссе, так и по рельсам. Это увеличило мобильность оборудования, так как к месту исследования его можно было подвозить по шоссе, а затем для проведения исследования устанавливать на рельсы.

Портативный ручной дефектоскоп
Рис. 4. Звуковой прибор, применяемый для выявления дефектов в пределах стыковых накладок
Портативные ручные дефектоскопы (рис. 4). Кроме вагонов-дефектоскопов, были созданы ручные портативные ультразвуковые дефектоскопы, но в этом случае вместо звука и световых лучей использовался только один звук. Эти приборы оказались очень удобными и надежными при обследовании рельсов в пределах стыковых накладок, при проверке крестовин и остряков, находящихся на главных путях, при обследовании рельсов, лежащих на переездах, в тоннелях, а также в тех случаях, когда имелись повреждения шейки.
Ищущий прибор, состоящий из кристалла кварца, находится на конце рукоятки, так что механик может работать с ним стоя. Прибор передает высокочастотные колебания в наушники, которые носит механик. Аппарат питается от батареи, находящейся в рюкзаке механика. Если непосредственно под прибором нет никакого дефекта, механик слышит высокий резкий сигнал. Присутствие дефекта вызывает отчетливо слышимое изменение характера сигнала.
В другом запатентованном портативном ультразвуковом дефектоскопе наушники заменены репродуктором. Дефектоскоп имеет специальный прибор, позволяющий устанавливать положение дефекта не только при помощи слуха, но и при помощи зрения.

 
« Разрыхлители балласта железнодорожных путей   Рельсоукладочные краны »
железные дороги