Содержание материала

ГЛАВА VI.
МАГНИТНЫЙ РЕЛЬСОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП МРД-66

НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Магнитный рельсовый дефектоскоп МРД-66 предназначен для контроля рельсов в пути (рис. 122). Им можно выявить поперечные дефекты в головке рельса и элементов стрелочных переводов: трещины от боксования (дефект 24.1-2) и усталостные трещины в виде светлого и темного пятен (дефекты 20.1-2; 21.1-2; 27.1-2; 25) под поверхностью катания на глубине 4 мм и менее площадью более 20 — 25% площади сечения головки. Дефектоскоп контролирует рельсы в приложенном магнитном поле постоянных магнитов, установленных на тележке над каждой нитью. Магниты намагничивают рельсы в продольном направлении. Магнитное поле над поверхностью головки намагниченного рельса воспринимается искательным устройством с магниточувствительным элементом феррозондового типа. Дефектоскоп обнаруживает дефекты не только при движении по рельсам, по и в том случае, если он неподвижен.
На функциональной схеме дефектоскопа (рис. 123) показан задающий генератор 1, общий для обеих рельсовых нитей, усилитель мощности 2, питающий обмотки возбуждения феррозондов. На выходе усилителя 2 установлен понижающий трансформатор Т с переключателем S. Искательное устройство 3 состоит из двух самостоятельных искателей, расположенных на металлических лыжах. Каждый искатель имеет два феррозонда, сердечники которых ориентированы по длине рельса. При помощи переключателя S можно соединить с корпусом аппарата (заземления) среднюю точку вторичной обмотки трансформатора или среднюю точку схемы одного из искателей. Обмотки феррозондов одного из искателей (верхнего) соединены последовательно-согласно, а обмотки феррозондов другого искателя (нижнего) — последовательно-встречно.
В случае соединения с корпусом средней точки одного из искателей искательное устройство в целом работает по схеме моста переменного тока. 

Рис. 122. Общий вид дефектоскопа МРД-66:
1 — прибор; 2 — постоянный магнит; 3 — искательное устройство
вид дефектоскопа МРД-66
Рис. 123.
Блок - схема дефектоскопа МРД-66 и эскиз сборною постоянного магнита

Мостовое искательное устройство, где феррозонды одного искателя соединены последовательно-согласно, а другого последовательно-встречно, обладает высокой чувствительностью к симметричным и боковым поперечным трещинам. При соединении с корпусом средней точки обмотки трансформатора искательное устройство переключается на дифференциальную схему, в которой работает один искатель. Режим работы с одним искателем используют при контроле рельсов с большим боковым износом головки. Искатели подключены на вход резонансного усилителя 4. Он состоит из усилительной лампы и двух колебательных контуров LC: входного и анодного. Оба контура настроены на частоту, удвоенную по сравнению с частотой генератора.
Колебательные контуры и усилительная лампа составляют резонансный усилитель, который служит для усиления напряжения удвоенной частоты. 

Оно возникает на зажимах обмоток феррозондов, если на вспомогательное переменное поле в сердечниках накладывается постоянное поле дефекта. Усилитель низкой частоты 5 окончательно усиливает и выпрямляет напряжение удвоенной частоты. В анодную цепь единственной лампы усилителя 5 включен миллиамперметр. Сигнальное устройство 6 состоит из генератора колебаний звуковой частоты и телефона Тл. Генерирование колебаний звуковой частоты возникает в том случае, когда выпрямленный ток в анодной цепи усилителя 5 больше некоторого заданного значения.
Блоки смонтированы в одном аппаратном ящике, где также находятся источники питания анодных и накальных цепей генератора и усилителей.

 Намагничивающее устройство дефектоскопа состоит из двух сборных постоянных магнитов, расположенных над левой и правой рельсовыми нитями. В каждом магните имеются две призматические отливки 2 (см. рис. 123) из сплава магнико и замыкающее ярмо 1 из мягкого отожженного железа. Магниты левой и правой рельсовых нитей обращены одноименными полюсами в одну сторону (безразлично какую). Поперечное сечение отливки равно 5,5 х 5 см, высота 8 см. Отливка заключена в алюминиевый футляр с толщиной стенки 2 мм. Под полюсами магнита между поверхностями футляра и катания головки рельса остаются зазоры 4,5—5 мм. Относительно большие зазоры необходимы для прохода дефектоскопа по путям со стыковыми соединениями, имеющими значительное возвышение одного рельсового конца относительно другого. Воздушные промежутки под каждым из полюсов с учетом толщины стенок футляра равны 6—6,5 мм. Сплав магнико относится к категории кобальтовых сталей и приобретает необходимые магнитные качества лишь после термомагнитной обработки (охлаждения отливок в сильном постоянном магнитном поле). Поле термомагнитной обработки должно по направлению совпадать с полем, в котором отливки будут в дальнейшем намагничиваться. При термомагнитной обработке создастся преимущественное направление, в котором остаточная индукция и коэрцитивная сила имеют более высокое значение, чем во всех других направлениях.
Процесс формирования постоянного магнита (рис. 124) включает в себя следующие стадии: намагничивание внешним нолем в замкнутой цепи материала магнита до индукции насыщения по кривой а; снижение внешнего поля до нулевого значения и образования в материале магнита остаточной индукции Вr (кривая b); размыкание магнитной цепи и образование внутреннего размагничивающего поля Hd и рабочей индукции Bd (точка Р).
Опытами установлено (рис. 125), что после размыкания магнитной цени сборного магнита напряженность поля Hd=375 А/см, а индукция в элементах магнита из магнико Bd =0,33 Тл. Следовательно, по кривой размагничивания магнитному состоянию сборного магнита будет соответствовать точка О. При приближении полюсов магнитов к головке рельса и воздушном зазоре 6 — 6,5 мм индукция в отливках из магнико возрастает до Bd = 0,5 Тл, а отрицательная напряженность поля падает до Hd — = 130 А/см. Точка слева от Р соответствует зазору между полюсами и поверхностью головки, равному 8 мм, а точка справа от Р — зазору в 4 мм. Эти две точки и точка О расположены на одной прямой возврата.
С приближением магнита к рельсу индукция увеличивается не по кривой размагничивания В„ Нс, а по прямой возврата. При удалении магнита от рельса индукция и напряженность поля получают прежние значения, соответствующие точке О. Для данной конструкции и формы сборного магнита подняться по кривой размагничивания выше точки О невозможно. При нормальном рабочем зазоре под полюсами постоянного магнита среднее значение магнитной индукции в головке рельса определяется но табл. 13. Значения магнитной индукции составляют лишь 20 — 25% индукции насыщения рельсовой стали.
Постоянный магнит имеет рассеяние, поэтому часть силовых магнитных линий между его полюсами проходит по воздуху над поверхностью катания головки рельса. Напряженность Н0 продольной составляющей поля постоянного магнита в зоне расположения искателей дефектоскопа при рельсах разных заводов достигает 8-11 А/см (опытные данные).

Искатели дефектоскопа должны обнаруживать поперечные усталостные трещины независимо от расположения последних по ширине сечения головки рельса. Поэтому каждый рельс проверяется не одним, а двумя одинаковыми искателями, расположенными над головкой рельса (рис. 126). У каждого искателя два феррозонда, укрепленных в особой колодочке. Расстояние между средними точками феррозондов l=1,2 см, т. е. составляет приблизительно половину протяженности поля поперечной трещины в головке рельса. Сердечники феррозондов располагаются по оси рельса параллельно поверхности катания головки. Колодочка с феррозондами устанавливается на отдельной лыже, скользящей но поверхности головки рельса. 

Таблица 13
Магнитная индукция


Тип рельса

Площадь сечения изношенной головки, см2

Средняя магнитная индукция, Тл

Р65К

28,0

0,30

Р50К

25,1

0,35

Р43К

24,1

0,40

Сердечники всех четырех феррозондов находятся на одном и том же расстоянии от поверхности катания головки рельса, равном приблизительно 2,5 мм. Если дефектоскоп работает с двумя искателями, то их феррозонды соединяются по схеме моста (рис. 127). В этом случае феррозонды искателя, средняя точка которого заземлена, включены последовательно, а феррозонды искателя, средняя точка которого подана на резонансный контур CL, — последовательно-встречно.
Рассмотрим работу такой схемы соединения искателей при установке их на поверхность катания «здорового» рельса между полюсами магнита и при перемещении дефектоскопа над дефектом в виде поперечной трещины в головке рельса. Феррозонды искателей, расположенные в «нейтральной зоне» между полюсами магнита на поверхности катания «здорового» рельса, подвергаются влиянию однородного ноля магнита. Напряженность Н0 этого поля будет одинаковой по значению и направлению для каждого феррозонда. Под действием поля Н0 в переменном токе i в обмотке каждого феррозонда возникнут одинаковые по значению и фазе вторые гармоники тока i2. В результате в диагонали моста, где включен резонансный контур, мгновенные значения тока i2 (противоположные по фазе) компенсируются. Отсутствие второй гармоники тока i2 в резонансном контуре (на входе усилителя) равносильно тому, что искатели не будут реагировать на однородное поле магнита, как бы велика ни была его напряженность.

Рис. 126. Расположение искателей над головкой рельса

Рис. 127. Схема соединения феррозондов верхних искателей дефектоскопа МРД-66


Рис. 128. Схема искателя с двумя феррозондами

22. ИСКАТЕЛИ

В дефектоскопе МРД-66 (рис. 129) установлены два искательных устройства: одно для контроля правой нити, другое — левой. Каждое искательное устройство состоит из трех феррозондовых искателей: два располагают на поверхности катания рельса между полюсами магнита, третий — со стороны внутренней грани контролируемого рельса. Искатели, установленные на поверхности катания рельса, называются верхними, или основными. Феррозонды верхних искателей — это катушки, каркас которых имеет длину 7 мм и диаметр 5 мм. Обмотка катушки состоит из 2500 витков провода ПЭЛ-0,03 мм; сердечник катушки — отрезок калиброванной проволоки из железо-никелевого сплава (пермаллоя) 80-НХС диаметром 0,25 мм, длиной 7 мм.
Верхний феррозондовый искатель (рис. 130) состоит из феррозондов 1, пластмассовой колодки 2 и контактных лепестков 3. Феррозонды в колодке расположены по осевой линии. Каждый верхний искатель устанавливается на нижнем основании металлической лыжи 3 (рис. 131). 

Рис. 130. Эскиз верхнего феррозондового искателя


Рис 124. Часть петли гистерезиса, соответствующая процессу формирования постоянного магнита

Рис. 125. Кривая размагничивания сборного магнита при размыкании его магнитной цепи

Искательное устройство МРД-66
Рис. 131. Искательное устройство МРД-66

В верхней части лыжи расположено винтовое приспособление 1, которое позволяет перемещать магнитный экран 2 относительно феррозондов 7 искателя, т. е. балансировать его. Поверх нижнего основания лыжи винтами 5 натягивается металлическая накладка 6, скользящая но поверхности головки рельса. Накладку можно заменить новой по мере износа. На торцах лыжи штифты 4, свободно входящие в пазы держателя. Все детали лыжи и искателя изготовлены из немагнитного материала.
Для балансировки искателя экран 2 (сделан из мягкого железа) можно сдвинуть над феррозондами в ту или другую сторону. Экран находится в поле рассеяния постоянного магнита, поэтому он намагничен. При перемещении намагниченного экрана над искателем один его полюс приближается к сердечнику одного из феррозондов, а противоположный полюс удаляется oт сердечника другого феррозонда. В процессе этого изменяется намагниченность сердечников, что влияет на значение э.д.с. удвоенной частоты, наведенной в обмотках феррозондов. Можно найти такое положение экранов, при котором напряжение на выходе схемы окажется минимальным, т. е. искатели будут сбалансированы.
Искатели, закрепленные на рамс тележки дефектоскопа со стороны внутренней грани контролируемого рельса, называются боковыми, или подголовочными. Боковые искатели в дефектоскопе МРД-66 служат для вторичного контроля показаний верхних искателей. Верхние искатели реагируют на неопасные повреждения поверхности катания головки рельса и на опасные внутренние поперечные трещины. По показаниям только верхних искателей механикам дефектоскопов бывает трудно, а иногда и невозможно отличить показания приборов над опасными повреждениями от таковых над неопасными или неоднородной структуры металла. Это можно определить только при повторном контроле места на рельсе (отмеченного верхними искателями дефектоскопа) искателем, установленным на боковую или подголовочную часть рельса. Объясняется эго тем, что при намагничивании рельсов П-образным магнитом дефектоскопа МРД-66 над поперечными трещинами усталости возникает магнитное поле дефекта не только на поверхности катания, но и на боковой грани головки и под ней. Напряженность ноля зависит от приближения трещины  к поверхности указанных мест и площади, занимаемой трещиной. Металл на боковых гранях и под головкой не подвергается наклепу и повреждениям колесами, что исключает появление помех, как это происходит на поверхности катания, поэтому искатель на боковой или подголовочной части рельса реагирует только на поле над опасным дефектом.


Рис. 132. Эскиз бокового искателя МРД-66
Боковой искатель работает аналогично основному. Катушки феррозондов соединены по дифференциальной схеме, поэтому они не реагируют на однородное магнитное поле, но в то же время обладают высокой чувствительностью к сосредоточенным полям дефектов. Отсутствие мешающих магнитных полей рассеяния на боковых и подголовочных гранях головки рельса позволяет контролировать отмеченные места на рельсе со значительно более высокой чувствительностью дефектоскопа (при большем усилении). Со стороны боковой или подголовочной грани головки можно выявлять меньшие усталостные поперечные трещины, более глубоко залегающие, чем со стороны поверхности катания.
Боковой искатель (рис. 132) состоит из феррозондового искателя 1, сектора 2, скобы 3, запирающего устройства 4, устройства для крепления 5, отражателя 6, механизма для спуска и подъема 7, соединительного провода с трехштырьковой вилкой 8. Гайками сектора 2 можно прикрепить боковой искатель на боковую или подголовочную грань головки. Запирающее устройство фиксирует боковой искатель в нерабочем положении. Отражатель 6 предохраняет феррозондовый искатель от повреждения при переходе его по стыковым накладкам и на переездах.
Любой боковой искатель можно включить одновременно с одним из основных искателей или самостоятельно для контроля рельсов только со стороны подголовочной части. На феррозонды бокового искателя поле рассеяния магнита почти не влияет. Феррозонды как бы защищены от влияния поля рассеяния магнита металлом головки рельса, поэтому чувствительность и их избирательность повышаются. Таким образом, включение одного подголовочного искателя позволяет контролировать состояние рельсов со значительно большей чувствительностью, чем при параллельном включении двух искателей, один из которых находится на поверхности катания головки рельса.