ГЛАВА XIII.
АГРЕГАТИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС СЪЕМНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫX ДЕФЕКТОСКОПОВ
СТРУКТУРА И НАЗНАЧЕНИЕ КОМПЛЕКСА
Обобщение опыта эксплуатации современных ультразвуковых дефектоскопов для контроля рельсов (УЗД-НИИМ-6М, ДУК-1 ЗИМ и УРДО-3), а также результатов последних научных исследований позволило сформулировать требования к агрегатированному комплексу съемных рельсовых дефектоскопов. В 1979 г. начат выпуск комплекса из трех дефектоскопов.
Конструктивная основа комплекса — двухканальный дефектоскопический блок, выполняющий основные функции по генерированию и приему сигналов, их обработке и индикации. Унифицированы ультразвуковые преобразователи, входящие в комплект приборов комплекса. Дефектоскопы агрегатированного комплекса разработаны на единой элементной базе, использованы типовые узлы. Комплекс включает в себя приборы для сплошной проверки рельсов в пути («Рсльс-5»), выборочного контроля отдельных сечений («Рельс-4») и сварных стыков и отдельных сечений рельсов («Рельс-6»). Во всех приборах основным индикатором является звуковой (телефонные наушники). Кроме этого индикатора, в дефектоскопах «Рельс-5» предусмотрен стрелочный индикатор координат дефекта, а в дефектоскопах «Рельс-6» — осциллографический.
Отличительная особенность звукового индикатора в приборах комплекса — громкость звукового сигнала изменяется в зависимости от амплитуды и числа эхо-импульсов. Это существенно упрощает определение координат и протяженности дефектов наклонными преобразователями. Например, при возвратно-поступательном перемещении преобразователей по рельсу прослушивается характерное нарастание и спад громкости звука. Единичные импульсы не выделяются звуковым индикатором.
1 Материалы главы подготовлены канд. техн. наук В. А. Лончаком. 48. «РЕЛЬС-5»
Дефектоскоп «Рельс-5» (УД-12УР) работает одновременно но эхо- и зеркально-теневому методам, предназначен для выявления дефектов рельсов, обнаруживаемых прибором УЗД-НИИМ-6М (дефекты 11, 20, 21, 24, 25, 26, 27, 30 В, 30 Г, 50, 52, 53, 55, 56, 60, 66, 70). «Рельс-5» отличается от известных приборов по ряду технических и эксплуатационных характеристик: улучшена схема прозвучивания рельса — повышается надежность, производительность и достоверность обнаружения дефектов; увеличено число каналов для контроля головки рельса — обнаруживаются дефекты различной ориентации; повышена помехоустойчивость, для чего предусмотрен управляемый звуковой индикатор; расширен диапазон температур — дефектоскоп практически пригоден во всех климатических зонах; улучшено конструктивное исполнение электронного блока и ультразвуковых преобразователей — проще эксплуатировать и обслуживать дефектоскоп; использована новая конструкция центрирующей системы и преобразователей — можно компоновать различные схемы прозвучивания рельса в зависимости от поставленной задачи.
Первая схема — основная (табл. 17), остальные применяются в зависимости от состояния рельсового хозяйства согласно графику.
Основной металл и болтовые стыки обеих рельсовых нитей контролируют при движении дефектоскопа со скоростью, не превышающей 4 км/ч, а сварные стыки и отдельные сечения рельса проверяют ручными преобразователями.
Дефектоскоп работает при температуре окружающего воздуха от —40 до + 50оС, виброустойчив, закрыт пыле- и брызгозащищающим кожухом. Рабочая частота ультразвуковых колебаний 2,5 МГц, частота посылок зондирующих импульсов от 800 до 1200 Гц. Индикация выявленных дефектов звуковая, раздельно для правого и левого рельсов. Звуковые генераторы каналов настроены на различные частоты звукового диапазона (2000—4000 Гц — для каналов, работающих по эхо-методу, 800—1200 Гц — для каналов, работающих по зеркально-теневому методу), поэтому дефекты, обнаруженные по эхоимпульсному или зеркально-теневому методу, регистрируются раздельно. Дефектоскоп может питаться от любой аккумуляторной батареи с поминальным напряжением 12 В. Прибор укомплектован аккумуляторами НКГК-11Д для работы летом и НК-13 — зимой. Он потребляет мощность не более 4,0 Вт. Масса дефектоскопа, включая 30 л смачивающей жидкости, около 90 кг. Средний расход смачивающей жидкости 6 л/км.
У прибора 8 дефектоскопических каналов, объединенные попарно в унифицированных блоках. Всего 4 дефектоскопических блока. На них стоят знаки:
— блок прямых преобразователей левой нити;
— то же, правой нити;
— блок наклонных преобразователей левой нити;
— то же, правой нити.
Таблица 17
Режим работы блока определяется внешней схемой коммутации и зависит от того, в какое из гнезд прибора он вставлен. Работу схемы дефектоскопа синхронизирует дефектоскопический блок, работающий с левыми прямыми преобразователями. Остальные блоки переведены в ждущий режим. Наклонные преобразователи подключаются к усилителям соответствующих блоков дефектоскопических непосредствен по, а прямые — через аттенюаторы (рис. 195).
Наклонные преобразователи контролируют головки рельса по эхо- методу. Они принимают эхо-импульсы, блок дефектоскопический усиливает их, селектирует и подает на звуковой генератор и стрелочный индикатор блока электронного. Прямые преобразователи контролируют шейку и продолжение ее в головку и подошву по зеркально-теневому методу. Первый по ходу движения дефектоскопа прямой преобразователь — основной, служит для сплошного контроля рельсов, второй — подключается кнопкой на ручке тележки и образует с основным «ультразвуковой калибр».
Аттенюаторы предназначены для настройки чувствительности при зеркально-теневом методе и проверки ее в процессе работы. Если все кнопки аттенюатора отжаты, то на вход усилителя подается полный сигнал с прямого преобразователя. Включением любой из кнопок на вход усилителя подают только определенную часть донного отражения.
Аттенюатор можно установить в такое положение, чтобы сигнал на входе усилителя был во столько же раз меньше импульса на преобразователе, во сколько раз уменьшается донный сигнал при обнаружении минимального дефекта, подлежащего регистрации. При таком положении аттенюатора для настройки канала на заданную условную чувствительность на бездефектном участке рельса устанавливают регуляторы усиления блока дефектоскопического в положение, соответствующее появлению сигнала в телефоне. Можно контролировать рельсы по первому и второму донному отражению.
По стрелочному индикатору (его можно подключить к любому каналу прибора) в зависимости от режима работы проверяют напряжение питания, оценивают координаты дефектов по эхо-методу и амплитуды донных отражений по зеркально-теневому.
Напряжение питания электронного блока стабилизировано, можно применять аккумуляторную батарею в диапазоне напряжений от 10,2 до 15 В и более. Для питания генераторов высокочастотных импульсов блоков дефектоскопических напряжением +50 В в приборе предусмотрен преобразователь напряжения.
Основные органы управления дефектоскопом расположены на передней панели блока электронного (рис. см. на 2 стр. обложки): переключатели для выбора режима работы, органы управления для настройки параметров контроля.
Рис. 195. Функциональная схема дефектоскопа «Рельс-5» на одну нить:
1 — наклонные преобразователи; 2 — прямые преобразователи; 3 — ручные преобразователи; 4 — выносная кнопка; А — аттенюатор; ГУЗК — генератор ультразвуковых колебаний; УВЧ — усилитель высокой частоты; Д — детектор; В — видеоусилитель; ВС — временной селектор; ЗИ — звуковой индикатор; ПН — преобразователь напряжения
Переключатели «Аттенюатор», регуляторы с выключателем «Тип рельса» служат для настройки чувствительности и длительности задержки строб-импульсов каналов, работающих с прямыми преобразователями. При выключенных регуляторах «Тип рельса» (левое крайнее положение) дефектоскоп настроен для работы по второму донному отражению. При включении регулятора дефектоскоп настраивается для работы по первому донному отражению.
На передних панелях блоков дефектоскопических расположены регуляторы усиления каждого канала.
Дефектоскоп смонтирован на тележке; на ней расположены блок электронный, ящик с аккумуляторной батареей, баки для контактирующей жидкости с регулировочными кранами, центрирующие устройства с блоками преобразователей, ящик с принадлежностями, очистительные и тормозные устройства. Для переноски у тележки есть выдвижные ручки, а для перемещения по рельсам — ручка, в которую вмонтирована кнопка подключения второго канала прямых преобразователей. На тележке имеются розетки для подключения головных телефонов. Для удобства работы и транспортирования блок электронный устанавливается на подъемном устройстве.
Конструкция центрирующего устройства предусматривает возможность работы с прижимными роликами и без них. В этом случае преобразователи центрируют по оси рельса специальными рукоятками. Перед снятием тележки с рельсов для транспортирования центрирующие устройства поднимают вручную и фиксируют держателями на раме.
Каждую рельсовую нить контролируют два блока преобразователей (рис. 196). Наклонные преобразователи можно не разбирая развернуть на 34° в обе стороны относительно продольной оси рельса. Это позволяет один и тот же тип блока преобразователей устанавливать на любую из центрирующих систем (левую или правую), развернув наклонные преобразователи в соответствии со схемой прозвучивания.
Преобразователи, аккумуляторная батарея, телефон подключают кабелями к разъемам на задней стенке блока электронного. Разъемы маркированы.
Аналогично к этому же блоку подключают ручной преобразователь. Ею можно подключить в любой из каналов вместо преобразователе на центрирующей системе.
В комплект дефектоскопа входят ручные преобразователи прямые и наклонные с углами призм 35, 40, 45 и 50°. Все вставки идентичны, поэтому их можно устанавливать в ручной преобразователь и в блок преобразователей для решения конкретной задачи контроля.
Подготовка аппаратуры перед проверкой рельсов в пути включает в себя: выбор схемы установки преобразователей (см. табл. 17), монтаж их в лыжах, проверку работоспособности прибора.
Рис. 196. Блок преобразователей:
1,2 — наклонный и прямой преобразователи; 3 — корпус; 4 — основание
При первичном контроле рельсов дефектоскопом «Рельс-5» (если участок ранее не проверяли прибором УЗД- НИИМ-6М) первые два прохода следует выполнить по схеме № 4: один наклонный преобразователь (β — 45°) направлен по оси рельса вперед, другой — назад с разворотом на угол 34о в сторону рабочей грани. Затем по схеме № 1: оба наклонных преобразователя разворачиваются на угол 34° в сторону рабочей грани (один по направлению, другой — против направления движения дефектоскопа). Поперечные трещины в головке рельса могут развиваться и со стороны нерабочей грани, поэтому периодически контролируют подозреваемые участки по схеме № 3, устанавливая передний по ходу движения преобразователь с разворотом 34° в сторону нерабочей грани.
Схемы установки преобразователей должны быть указаны в графике работы дефектоскопа; перестраивает дефектоскоп на другую схему прозвучивания механик-наладчик (мастер по дефектоскопии) совместно с механиком дефектоскопа. Об этом записывают в рабочем журнале.
Перед выходом на линию для проверки рельсов следует произвести внешний осмотр прибора, подключить соединительные кабели, включить дефектоскоп, проверить чувствительность каналов прямых и наклонных преобразователей. Для настройки каналов прямых преобразователей необходимо:
включить дефектоскоп, нажав кнопку «Вкл.»;
установить блоки преобразователей по оси рельса при помощи регулировочных винтов на центрирующей системе;
Вторично контролируют отдельные участки рельсов и сварных стыков одним или несколькими ручными наклонными преобразователями с углами призмы 40, 45 и 50. Координаты дефектов ориентировочно можно оценить по шкале микроамперметра и данным, приведенным в табл. 18.
Выявляемость дефектов при контроле прибором «Рсльс-5» зависит от состояния поверхности катания рельсов, конфигурации и ориентации дефектов. В зоне шейки рельса и продолжения его в головку и подошву могут быть пропущены дефекты, если на поверхности катания есть надрывы и пробуксовки.
Таблица 18
Справочные данные для оценки координат дефектов при контроле рельсов дефектоскопом «Рельс-5»
В головке рельса лучше выявляются небольшие поперечные трещины; при невыгодной ориентации крупные дефекты в виде поперечных трещин с гладкой поверхностью могут быть пропущены. Слипание (холодная сварка) в сварных стыках, а также другие дефекты сварки, если они расположены на глубине до 10 мм под поверхностью катания, обычно не выявляются.
49. «РЕЛЬС-4»
Однониточный портативный дефектоскоп «Рельс-4» предназначен для выявления эхо-импульсным или зеркально-теневым методом ультразвукового контроля дефектов в основном металле и болтовых стыках рельсов при вторичном контроле показаний других средств дефектоскопии. Дефектоскоп обнаруживает те же дефекты, что и «Рельс-5». Прибор сохраняет работоспособность при температуре окружающего воздуха от —40 до +50 °C. Исполнение дефектоскопа виброустойчивое, пыле- и брызгозащищенное. Минимальная условная чувствительность прибора с наклонными преобразователями но стандартному образцу 35 мм, номинальная частота излучаемых акустических колебаний 2,5 МГц, индикация дефектов звуковая.
В приборе один блок дефектоскопический; режим изменяется переключателями и регуляторами, размещенными на передней панели. Если переключатель В1 поставлен в положение П (рис. 197), блок работает с прямыми преобразователями в режиме зеркально-теневого метода, в «Н» (кнопка отжата) — с наклонными по эхо-методу. Переключатель «Пк—Откл» служит для коммутации цепей второго капала блока дефектоскопического. Переключатель «Тр—65/50» изменяет задержку строб-импульса донных отражений при контроле рельсов Р75, Р65 (кнопка отжата) и Р50, Р43. Прибор получает питание от шести батарей 3336У, которые обеспечивают непрерывную работу в течение 8 ч. В дефектоскопе предусмотрена стабилизация напряжения питания и индикация разряда батарей. Преобразователи и телефон подключаются к разъемам на задней стенке прибора. Выносным аттенюатором настраивают и проверяют условную чувствительность зеркально-теневого метода.
Рис. 197. Функциональная схема «Рельс-4»
Прибором «Рельс-4», используя унифицированные блоки преобразователей, можно проводить сплошной контроль участков одной рельсовой нити или рельсов на стеллажах рельсосварочных предприятий. Сначала контролируют головку рельса по эхо-методу наклонными преобразователями, затем — шейку по зеркально-теневому методу прямыми преобразователями — одиночным и «ультразвуковым» калибром в стыковой зоне.
При контроле участков рельсов целесообразно второй канал прибора настроить выносным аттенюатором на требуемую условную чувствительность с прямым преобразователем, подключенным к разъему ПП на задней стенке. Затем аттенюатор отсоединить и но стандартному образцу № 1Р настроить на требуемую условную чувствительность основной канал с наклонным преобразователем, подключенным к разъему Н1. По эхо- методу контролируют при отжатой кнопке переключателя «Н-П», а по зеркально-теневому — при нажатой. Переключатель «Нк» должен быть включен. В указанном режиме настройки существенно упрощается вторичный контроль отдельных участков рельса, который проводится при неизменных положениях регуляторов усиления дефектоскопического блока.
Контролируют рельсы прибором «Рельс-4» аналогично «Рельс-5». Два или четыре прибора «Рельс-4», установленные на тележке от дефектоскопа УРД-52 или УРД-58, позволяют создать дефектоскоп для контроля двух рельсовых нитей эхо- и зеркально-теневым методами.