|
|
Устройства автоматизированной диагностикиСтр 1 из 5Следующая ⇒ Устройства автоматизированной диагностики Состояния пути и стрелочных переводов Дефектоскопические методы контроля пути Неразрушающий контроль, выявляющий дефекты типа несплошностей и структурных неоднородностей, называют дефектоскопией. Существуют различные физические методы неразрушающего контроля, базирующиеся на проникающих полях и веществах. Эти методы разделены на десять основных видов, каждому из них и соответствующим средствам неразрушающего контроля присущи определенные параметры. Параметры, обусловливающие достоверность результатов контроля, составляют группу основных параметров. Варианты метода отличаются значениями основных параметров. В общем случае для дефектоскопии объектов могут быть применены различные методы контроля и их варианты. Совокупность вариантов одного или различных методов, используемых по определенной программе для оценки качества конкретного объекта контроля, образует систему неразрушающего контроля. При этом важно достичь оптимального соотношения эффективности систем контроля, обеспечивающих максимально возможный полезный результат, при возможно минимальных затратах на систему. Одним из эффективных средств контроля за состоянием рельс и стрелочных переводов являются дефектоскопы, которые позволяют обнаруживать дефекты при эксплуатации. Принцип действия дефектоскопов основан на использовании магнитных и ультразвуковых методов.
Физические основы магнитных методов дефектоскопии Скрытые дефекты в стальных железнодорожных рельсах обнаруживаются магнитными и электромагнитными методами. Для этого рельсы намагничивают электромагнитом или постоянным магнитом. Характер намагниченности рельсовых нитей, как и методы обнаружения внутренних дефектов, отличаются при разных скоростях перемещения намагничивающего поля. Для большей надежности выявления дефектов в рельсах один и тот же участок пути периодически контролируют при двух скоростях перемещения магнитного поля относительно рельса: 4 – 5 и 60 – 70 км/ч. Поэтому каждый из них может классифицироваться как метод, имеющий самостоятельное значение. В случае перемещения магнитного поля относительно рельса со скоростью 4 – 5 км/ч условия намагничивания рельсов близки к статическим. Над головкой рельса с внутренним поперечным дефектом возникает местное магнитное поле – поле рассеяния дефекта. Метод, основанный на индикации поля рассеяния дефекта при статическом намагничивании рельсов в пути, называется магнитным. Перемещение магнитного поля относительно рельсов со скоростью 60 – 70 км/ч вызывает появление в них замкнутых контуров вихревых токов. Поэтому наличие дефекта приводит не только к местному изменению намагниченности рельса, но и к местному изменению в нем контуров вихревых токов и их плотности. При совместном действии этих факторов в зоне дефекта над поверхностью рельса возникает местное изменение поля – магнитодинамическое поле дефекта. Метод дефектоскопирования рельсов в пути, основанный на индикации магнитодинамического поля, называется магнитодинамическим. Принцип работы электромагнитного дефектоскопа для обнаружения дефектов (например, волосовин или закатов с недопустимыми размерами) основан на вихретоковом методе, при котором анализируется изменение параметров возбуждающей системы, находящейся в переменном магнитном поле при помещении ее вблизи дефекта рельса. Магнитный метод В основу магнитного метода обнаружения дефектов положено явление возникновения собственного магнитногополя дефектной области Н д, предварительно намагниченной детали, имеющей нормальный уровень намагниченности Н о. Над головкой продольно намагниченного рельса с внутренней поперечной трещиной усталости возникает поле рассеяния дефекта. Собственное поле дефекта, пропорциональное намагниченности вещества внутри дефекта, возникаетза счёт магнитной поляризации боковых поверхностейдефекта. Дефект (трещины, полости и т.п.) представляется в форме сжатого эллипсоида, расположенного в безграничной магнитной среде. Графически это представлено на рис. 10.3.
Рис. 10.3. Схема поляризации стенок дефекта и линии поля
В среде, где действует внешнее однородное магнитное поле Но, направленное вдоль главной оси эллипсоида, дефект добавляет собственное поле, поэтому его называют полем дефекта и обозначают Нд. В действительных условиях магнитное поле сильно сжатой поперечной трещины усталости сильно влияет на формирование поля над рабочей поверхностью головки продольно намагниченного рельса. Наряду с магнитными зарядами, возникающими на боковых поверхностях дефекта, возможно появление магнитных зарядов в среде, окружающей дефект. Эти магнитные заряды называют объемными. Появлению объемных магнитных зарядов способствует также неоднородная намагниченность среды, находящейся в зоне дефекта. При реализации этого метода используются различные способы намагничивания проверяемых деталей и приемы индикации поля Н д. Дефектоскопирование магнитным методом выполняется в приложенном магнитном поле. Опыт показал, что в поле с напряженностью, вполне доступной в практических условиях, уровень магнитных полей от внутренних трещин усталости средних размеров значительно выше уровня мешающих полей.Лишь при таком соотношенииуровней полей над головкой намагниченного рельса можно рассчитывать на приемлемую чувствительность магнитного метода к внутренним трещинам усталости в головке рельса. Что же касается направления приложенного поля, то для более четкого обнаружения поперечных трещин рельсы должны намагничиваться в продольном направлении. Рельсы в пути проверяют этими дефектоскопами, не нарушая движения поездов (не занимают перегон, а в случае прохождения поезда дефектоскоп снимают с рельсов). Дефектоскоп для намагничивания рельсов имеет постоянные магниты. Между полюсами магнитов в головке рельсов различ-ных типов создается продольное поле со средней напряженностью 8 – 10 А/см. Измерение уровня сосредоточенного поля Но, созданного предварительным намагничиванием, выявляют искателями. Простейший искатель представляет собой многовитковую катушку с сердечником или без него. Если такая катушка с намагничивающим устройством дефектоскопа перемещается над рабочей поверхностью головки рельса, то на участке с полем Н д на ее зажимах появится импульс электродвижущей силы. В практике широкое распространение получили искатели, в которых магниточувствительным элементом служат феррозонды. Феррозондом называется устройство, чувствительное к внешним магнитным полям, постоянным или медленно изменяющимся. Действие феррозондов основано на использовании нелинейного характера процесса намагничивания сердечника при взаимодействии в нем двух магнитных полей – внешнего измеряемого (постоянного) и некоторого вспомогательного (переменного). Существует несколько разновидностей феррозондов. Рельсы дефектоскопируют наиболее простым типом феррозонда с одним прямым сердечником и одной обмоткой, которая одновременно служит для возбуждения вспомогательного переменного поля и измерения ЭДС на выходе феррозонда. Магнитодинамический метод Этот метод используется для скоростного дефектоскопировапия рельсов, лежащих в пути. Постоянное магнитное поле перемещается относительно рельса со скоростью 60 – 70 км/ч. Оно возбуждается П-образными электромагнитами – по одному на каждую рельсовую нить пути. Намагничивающие обмотки электромагнитов подключены к источнику постоянного тока. Между полюсами движущегося электромагнита и рабочей поверхностью рельса есть воздушные зазоры 8 – 10 мм. Полюсные магнитные потоки (рис. 10.4) частично рассеиваются, а в рельсе разветвляются на две части – межполюсную и заполюсную.
Рис. 10.4. Схема разделения магнитного потока в рельсе на две части – межполюсную и заполюсную
Для обнаружения дефектов в рельсах используется межполюсной магнитный поток, составляющий примерно 60 % общего магнитного потока электромагнита. Характерные свойства магнитодинамического метода, в основном, обусловлены особенностью намагничивания рельсов в движущемся поле электромагнита. Магнитный поток, возникающий в рельсе в зоне влияния одного из полюсов движущегося электромагнита, возрастает, а в зоне влияния другого полюса убывает. Этот непрерывный процесс перемагничивания рельса полем движущегося электромагнита связан с явлением гистерезиса и образованием вихревых токов. Дефект в виде поперечной трещины в головке рельса служит препятствием для продольной составляющей вихревых токов. Трещины изменяют контуры замкнутых вихревых токов и уменьшают их плотность. В зоне дефекта это приводит к изменению магнитного поля вихревых токов внутри головки рельса и над ее поверхностью. Местное изменение поля вихревых токов над рабочей поверхностью головки рельса представляет собой вихретоковую составляющую магнитодинамического поля дефекта. При низких скоростях движения, когда интенсивность наводимых в рельсе вихревых токов невелика, определяющее значение в формировании магнитодинамического поля дефектов имеет фактор намагниченности. С увеличением скорости движения растет интенсивность наводимых в рельсах вихревых токов, повышается их роль в формировании магнитодинамических полей дефектов, что сказывается на их значении и форме.
Вихретоковый метод Обнаружение дефектов в металлических деталях вихретоковым методом базируется на законе электромагнитной индукции. Рассматривая вихретоковый метод, следует иметь ввиду, что переменное поле, даже при относительно небольшой частоте, проникает только в поверхностный слой детали. По закону электромагнитной индукции в поверхностном слое металлавозникнут вихревые токи, замкнутые контуры их охватывают линии переменного магнитного поля. Вихревые токи, как и всякие электрические токи, создают свое магнитное поле, которое, в отличие от поля катушки, вторично. По правилу Ленца вторичное переменное поле в каждый момент времени противоположно первичному, то есть противодействует ему. Взаимодействие поля вихревых токов (вторичного поля) с полем катушки (первичное) изменяет ее электрические параметры. Увеличиваются потери энергии на нагревание детали вихревыми токами и возрастает активное сопротивление катушки. В зависимости от материала (магнитный или немагнитный), в котором возбуждаются вихревые токи, возрастает или уменьшается индуктивное сопротивление катушки. Следовательно, уровень вихревых токов в контролируемой детали косвенным образом может быть установлен по изменению электрических параметров намагничивающей катушки. Трещина или другой дефект, нарушающие сплошности поверхностного слоя металла, – препятствие для вихревых токов (рис. 10.5). Оно оказывает действие, аналогичное резкому уменьшению электрической проводимости металла, что отражается на электрических параметрах намагничивающей катушки.
Рис. 10.5. Распределение вихревых токов в контролируемом изделии а – на участке без дефектов; б – на участке с поперечной трещиной
Изменение электрических параметров намагничивающей катушки зависит от электрической проводимости и магнитной проницаемости металла, над который устанавливается катушка, от частоты намагничивающего тока, толщины слоя металла под катушкой. Чем больше электрическая проводимость металла и частота тока, тем в большей степени изменяются параметры катушки. Вместе с этим, чем больше частота тока и электрическая проводимость металла, тем меньше глубина проникновения вихревых токов. Так как контролируется только слой металла, прилегающий к поверхности детали, то для обнаружения трещин с минимальной глубиной залегания используют достаточно большую частоту для того, чтобы глубина проникания вихревых токов не превышала долей миллиметра. Недостаток метода при накладной намагничивающей катушке – большая чувствительность к изменению расстояния между катушкой и поверхностью детали. Поэтому наличие промежуточных слоев (окисные пленки, защитные покрытия и др.), неровности на поверхности испытуемой детали существенно изменяет электрические параметры намагничивающей катушки. Среди других известных схем практическую ценность для дефектоскопирования токовихревым методом представляет схема с двумя катушками — намагничивающей и измерительной. Катушки жестко связаны и в целом представляют устройство, напоминающее обычную катушку накладного типа. На поверхности металлической детали, при установке на ней такого устройства, возникают вихревые токи. Витки намагничивающей катушки охватывают результирующий поток, вызванный взаимодействием намагничивающего поля и поля вихревых токов. Система, состоящая из двух катушек, как и мостовая, позволяет дефектоскопировать на основании значения и фазы ЭДС в измерительной катушке. Опыт показал, что при контроле изделий из ферромагнитных материалов токовихревыми системами накладного типа могут возникать помехи, снижающие надежность выявления недопустимых дефектов. Помехи наблюдаются, главным образом, в местах, где нарушена структура металла, например из-за обезуглероженности или наклепа. То и другое приводит к заметным изменениям электрических и ферромагнитных свойств металла. Применительно к контролю изделий из ферромагнитных металлов более надежный способ отстройки от помех, вызванных структурнойнеоднородностью материала, – использование особенностей, возникающих в результате воздействия трещины на распределение вихревых токов в металле. Целесообразно в связи с особенностями вихретокового поля в зоне трещины применять токовихревую систему, вытянутую вдоль трещины. Измерительная катушка системы, ориентированная на вертикальную составляющую поля, должна быть встроена в сердечник намагничивающей катушки и иметь небольшие размеры в поперечном к трещине направлении. Магнитодинамические поля дефекта определяют искателем. В условиях перемещения электромагнита относительно рельса в качестве искателя может служить многовитковая катушка без магнитного сердечника. Катушку устанавливают в полюсном пространстве электромагнита и вместе с ним перемещают над рабочей поверхностью головки рельса. Дефектоскоп РДМ-1 Работа дефектоскопа основана на ультразвуковом методе с возможностью контроля одной рельсовой нити. Одновременная работа двух каналов, контролирующих головку рельса наклонными преобразователями, реализующих эхо-метод, и канала, контролирующего шейку рельса раздельно-совмещенным преобразователем, реализующим зеркально-теневой метод, удобная конструкция прибора, позволяют выполнять эффективный и высокопроизводительный контроль одной нити пути. Получение нужной информации обеспечивается при температуре окружающего воздуха от – 30 °С до + 50 °С. Подготовленный оператор может выявлять дефекты следующих видов дефектов рельс по классификатору НТД/ЦП-1-93: 20.1-2; 21.1-2; 24.1-2; 25.1-2; 26.3; 27.1-2; ЗОВ.1-2; ЗОГ.1-2; 38.1; 50.1-2; 52.1-2; 53.1-2; 56.3; 60.1-2; 66.3; 69.1-2; 70.1-2; 79.1-2 (расшифровка цифр по видам дефектов приведена в п.10.3) и аналогичные дефекты в рельсах стрелочных переводов. Все органы управления дефектоскопом расположены на электрон-ном блоке, что позволяет персоналу оперативно управлять режимами и параметрами контроля. Сведения об установленной чувствительности контроля и информация, полученная в процессе дефектоскопирования, представлены в цифровом виде на светодиодных индикаторах. Информация об обнаружении дефекта в конкретном канале контроля подается на головные телефоны в виде звуковых сигналов различной тональности и выводится на цифровое табло. Все составные части дефектоскопа закреплены на штанге, размер которой для удобства оператора можно. Масса дефектоскопа в рабочем состоянии (без технологической жидкости и ЗИП) – не более 3,5 кг. Время непрерывной работы без подзарядки аккумуляторов – не менее 20 ч. Весь комплект поставки прибора размещен в удобной для переноски сумке. Дефектоскоп обслуживается одним оператором. Внешний вид дефектоскопа в рабочем состоянии показан на рис.10.15.
Рис. 10.15. Дефектоскоп РДМ-1 Устройства автоматизированной диагностики   Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...  Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
