Способ диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава



Способ диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава
Способ диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава

 


Владельцы патента RU 2535246:

Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU)

Использование: для диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прием, регистрацию и обработку сигналов от преобразователей акустической эмиссии в процессе движения подвижного состава, который прогоняют по железнодорожному пути, при этом на заданном участке железнодорожного пути создают искусственные неровности в вертикальной плоскости, на которые устанавливают преобразователи акустической эмиссии, по параметрам сигналов с которых судят о наличии трещин в ходовых частях тележки подвижного состава. Технический результат: обеспечение возможности диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава без необходимости установки диагностического оборудования на тележку вагона подвижного состава. 2 ил.

 

Изобретение относится к контролю технического состояния ходовых частей тележки подвижного состава в динамике.

Транспортные системы являются важнейшим составным элементом экономики развитых индустриальных государств. Одним из основных элементов транспортных систем является подвижной состав, оценка технического состояния работающих узлов которого является актуальной задачей. В подвижном составе изломам подвержены, как правило, наиболее ответственные детали грузовых вагонов - боковые рамы тележек и надрессорные балки. В процессе эксплуатации они воспринимают статические и динамические вертикальные нагрузки - от веса вагона и груза, от ударов при прохождении вагоном неровностей пути. Кроме того, продольные нагрузки - усилия тяги при равномерном движении состава, усилия при соударении вагонов, также испытывают воздействие крутящего момента при вписывании вагонов в кривые. При этом основная часть динамических вертикальных нагрузок носит циклический характер, и усталостная прочность боковых рам (способность длительно противостоять воздействию циклических нагружений) является основной характеристикой их эксплуатационной надежности, то есть напрямую влияет на безопасность движения. Возрастающие требования к эксплуатации подвижного состава приводят к необходимости разработки способов и систем выявления дефектов в литых деталях тележек грузовых вагонов на ходу поезда с использованием аппаратуры, работающей на методе акустико-эмиссионного контроля. Достоверность обнаружения дефектов должна составлять не менее 96%.

Известен "Способ оценки степени износа тележки железнодорожного вагона" (см. патент РФ №2437091, от 28 09 2010, опубликованный в Б.И. №35 от 20 12 2011 года), который заключается в приеме, регистрации и оценки параметров сигналов акустической эмиссии (АЭ) в процессе движения тележки железнодорожного вагона. Согласно изобретению, в качестве изношенных узлов выбирают буксовый узел, и/или колесную пару, и/или боковую раму, а в качестве элемента тележки железнодорожного вагона принимают корпус колесной буксы. Преобразователи акустической эмиссии прижимают к корпусу колесной буксы с помощью магнитов через акустическую смазку, питание системы и портативного компьютера осуществляют от отдельного источника, состоящего из аккумулятора и преобразователя. Тележку железнодорожного вагона прогоняют по кольцевому и прямолинейным участкам железнодорожного пути на скорости 40, 60 и 80 км/ч, режиме торможения и разгона. Режим нагружения определяют в зависимости от типа вагона, системный блок системы и портативный компьютер располагают в отдельной кабине на подвижном составе, а «эталонные участки» имеют рельсы первой группы годности. Достаточным условием для суждения, что тележке железнодорожного вагона необходим ремонт или замена отдельных узлов, является равенство параметров акустической эмиссии, полученных с исследуемой тележки железнодорожного вагона, и параметров акустической эмиссии, считающихся «эталонными». В качестве контрольного элемента была выбрана передняя пара корпусов колесной буксы вагонной тележки железнодорожного вагона. Железнодорожный (грузовой) вагон был частично загружен металлическими слитками. Испытательный поезд состоял из электровоза, одного грузового вагона, имевшего предельную степень износа вагонной тележки, и одного грузового вагона, степень износа вагонной тележки которого следовало оценить. «Эталонная» база данных формировалась по параметрам АЭ, полученным с тележки грузового вагона, имевшего предельную степень износа вагонной тележки.

Вышеуказанный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и поэтому выбран в качестве прототипа.

Недостатком способа является то, что для определения степени износа необходимо на диагностируемый объект устанавливать оборудование, что требует больших временных и материальных затрат.

Решаемой технической задачей является создание способа диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава без необходимости установки диагностического оборудования на диагностируемый объект - тележку вагона подвижного состава.

Достигаемым техническим результатом является повышение безопасности движения подвижного железнодорожного состава за счет раннего выявления дефектов в тележке вагона подвижного состава в динамике.

Для достижения технического результата в способе диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава, основанном на использовании метода акустической эмиссии, включающего прием, регистрацию и обработку сигналов от преобразователей акустической эмиссии в процессе движения подвижного состава, который прогоняют по железнодорожному пути, новым является то, что на заданном участке железнодорожного пути создают искусственные неровности в вертикальной плоскости, на которые устанавливают преобразователи акустической эмиссии, по параметрам сигналов с которых судят о наличии трещин в ходовых частях тележки подвижного состава.

Выполнение контрольного участка железнодорожного пути с изогнутым профилем в вертикальном направлении путем создания искусственной неровности позволяет сообщить тележке вагона подвижного состава дополнительную нагрузку без использования нагружающего стенда для выявления трещин. Для этого может быть использована накладка на рельсы (подобная башмаку), изгиб рельса в вертикальном направлении (путем установки вкладышей под рельс) или изгиб в горизонтальном направлении (диспетчерский съезд). Накладки могут устанавливаться в одном сечении пути или разноситься, например, на периметр колеса для получения эффекта «переваливания» вагона или локомотива. Метод накладок является наиболее компактным, требует использования минимального количества каналов регистрации и обладает полезным свойством, которое в дальнейшем может быть использовано. Накладка, в принципе, может быть быстро, за доли секунды, как установлена, так и убрана. Это может позволить, при необходимости, должным образом варьировать нагрузку на боковины вагонов различных конструкций и с различной загрузкой.

Пусть накладки (или изгибы рельс) имеют синусоидальную геометрию, обладают высотой h и длиной L, пусть вагон имеет массу m и двигается со скоростью v. Тогда легко показать, что если изначально сила, действующая на четыре боковые рамы составляла величину Р0=m·g, то при проезде накладок появляется дополнительная сила P1

P 1 = 4 π 2 m h v 2 L 2                         ( 1 )

Комбинацией параметров высоты, длины и скорости всегда можно обеспечить появление необходимого дополнительного усилия на боковину. Например, при L=1 м, h=25 мм дополнительное усилие на боковину в 20% будет возникать при скорости движения 5 км/ч. Низкая скорость движения состава полезна в плане снижения общей шумовой обстановки.

На фигуре 1 представлена блок-схема системы, реализующая заявляемый способ. На фигуре 2 представлено расположение преобразователей акустической эмиссии.

Система содержит последовательно соединенные компьютер 1 и блок развязки 2, к входам которого подключены выходы усилителей 3, к входам которых подключены выходы датчиков акустической эмиссии 4.

Способ реализуется следующим образом.

Датчики акустической эмиссии 4 располагают на искусственных неровностях 5 железнодорожного пути, обеспечивая изогнутый профиль в вертикальной плоскости. Так обеспечивается нагрузка, создающая дополнительное внутреннее напряжение для повышения чувствительности диагностики трещин.

Контролируемый состав пропускают по участку контроля с установленной скоростью. Сигналы с датчиков 2 по коаксиальным кабелям поступают на входы АЦП плат сбора данных, оцифровываются и по шине PCI Express передаются в центральный процессор (ЦП) для обработки. Дисковая подсистема ПК осуществляет запись данных на жесткий диск в режиме реального времени. На монитор выводится результат обработки данных.

Преобразователи акустической эмиссии преобразуют акустический сигнал, генерируемый развивающимися дефектами в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на вход усилителя MSAE-FA02, который обеспечивает усиление сигнала в требуемой полосе частот. Полоса частот определяется встроенными полосовыми фильтрами усилителя MSAE-FA02. Усиленный сигнал подается на вход платы АЦП Х3-2М через блок развязки МКЛЦ.421725.015. Блок развязки обеспечивает питанием усилитель MSAE-FA02 и предварительный усилитель ПАЭ. Блок развязки также обеспечивает развязку цепей питания от сигнальных цепей.

Для реализации заявляемого способа была создана двенадцатиканальная постовая система АЭ диагностики (по 6 каналов на каждый рельс). Перед накладкой полируют заданные участки рельса, на которые устанавливают датчики АЭ с помощью прижимных элементов (накладок).

Заявляемый способ диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава основан на том, чтобы создать дополнительную нагрузку на боковины тележек и обеспечить прослушивание их реакции на эту нагрузку без использования нагружающего стенда, что позволяет диагностировать и исключить из эксплуатации вагоны с имеющимися дефектами ходовых частей, а особенно с усталостными трещинами в зонах радиусов R55 боковой рамы тележки грузового вагона.

Способ диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава основан на использовании метода акустической эмиссии, включающий прием, регистрацию и обработку сигналов от преобразователей акустической эмиссии в процессе движения подвижного состава, который прогоняют по железнодорожному пути, отличающийся тем, что на заданном участке железнодорожного пути создают искусственные неровности в вертикальной плоскости, на которые устанавливают преобразователи акустической эмиссии, по параметрам сигналов с которых судят о наличии трещин в ходовых частях тележки подвижного состава.



 

Похожие патенты:

Использование: для контроля зоны термического влияния сварных соединений. Сущность изобретения заключается в том, что сварное соединение подвергают термическому воздействию, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по их параметрам судят о качестве сварного соединения, при этом сигналы акустической эмиссии инициируют локальным термическим воздействием поочередно в точках контроля, расположенных на линии, перпендикулярной сварному шву, строят зависимость параметров данных сигналов для каждой контрольной точки от ее расстояния до сварного шва и по указанной зависимости оценивают размер зоны термического влияния как расстояние между наиболее удаленными от сварного шва контрольными точками, в которых значение суммарной энергии акустических сигналов ниже, чем в основном (не подвергнутом термическому влиянию при сварке) металле сварного соединения.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения изменения напряженного состояния горного массива. Технический результат направлен на повышение длительности определения изменений напряженного состояния горного массива в окрестностях выработок в ходе непрерывных мониторинговых акустико-эмиссионных измерений перемещения вглубь массива зоны опорного давления.

Использование: для акустико-эмиссионного контроля качества сварных стыков рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что производят сварку стыка, обрубку грата, регистрируют сигналы акустической эмиссии при остывании сварного шва, измеряют скорость счета сигналов акустической эмиссии, разбивают время контроля на интервалы, по превышению скорости счета сигналов акустической эмиссии порогового значения хотя бы в одном из интервалов судят о качестве сварного шва, при этом дополнительно определяют медиану энергии сигналов акустической эмиссии, задают пороговые величины по средним значениям скорости счета и медианы энергии локализованных сигналов акустической эмиссии в двух равных интервалах времени при остывании сварного шва и при превышении скорости счета и медианы энергии сигналов их пороговых значений на любом из интервалов сварной стык бракуют.

Использование: для контроля дефектности сляба. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют установку датчиков акустической эмиссии на поверхности холодного сляба в порядке, обеспечивающем контроль всего материала сляба, механическое нагружение сляба за счет использования собственного веса сляба до напряжений от 20 до 80% предела текучести материала сляба, выдержку под нагрузкой не менее 1 мин, регистрацию сигналов акустической эмиссии и их обработку, определение координат источников акустической эмиссии и определение возможности дальнейшего использования сляба в производстве горячекатаной полосы путем сравнения диагностического параметра WАЭ с допустимым значением диагностического параметра [WАЭ] и при WАЭ>[WАЭ] сляб считают непригодным для дальнейшей прокатки.

Использование: для оперативного определения качества микроструктуры титанового сплава упругого элемента. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют более одного нагружения исследуемого упругого элемента нагрузкой до максимальной деформации с регистрацией сигналов акустической эмиссии при каждом нагружении.

Использование: при акустико-эмиссионной диагностике материалов и конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что на контролируемом изделии устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, определяют закон затухания звука, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия в процессе эксплуатации или нагружения, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, получают частотно-временную зависимость на спектрограммах, выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояние между преобразователями и источником акустической эмиссии, затем, используя ранее установленный закон затухания, рассчитывают координаты дефекта изделия.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля, а именно к виброакустическим методам, и может найти применение для физического контроля железобетонных опор со стержневой напрягаемой арматурой.

Использование: для выявления шумоподобных источников акустической эмиссии во время диагностирования, мониторинга, оценки состояния и ресурса объектов контроля с применением локационных методов акустической эмиссии.

Использование: для исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах. Сущность: что проводят акустико-эмиссионнные измерения сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии, при этом дополнительно измеряют концентрацию аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия, при этом при скорости изменения нагрузки до 0,1 кН/с с учетом 30-секундной поправки на задержку регистрации диагностируют процесс разрушения оксидной пленки тензоиндикатора и материала подложки.

Использование: для неразрушающего контроля технического состояния промышленных объектов. Сущность: заключается в том, что преобразователь акустической эмиссии содержит корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, а также, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом.

Использование: для диагностики и неразрушающего контроля металлических конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения конструкции, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, при этом сначала устанавливают критические значения нагрузки Pкр и коэффициента регрессии kкр, характеризующего изменение числа сигналов акустической эмиссии к изменению нагрузки для бездефектной конструкции, затем конструкцию нагружают до значения нагрузки, превышающей рабочую на (5…10) %, регистрируют при этом число сигналов и нагрузку линейного участка стационарной акустической эмиссии, регистрируют при этом коэффициент регрессии k0, после чего конструкцию нагружают циклической нагрузкой, амплитудное значение которой повышают постепенно на (2…5) %, и при достижении превышения на (15…20) % рабочей нагрузки нагружение прекращают, если в процессе контроля k0<kкр, то конструкцию считают бездефектной, а при значении k0>kкр конструкцию бракуют. Технический результат: повышение достоверности акустико-эмиссионного контроля металлических конструкций. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

Использование: для акустико-эмиссионной диагностики морских ледостойких сооружений. Сущность изобретения заключается в том, что в критичных узлах конструкции сооружения устанавливают акустико-эмиссионные преобразователи звукового диапазона частот, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по параметрам сигналов акустической эмиссии определяют степень дефекта конструкции сооружения, при этом дополнительно устанавливают в критичных узлах конструкции сооружения группу акселерометров, воспринимающих механические напряжения низкочастотных колебаний инфразвукового диапазона частот, а затем вычисляют первую функцию взаимной корреляции между сигналами, поступающими от акустико-эмиссионных преобразователей и акселерометров, а затем вторую функцию взаимной корреляции между сигналами, поступающими от каждой пары ближайших акустико-эмиссионных преобразователей, при этом дефекты сооружения обнаруживают по амплитуде и форме максимумов от каждой функции корреляции, а координаты дефектов определяют по временной задержке максимума второй функции корреляции между каждой парой акустико-эмиссионных преобразователей. Технический результат: повышение надежности обнаружения и диагностики скрытых дефектов морских ледостойких сооружений. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения оптимальной депрессии на нефтяной пласт. Техническим результатом является повышение точности определения оптимальной депрессии на пласт. Способ включает снятие индикаторной диаграммы зависимости дебита скважины от депрессии на пласт и определение максимума зависимости, соответствующего оптимальной депрессии. Снимают зависимость упруго-деформационной характеристики, например скорости распространения упругой волны от перового давления в образце керна, отобранном из пласта и помещенном в гидрокамеру со всесторонним давлением, соответствующим условиям естественного залегания, затем плавно снижают поровое давление до пластового давления со скоростью, не превышающей скорость релаксации предельных напряжений в керне, о которой судят по отсутствию акустической эмиссии, и далее продолжают снижать поровое давление уже в качестве депрессии на керн, и по началу резкого уменьшения градиента изменения этой зависимости при достижении предела пластичности и возникновения акустической эмиссии судят о предельной величине оптимальной депрессии. 1 ил.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и предназначено для определения прочностных характеристик материала. Сущность изобретения заключается в том, что способ регистрации сигналов акустической эмиссии, в котором образец материала нагружают с помощью гидропресса, и фиксируют сигнал акустической эмиссии, образец подвергают импульсному воздействию, формируя продольную упругую волну, которая стимулирует массовый синхронный выход дислокаций из кристалла материала, что в результате создает суммарный сигнал акустической эмиссии, устойчиво фиксируемый пьезодатчиком. Технический результат - упрощение регистрации и обработки сигнала акустической эмиссии. 2 ил.

Изобретение относится к области соединения или предотвращения относительного смещения деталей машин или элементов конструкций и направлено на возможность осуществления сплошного контроля натяжения болта. Способ заключается в том, что после сборки болтового соединения, перед окончательной затяжкой на болт с использованием специальной смазки для обеспечения акустического контакта устанавливают преобразователь сигналов акустической эмиссии. Затем производят окончательную затяжку, в процессе которой и определенное время после нее регистрируют сигналы акустической эмиссии, и по результатам анализа полученных сигналов акустической эмиссии судят о качестве болтового соединения. 1 ил.

Использование: для определения ударной вязкости испытуемого образца. Сущность изобретения заключается в том, что собирают акустические данные от акустического датчика с помощью средства сбора акустических данных при приложении к испытуемому образцу нагрузки, при этом указанный акустический датчик связан с испытуемым образцом; определяют одну или более фоновых точек с помощью средства определения фоновых точек; определяют одну или более точек возможного акустического события с помощью средства определения точек возможного акустического события; интерполируют кривую характеристики фонового шума с использованием фоновых точек с помощью средства интерполяции кривой характеристики фонового шума; определяют одну или более точек фактического акустического события с использованием точек возможного акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства определения точек фактического акустического события; и вычисляют площадь акустического события, заключенную между точкой фактического акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства вычисления площади фактического акустического события. Технический результат: обеспечение возможности определения фактической прочности и ударной вязкости твердых и сверхтвердых компонентов с использованием акустической эмиссии. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано в машиностроении для ускоренной автоматизированной оценки обрабатываемости как традиционно применяемых сталей и сплавов в изменяющихся условиях резания, так и новых марок сплавов, наплавленных и композиционных материалов и т.д. Сущность: осуществляют регистрацию параметров сигналов акустической эмиссии - числа импульсов моды амплитудного распределения, соответствующих пластическому деформированию при точении. Для регистрируемого датчиком сигнала акустической эмиссии рассчитывают среднее квадратическое значение сигнала в рассматриваемом интервале времени (Urms). С помощью преобразования Фурье получают амплитудно-частотное представление сигнала акустической эмиссии, определяют значение медианной частоты (Fmed). По их произведению (Urms×Fmed) судят об обрабатываемости материала. Технический результат: сокращение времени и трудоемкости определения обрабатываемости материалов, определение не относительного, а абсолютного значения обрабатываемости. 3 ил., 2 табл.

Использование: для идентификации источников сигналов акустической эмиссии (АЭ). Сущность изобретения заключается в том, что измеряют максимальную амплитуду импульса, число выбросов и длительность импульсов сигналов, после чего на основании проведенных измерений осуществляют распознавание источников сигналов акустической эмиссии. Технический результат: повышение достоверности при распознавании источников сигналов акустической эмиссии. 7 ил.

Использование: для мониторинга технического состояния конструкций, технических устройств, зданий и сооружений в условиях воздействия факторов высокоамплитудных случайных шумов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют регистрацию и анализ сигналов акустической эмиссии путем беспороговой регистрации данных акустико-эмиссионного контроля, которую осуществляют посредством усиления, аналого-цифрового преобразования и записи зашумленного акустико-эмиссионного сигнала без использования амплитудной дискриминации, последующей его цифровой обработки, включающей полосовую частотную фильтрацию, обнаруживают полезный сигнал акустической эмиссии с использованием адаптивного фильтра, который содержит по меньшей мере один входной информационный канал и разделяет зарегистрированный временной ряд на две независимых компоненты - детерминированную сигнальную и случайную шумовую, выделяют сигнал акустической эмиссии с помощью расчета локальных параметров временных рядов сигнала и шума, усредненных в пределах заданного по ширине скользящего временного окна, проводят сравнительный анализ временных рядов сигнала и шума, составленных из значений локальных параметров, и выстраивают на его основе систему характеристических инвариантов, не зависящих от амплитуды и интенсивности шума, которые используют в качестве информативных параметров акустической эмиссии для формирования диагностических признаков наличия дефектов в объекте контроля, проводят классификацию дефектов по степени опасности и принимают решение о техническом состоянии объекта контроля. Технический результат: повышение достоверности и объективности оценки технического состояния объекта контроля с использованием метода акустической эмиссии в широком диапазоне отношений сигнала к шуму, в том числе порядка или меньше единицы. 4 з.п. ф-лы, 4 ил. 1 табл.

Использование: для контроля качества кольцевых сварных швов в процессе многопроходной сварки. Сущность заключается в том, что предварительно осуществляют калибровку объекта контроля путем установки по контуру шва не менее четырех широкополосных преобразователей, сварной шов разбивают на равные сектора, координаты акустических сигналов определяют в полярной системе координат, при этом полярная ось проходит по границе между секторами, каждый сектор находится в пределах где m - количество секторов кольцевого сварного шва; i - текущий сектор; φ - полярный угол, рад, в каждом секторе определяют распределение энергетического параметра MARSE, который равен где U(t) - значение напряжения огибающей акустического сигнала, B; T - заданный интервал времени, с, и число осцилляции в акустическом сигнале, сравнивают их с эталонными распределениями на бездефектном участке сварного шва и при превышении этими параметрами их эталонных значений в каком-либо секторе сварной шов бракуют. Технический результат: обеспечение возможности существенного повышения достоверности контроля дефектов и точности браковки дефектов в кольцевых сварных швах. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх