Толян

История рельсовой дефектоскопии

Элементы будущего железнодорожного транспорта впервые возникли и стали развиваться в горнометаллургической промышленности .
В XV-XVIII веках в копях и рудниках Западной Европы прокладывались деревянные лежни для вагонеток. На заводских дорогах России использовались лежневые (деревянные) пути, по которым перемещались вагонетки , называемые“ собаками”. В 1680году от рудников Ньюкасла к порту на реке Тайн проложена первая дорога с деревянными направляющими .
В 60-ых годах XVIII века выдающимся русским гидротехником и механиком
К.Д.Фроловым была построена одна из первых в России рельсовая подъездная дорога на Змеиногородском руднике Колывано-Воскресенских казенных заводов .Внутризаводские пути представляли собой деревянные рельсы с металлическим покрытием , по которым двигались вагонетки с рудой, приводимые в движение специальным гидросиловым устройством . Опыт Колывано-Воскресенских горных заводов нашел широкое применение в русской горнозаводской практике.
В 1767 году в Великобритании на чугунном заводе в городе Колбрук отлиты чугунные рельсы и уложены в заводскую колейную дорогу . В 1775 году в Великобритании уложены первые рельсы из железных полос, имевших в сечении профиль треугольника .
В 80-ых годах XVIII века на Александровском чугунноплавильном и пушечном заводе в Петрозаводске была создана первая заводская конно-чугунная дорога начальником завода горным инженером А.С.Ярцевым был одним из образцовых и талантливейших специалистов своего времени.
Для строительства чугунной заводской дороги А.С.Ярцевым был приглашен крупный шотландский инженер Чарльз Гаскойн и вызваны с казенных уральских заводов несколько талантливых мастеров по механике . В 1788 году была выстроена чугунная дорога длиной 173,5 метра, она связала между собой несколько цехов, что позволило повысить производительность труда. На этой дороге были использованы литые чугунные рельсы и вагонетки с чугунными колесами.
Решающая работа по созданию конно-рельсовой заводской дороги была осуществлена выдающимся горным инженером П.К.Фроловым. В 1806-1810 годах по инициативе
П.К.Фролова , по его проекту и под его руководством развернулось строительство первой значительной чугунной дороги между шахтами Змеиногородского рудника и доменным
цехом Колывано-Воскресенских казенных заводов. Выстроенная в 1810 году, дорога протяженностью 1867 метров, представляла собой исключительно сложное для того времени сооружение, превосходящее по своему уровню английские заводские рельсовые дороги .
Отказавшись от английского типа уголковых рельсов П.К.Фролов лично спроектировал и отлил новый тип чугунных рельсов с круглой головкой , который явился прообразом современных рельсов. Движение осуществлялось конной тягой. Дорога работала свыше 30 лет.
27 сентября 1825 года в Англии было открыто движение на первой железной дороге общего пользования ,на линии Стоктон - Дарлингтон длиной 56 км. Для перевозки пассажиров она использовалась с 1833 года.
Первая в России рельсовая дорога с паровой тягой была построена в 1834 году на Нижнетагильском металлургическом заводе Демидовых . Благодаря многолетней работе крепостных отца и сына Черепановых по созданию паровых машин летом 1834 года была открыта первая в России заводская Тагильская железная дорога с паровой тягой .Созданные Черепановыми два оригинальных паровоза открыли собой историю русского паровозострения.
Постройка первой в России заводской железной дороги с паровой тягой на заре мирового железнодорожного строительства имела большое значение в развитии отечественной железнодорожной техники. В истории русской общественной жизни 30-40-ых
годов XIX века большое место занимала борьба за введение нового железнодорожного транспорта. Передовые русские ученые и инженеры , смело борясь за введение нового вида транспорта , выдвигая новые проекты и изобретения, закладывали основы будущего железнодорожного транспорта в России, готовили кадры для будущего строительства железных дорог.
В начале 1835 года вопрос о развитии железнодорожного транспорта в России впервые стал предметом обсуждения в царском правительстве . Он был поднят в связи с докладной запиской ,поданной строителем первой австрийской конно-железной дороги Францем Антоном фон Герстнером, но его предложение было отклонено. Герстнер добился личной аудиенции с Николаем I и в июне 1835 года получил “высочайшее” разрешение для постройки первой опытной железнодорожной линии от Санкт-Петербурга до Павловска общей длиной 25 верст. Дорога была выстроена однопутной с колеей 1829 мм. . Для дороги в Англии были закуплены локомотивы ,экипажи, шаробаны и прочие железнодорожные повозки. Пробные поездки по дороге, первоначально с конной тягой, начались с сентября 1836 года . Позднее прибыли закупленные в Англии паровозы. 30 октября (11ноября) 1837 года в России открылась первая железная дорога общественного пользования между Петербургом и Царским Селом . 22 мая 1838 года началось движение поездов до Павловска. Осенью 1838 года вступила в строй последняя станция Московское Шоссе.
Постройка Петербурго – Московской дороги общей протяженностью 656 верст, длилась в течение 9 лет с 1843 по 1851 года. Официально дорога была открыта 1 ноября 1851 года. Открытие дороги между Санкт-Петербургом и Москвой стало началом создания русской железнодорожной сети общегосударственного значения. Оно убедительно продемонстрировало экономическую, политическую и военно-стратегическую важность железнодорожного строительства в стране и наметило поворот в правительственных кругах в плане понимания необходимости сооружения сети железных дорог в России. Это стимулировалось примером гигантского строительства железных дорог в передовых европейских странах , которое сопровождалось резким усилением экономического и промышленного потенциала.

1.Контроль за состоянием рельсов в1850-1950 годах.
С начала существования железных дорог и до появления в 30-ых годах двадцатого века первых магнитных дефектоскопов (велодефектоскопы системы изобретателя Карпова) постоянный наблюдение за состоянием рельсов осуществляли только путевые обходчики.
Роль путевых обходчиков в обеспечении безопасности движения была очень велика. Совершая обход участка по графику, они были обязаны днем и ночью внимательно осматривать каждый рельс, особенно на участках неблагоприятных по выходу рельсов.
Никто не обучал путеобходчиков способам обнаружения дефектов. Они сами, использовав многолетний опыт, разработали способы обнаружения дефектов в рельсах, которые затем были строго научно обоснованы.
В 1935 году на совещании Томской дороги путевой обходчик Д.М.Колосницин рассказал о своем простейшем методе отыскания рельсов со скрытыми трещинами. Его метод заключался в остукивании подозрительного рельса молотком с применением мелкого песка или щупа.
Существовало еще несколько простейших способов, которые использовали путевые обходчики для обнаружения рельсов с дефектами, например:
-просвечивание торца рельса через зазор ;
-ощупывание торца рельса специальным щупом;
-способ рефракции;
-наблюдение за рельсом при проходе поезда;
-тщательный наружный осмотр.
Остукивание рельса производилось молотком весом в 300 грамм, насаженным на ручку длиной 600 мм. Путевой обходчик с молотком останавливался у стыка и, вытянув руку, опускал молоток с высоты 0,4 – 0,7 метра. Молоток силой свободного падения ударялся о верх рельса в середине головки в пределах накладок, от конца рельса на 6-8 см.
.Обходчик должен был чутко прислушиваться к издаваемому рельсом звуку при ударе, уметь различать даже мельчайшие его изменения, обращать внимание на поведение молотка.
А.Миронов в своей брошюре “Как обнаружить дефект в рельсе” [ ] об этом способе пишет следующее: “ …если молоток после удара отскакивает упруго, то можно сказать, что рельс здоров; на дефектном рельсе молоток как бы прилипает к рельсу. При резком ударе по дефектному рельсу создается впечатление, будто черенок молотка раскололся или откололся.
Даже при скрытом изломе отколовшаяся часть его вибрирует. Поэтому, если звук от удара молотком будет подозрительным, а отскок молотка покажется ненормальным, нужно взять несколько крупинок песка, мелкую серебренную или медную монету, расположить их вдоль по середине головки рельса у стыка и начать выстукивать молотком по головке рельса легкими ударами. Если рельс имеет трещину, то все камешки, песчинки или монетки приходят в движение и слетают с головки.
В особо сложных случаях, вызывающих большое сомнение, можно положить на головку рельса пальцы левой руки и выстукивать рельс рядом с ними, если рельс с трещиной, то пальцы сразу почувствуют вибрацию. …”
Просвечивание торца рельса через зазор осуществлялось с помощью небольшого зеркальца: обходчик приставлял его к зазору таким образом, чтобы оно отражало луч света в зазор, освещая торец рельса. При ярком солнечном свете ясно была видна возможная трещина в торце. Этот способ применялся, при величине зазора не меньше 5 мм. . Способ ощупывания применялся, если величина зазора была менее 5 мм. Из гладкой стальной (диаметром 1,0-1,5 мм.) проволоки изготовлялась шпилька (рис.2.1.). рис.2.1. Шпилька для ощупывания торца рельса.
Загнутым острием шпильки, пропущенным в зазор, производилось ощупывание торцов обоих рельсов в стыке. Острие, наткнувшись на трещину, застревало в ней.
Сущность способа рефракции заключалась в следующем: работник, идущий по пути в ночное время должен был направлять луч света фонаря вдоль поверхности катания головки рельса, а в дневное время он должен был идти обязательно против солнца. При таком освещении поверхность катания отражала яркий луч света солнца или фонаря. Если рельс здоров, луч света на полосе катания был прямолинейным, если же рельс был дефектным, то луч света преломлялся в той точке, где имелась трещина.
Наблюдение за рельсом при проходе поезда путевой обходчик осуществлял, идя по обочине земляного полотна. Он должен был внимательно следить за положением стыка при проходе по нему колес поезда. Если в стыке имелась трещина, то наблюдающий обязательно должен был заметить, как при проходе колеса конец головки рельса, под каждым колесом прижимался, а при удалении поднимался.
“…внешнему осмотру рельса надо уделять особое внимание, так как процесс внутреннего расслоения головки или шейки рельса не происходит без появления внешних признаков. Однако эти внешние признаки не всегда легко установить, так как они иногда
почти незаметны, а иногда их замечают, но не придают им должного значения. Каждая, даже мельчайшая деталь, выявленная при осмотре, не должна ускользать от опытного глаза осмотрщика и при необходимости должна быть взята на учет для дальнейшего наблюдения. Когда путевой обходчик изучил признаки дефекта от момента его возникновения до момента перехода дефекта в состояние, требующего изъятие рельса из пути, тогда он безошибочно и своевременно сумеет определять на своем участке дефекты в рельсах в самом начале их развития…,” – так пишет В.И.Смекалов в своем пособии “Обнаружение дефектных рельсов в пути”.
Такими вот простейшими способами путевые обходчики изо дня в день обеспечивали безопасность движения.
В двадцатые годы двадцатого века появились первые способы неразрушающего контроля, в частности магнито-порошковый. Однако для контроля рельсов, уложенных в путь он не пригоден, но железнодорожникам нужно контролировать не только рельсы: очень опасны еще и трещины в шейках вагонных осей.
Именно для контроля трещин в шейках вагонных осей стали применять магнито-порошковый метод. В России магнитопорошковая дефектоскопия была открыта паровозным машинистом Федором Михайловичем Карповым. Карпов добился того, что инженерами МПС были спроектированы и изготовлены огромные электромагниты, в которые целиком помещалась колесная пара. Шейки поливались магнитной суспензией, и наличие трещин выявлялось очень четко.
Наладив контроль осей, Карпов принялся за контроль рельсов. Однако, порошковый метод здесь нельзя было применить и Карпову пришлось искать другие пути. Итоги его работы были таковы: были разработаны дефектоскопные станции. Дефектоскопы системы изобретателя Карпова, были установлены и смонтированы в самодвижущихся, путевых дефектоскопных станциях. Первая единица была оборудована к 1 мая 1933 года.
Станция состояла из двух сцепленных небольших вагонов. Первый из этих вагонов нес все силовое и тяговое оборудование станции, а второй являлся дефектоскопным отделением. На обеих осях второго вагона находились обмотки, по которым через скользящие по контактным кольцам щетки пропускался постоянный ток, с отдельным (от
тягового) двигателем. Магнитный поток, создаваемый в передней оси обмотки с током, поступал через колесо, например, левое в левый рельс; проходил по нему до левого заднего колеса, поступал через это колесо в заднюю ось, из нее – через правое заднее колесо – в правый рельс и, наконец, замыкается через правое переднее колесо. Таким образом, участки рельсов между передней и задней осями намагничиваются (до индукции около 1,6 Тл).
Применялись для намагничивания и П-образные электромагниты, подвешенные под вторым вагоном на шарнирах. При холостых пробегах станции эти электромагниты убирались под кузов.
Над намагниченными участками были укреплены магнитомеханические искатели системы Ф.М.Карпова.
В конце тридцатых годов двадцатого века для контроля рельсов стали применяться велодефектоскопы системы изобретателя Ф.М.Карпова, они были однониточными и
двухниточными. Велодефектоскоп позволял полностью механизировать труд путевых обходчиков, в отношении обнаружения разнохарактерных дефектов в рельсах (в том числе и скрытых), за исключением стыка в пределах длины накладок, регистрировать обнаруженные
дефекты путем записи на движущейся бумажной ленте регистрирующего аппарата повторяемыми световыми и звуковыми сигналами. При этом стыки рельсов отмечались периодически появляющейся буквы “П” и белым световым сигналом, а звуковой сигнал и красная сигнальная лампа на стыках включалась при помощи специального стыкового включателя.
Работа велодефектоскопа была основана на магнитном принципе. Намагничевание рельса осуществлялось при помощи катящегося электромагнитного колеса. В рельсе, в местах нарушения сечения, образовывался поток рассеивания.
Поток рассеивания при движении велодефектоскопа пересекался индукционной катушкой, которая следовала за намагничивающим устройством, при этом в индукционной катушке образовывалась ЭДС.
Импульс электрического тока, полученный в индукционной катушке, передавался через регулятор усиления и добавочное сопротивление на усилитель переменного тока, там он усиливался и приводил в действие промежуточное реле. При помощи регистрирующего прибора на валике, соответственно движению велодефектоскопа, перемещалась обычная телеграфная лента, на которой производилась запись.
Но несмотря на появление дефектоскопных станций, велодефокто-скопов, контроль состояния рельсов примерно до середины двадцатого века на многих дорогах, продолжали осуществлять путевые обходчики.

2. Становление рельсовой дефектоскопии в России.
Первые рельсовые съемные дефектоскопы для контроля обеих нитей пути, которые
стали широко применятся на железных дорогах, появились в пятидесятые годы двадцатого века. В результате большой работы, выполненной научными работниками Всесоюзного научно-исследоательского института железнодорожного транспорта (ЦНИИ МПС), Уральского филиала академии наук СССР (УФАН) и Сибирского физико-технического института (СФТИ) в творческом содружестве с работниками производства были созданы и внедрены следующие типы дефектоскопов:
-съемные дефектоскопы на переменном магнитном поле ДС-13м и РДП-56;
-съемный дефектоскоп на постоянном магнитном поле МРД-52;
-съемные импульсные ультразвуковые дефектоскопы УРД-52, УРД-58;
-скоростной вагон-дефектоскоп на постоянном магнитном поле.
Действие дефектоскопа ДС-13м было основано на использовании индуктивных токов, возникающих под действием переменного магнитного поля в поверхностных слоях металла.
В дефектоскопе ДС-13м над каждым рельсом располагалось искательное устройство, состоящее их двух электромагнитов и пяти индукционных искательных катушек. В обмотку электромагнита подавался переменный ток. Индукционные искательные катушки были соединены таким образом, что ЭДС, возникающие в них, под действием суммарного
магнитного поля взаимно компенсировались. При подходе искательной системы к дефектному месту рельса равенство ЭДС одной и другой пары катушек вследствие резкого искажения конфигурации магнитного поля нарушалось. Разность этих ЭДС усиливалась в усилителе, вызывала отклонение миллиамперметра и создавала резкий звук в телефонах. ДС-13м обнаруживала дефекты в рельсах в виде различного вида изломов и трещин, выходящих на поверхность головки или шейки рельса.
Действие дефектоскопа РДП-56 также было основано на использовании индуктивных вихревых токов, возникающих под действием переменного магнитного поля в поверхностных слоях рельса.
В соответствии с классификацией дефектов рельсов дефектоскоп обнаруживал следующие дефекты, находящиеся вне пределов стыковых накладок: вертикальное продольное расслоение головки (дефект N22); горизонтальную трещину в головке (дефект N26); поперечные трещины в головке (дефекты N60,62,63,64); горизонтальную трещину под головкой (дефект N70); продольную трещину посередине шейки (дефект N71); поперечные изломы (дефекты N42, 50, 51, 72).
Основным элементом дефектоскопа являлось искательное устройство, которое представляло собой плоский электромагнит, состоящий из катушки с расположенными внутри неё двумя стальными сердечниками, и охватывающую электромагнит плоскую катушку. Катушка электромагнита, питаемая переменным током, называлась генераторной, а охватывающая - искательной. Оси искательной и генераторной катушек должны были быть взаимно перпендикулярны, ось генераторной катушки располагалась параллельно поверхности катания, по оси рельса.
Переменный ток, протекающий через генераторную катушку , возбуждал переменное магнитное поле внутри катушки и в окружающем её пространстве, большая часть магнитных линий замыкалась через рельс, искательная катушка при этом пронизывалась потоком обоих полюсов электромагнита так, что суммарный ток через неё был близок к нулю.
Возникшие вихревые токи создавали свое электромагнитное поле, направленное противоположно основному полю. Результирующее поле электромагнита и вихревых токов воздействовало на искательную катушку, причем вследствие их симметрии наводимая ЭДС была близка к нулю.
Несплошность вызывала перераспределение магнитных силовых линий, что нарушало симметрию и в искательной катушке, появлялась ЭДС. Сигналы, возникающие в искательной катушке усиливались по напряжению и преобра-зовывались в предупредительные сигналы.
Основными частями индукционного двухниточного магнитного съемного рельсового дефектоскопа, являлись (рис.2.2.):
-искательные устройства II, состоящие из генераторных ГК и искательных ИК катушек;
-ламповый генератор Г, питающий генераторные катушки переменным током;
-усилители У, усиливающие по напряжению сигналы, возникающие в ИК над дефектом;
-сигнальные устройства: телефоны Т и миллиамперметры mA, предупреждающие дефектоскописта о наличии дефекта звуком и отклонением стрелки;
-блок питания П накала анодных цепей ламп генератора и усилителя Рис.2.2. Блок-схема дефектоскопа РДП-56.
Магнитный рельсовый дефектоскоп типа МРД-52 ЦНИИ, также являлся съемным двухниточным дефектоскопом, предназначенным для контроля рельсов, лежащих в пути. Над каждой рельсовой нитью между колесами тележки дефектоскопа помещался постоянный магнит. Этим магнитом рельс намагничивается в продольном направлении.
Магнитное поле над поверхностью головки намагниченного рельса воспринималось искательным устройством. Напряжение, возникающее на его выходе, поступало на усилительное устройство дефектоскопа, которое помещались на средней части рамы тележки в аппаратном ящике, где так же находились источники питания анодных цепей и цепей
накала. Наличие дефектов в рельсах отмечалось звуковым сигналом в телефонах и отклонением стрелки миллиамперметра. Магнитным дефектоскопом можно было выявить следующие типы поперечных дефектов в головке рельса (согласно классификации дефектов в рельсах на рис.2 ): изломы без видимых дефектов (дефект N50), трещины от боксования (дефект N60), усталостные трещины в виде светлого и темного пятен (дефект N61, 62, 63, 64) и находящиеся под поверхностью катания головки рельса на глубине от 4 мм и менее.
Работа дефектоскопа производилась при средней скорости пешехода – 3-4 км/ч. Магнитный вагон-дефектоскоп, разработанный в начале пятидесятых годов двадцатого века, относился к числу средств скоростной дефектоскопии рельсов в пути.
Максимальная рабочая скорость при существующей тогда конструкции и параметрах дефектоскопической аппаратуры – 70 км/ч. Дефектоскоп позволял выявлять внутренние поперечные трещины, поражающие свыше 30-35% площади сечения головки и залегающие на глубине 5-6 мм от поверхности катания, а так же продольные горизонтальные и вертикальные трещины, как выходящие на поверхность, так и внутренние, расположенные на глубине до 4-5 мм. Не выявлялись дефекты в болтовых стыках в пределах накладок, в шейке и подошве рельсов и в сварных стыках, за исключением сильно развитых поперечных трещин усталостного характера.
Принцип действия вагона-дефектоскопа был основан на магнитодинамическом методе контроля. Он состоял в том, что при намагничивании рельсов в движении постоянным магнитным полем в них возникают вихревые токи и дефекты выявляются при одновременном действии двух физических факторов: изменении намагниченности (магнитного потока) в зоне дефекта и плотности вихревых токов, обтекающих трещину. На поверхности рельса в зоне дефекта возникает местное изменение магнитного поля, которое называлось магнитодинамическим полем дефекта.
Вагон-дефектоскоп был оснащен искательным устройством индукционного типа в виде одиночной катушки, реагирующей на изменение продольной составляющей магнитного поля над дефектом. При движении в искателе наводится ЭДС, в виде отдельных импульсов, которые имели различные значения, длительность и форму. Оборудование и аппаратура вагона-дефектоскопа размещались в специально подготовленном цельнометаллическом вагоне. В кузове вагона находились аппаратное отделение и бытовые помещения, были установлены устройства электропитания. Под вагоном между его ходовыми тележками размещалась индукторная тележка, состоящая из сварной рамы и колесных пар, между которыми подвешены к раме электромагниты.
Рельсы намагничивались П-образными электромагнитами постоянного тока, по одному на каждую рельсовую нить. Электромагниты подвешивались на раме таким образом, чтобы можно было регулировать зазор между полюсами. База электромагнита дефектоскопов в цельнометаллических вагонах равнялась 1100 мм., обмотки намагничивающих катушек выполнялись из провода ПДСК-3,53 , числом витков 1250. В 1952 году впервые в мировой практике для массового контроля рельсов в зоне болтового стыка стали применять зеркально-теневые ультразвуковые дефектоскопы УРД-52,а в1956 году для контроля рельсов по всей длине - ультразвуковые рельсовые дефектоскопы, работающие также по зеркально-теневому методу, УРД-56, УРД-58.
Однониточный дефектоскоп УРД-52 являлся контрольным устройством для проверки тех участков рельсовой колеи, где применение магнитных дефектоскопов не обеспечивало надежных результатов. С его помощью обнаруживались следующие виды дефектов в стыковой части рельсов в соответствии с классификацией дефектов рельсов (рис.2.3.): трещины в месте сопряжения головки рельса с шейкой (дефект N70);
горизонтальные наклонные трещины в шейке рельса (дефект N71 ); наклонные трещины, развивающиеся от болтовых отверстий (дефект N11 и 12); вертикальные и горизонтальные расслоения в головке и шейке рельса (дефект N20, 21, 22); поперечные трещины усталостного характера в виде темного и светлого пятен, расположенные над шейкой рельса (дефект N61, 62).
Действие дефектоскопа УРД-52 основывалось на периодической посылке кратковременных ультразвуковых колебаний в рельс с поверхности катания и приеме отраженных колебаний от подошвы рельса. Ультразвуковые колебания высокой частоты образовывались в результате пьезоэффекта пластинки, изготовленной из титаната бария.
Возбуждение механических колебаний в пьезоэлементе происходило за счет импульсов тока, создаваемых с помощью триатрона и накопительного конденсатора. Импульсы тока повторялись около 100 раз в секунду и столь же раз возбуждались ультразвуковые колебания в пьезоэлементе.
Продолжительность электрических колебаний контура составляла 5-7мкс при частоте колебаний 2,7 МГц. Дойдя до подошвы, рельса ультразвуковые колебания отражались обратно в сторону поверхности катания. Часть возвратившихся к поверхности катания ультразвуковых колебаний попадала снова на пьезоэлемент, и на его обкладках под воздействием ультразвуковых колебаний появлялись электрические импульсы.
Ультразвуковой дефектоскоп УРД-58 служил для сплошной проверки обеих нитей пути, исключая зону сварных стыков. Он работал по зеркально-теневому методу. В соответствии с классификацией дефектов рельсов (рис.2.4.) дефектоскоп УРД-58 выявлял следующие типы дефектов в рельсах, уложенных в путь: продольные вертикальные расслоения в шейке или головке рельса над шейкой, расположенные по продольной оси рельса и с отклонением от неё ±5мм, протяженностью 10 мм и более (дефекты типов 30В.1-2 и 50.1-2), а также трещины от волосовин в подошве рельса (дефект типа 60.1-2) глубиной от 3 мм и протяженностью более 10 мм, расположенные под шейкой рельса; горизонтальные расслоение металла или трещины в любом месте шейки рельса, заходящие в неё не менее,
чем на 7,5 мм. (дефекты типов 52.1-2 и 55.1-2 ), протяженностью более 10 мм.; внутренние
горизонтальные расслоения в головке рельса, развивающиеся с боковой грани, расположенные над шейкой и заходящие в её продолжение в головке не менее чем на 7,5 мм (дефект типа 30Г.1-2); в зоне болтовых стыков выявлялись также трещины в головке в месте приварки рельсовых соединителей (дефект типа 38.1) и наклонные трещины от болтовых отверстий (дефект типа 53.1), длина проекции которых выходит за проекцию болтового отверстия более чем на 10 мм; поперечные трещины в виде темного и светлого пятен, расположенные в головке рельса над шейкой (развитые дефекты типов 20.1-2 и 21.1-2).
Все отмеченные выявлялись и в стыковой части рельса.
Дефектоскоп был рассчитан на работу в полевых условиях при относительной влажности воздуха до 95% и температуре от –40 до +50°С. Частота ультразвуковых колебаний составляла 2,5 МГц, частота посылок импульсов ультразвуковых колебаний - 250-300 Гц.
Индикация выявленных дефектов - звуковая и визуальная по появлению звуковых сигнала в головных телефонах и по отклонению стрелки индикаторного прибора соответствующего канала. Максимальная скорость контроля составляла 3 км/ч .
Позднее были разработаны и внедрены однониточные рельсовые дефектоскопы УРД-63, УРДО-3, они применялись в основном для вторичного контроля рельсов по показаниям вагонов-дефектоскопов и магнитных съемных дефектоскопов. Их также использовали самостоятельно для контроля рельсов в труднодоступных местах (мосты, тоннели, крановые пути и др. ). Контроль можно было производить по зеркально-теневому или эхо-методу.
Согласно классификации дефектов рельсов (рис.2.4.) с помощью этих дефектоскопов можно было обнаруживать следующие виды дефектов: продольные вертикальные расслоения в шейке или головке над шейкой, расположенные по продольной оси рельса и смещенные от неё на ±5 мм, протяженностью 10 мм и более (дефекты типов 30В.1-2 и 50.1- 2), а также трещины от волосовин в подошве рельса (дефект типа 60.1-2) глубиной от 3 мм и протяженностью более 10 мм, расположенные над шейкой; горизонтальные расслоения металла или трещины в любом месте шейки, заходящие в неё не менее чем на 7,5 мм (дефекты типов 52.1-2 и 55.1-2 ), протяженностью более 10 мм.; внутренние горизонтальные расслоения в головке, развивающиеся с боковой грани, расположенные над шейкой и заходящие в её продолжение в головке не менее чем на7,5 мм (дефект типа 30Г.1-2 ); перечисленные дефекты в зоне болтовых стыков выявлялись в том случае, если длина проекции дефекта выходила за проекцию болтовых отверстий более чем на 10мм.; в зоне болтовых стыков обнаруживались трещины в головке из-за приварки рельсовых соединителей (дефект типа 38.1) и наклонные трещины от болтовых отверстий (дефект типа 53.1), длина проекции которых выходили за проекцию болтового отверстия более чем на 10 мм.; поперечные трещины в виде темного и светлого пятен, расположенные в головке, над шейкой и в боковой грани головки диаметром не менее 12 мм.; (дефекты типа 26.3 ) в головке при контроле сварных стыков.
Частота ультразвуковых колебаний в дефектоскопах УРД-63 и УРДО-3 составляла 2±0,3МГц, частота посылок импульсов ультразвуковых колебаний - 300-1000 Гц.
Индикация дефектов – звуковая на головные телефоны.
В результате исследований зеркально-теневого и эхо- методов контроля, схем прозвучивания рельсов в НИИ мостов ЛИИЖТа, в шестидесятые годы двадцатого века, были созданы и нашли широкое применение ультразвуковые дефектоскопы типа УЗД-НИИМ-2(5), для контроля сварных стыков, УЗД-НИИМ-6М, первый ультразвуковой дефектоскоп многоцелевого назначения для сплошного контроля рельсов пути. Первой моделью ультразвукового дефектоскопа многоцелевого назначение был – УЗД-НИИМ-6М. Этим прибором можно было контролировать основной металл, зону болтовых стыков одновременно двух рельсовых нитей, сварные стыки. В дефектоскопе
впервые был использован зеркально-теневой метод с применением второго донного сигнала, “ультразвуковой калибр” для контроля болтовых стыков рельсов, стрелочный индикатор для непосредственного отсчета координат дефектов, имитатор дефектов для безэталонной настройки чувствительности дефектоскопа. Дефектоскоп был рассчитан на работу в полевых условиях. Частота ультразвуковых колебаний составляла 2,5 МГц, частота посылок импульсов ультразвуковых колебаний 400-600 Гц, индикация выявленных дефектов –звуковая, по появлению звука в телефонах.
В соответствии с классификацией дефектов рельсов (рис.2.4.) дефектоскопом УЗД-
НИИМ-6М выявлялись следующие типы дефектов в рельсах, уложенных в путь: продольные вертикальные расслоения в шейке рельса или в головке над шейкой, расположенные на продольной оси рельса и с отклонением отнеё ±5 мм., протяженностью 10 мм и более ( дефекты типа 30В1-2 глубиной более 5 мм. и 50.1-2 ); трещины от волосовин в подошве рельса (дефекты типа 60.1-2 ) глубиной от 5мм. и протяженностью более 10 мм, расположенные по продольной оси шейки рельса; горизонтальные расслоения металла или трещины в любом месте шейки рельса, заходящие в неё не менее чем на 7,5мм. ( дефекты типов 52.1-2 и 55.1-2) протяженностью более 10 мм; внутренние горизонтальные расслоения в головке рельса, развивающиеся с боковой грани, расположенные над шейкой и заходящие в её продолжение в головке не менее чем на 7,5мм. (дефект типа 30Г.1-2). Перечисленные дефекты в зоне болтовых стыков выявлялись в том случае, если длина проекции, дефекта выходила за проекцию болтовых отверстий более чем на 10 мм.; в зоне болтовых стыков обнаруживались также трещины в головке в местах приварки рельсовых соединителей (дефект типа 38.1) и наклонные трещины от болтовых отверстий (дефект типа 53.1), длина проекций которых выходила за проекцию болтового отверстия более, чем на 10 мм.;
поперечные трещины в виде темного и светлого пятен, расположенные в головке рельса над шейкой со стороны рабочей грани ( дефекты типа 20.1-2 и 21.1-2), диаметром более 12 мм.; в сварных стыках рельсов дефекты площадью25 мм2 и более (дефекты типов 26.3, 56.3 и 66.3).Дефектоскопы типа УРД-52, УРД-58, УРД-63, УРДО-3, ДУК-13ИМ, ДУК-66ПМ, УЗД-НИИМ-6М, МРД-52, МРД-66, РДП-56 и магнитный вагон-дефектоскоп составляли единый дефектоскопический комплекс первого поколения (ДК-I).
Обобщение опыта эксплуатации ультразвуковых приборов для контроля рельсов
(УЗД-НИИМ-6М, ДУК-13ИМ и УРДО-3), а также результатов научных исследований
позволило сформулировать требования к агрегатираванному комплексу съемных рельсовых дефектоскопов и в1979 году был начат выпуск комплекса из трех дефектоскопов.
Конструктивной основой комплекса являлся – двухканальный дефектоскопический
блок, выполняющий основные функции по генерированию и приему сигналов, их обработке и индикации. Дефектоскопы агрегатированного комплекса были разработаны на единой элементной базе, использовались типовые узлы. Комплекс включал в себя приборы для сплошной проверки рельсов в пути (Рельс-5), выборочного контроля отдельных сечений (Рельс-4) и сварных стыков (Рельс-6). Во всех приборах основным индикатором являлся звуковой (телефонные наушники). Кроме этого индикатора в дефектоскопах “Рельс-5” был предусмотрен стрелочный индикатор координат дефекта, а в дефектоскопе “Рельс-6” – осциллографический. Отличительной особенностью в приборах комплекса было то, что громкость звукового сигнала изменялась в зависимости от амплитуды эхо-сигналов.
Это существенно упрощало определение координат и повышало помехозащищенность
процесса контроля. Например, при возвратно-поступательном перемещении преобразователя по рельсу прослушивалось характерное нарастание и спад громкости звука. Единичные импульсы выделялись звуковым индикатором как помехи.
Дефектоскоп “Рельс-5” (УД-12УР) работал одновременно по эхо- и зеркально-
теневому методам, был предназначен для выявления дефектов рельсов , обнаруживаемых
прибором УЗД-НИИМ-6М. “Рельс-5” отличался от известных приборов по ряду технических и эксплуатационных характеристик.
Однониточный дефектоскоп “Рельс-4” был предназначен для выявления эхо-
импульсным и зеркально-теневым методом ультразвукового контроля дефектов в основном металле и болтовых стыках рельсов, а так же для при вторичного контроля участков рельсов по показаниям вагонов-дефектоскопов. Дефектоскоп обнаруживает те же дефекты, что и “Рельс-5”.


3.Современное состояние дефектоскопии рельсов в пути
В настоящее время неразрушающий контроль рельсов в пути осуществляется дефектоскопическим комплексом второго поколения (ДК-II), базирующимся на съемных ультразвуковых дефектоскопах типа Поиск и магнитных или ультразвуковых вагонах-дефектоскопах.
Ультразвуковой дефектоскоп Поиск-2 (УД-12УРМ) является модернизированной моделью ультразвукового дефектоскопа “Рельс-5”, появился он в середине семидесятых годов двадцатого века и предназначается для ультразвукового контроля обеих нитей железнодорожного пути по всей длине с целью обнаружения дефектов типоразмеров согласно с таблицей 1. Приложения I: 20.1(а), 20.2(а), 21.1(а), 21.1(а), 20.2(в,ж), 21.2(в,е), 24.2(в), 25.2(в), 27.2(в), 30Г.1(б), 30Г.2(в), 30В.1(а), 30В.2(в), 38.1(б), 50.1(а,б), 50.2(а,б), 52.1(д), 52.2(а), 53.1(а), 55.1(а), 55.2(а), 60.1(г), 60.2(а), 70, 74, 79. [ ] Прозвучивание каждой нитки пути осуществляется двумя блоками, в состав каждого из которых входит по одному прямому и одному наклонному пьезоэлектрическому преобразователю (ПЭП). Таким образом, для контроля обеих ниток пути используются четыре блока, содержащие восемь ПЭП.
Для контроля рельсов в дефектоскопе реализованы два метода ультразвуковой дефектоскопии:
-контроль головки рельса производится эхо-методом с использованием наклонных
ПЭП с углом ввода 57°, предусмотрена возможность разворачивать наклонного ПЭП в
горизонтальной плоскости для выявления дефектов различной ориентации и устанавливать его в трех различных положениях: акустическая ось ПЭП вдоль рельса и с разворотом на 34 ° влево или вправо;
-контроль шейки рельса её продолжения в головку и в подошву осуществляется зеркально-теневым методом с использованием прямых ПЭП;
-для обнаружения дефектов, развивающихся от болтовых отверстий, используются два
прямых ПЭП, расположенных на расстоянии, незначительно превышающем максимальный размер болтового отверстия, и срабатывание звукового индикатора возможно только при наличии в болтовом отверстии дефекта, проекция которого выходит на поверхность катания на10 мм. и более за проекцию болтового отверстия;
-для дефектоскопии сварного стыка и отдельных сечений рельса используется ручной ПЭП с углом ввода 50° или 60°, при этом координаты дефекта и его ориентация оцениваются по стрелочному индикатору.
Индикация наличия дефекта осуществляется с помощью головных телефонов,
подключенных к звуковым индикаторам. При этом, звуковые сигналы, вызванные дефектами в левой нитке подаются на левую часть головных телефонов, а правая часть телефонов сигнализирует о наличии дефекта в правой нитке пути.
Звуковые сигналы каналов зеркально-теневого и эхо- метода разделены по
тональности. Сигналы каналов зеркально-теневого метода – низкого тона, сигналы каналов эхо-метода – высокого тона.
Контроль основного металла и болтовых стыков производится в процессе движения дефектоскопа со скоростью до 4 км/ч. Дефектоскоп сохраняет работоспособность при температура окружающего воздуха от - 40° С до + 50° С.
Дефектоскоп Поиск-10Э построен по такой же функциональной схеме, что и Поиск-
2. Отличительной особенностью ультразвукового дефектоскопа Поиск-10Э является наличие электронно-лучевой трубки. Кроме того, в Поиске-10Э предусмотрен калиброванный аттенюатор для наклонных ПЭП, в то время как у Поиска-2 предусмотрен калиброванный аттенюатор только для прямых ПЭП.
Схема прозвучивания дефектоскопа Поиск-10Э такая же, что и у дефектоскопа Поиск-2, поэтому он выявляет те же типоразмеры дефектов (см. выше).
В настоящее время происходит интенсивное внедрение дефектоскопического
комплекса третьего поколения (ДК-III), основывающегося на ультразвуковых
дефектоскопных автомотрисах с контактным способом ввода ультразвуковых колебаний, как первичного средства контроля, и ультразвуковых съемных дефектоскопах типа Поиск-10Э.
Вводимые в эксплуатацию новые средства дефектоскопии: микропрцессорные
съемные ультразвуковые дефектоскопы типа РДМ-2 и Авикон-01 позволяют выявлять на 8 типоразмеров дефектов больше по сравнению с эксплуатируемыми дефектоскопами типа Поиск.
РДМ-2, Авикон-01, компьютеризированные автомотрисы и вагоны-дефектоскопы, на базе ультразвуковых и магнитных методах неразрушающего контроля, составляют дефектоскопический комплекс четвертого поколения (ДК-IV).
Так же завершается разработка и предполагается внедрение микропроцессорных
ультразвуковых дефектоскопов с непрерывной регистрацией результатов контроля и
дефектоскопных совмещенных компьютеризированных автомотрис, с частичной заменой
типовых пьезопреобразователей на электромагнитоакустические для бесконтактного ввода ультразвуковых колебаний, направленное на дальнейшее повышение надежности контроля рельсов (дефектоскопический комплекс пятого поколения (ДК-V)).

__________________

Зарегистрируйтесь, чтобы скачивать файлы.
Внимание! Перед скачиванием книг и документов установите программу для просмотра книг отсюда. Примите участие в развитии ж/д вики-словаря / Журнал "АСИ" онлайн

Книги по СЦБ | Книги путейцам | Книги машинистам | Книги движенцам | Книги вагонникам | Книги связистам | Книги по метрополитенам | Указания ГТСС

Если не можете скачать файл... / Наше приложение ВКонтакте / Покупаем электронные версии ж.д. документов