Методология и средства ультразвукового контроля рельсов

• Автор: Марков, Анатолий Аркадиевич
• Шифр специальности: 05.02.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 405 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Аналитический обзор состояния дефектоскопии рельсов. Обоснование задач исследований

1.1. Основные закономерности образования дефектов в рельсах

1.2. Аналитический обзор состояния дефектоскопии рельсов на железных дорогах России и за рубежом

1.3. Измеряемые характеристики дефектов при регистрации их на развертках ф типаАиВ

1.4. Постановка задач исследований

2. Теоретико-экспериментальное обоснование рациональных методов обнаружения дефектов в сечениях рельсов

2.1. Этапы разработки эффективных схем прозвучивания рельсов

2.2. Математическое моделирование процесса распространения ультразвуковых колебаний в железнодорожных рельсах
2.2.1. Допущения и ограничения, принятые при разработке моделей
2.2.2. Математическая модель распространения ультразвуковых волн в головке рельса
■ 2.2.3. Модели сигналов в каналах контроля шейки и подошвы рельса при наклонном вводе ультразвуковых колебаний
2.2.4. Разработка программы генерации моделей сигналов ультразвукового контроля рельсов
2.3. Разработка способов повышения эффективности обнаружения дефектов в головке рельса
2.4. Разработка способа обнаружения радиальных трещин в зоне болтовых стыков
2.5. Оценка адекватности разработанных моделей реальным сигналам кон-^ троля
2.6. Основные результаты и выводы по 2 главе
3. Обоснование принципов построения средств сплошного ультразвукового контроля рельсов
3.1. Общие положения сплошного ультразвукового контроля железнодорожных рельсов
3.1.1. Особенности сплошного контроля рельсов
3.1.2. Исследование эффекта компрессии величины условного размера дефекта от скорости сканирования
* 3.1.3. Способ измерения координат дефектов по пространственному сдвигу
эхо-сигналов (при т = 0 и т = 1)
3.1.4. Вопросы повышения помехоустойчивости сплошного
контроля рельсов
3.2. Принципы построения многоканальных средств ультразвукового контроля рельсов при малых скоростях сканирования

3.3. Принципы построения дефектоскопического комплекса ультразвукового контроля рельсов с большими скоростями сканирования
3.4. Обоснование идеологии построения программно-аппаратного комплекса средств неразрушающего контроля (ПАК НК) рельсов
3.4.1. Структура и идеология ПАК НК
3.4.2. Автоматизация процесса расшифровки результатов сплошного контроля рельсов
3.4.3. Внедрение ПАК НК
3.5. Выводы по 3 главе
4. Разработка методов и принципов построения аппаратуры ультразвуковой дефектоскопии при непрерывном излучении упругих колебаний
4.1. Обоснование целесообразности перехода от импульсного к непрерывному излучению упругих колебаний при ультразвуковом контроле рельсов
4.2. Исследование формирования эхо-сигналов при непрерывном излучении ультразвуковых колебаний
4.2.1. Анализ формирования полезных сигналов от точечного отражателя
4.2.2. Исследование особенностей формирования полезных сигналов от протяженных отражателей с диффузной поверхностью
4.2.3. Экспериментальная проверка реализуемости эхо-непрерывного метода и оценка его основных параметров
4.3. Разработка способов оценки характеристик дефектов при непрерывном немодулированном излучении упругих колебаний
4.3.1. Разработка инвариантного к скорости сканирования способа измерения условной протяженности дефекта
4.3.2. Разработка и исследование способов оценки координат дефектов при эхонепрерывном методе
4.4. Разработка функциональных решений дефектоскопической аппаратуры при непрерывном излучении упругих колебаний
4.4.1. Обоснование функциональных решений эхо-канала дефектоскопа с непрерывным излучением упругих колебаний
4.4.2. Обоснование функциональной схемы канала, реализующего зеркальнотеневой метод контроля
4.4.3. Разработка принципов построения универсального дефектоскопа с непрерывным излучением ультразвуковых колебаний
4.5. Основные результаты и выводы 4 главы
5. Разработка принципов метрологического обеспечения многоканальных средств ультразвукового контроля изделий
ц* 5.1. Конкретизация решаемых задач
5.2. Разработка принципа электронно-акустического моделирования дефектных ситуаций при ультразвуковом контроле изделий
5.3. Обоснование и экспериментальные исследования функциональных решений устройств проверки работоспособности многоканальных ультразвуковых дефектоскопов
5.3.1. Устройство оперативной проверки работоспособности съемных дефектоскопов

5.3.2. Средства инспекционного контроля процесса дефектоскопирования рельсов мобильными средствами контроля
5.4. Разработка принципов и аппаратуры метрологического обеспечения эхонепрерывного метода
5.5. Основные результаты и выводы
6. Реализация результатов исследований в неразрушающем контроле рельсов на федеральном железнодорожном транспорте России
6.1. Организация внедрения и результаты эксплуатации съемных ультразвуковых дефектоскопов типа АВИКОН-01 для контроля обеих ниток рельсового пути
6.2. Проблемы и результаты эксплуатации вагонов-дефектоскопов на базе ультразвуковых и магнитных методов контроля
6.3. Внедрение программно-аппаратного комплекса неразрушающего контроля ПАК НК
6.4. Внедрение результатов исследований при подготовке специалистов по ультразвуковому контролю изделий
6.4.1. Использование электронно-акустических тренажеров для обучения, отработки навыков и аттестации специалистов по у.з. контролю изделий
6.4.2. Разработка и внедрение компьютерных обучающих программ для подготовки специалистов по у.з контролю рельсов
6.5. Направления дальнейшего совершенствования методов и средств ультразвуковой дефектоскопии рельсов
Заключение
Список использованных источников
Приложения
1. Акт использования результатов диссертационной работы в путевом хозяйстве ж.д. транспорта России
2. Акт использования результатов диссертационной работы в ПТК "Прогресс" ОАО "Ра-диоавионика"
3.Акт об использовании результатов диссертационной работы в учебном процессе ПГУПС
4. Акт внедрения результатов исследований на Северной ж.д
5. Акт применения результатов диссертационной работы на Северо-Кавказской ж.д
6. Акт использования результатов научных исследований
в Петербургском метрополитене

ные износом, стыками) сглаживаются (отфильтровываются) и не вызывают вибрацию преобразователей, подъем переднего ролика дает возможность, с одной стороны, мягко проходить над болтовыми стыками, а с другой стороны - обеспечивать хорошее смачивание поверхности рельса. Отмечается, что качество и надежность проведения у.з. дефектоскопии рельсов с помощью данной системы значительно выше, чем у систем с непосредственным контактом преобразователей.
Очевидно, учитывая опыт создания надежных систем обеспечения акустического контакта при у.з. контроле рельсов зарубежными фирмами, и отечественным специалистам необходимо уделить данному вопросу должное внимание. Безусловно, эта проблема является отдельной задачей, связанной с решением задач в области механики и гидравлики и не подлежит рассмотрению в данной работе.
Мобильная система контроля рельсов с бесконтактным вводом и приемом у.з. колебаний. Естественно, в условиях скоростного контроля рельсов весьма заманчивым было бы осуществление ввода у.з. колебаний бесконтактным способом с помощью электромагнитных акустических преобразователей (ЭМАП).
Однако многолетние теоретические проработки и экспериментальные исследования как отечественными специалистами [34, 35], в том числе и при участии автора [36], так и зарубежными до настоящего времени не позволили реализовать практически действующие установки в реальных условиях контроля эксплуатируемых рельсов. Это объясняется существенно меньшей (на три порядка) эффективностью преобразования с помощью ЭМАП электрических колебаний в акустические и обратно.
Вторым препятствием для внедрения бесконтактного метода у.з. колебаний является резкая зависимость эффективности ввода и приема акустических колебаний от величины зазора между преобразователями и поверхностью контролируемого рельса при наклонном вводе у.з. луча. Например, изменение зазора между ЭМАП и поверхностью рельса с 0,1 до 1 мм приводит к уменьшению интенсивности возбуждаемых акустических колебаний более, чем в 10 раз.
Только в последнее время (на XV Всемирной конференции по неразрушающему контролю - Рим, 2000) появилось сообщение канадских специалистов об успешном использовании мобильной бесконтактной системы кон-