Разработка автоматизированных систем неразрушающего контроля рельсов с применением электромагнитно-акустических преобразователей

• Автор: Горделий, Виталий Иванович
• Шифр специальности: 05.02.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Глава 1. Анализ действующих систем неразрушающего контроля рельсов

1.1. Классы типов и видов дефектов в рельсах. Вероятность их обнаружения средствами НК
1.2. Анализ современных методов неразрушающего контроля рельсов
1.3. Системы неразрушающего контроля рельсов при их производстве, эксплуатации, восстановлении и сварке
1.4. Мобильные средства НК рельсов в процессе их эксплуатации
1.5. Интегральный критерий эффективности средств контроля рельсов в пути
1.6. Обоснование необходимости создания средств УЗК рельсов на базе
ЭМА-преобразователей. Конкретизация задач исследования
Глава 2. Изучение работы электромагнитно-акустических преобразователей
2.1. Конструктивные особенности и работа электромагнитноакустических преобразователей
2.2. Патентно-литературный обзор по конструкции, особенностям работы
и использованию ЭМА-преобразователей
Глава 3. Исследование электромагнитно-акустических преобразователей поперечных волн
3.1. Постановка задачи и её теоретическое решение
3.2. Изучение магнитного тракта ЭМА-преобразователей
3.3. Измерительный стенд и изучение особенностей генерации поперечных волн одним токопроводом и одним диполем
3.4. Особенности конструирования ЭМА-преобразователей, работающих под прямыми углами

3.5. Проектирование ЭМА-преобразователей, работающих под наклонными углами
3.6. О применении - метода неразрушающего контроля рельсов с
помощью двунаправленных ЭМА-преобразователей
Глава 4. Исследование волн Рэлея, излучаемых электромагнитноакустическими преобразователями
4.1. Исследование рэлеевских волн, излучаемых токопроводом и диполем
4.2. Изучение работы ЭМА-преобразователей для рэлеевских волн ...
Глава 5. Разработка принципов построения и конструктивных решений средств входного автоматизированного бесконтактного ультразвукового
неразрушающего контроля старогодных рельсов на рельсосварочных
комплексах
5.1 Вводные замечания
5.2. Принципы построения, конструирования и особенности функционирования установок входного бесконтактного УЗК старогодных рельсов для РСП
5.3. Описание особенностей эксплуатации установки
У Д-ЭМА-РСП
Заключение
Список литературы

Рельс представляет собой один из наиболее ответственных элементов железнодорожного пути. Он испытывает многократные нагрузки, достигающие 50 МПа и более, обусловленные прохождением по нему подвижного состава. Причём, движение поездов сопровождаются короткими % ударами, сила которых растёт с повышением их скорости. Кроме того, на
рельс воздействуют термические нагрузки сезонного типа до ±40°С, а также дополнительные суточные тепловые удары, доходящие до ±20°С. При этом он испытывает химические, коррозионные и электромагнитные статические нагрузки, существенно усложняющие условия его эксплуатации. На него воздействует влага и масла, кислоты и щёлочи, всегда присутствующие в воздухе. Зачастую имеют место напряжения, возникающие под действием деформации щебенчатой подушки, шпал и самого грунта, остаточные термонапряжения, прочностные, химические неоднородности и др. Возникают локальные и протяжённые неровности поверхности рельсов, имеют место разновысокость стыков, присутствуют лёд, снег и влажность, способствующие возникновению дополнительных нагрузок.
В результате такого комплексного воздействия в рельсах накапливаются усталостные и термические повреждения, зарождается межкристаллитная коррозия. Появляются дефекты как поверхностного, так и внутреннего расположения, перераспределяющие механические напряжения внутри рельсов и нарушающие их однородность. Это нередко ведёт к их разрушению, приводящему к громадным материальным и человеческим потерям. Так, около 30% всех аварийных ситуаций, возникающих на железных дрогах страны, происходит именно из-за изломов рельсов [12,13].
И такое происходит не только в России. Так, во Франции средствами неразрушающего контроля ежегодно обнаруживается до 5 тыс. рельсов, ^ подлежащих замене ввиду наличия усталостных трещин и других
недопустимых дефектов. В Нидерландах каждый год находится в среднем
0.07 дефекта на километр железнодорожного пути. В Италии после обследования 3500 км. железнодорожной сети в 1990 году было установлено 1156 поперечных трещин, 65 - горизонтальных, 21 радиальная трещина от

позволяет конструировать ЭМА-преобразователи, обладающие весом и размерами, соизмеримыми с пьезопреобразователями.
Источником вихревого магнитного поля в контролируемом объекте служат катушки индуктивности 2, на которые от специального генератора подаются импульсные сигналы тока и которые служат источником <* приповерхностного механического напряжения в объектах контроля.
Поляризация создаваемого им напряжения определяется конструкцией катушки и направлением магнитного поля. Так, если в примере Рис.2.1 -А витки катушки располагаются в виде спирали, тогда появляются радиальные напряжения, которые являются источником радиальных БУ-поляризованных поперечных волн. Если катушка сконструирована таким образом, что её провода образуют решетку из параллельных и синфазно подключённых проводов, тогда возникает возможность генерировать поперечные волны по нормали к поверхности изделия, а если они асинфазны (диполи) - БУ-поляризованные осциллирующие поперечные волны, распространяющиеся Ф под углом к поверхности.
В случае В генерируются преимущественно продольные волны, а если магнитная система сформирована так, как показано в примере С, и под нею проходят провода с импульсами тока I, тогда излучаются БН -поляризованные акустические сигналы [38].
Повторяем, что основные характеристики излучения ЭМА-преобразователей аналогичны таковым, когда они работают в режиме приёма.
2.2. Патентно-литературный обзор по конструкции, особенностям работы и использованию ЭМА-преобразователей
Анализ всех работ, опубликованных по данной тематике в СССР, России и за рубежом невозможен в связи с громадным их количеством. 9 Поэтому отметим только некоторые из них, представляющие особый интерес.
Впервые электромагнитный метод возбуждения акустических колебаний был применён в 1933 году Б.Остроумовым и Л.Полотовским для генерации свободных колебаний в металлических стержнях [39]. Они назвали его радиотехническим и продемонстрировали возможность бесконтактного