Разработка режимов магнитопорошкового контроля на основе коротких соленоидов с учетом динамических характеристик индикатора дефектоскопа

• Автор: Кашка, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

1 Расположение объекта контроля в соленоиде

1.1 Критерии, необходимые для обоснования положения объекта контроля в соленоиде

1.2 Математическая модель магнитного поля кругового тока

1.3 Математическая модель магнитного поля соленоида с постоянным током

1.4 Обоснование расположения объекта контроля в поле соленоида как потенциально возможном при магнитопорошковом контроле

1.4.1 Анализ на основе первого критерия

1.4.2 Анализ на основе второго критерия

1.4.3 Анализ на основе третьего критерия

1.4.4 Вывод

1.5 Обоснование расположения в соленоиде объекта контроля с учетом

его ферромагнитных свойств

1.5.1 Зависимость магнитной индукции материала оси колесной пары вагона от напряженности внешнего поля
1.5.2 Анализ расположения объекта контроля в соленоиде
1.5.3 Вывод
1.6 Вывод по главе
2 Формирование индикаторного рисунка при магнитопорошковом контроле
2.1 Критерии, необходимые для обоснования возможности контроля способом приложенного поля и способом остаточной намагниченности
2.2 Исследование динамики ферромагнитной частицы в магнитном поле рассеяния трещины
2.2.1 Приближенная модель магнитного поля детали цилиндрической формы
2.2.2 Исследование магнитных характеристик материала объекта контроля и их аппроксимация
2.2.3 Силы, действующие на ферромагнитную частицу в магнитном поле
2.2.4 Динамика ферромагнитной частицы в магнитном поле трещины
2.2.4.1 Магнитное поле трещины (внешнее поле отсутствует)
2.2.4.2 Магнитопорошковый контроль способом остаточной намагниченности
2.2.4.3 Магнитопорошковый контроль способом приложенного поля
2.3 Вывод по главе
3 Режимы магнитопорошкового контроля колесной пары
3.1 Экспериментальная проверка режимов контроля
4 Пути и средства автоматизации магнитопорошкового контроля оси колесной пары вагона
4.1 Автоматизированная установка магнитопорошкового контроля оси колесной пары вагона
4.1.1 Намагничивающие устройства
4.1.2 Механическая часть
4.1.2.1 Сканер средней части оси колесной пары
4.1.2.2 Сканер шеек оси колесной пары
4.1.2.3 Устройство для вращения колесной пары
4.1.3 Устройство нанесения магнитного порошка
4.1.4 Видеосистема
4.2 Вывод по главе
5 Технико-экономическое обоснование
Заключение
Библиографический список
Колесо - одно из великих изобретений человечества - в системе транспорта занимало и занимает почетное место. Многократно уменьшая работу, затрачиваемую на преодоление пространства, колесо служит превосходным посредником во взаимных отношениях человека и тяготения Земли. Весь железнодорожный транспорт России использует именно такой способ передвижения.
Два спаренных стальных колеса особой формы, разнесенные на определенное расстояние и связанные стальной осью, именуются колесной парой. Входя в качестве узла в конструкцию вагона или локомотива, колесная пара подвержена воздействию многотонной нагрузки различного характера и направления. Будь то знакопеременные вертикальные нагрузки при колебаниях галопирования, либо боковые нагрузки при прохождении кривых малого радиуса, являясь единственным связующим звеном с рельсовым путем, колесная пара воспринимает их все. Много трудностей доставляет и географическое расположение железнодорожных магистралей в Российской Федерации. Необходимость круглогодичного транспортного сообщения Центральной части России, Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока, Приморья создает весьма разнообразные и суровые условия эксплуатации. Низкие температуры делают металл хрупким, агрессивные для стальных конструкций среды приводят к образованию коррозии. Таким образом, даже весьма общий подход к анализу важности колесной пары как узла вагона и условий ее эксплуатации подтверждает необходимость высокой степени внимания к ее техническому состоянию.
Множество факторов могут стать причиной разрушения материала. Некоторые закладываются еще в процессе производства, как-то флокены, термические и водородные трещины, газовая пористость, раковина, иные возникают при эксплуатации. Важно, что часто деталь, являясь дефектной, в один момент не выходит из строя. Процесс разрушения начинается, когда размер области с нарушенной сплошностью превысит некоторую критическую величину. Это будет зависеть и от механических свойств материала, из которого изготовлена деталь, и от действующей нагрузки.
Существует некоторый интервал времени между зарождением причины разрушения и самим разрушением. Величину и границы такого интервала спрогнозировать сложно из-за участия в процессе множества случайных факторов. Однако его наличие дает возможность выявить поврежденную деталь до разрушения.

Полученные графики имеют мало общего с распределением магнитного поля в соленоиде без учета ферромагнитных свойств оси и требуют отдельного анализа. Следует отметить, в [19] было предположено, что внесенный в соленоид бесконечно длинный ферромагнитный цилиндр собственным полем выровняет поле соленоида. В нашем случае поле, созданное зарядами на объекте контроля, намного больше поля соленоида, вклад которого заметен только на рисунках 1.33, 1.36, когда контролируемая поверхность расположена вплотную к виткам с током. Посему говорить о выравнивании сложно. Заметна лишь равномерность Нрсз2(х ; ОЖ+р) в зоне соленоида.
На рисунках 1.31 - 1.33 тангенциальная компонента напряженности имеет отличия только в последнем случае, когда, как было сказано выше, деталь вплотную приближается к виткам с током. Напряженность соленоида в этой области имеет существенные значения. Однако наличие подобных искажений не является критерием для возможности магнитопорошкового контроля и во внимание не принимается. В остальном присутствуют лишь несущественные отличия в распределении магнитного поля. Тоже наблюдается и для Нрсзх.
Проведем анализ положения детали в соленоиде по первому критерию (наибольшая площадь поверхности контролируемой детали должна намагничиваться полем, удовлетворяющим условию Нп/Нт < 3). Для каждого значения х, при р = 0.003 м разделим нормальную составляющую напряженности Презх на тангенциальную Нрез7 и построим получившиеся зависимости от переменной ъ. р берется одним значением для сохранения наглядности рисунка. Превышение графиками уровня в три единицы свидетельствует о невозможности проведения магнитопорошкового контроля. На рисунке 1.37 это горизонтальная пунктирная линия.
Рис. 1.37. Отношение нормальной и тангенциальной составляющих напряженности поля