Контрол на геометрични параметри на железопътно колело - Форум за неразрушаващо изпитване
Контрол на геометричните параметри на железопътното колело
Багаев Кирил Александрович
Софтуерен инженер, SE "Unitest",
Аспирант на катедра „Експериментална ядрена физика”, СПбДПУ.
Научни интереси - радиационен тип NC.
При производството и експлоатацията на подвижния състав на железопътния транспорт се налагат доста високи изисквания за запазване и контрол на геометричните параметри на железопътните колела. Незначителните им отклонения от номиналните водят до намаляване както на ходовите, така и на динамичните характеристики на локомотиви и вагони, както и безопасността на тяхната експлоатация.
Железопътните колела имат около 30 геометрични параметъра, стойността на които трябва да се контролира. В този случай редица параметри трябва да се измерват с много висока точност. Например точността на измерване на максималната аксиална деформация не трябва да надвишава 0,1 mm. Следователно е необходимо да се създадат високо прецизни комплекси за измерване на геометричните параметри на железопътните колела.
Досега измерването на размерите и техните отклонения от стандартите се основаваше на използването на контактни устройства, предимно шаблони. Шаблоните са направени за измерване на профила на ролката, дебелината на билото и др. За измерване на изкривяване обикновено се използва контролна плоча или шаблон за паяк. Инспекторът трябва правилно да приложи шаблона и след това, използвайки манометър, да определи максималната празнина.
Тази идеология има значителни недостатъци. Например депото има шаблони за управление на подвижната повърхност в съответствие с ГОСТ 9036-88. Ако е получена директива за шлайфане на колела по малко по-различен метод, например с така наречения скосен гребен, тогава машината за нарязване се преконфигурира лесно, колелата са направени в съответствие с новата директива, но проблемът с набраздяването незабавно възниква контрол на качеството: старите образци вече не са подходящи, но все още трябва да се направят нови.
Има много проблеми при определяне на осовото извиване. Обикновено колело с тегло 500 kg се поставя върху контролна плоча и след това с помощта на габарит, разстоянието между плочата и колелото се определя по цялата му обиколка. По време на работа неизбежно се появяват вдлъбнатини върху контролната плоча. Това означава, че резултатът от измерването зависи от това как колелото е лежало върху такава плоча.
Проблемът с точността на измерването при използване на контактни методи е също така, че резултатът от измерването до голяма степен зависи от квалификацията на оператора на дефектоскоп, от това колко правилно той използва шаблони, сонди и т.н.
Друг съществен недостатък на методите за контакт е контролното време. За да се измери напълно колелото, спазвайки всички изисквания на GOST, опитен оператор на детектор на дефекти се нуждае от около 20 минути. Този фактор значително забавя целия производствен процес. Например, в OJSC Vyksa Metallurgical Plant, производителността на линия за производство на железопътни линии колела - 70 бр/ч. Времето, необходимо за управление на едно колело, за да се поддържа тази производителност, трябва да бъде 52 s. Разбира се, когато се използват контактни устройства, подобна производителност е нереалистично да се поддържа.
По този начин недостатъците на метода за контактно измерване са: - продължителността и трудоемкостта на процеса на измерване и, като следствие, липсата на реален контрол на всички необходими параметри; -зависимост на резултатите от измерванията от така наречения "човешки фактор";
-зависимост на резултатите от измерванията от деформация на контактните устройства по време на работа; -невъзможността за преконфигуриране на контактни устройства в съответствие с промените в изискванията за крайния продукт (в този случай за железопътни колела).
Преодоляването на всички горепосочени недостатъци е възможно с използването на нова идеология, основана на безконтактни методи за контрол. Предлага се да се използват лазерни датчици за далекомер като измервателни уреди. През последните години се появиха няколко компании, които произвеждат подобни устройства. Най-голям интерес във връзка с проблема за железопътния контрол. колелата представляват растерни далекомери. Такива сензори при едно сканиране отнемат не една точка, а профил. Дължината на сканираната повърхност може да варира значително в зависимост от мощността на лазера и грешката при измерване. Например лазерните сензори RF620 * имат обхват на измерване по оста X до 150 mm (фиг. 1). Във височина такива сензори покриват диапазона от 100 до 350 mm. Колкото по-малък е обхватът на измерване на устройството, толкова по-висока е неговата точност. Скоростта на сканиране на такива сензори е много висока - около 100 сканирания в секунда. Сензорът може да получи до 1024 точки за едно сканиране.
Работата на растерни скенери-далекомери се основава на принципа на оптичната триангулация (фиг. 2).
Излъчването на полупроводниковия лазер 1 се образува от лещата 2 под формата на линия 3 и се проектира върху обекта 7. Радиацията, разпръсната върху обекта от лещата 4, се събира върху двумерна CMOS матрица 5. полученото изображение на контура на обекта се анализира от сигналния процесор 6, който изчислява разстоянието до обекта (Z координата) за всяка от многото точки по лазерната линия на обекта (X координата).
ЗАО Vimatek (част от Държавното предприятие Unitest) разработи принципно нов комплекс за измерване на железопътни линии. колела по безконтактен метод (фиг. 3). Тя се основава на използването на растерни лазерни сензори. Инсталацията е проектирана да избягва всички трудности при управление, описани по-горе.
Механичната част на комплекса беше изключително опростена, което даде възможност значително да се увеличи надеждността и износоустойчивостта на оборудването. Приборите могат лесно да бъдат интегрирани в съществуваща производствена линия. Колелата се подават към контролния пост директно от конвейерната лента на завода. С помощта на превключвател колелото е монтирано на специална шайба с прорези. Контролът е в ход. След това колелото отново се връща към конвейера. Механичната част на комплекса се контролира от контролери на Siemens.