CC BY
55
uchenykh «Transportnaia logistika, mul'timodal'nyeperevozki» (Materials of the Republican scientific-technical conference with participation of foreign scientists «Transport logistics, multimodal transport»). - Tashkent, 2013, pp. 54 - 57.
5. Ablialimov O. S. Study of operation of electric locomotives 3VL80S on the site Kumkurgan -Tashguzar [Issledovanie ekspluatatsii elektrovozov 3VL80S na uchastke Kumkurgan - Tashguzar]. Mezhvuzovskii sbornik nauchnykh trudov / Omskii gosudarstvennyi universitet putei soobshcheniia «Povyshenie effektivnosti ispol'zovaniia i sovershenstvovanie sistemy tekhnicheskogo obsluzhivani-ia i remonta lokomotivov» (Interuniversity collection of scientific works "Increase of efficiency and improvement of the system of maintenance service and repair of locomotives"). - Omsk, 2014, pp. 39 - 42.
УДК 629.4.027/027:620.179.16(07)
Р. А. Ахмеджанов, В. В. Макарочкин, Л. А. Родченко
О СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ОСИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ВАГОНА
В статье рассмотрены штатные технологии ультразвукового контроля подступичной части нераспрес-сованных осей колесных пар вагонов в соответствии с действующими нормативными документами РД 07.0997 и СТО РЖД 1.11.002-2008 и предложены меры по их совершенствованию.
На территории РФ ультразвуковой контроль (УЗК) колесных пар вагонов выполняется в соответствии с руководящими документами [1, 2].
В настоящей статье рассмотрены в основном вопросы совершенствования УЗК эхо-методом подступичной части в зоне внешней кромки колеса - зоне контроля, определяющей в наибольшей степени эксплуатационную надежность колесной пары.
Согласно рекомендациям документа [2] контроль рассматриваемой зоны осуществляют по варианту AR1.3 продольными волнами в осевом направлении (частота - 2,5 МГц, угол ввода - 20 ± 2 градуса) с за-резьбовой канавки при ее сканировании по окружности пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭПом) с целью выявления поверхностных поперечных трещин (рисунки 1, 2). Браковочная чувствительность соответствует выявлению эталонного отражателя в контрольном образце (КО) в виде поперечного пропила глубиной 3 мм на расстоянии (250 - 350) мм от поверхности сканирования с условной чувствительностью 40 дБ.
В соответствии с требованиями документа [2] контроль этой зоны выполняют путем сканирования наклонным или комбинированным ПЭПом (частота - 2,5 МГц, угол ввода -18 градусов) по торцу (ось РУ-1Ш) или по зарезьбовой канавке (ось РУ-1). Браковочную чувствительность настраивают по пропилу глубиной 3 мм, расположенному на расстоянии 272 мм для оси РУ-1 и 285 мм для оси РУ-1Ш. При этом определение уровня чувствительности при УЗК оси с напрессованными кольцами осуществляют по настроечным образцам осей РУ-1 и РУ-1Ш при уровне сигнала от отражателя, равном половине высоты А-развертки. Зона контроля для оси РУ-1 - (1,1 - 1,4) деления горизонтальной шкалы экрана
I
отражателя
Рисунок 1 - Схема прозвучивания внешней кромки подступичной части оси по СТО РЖД 1.11.002-2008 (вариант AR1.3)
№ 2(18)
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
дефектоскопа, что составляет от точки ввода (257 - 333) мм, для оси РУ-1Ш соответственно (1,2 - 1,5) деления и (266 - 357) мм.
Пропил в ближней подступичной части
ПЭП 18
Рисунок 2 - Контроль ближней подступичной части оси РУ-1 в зоне под внешней кромкой колеса
Таким образом, данная зона по СТО независимо от типа оси составляет (250 - 350) мм, а по РД различается: для РУ-1 - (257 - 333) мм и РУ-1Ш - (266 - 357) мм.
На рисунке 3 изображено смещение зоны контроля и положения отражателя на акустической оси при контроле подступичной части в зоне под внешней кромкой колеса. Положение преобразователя при контроле оси с ее торцевой поверхности является стационарным относительно контролируемого участка.
Рассмотрим, возможно ли обнаружение этого отражателя на практике и сохранение пропорциональности его отображения по заданной зоне контроля. Все расчетные результаты получены при моделировании процесса контроля в среде МаШсаё.
При установке параметров зон контроля в дефектоскопе введенные значения автоматически пересчитываются в единицы времени. Это связано с тем, что глубиномер дефектоскопа оперирует единицами времени и производит отсчет временного интервала между вводом ультразвука в объект и получением эхо-сигнала. После этого, если требуется оператору, дефектоскоп производит пересчет временного интервала в единицы расстояния, умножая его на соответствующий коэффициент. В этом случае в дефектоскопе зона контроля по акустической оси задается по отметкам 7нач.ак и Укон.ак, равным 257 и 333 мм. При этом принадлежащие контуру объекта контроля точки 7нач и 7кон не располагаются на линии, соответствующей параметрам значения угла ввода, установленного в дефектоскопе.
Рассмотрим процесс пересчета значений координат, происходящий в дефектоскопе согласно
Рисунок 3 - Смещение реальной зоны контроля при контроле оси в зоне под внешней кромкой ступицы по РД 07.09.97
8 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(18) 2014
- _ = =
Y = R cos а =
-Cwcosa 11 = Kyt, (1)
2
где Y - координата по длине объекта контроля, мм; R - координата по акустическому лучу, мм; а - значение угла ввода, градусы;
- значение скорости волны, мм/мкс; t - время, с;
^ - коэффициента пересчета по глубине, мм/мкс. Получим:
tH = "
- = "2^' (2) Ky Cw cos а
где tH - время распространения волны от ПЭПа до начала зоны контроля и обратно, мкс;
yH - координата по длине объекта контроля, равная началу зоны контроля, мм.
Формула (2) иллюстрирует, каким образом дефектоскоп интерпретирует введенные в него координаты зоны контроля (257 - 233) мм. Он пересчитает координату в значение времени, которое в реальности потребуется ультразвуку, чтобы дойти, например, до точки 7нач.ак и обратно. Точка Гнач.ак, в отличие от точки 7нач, принадлежит линии акустической оси. Аналогичная ситуация происходит с точкой 7кон, которая в реальности подменяется точкой 7конак. Если через точки 7нач.ак и Укон.ак провести окружности с радиусами, равными расстоянию от них до точки ввода ультразвука по акустической оси (см. рисунок 3), то на пересечении с контуром оси найдем точки 7начреал и Y^.^^. Между этими двумя точками и будет располагаться реальная зона контроля, в которой производится поиск дефекта. Таким образом, происходит смещение реальной зоны контроля по отношению к необходимой. Для оси РУ-1 при значении угла ввода 18 градусов протяженность этой зоны составляет (232,1 - 316) мм, и она включает в себя галтельный переход и область на предподступичной части.
В соответствии с требованиями руководящего документа СТО зона контроля оси под внешней кромкой ступицы составляет (250 - 350) мм. Реальное положение зоны контроля в этом случае будет составлять (223,5 - 335,7) мм. Как видим, за счет увеличения значения дальней границы реальная зона теперь хотя бы включает в себя зону, указанную в РД. Однако ближняя граница зоны теперь еще больше захватывает предподступичную часть оси. К тому же, остается нерешенной проблема неверного отображения на дефектоскопе координат обнаруженных отражателей. В соответствии с требованиями СТО параметры зоны контроля по варианту AR1.3 не зависят от типа исследуемой оси и по сравнению с зонами контроля по аналогичному методу РД, равными (257 - 333) мм для оси РУ-1 и (266 - 357) мм для оси РУ-1Ш, заметно расширена. Однако это не является ее преимуществом, как могло бы показаться на первый взгляд. Ниже рассматриваются рекомендации по уточнению зон контроля, а также причины необоснованности их расширения.
Рекомендации по смещению зоны контроля в ближней подступичной части оси. На рисунке 4 изображена рекомендуемая авторами зона контроля для оси РУ-1, длина которой составляет (283 - 348) мм (граничные значения для точек Y^.^ и Y^.^ соответственно). Эти значения получены как координаты точек пересечения окружностей с соответствующим значением радиуса, равного расстоянию до исходной точки зоны контроля с линией акустической оси.
При таких значениях границ зоны контроля, установленных в дефектоскопе, реальная зона сместится в точки Y^ и YkOT, что соответствует координатам (257 - 333) мм по контуру оси РУ-1 (зона, указанная в РД и соответствующая наиболее вероятной области образования дефектов). Аналогичным образом получены расчетные значения рекомендуемой зоны контроля для оси РУ-1Ш, которые составляют 291 и 369 мм. При использовании для контроля внешней кромки
№.?(1.8) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 9
подступичной части оси преобразователя 18 градусов контролируемая зона будет ближе к поверхности ввода по контуру оси, чем по линии акустической оси, следовательно, положение отражателя (по данным глубиномера дефектоскопа) определится неверно.
Кроме предложенных рекомендаций для зоны контроля (см. рисунок 4) возможны и другие способы получения корректных результатов установки параметров рекомендуемых зон контроля. На рисунке 5 представлены результаты расчетов, выполненные для ПЭПа с углом ввода 24 градуса для оси РУ-1.
При сравнении рисунков 4 и 5 видно, что при использовании 24-градусного ПЭПа, в отличие от 18-градусного, акустический луч с допустимой точностью попадает в конец зоны контроля. В данном случае вместо указанных в РД (257 - 333) мм следует установить зону контроля (272 - 334) мм для оси РУ-1. Это означает, что при приближении к концу зоны контроля показания дефектоскопа будут ближе к реальным значениям. Для оси РУ-1Ш применение данной методики дает следующую коррекцию: рекомендуемая зона контроля составит (279 - 354) мм вместо (266 - 357) мм.
На рисунке 6, б приведены расчетные данные положения зоны контроля на основном лепестке диаграммы направленности (ДН) при контроле 24-градусным ПЭПом. Начало зоны приходится на уровень диаграммы направленности (ДН), равный 0,69; конец зоны - на уровень 1.
Для сравнения приведен рисунок 6, а - положение зоны контроля по ДН для преобразователя со значением угла ввода 18 градусов. Начало зоны находится на уровне 0,13; конец зоны - на уровне 0,68. Это показывает, что при контроле 18-градусным ПЭПом дефект выявляется не верхушкой основного лепестка ДН, а его нижней частью, что приводит к снижению амплитуды эхо-сигнала (чувствительности) и неверному отображению координат отражателя на экране дефектоскопа.
Таким образом, тенденция увеличения угла ввода ведет к сближению зоны контроля по линии акустической оси с реальной зоной по контуру объекта контроля и соответственно к увеличению амплитуды отраженного сигнала. Однако существует ограничение по увеличению угла ввода акустической волны, так как увеличение этого угла ведет к росту помех в эхо-сигнале. Например, для угла ввода 18 градусов, расчетное соотношение коэффициентов прозрачностей продольной и поперечной волн составляет 23 дБ (14 раз), а для 24 градусов -18 дБ (8 раз). Допустимое отношение «сигнал/помеха» не должно быть меньше трех (10 дБ).
Рисунок 5 - Зона контроля по РД 07.09-97 и ее смещение при использовании ПЭПа 24 градуса для оси РУ-1
10 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(18) 2014
- _ = _Ш
Конец зоны
0.5 -0(5 0.4
0.
Коне
-Начало зоны
контроля
у
.онец зоны
г.....-1......-
контроля
Основной
лепесток
_1_
ДН
I
0.3 -0.6 0.4
о.:
Начало зоны 1
контроля ■ ^Основной I лепесток ДН
-33
-30
-25
-20
- 15
-40
-35
-30
б
—25
Рисунок 6 - Положение зоны контроля на диаграмме направленности для ПЭПа 18 градусов (а) и при контроле ПЭПа 24 градуса (б)
Еще один способ получения корректных результатов контроля состоит в том, чтобы, не заменяя ПЭПа (18-градусного), указать в параметрах настройки дефектоскопа другое значение угла ввода (рисунок 7).
Как видно из рисунка 7, зона контроля по акустической оси не в полной мере совпадает с зоной контроля по контуру объекта. Середины зон полностью совпадают, а к концам зоны наблюдаются отклонения. В данном случае вместо указанных в РД (257 -333) мм следует установить зону контроля (265 - 325) мм и угол ввода 27,4 градуса (при этом контролируемый участок остается прежним). В результате получаем относительно небольшое смещение результатов по сравнению с другими вариантами изменения зоны контроля. Чем ближе к середине зоны, тем с большей точностью будут определены координаты отражателей. Применение данной методики для оси РУ-1Ш показывает, что рекомендованная зона контроля по параметрам дефектоскопа составит (274 - 348) мм, а угол ввода - 26,3 градуса.
На рисунке 8 приведены результаты контроля настроечного образца оси РУ-1 с ПЭПом 18 градусов при стандартных значениях параметров настройки дефектоскопа; на рисунке 9 -в настройках дефектоскопа был задан угол ввода 27,4 градуса, при этом реально использовался все тот же ПЭП 18 градусов.
Рисунок 7 - Зона контроля по РД 07.09-97 и ее смещение при указании в параметрах настройки дефектоскопа угла 27,4 градуса для оси РУ-1
а б
Рисунок 8 - Снимок с экрана дефектоскопа при контроле ближней подступичной части оси 18-градусным ПЭПом: а - эхо-сигнал от пропила глубиной 2 мм, расположенного на расстоянии 264 мм относительно зарезьбовой канавки, в ближней подступичной части настроечного образца оси РУ-1; б - с применением инструмента «Лупа»
а
№2(18) ИЗВЕСТИЯ Транссиба
Как видно на рисунке 8, координата Y положения отражателя по глубине, полученная по данным глубиномера, составляет 284,8 мм. И это при том, что отражатель находится на расстоянии 264 мм от зарезьбовой канавки. На рисунке 9 то же значение координаты составляет 265,8 мм. Результаты эксперимента доказывают эффективность изменения значения угла ввода в настройках дефектоскопа при проведении контроля.
а б
Рисунок 9 - Снимок с экрана дефектоскопа при установке в настройках значения параметра «Угол ввода», равного 27,4 градуса: а - эхо-сигнал от пропила глубиной 2 мм, расположенного на расстоянии 264 мм относительно зарезьбовой канавки, в ближней подступичной части образца оси РУ-1; б - применение инструмента
«Лупа»
Выше были рассмотрены способы получения более адекватных результатов контроля и даны рекомендации по корректировке зон контроля, указанных в РД. Рекомендации по изменению зоны контроля по СТО смысла не имеют ввиду того, что параметры зоны контроля, предложенные в варианте AR1.3, а именно (250 -350) мм, одинаковы как для оси РУ-1, так и для оси РУ-1Ш, несмотря на их конструктивные различия и несовпадение расстояний до контролируемых участков.
Акустическая тень и влияние трансформированной поперечной волны на обнаружение отражателей в ближней подступичной части оси. Предварительно рассмотрим, в чем состоит недостаток выбранной в СТО координаты начала зоны контроля (рисунок 10).
Вблизи галтельного перехода между предподступичной и подступичной частями оси образуется акустическая тень в зоне от 252 мм (начало подступичной части) до точки 264 мм. Расчетное значение координаты точки касания продольной волны с поверхностью подсту-пичной части, которая выходит за границу зоны акустической тени, составляет 265 мм. Отражатели, находящиеся в этой «теневой» области, не будут выявляться. Начиная с расстояния 260 мм возможно частичное выявление отражателей в зависимости от их размера за счет соскальзывания продольной волны по поверхности галтельного перехода. В связи с этим не имеет смысла зона контроля, начало которой приходится на отметку 257 и тем более 250 мм (как отмечалось выше, по параметрам оси РУ-1 эта точка располагается на поверхности предподступичной части). Для оси РУ-1 рекомендуется сместить начальную границу зоны контроля на отметку 260 мм, что иллюстрируется рисунком 10.
12 ИЗВЕСТИЯ Транссиба _№ 2(18) 2014
= _
Зона контроля для оси РУ-1Ш по РД составляет (266 - 357) мм. Здесь картина такая же, как и для оси РУ-1. Однако из-за различной длины шеек искусственный пропил на настроечном образце находится на расстоянии 285 мм, а рекомендуемая граница начала зоны контроля в связи с явлением акустической тени составляет 270 мм.
Рассмотрим теперь конечную границу зоны контроля - 350 мм (рисунок 11).
На рисунке 11 обозначено: Уш - координата точки, в которую попадает трансформированная поперечная волна от шейки оси при текущем положении точки трансформации; Унач, ^кон - координаты начала и конца зоны контроля на подсту-пичной части оси по РД; Унач. тр, Укон.тр, Утек.тр - координаты тата-Л^ конца з°нЫ трансформации и текущего п°л°же-ния точки трансформации по акустическому лучу. Угол раскрытия диаграммы направленности по второму боковому лепестку для 18-градусного ПЭПа составляет 23,64 градуса. В точке касания луча, исходящего под этим углом из ПЭПа, с верхним контуром шейки оси располагается начальная точка трансформации, расчетная координата которой равна 20,6 мм относительно торца зарезьбовой канавки. Конечная точка зоны трансформации совпадает с границей шейки оси (начало галтельного перехода), что соответствует 159,3 мм. В этих пределах текущая точка трансформации может принимать положения, соответствующие разным уровням диаграммы направленности. Если начало зоны приходится на второй боковой лепесток, то к концу зоны точка трансформации смещается до уровня раскрытия 0,121 по первому боковому лепестку ДН. Трансформированная поперечная волна, в зависимости от текущего положения точки трансформации, касается нижнего (по отношению к месту установки преобразователя) контура шейки оси, предподступичной части и в самом крайнем положении (конечная точка трансформации) галтельного перехода - подступичной части. Координаты отражателя, которые обнаружит трансформированная поперечная волна, будут отображаться на дефектоскопе в соответствии с расстоянием по акустическому лучу. Дефектоскоп оперирует единицами времени. Общее время распространения ультразвука, равное сумме времени прохода продольной волны до точки трансформации и времени прохода трансформированной поперечной волны до отражателя, дефектоскоп пересчитает в расстояние для продольной волны по параметрам, которые установлены в дефектоскопе по акустической оси. Моделирование в среде Mathcad позволило определить с учетом явления трансформации расчетные значения координат отражателей, расположенных на поверхности шейки оси. Для искусственного отражателя, расположенного в настроечном образце НО 01.11.002-О на расстоянии Ь = 147 мм относительно торца зарезьбовой канавки, расчетное значение составит 333 мм по параметрам акустической оси (значение 7тектр на рисунке 11). Значение 7тектр показывает как раз ту координату, которую дефектоскопист увидит на экране дефектоскопа (333 мм) при реальном положении отражателя, расположенного в точке Уш = 147 мм.
Влияние трансформированной волны было подтверждено экспериментально. На образце оси РУ-1 на расстоянии 147 и 156 мм от зарезьбовой канавки изготовлены два отражателя в виде пропилов. Фотографии образца приведены на рисунке 12, результаты контроля - на рисунках 13 и 14.
№ 2(18) ОЛИ л ИЗВЕСТИЯ Транссиба 13
2014 1
Рисунок 11 - Зона трансформации ультразвуковой волны на шейке оси РУ-1 при положении (по времени) текущей точки трансформации, совпадающем с концом зоны контроля по РД 07.09-97
На рисунке 13, а показано, что отражатель на шейке оси найден при уровне условной чувствительности 40 дБ, а на рисунке 13, б - при значении 28 дБ без учета влияния шероховатости поверхности.
Расчет эквивалентной площади отражателя, выполненный по SKH-диаграмме, показал, что для отражателя, расположенного на глубине 272 мм, значение коэффициента условной выявляемости дефекта должно составлять 28 дБ (а не 40 дБ, как рекомендовано в СТО РЖД 1.11.002-2008).
Очевидно, что 40 дБ - чувствительность, рекомендованная в СТО, существенно завышена. Согласно Изменениям № 1 к СТО ФПК 1.11.001-2011 значение условной чувствительности скорректировано с 40 до 32 дБ. Различие данных 32 дБ по Изменениям № 1 и 28 дБ (полученных в нашем случае) объясняется введением поправки на влияние шероховатости торцевой поверхности оси. На рисунке 13 координата найденного отражателя составляет 331 мм в масштабе по глубине У, что согласуется с расчетными данными (Утек.тр = 333 мм, см. рисунок 11). Это доказывает, что отражатель, реально находящийся на шейке оси, найден трансформированной поперечной волной. И отраженный сигнал, безусловно, находится в пределах зон контроля, которые рекомендованы руководящими документами РД и СТО.
Рисунок 13 - Снимок экрана дефектоскопа при контроле подступичной части оси РУ-1 при влиянии трансформированной поперечной волны: а - эхо-сигнал от пропила на шейке оси РУ-1, расположенного на расстоянии 147 мм от зарезьбовой канавки при браковочной чувствительности 40 дБ;
б - при браковочной чувствительности 28 дБ
На рисунке 14 представлен эхо-сигнал от пропила, смещенного относительно предыдущего на 9 мм (Ь = 156 мм).
Рисунки 14, а, в отображают амплитуду эхо-сигнала, найденную при нормальном положении ПЭПа при двух значениях уровня браковочной чувствительности (28 и 40 дБ соответственно), а рисунки 14, б, г получены в результате «качания» ПЭПа (смещения точки ввода волны относительно поверхности шейки оси за счет поворота корпуса ПЭПа). В результате происходит резкое увеличение амплитуды сигнала как при браковочной чувствительности 40 дБ, рекомендованной СТО РЖД 1.11.002-2008, так и при браковочной чувствительности 28 дБ. Искусственное изменение положения точки ввода показывает, что отражатели найдены трансформированной волной.
14 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(18) 2014
- _ = Е Е
Рисунок 14 - Дефектограммы при контроле шейки оси РУ-1 при стационарном положении и смещении ПЭПа относительно этого положения при двух значениях уровней браковочной чувствительности: а - изменение амплитуды эхо-сигнала от отражателя на шейке оси РУ-1 на расстоянии 156 мм от зарезьбовой канавки при стационарном положении ПЭПа с условной чувствительностью 28 дБ; б - то же при смещении ПЭПа; в - изменение амплитуды сигнала при уровне условной чувствительности 40 дБ;
г - то же при смещении ПЭПа
Таким образом, в зону контроля по методу N3 (РД) попадут сигналы от отражателей, находящихся в зоне от 97 до 153 мм по длине шейки оси (см. рисунки 13, 14), что соответствует (287 - 333) мм по акустическому лучу. Однако в связи с тем, что начало зоны трансформации приходится на второй боковой лепесток, амплитуды эхо-сигналов от трансформированной поперечной волны внесут заметные помехи, начиная с середины второго бокового лепестка. Во избежание этого рекомендуется уменьшить дальнюю границу зоны контроля до
300 мм. Например, пропил, расположенный на настроечном образце оси РУ-1, в сечении А - А на шейке оси, на расстоянии 147 мм от зарезьбовой канавки, устойчиво выявляется трансформированной поперечной волной, а на дефектоскопе его координата (331 мм) попадает как раз в зону контроля для внешней кромки ступицы как по РД, так и по СТО, а в зону контроля до 350 мм попадают все возможные отражатели вплоть до галтельного перехода от шейки до пред-подступичной части.
Для исключения излишних сигналов от трансформированной поперечной волны рекомендуется уменьшить дальнюю границу зоны контроля для оси РУ-1 до 300 мм, а для оси РУ-1Ш сместить конечную границу зоны контроля на отметку 330 мм.
Как отмечалось ранее, применение подтверждающего контроля по РД при использовании ПЭПа на 50 градусов дает возможность дополнительного контроля указанного участка
№ 2(18) 2014
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
в
г
оси. В зависимости от вида освидетельствования в СТО эта часть оси проверяется дополнительно или как основной контроль (вариант AR3.1). Результаты проведенных экспериментов также доказывают необходимость этого подтверждающего контроля со стороны средней части оси 50-градусным ПЭПом, что позволит указать наличие отражателей именно в области внешней кромки ступицы. И в том случае, если подтверждающий контроль отражателей не обнаружит, а сигналы в зоне во время основного контроля имели место, необходимо провести контроль шейки оси трансформированной волной, который и покажет наличие отражателей на шейке.
Еще одним способом уменьшения влияния трансформированной поперечной волны является увеличение диаметра пьезопластины, при котором произойдет сужение диаграммы направленности. Для оси РУ-1, в отличие от РУ-1Ш, в которой контроль осуществляется с торца оси, увеличение диаметра пьезопластины невозможно в связи с конструктивными особенностями зарезьбовой канавки.
Таким образом, зоны контроля по РД для вагонных осей более предпочтительны, по сравнению с СТО, но рекомендуется и в них внести соответствующую коррекцию (рисунок 15). Предлагается назначить оптимальную зону контроля по акустической оси преобразователя для оси РУ-1 (260 - 300) мм, а для оси РУ-1Ш - (270 - 330) мм. С учетом дополнительной корректировки, рассмотренной на рисунке 15, эта зона изменится до (264 - 295) мм для оси РУ-1 при условии, что в параметрах настройки дефектоскопа будет установлен угол ввода, равный 27,4 градуса, и (276 - 324) мм для оси РУ-1Ш при значении угла 26,3 градуса для среднего значения координаты зоны контроля.
В соответствии с требованиями руководящего документа РД для подтверждения обнаружения недопустимого дефекта в средней и дальней подступичной части используется подтверждающий контроль - вариант метода N6, при котором осуществляется «прозвучива-ние» оси в осевом направлении со стороны средней части поперечными волнами. Контроль осуществляется вводом поперечной волны как в сторону средней части, так и в сторону ступицы колеса (рисунок 16, в), что зависит от того, в какой из этих частей был выявлен дефект по основному варианту контроля. При обнаружении дефектов в зоне внешней кромки ступицы колеса (рисунок 16, б) или после проведения УЗК в этой зоне (рисунок 16, а) предлагается выполнять подтверждающий контроль подступичной части (чувствительность N6) при обнаружении дефектов в зоне внешней кромки ступицы колеса, напрессованного на ось (см. рисунок 16, б, в) после проведения контроля внешней кромки ступицы (см. рисунок 16, а).
СТО регламентирует технологию контроля для подтверждения обнаруженных недопустимых дефектов в средней части и в зонах внутренней и внешней кромок ступицы с использова-
Рисунок 16 - Схема прозвучивания внешней части подступичной части оси по РД 07.09-97: а - схема прозвучивания внешней части подступичной части оси по варианту метода Ы3; б и в - подтверждение по варианту
метода Ы6
в
16 ИЗВЕСТИЯ Транссиба №п2(!8)
нием варианта AR3. 1 как дополнительного метода. При этом осуществляют контроль оси поперечными волнами, распространяющимися в осевом направлении. Сканирование выполняют перемещением ПЭПа по цилиндрическим поверхностям средней части (рисунок 17). В этом случае вариант АК3.1 эквивалентен подтверждающему контролю N по РД (см. рисунок 16, в).
Кроме этого после обнаружения дефектов в зоне внешней кромки ступицы колеса, напрессованного на ось, в связи с возможным влиянием трансформированной поперечной волны на результаты контроля зоны внешней кромки ступицы в качестве подтверждения предлагается дополнительно выполнить контроль шейки оси, не изменяя положения преобразователя.
По технологии контроля, регламентируемой РД, для контроля ближней шейки и предподсту-пичной части оси используется вариант с чувствительностью N2 «прозвучивания» оси в осевом направлении со стороны торца оси прямым ПЭПом (рисунок 18). Следует отметить, что для установленных значений параметров зоны контроля 100 - 400 мм осуществляется контроль только шейки оси в зонах: от 100 мм до
начала галтельного перехода (прямой луч, продольная волна) и от 100 мм до начала предподступичной части (176 мм по длине оси РУ1) с учетом контроля трансформированной поперечной волной противоположной поверхности шейки относительно положения ПЭПа. Результаты расчета в среде МаШсаё позволили определить значения координат, соответствующие указанным точкам. Для координаты начала зоны (100 мм) при контроле трансформированной волной расчетное значение расстояния равно 298 мм. Для начала
Рисунок 18 - Схема прозвучивания ближней шейки и предподступичной части оси РУ-1 по варианту метода Ы2
Рисунок 19 - Схема прозвучивания оси РУ-1 по варианту AR1.2
предподступичной части (176 мм) расчетное значение составляет 400 мм. Контроль же предподступичной части осуществляется только трансформированной волной и в данном случае не может быть выполненным из-за ограничения длины зоны. Для контроля предподступичной части необходимо установить значение верхней границы зоны, равное 500 мм, что соответствует расчетному значению суммарного расстояния для конечной координаты 250 мм по длине оси. Для оси РУ-1Ш необходимо установить следующие параметры зоны контроля: начало - 100 мм,
конец - 516 мм. С целью унификации параметров контроля шейки для различных типов осей значение конечной координаты рекомендуется принять равным 516 мм.
В соответствии с требованиями СТО контроль ближней шейки и предподступичной части оси соответствует варианту AR1.2, в котором верхняя граница зоны контроля ограничена значением 250 мм. В этом случае контроль шейки оси (рисунок 19) выполняется только в прямой «видимости» отражателя (верхняя заштрихованная область). Значение границы 250 мм не позволяет обнаруживать дефекты трансформированным лучом. Для выполнения контроля шейки и предподступичной части оси в соответствии с вариантом AR1.2 (верхняя и
№ 2(18) 2014
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
нижняя заштрихованные области) необходимо скорректировать значение верхней границы зоны до значения 516 мм.
На основании изложенного можно сделать выводы.
1. Произведен расчет и рекомендована необходимая поправка по зоне контроля для осей РУ-1 и РУ-1Ш, связанная с удалением акустической оси 18-градусного пьезопреобразователя от зоны контроля.
2. Предложены варианты совершенствования методики контроля ближней подступичной части оси в зоне под внешней кромкой ступицы, позволяющие более точно определять координаты отражателей.
3. Доказана нецелесообразность увеличения зоны контроля, определенной в СТО по сравнению с РД.
4. Получены и рекомендованы оптимальные размеры зоны контроля для вагонных осей РУ-1 и РУ-1Ш с учетом акустической тени от галтели и влияния трансформированной поперечной волны, отраженной от шейки оси.
5. Получены значения параметров зоны для контроля шейки и предподступичной части оси.
Список литературы
1. РД 07.09-97. Руководство по комплексному ультразвуковому контролю колесных пар вагонов [Текст] / Научно-исследовательский ин-т мостов ПГУПСа, Всероссийский научно-исследовательский ин-т железнодорожного транспорта. - М., 1997. - 27 с.
2. СТО РЖД 1.11.002-2008. Контроль неразрушающий. Элементы колесных пар вагонов. Технические требования к ультразвуковому контролю [Текст] / Научно-исследовательский ин-т мостов и дефектоскопии Федерального агентства железнодорожного транспорта. - М., 2009. - 40 с.
References
1. RD 07.09-97. Manual on Integrated ultrasonic inspection car wheel pairs [RD 07.09-97. Rukovodstvo po kompleksnomu ul'trazvukovomu kontroliu kolesnykh par vagonov]. Moscow, 1997, 27 p.
2. Railways stations 1.11.002-2008. Nondestructive testing. Elements of a car wheel pairs. Technical requirements for ultrasonic testing [STO RZhD 1.11.002-2008. Kontrol' ne-razrushaiushchii. Elementy kolesnykh par vagonov. Tekhnicheskie trebovaniia k ul'trazvukovomu kontroliu]. Moscow, 2009, 40 p.
УДК 629.4.027
А. Е. Дрягилев
АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОВОЗОВ 2ЭС6
В данной статье приведен анализ отказов механического оборудования магистрального электровоза 2ЭС6 «Синара». Целью работы является анализ основных неисправностей механической части, причин их возникновения. Исследование проводилось на базе ремонтного локомотивного депо Московка с использованием статистических методов оценки. Данные для анализа взяты из формы первичного учета ТУ-29 «Книга повреждений и неисправностей локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава и их оборудования». По результатам исследования на механическое оборудование приходится 8,62 % от всех отказов. Средняя наработка на отказ механической части локомотива Ь2 составляет 156221км. Анализ отказов механического оборудования показал, что около 50 % всех неисправностей связано с износом поверхности катания колесной пары. Более трети всех отказов связано с односторонним износом гребня бандажа. Одной из причин отказов является нарушение развески электровоза при постройке на заводе-изготовителе и в процессе эксплуатации,
18 ИЗВЕСТИ Я Транссиба №„2(!8)
