CC BY
2
УДК 629.488.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-475-476
ВЫЯВЛЕНИЕ ТРЕЩИН В ЛИТЫХ ДЕТАЛЯХ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТОДОМ ПОИСКА УТЕЧКИ МАГНИТНОГО ПОТОКА
А.Н. Шмойлов, А.Л. Золкин
Настоящая статья посвящена вопросам совершенствования процесса выявления трещин в литых деталях подвижного состава при техническом обслуживании. В работе выделен недостаток в работе существующей технологии выявления трещин в литых деталях тележек грузовых вагонов на пунктах технического обслуживания. Предложена методика и переносное техническое средство по выявлению трещин методом поиска утечки магнитного потока. Проанализированы технические характеристики различных технических устройств по выявлению трещин в металлических конструкциях. Представлена структурная схема переносного устройства контроля трещин в литых деталях подвижного состава методом поиска утечки магнитного потока.
Ключевые слова: трещины, литые детали подвижного состава, боковая рама вагона, переносное устройство, магнетизм.
Безаварийная эксплуатация подвижного состава по сети ОАО «РЖД» неотрывно связана со своевременным выявлением дефектов в литых деталях тележек вагонов на пунктах технического обслуживания (ПТО) на ранней стадии. Учитывая особенности работы пунктов технического обслуживания вагонов можно сделать вывод о том, что на сколько эффективно и качественно осмотрщики-ремонтники будет применять современные средства контроля при осмотре будет напрямую зависеть безопасность движения поездов [1,2].
Установлено, что трещины в боковых рамах тележек вагонов это наиболее опасный дефект при эксплуатации, который с вероятностью более 97% приводит к сходам и крушениям поездов. Наличие неравномерностей выработки фрикционных клиньев гасителей колебаний, при разности баз боковин в одной тележке за предельные величины допусков является основной причиной данного вида дефекта. Детальный осмотр таких тележек должен проводиться наиболее тщательным образом с использованием современных средств контроля [3].
Боковые рамы вагонов и другого подвижного состава изготавливают из отливок, к которым предъявляются высокие требования по качеству изготовления. Данные требования продиктованы серьезными последствиями при изломах в процессе эксплуатации данных изделий. Именно к этой детали вагона приковано большое внимание осмотрщиков при техническом обслуживании на ПТО [4].
Установлено, что скопление валика пыли летом, скопление инея зимой, вздутие и разрыв краски являются наиболее явными признаками наличия данных трещин. В месте образования свежей трещины при освещении искусственным источником света видна ярко выраженная тень. Трещина в боковых рамах тележки с различной шириной раскрытия Яа представлена на рисунке 1.
Трещины в боковых рамах тележек являются опасным видом дефекта, возникающим при эксплуатации подвижного состава.
Важно отметить, что своевременное определение скрытых дефектов и развивающихся усталостных трещин в боковых рамах грузовых вагонов является актуальной задачей для обеспечения безопасности движения. Решением данной задачи является разработка портативного переносного устройства для заблаговременного обнаружения скрытых дефектов [5].
Предлагаемое устройство относится к области экспресс контроля технического состояния металлических изделий и может быть использовано для выявления трещин боковой рамы тележки грузового вагона на пунктах технического обслуживания вагонов.
В устройстве реализован метод поиска утечек магнитного потока Magnetic Flux Leakage (MFL) - это разновидность неразрушающего контроля, который широко используется для контроля сплошных металлических конструкций [6]. Метод MFL превосходно подходит для контроля литых деталей подвижного состава, в частности контроля трещин в боковых рамах тележек вагонов. Переносное устройство, реализующее метод MFL, способно быстро выводить подробную информацию о местоположении и глубине дефектов.
Рис. 1. Трещина в боковой раме тележки
Положительным техническим и экономическим эффектом от использования данного устройства на пунктах технического обслуживания является значительная экономия времени на выявление трещин в литых деталях тележки вагонов при осмотре и простота использования.
Приведенное устройство имеет блочную конструкцию, выполненную из различных блоков: блока измерений, блока обработки сигналов и индикатора глубины трещины.
Важно отметить, что блок измерений данного устройства содержит датчики магнитного поля, которые равномерно расположены по окружности.
Далее приведем технические особенности структурной схемы данного устройства, которые представлены на рисунке 2.
Блок обработки сигналов 1 переносного устройства контроля трещин в своем составе содержит следующие основные элементы: 2 - датчики магнитного поля, 3 -преобразователь сигналов, 4 - модуль хранения эталонных значений магнитного поля, 5 - энергонезависимая память, 6 - компаратор, 7 - дешифратор, 8 - индикатор глубины трещины, 9 - постоянный магнит, 10 - блок измерений.
При нахождении блока измерений в непосредственной близости от дефекта, за пределами контролируемого материала формируется поле из вытесненных дефектом магнитных потоков - утечки магнитного потока [7]. Между двумя полюсами постоянно магнита расположены датчики магнитного поля, они реагируют на утечки магнитного потока и преобразует их в сигнал. Размер дефекта (трещины), напрямую влияет на интенсивность магнитного потока утечки. Установлено, что между размерами трещины и интенсивностью магнитного потока утечки наблюдается прямопропорциональная зависимость.
Рис. 2. Структурная схема переносного устройства контроля трещин в литых деталях тележки вагонов: 1 — блок обработки сигналов; 2 — датчики магнитного поля; 3 — преобразователь сигналов; 4 — модуль хранения эталонных значений магнитного поля; 5 — энергонезависимая память; 6 — компаратор; 7 — дешифратор;
8 — индикатор глубины трещины; 9 — постоянный магнит; 10 — блок измерений
Важно отметить необходимость предварительной калибровки переносного устройства контроля и фиксации наличия остаточного магнетизма деталей контроля. Калибровка подойдёт для контроля зон без магнетизма. Результаты измерения дефектов при различной глубине залегания трещин представлены на рисунке 3.
* 100 «о
X
5 80 >1
I 60
га
| 40 а>
| 20 п
Ж
о
Реальная глубина, %
Рис. 3. Результаты, полученные при контроле зон трещин
Повторным проходом переносным устройством в том же направлении, что и при первом проходе, можно проверить наличия магнетизма в зоне контроля. Подобие результатов при этом показывает, что магнетизма нет, с вероятностью более 90%. Расхождение параметров контроля показывает наличие остаточного магнетизма до начала контроля детали. Данные параметры обязательно необходимо учитывать при дельней-шей калибровке устройства для получения достоверных результатов контроля. При этом необходимо дополнительно вносить поправки в результаты контроля для получения достоверности измерения и контроля трещин.
Учитывая приведенные технические особенности предлагаемого метода контроля, был проведен сравнительный анализ подобных методов и устройств контроля трещин. В ходе сравнительного анализа технических характеристик и опыта применения аналогичных устройств контроля трещин в литых деталях различных технических устройств установлено, что применение данного устройства на ПТО целесообразно и позволит сделать работу осмотрщика более эффективной и качественной.
Применение данного устройства для выявления трещин в литых деталях подвижного состава при его техническом обслуживании позволит значительно повысить качество и культуру производства технического обслуживания. Позволит повысить, не менее чем на 18%, результат выявления трещин при любом освещении поверхности контроля и при широком спектре погодных условий, что в свою очередь, снизит до 26% число недостоверно выявленных неисправностей в литых деталях подвижного состава.
Список литературы
1. Пути решения задач в вагонном хозяйстве [Электронный ресурс] URL: http://www.lokom.ru/vd_4-2013.html (дата обращения: 19.10.2023).
2. Шмойлов А.Н. Совершенствование технического обслуживания вагонов с применением автоматизированных систем теплового контроля букс // Известия тульского государственного университета. Вып. 2. 2022. С. 617-620
3. Неразрушающий контроль частей тележки и ее деталей. [Электронный ресурс] URL: https://tehnika/nerazrushayuschiy kontrol chastey telezhki detaley (дата обращения: 08.11.2023).
4. Каторгин, С. В. О влиянии технологических параметров на качество отливок «Рама боковая» / С. В. Каторгин, Ю. Ф. Воронин // Молодой ученый. 2011. № 11 (34). Т. 1. С. 50-52.
5. Обнаружение скрытых дефектов литых деталей тележек грузовых вагонов. [Электронный ресурс] URL: https://scienceforum.ru/2015/article/2015008523 (дата обращения: 11.12.2023).
6. Метод поиска утечек магнитного потока (MFL) [Электронный ресурс] URL: https://ndt-solutions.by/articles/general/metod-poiska-utechek-magnitnogo-potoka-mfl (дата обращения: 12.12.2023).
7. Факторы, влияющие на измерительные возможности метода MFL [Электронный ресурс] URL: https://www.pergam.ru/press/blogs/mfl-tech.htm (дата обращения: 12.12.2023).
Шмойлов Андрей Николаевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения,
Золкин Александр Леонидович, канд. техн. наук, доцент, alzolkin@,list. ru, Россия, Самара, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики
DETECTION OF CRACKS IN CAST PARTS OF ROLLING STOCK BY SEARCHING FOR
MAGNETIC FLUX LEAKAGE
A.N. Shmoilov, A.L. Zolkin
This article is devoted to improving the process of detecting cracks in cast parts of rolling stock during maintenance. The paper highlights a drawback in the work of the existing technology for detecting cracks in cast parts of freight car bogies at maintenance points. A technique and a portable technical tool for detecting cracks by searching for magnetic flux leakage are proposed. The technical characteristics of various technical devices for detecting cracks in metal structures are analyzed. A block diagram of a portable crack monitoring device in cast parts of a rolling stock by searching for magnetic flux leakage is presented.
Key words: cracks, cast parts of rolling stock, side frame of the car, portable device, magnetism.
Shmoilov Andrey Nikolaevich, candidate of technical sciences, dоcent, [email protected], Russia, Samara, Samara State University of Railway Transport,
Alexander Leonidovich Zolkin, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Samara, Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics
