EA024303B1 - Способ и устройство для ультразвуковой дефектоскопии колес железнодорожных вагонов - Google Patents

Abstract

В изобретении описан способ сбора данных ультразвуковой дефектоскопии колеса железнодорожного вагона с помощью устройства для ультразвуковой дефектоскопии. Колесо железнодорожного вагона устанавливают на двух ведущих роликах, каждый из которых имеет углубление для контакта с колесом и его вращения. Индексирующий преобразователь перемещается по вращающемуся колесу, собирая данные ультразвуковой дефектоскопии, а неподвижный преобразователь сопоставляет точку отсчета на колесе с собранными данными испытаний. Для обеспечения точности сопоставления точки отсчета с собранными данными испытаний желательно поддерживать вращательную устойчивость колеса путем сведения к минимуму динамической неустойчивости вследствие размерных допусков колеса. Для ослабления неустойчивости вследствие размерных допусков зазор углубления ведущих роликов, которые входят в контакт с ребордой колеса, регулируют с использованием упругого элемента для поддержания фрикционного контакта между колесом и ведущим роликом. Это позволяет углублению приспосабливаться к изменяющимся размерным допускам реборды колеса и тем самым снижать вероятность динамической неустойчивости вследствие выхода реборды колеса из углубления.

Description

Настоящее изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии, более точно - в одном из вариантов осуществления к ультразвуковой дефектоскопии колес железнодорожных вагонов.

Сведения о предшествующем уровне техники

Колеса железнодорожных вагонов обычно представляют собой цельнокатаные или литые стальные колеса, которые, несмотря на строгие меры контроля качества, могут иметь дефекты, образующиеся в процессе изготовления. Эти дефекты могут потенциально включать раковины, трещины, а также включения, которые способны разупрочнять колесо и потенциально приводить к повреждению колеса. Для обнаружения таких дефектов обычно применяется ультразвуковая дефектоскопия.

Для ультразвуковой дефектоскопии колес железнодорожных вагонов используют находящиеся в фиксированных положениях датчики, которые обычно исследуют колесо и его глубинную структуру только в отдельных конкретных положениях по периметру обода или реборды колеса. Для получения более полных диагностических данных всей структуры колеса без подробного анализа, необходимого в случае использования фиксированного датчика, был разработан способ автоматизированной ультразвуковой дефектоскопии.

Возможности автоматизированной ультразвуковая дефектоскопия до известной степени ограничены размером и весом колес железнодорожных вагонов (обычно весящих от 700 до 1000 фунтов), что может затруднять автоматизированный сбор точных данных ультразвуковой дефектоскопии. Особые сложности возникают в случае колес с размерными допусками, которые, хотя и находятся в диапазоне приемлемых значений для целей производства, препятствуют автоматизированному сбору точных данных дефектоскопии.

В известных из техники приспособлениях для дефектоскопии стандартное колесо железно дорожного вагона может иметь размерные допуски, способные создавать динамическую неустойчивость при придании колесу вращения с целью проведения ультразвуковой дефектоскопии. Эта неустойчивость приводит к отклонению колеса от осевого вращения вокруг своего геометрического центра в испытательной арматуре. Это создает затруднения, поскольку для сбора точных данных ультразвуковой дефектоскопии часто требуется обеспечивать устойчивую геометрическую ориентацию колеса во время вращения.

Сущность изобретения

В изобретении предложены способ и устройство для автоматизированной ультразвуковой дефектоскопии колеса железнодорожного вагона. Для повышения скорости сбора данных, а также получения более точных и воспроизводимых данных ультразвуковой дефектоскопии предложены новые способ и устройство, в которых ослаблены колебания и другая динамическая неустойчивость, возникающая при вращении колеса железнодорожного вагона в испытательной арматуре ультразвуковой дефектоскопии. Более точно, предложен новый узел привода испытательной арматуры ультразвуковой дефектоскопии, в котором адаптивно учитываются размерные допуски вращающегося колеса железнодорожного вагона путем гашения отклонений и других колебаний, в противном случае способных сказываться на точности и воспроизводимости данных ультразвуковой дефектоскопии.

Краткое описание чертежей

Далее будут описаны различные варианты осуществления устройства для ультразвуковой дефектоскопии со ссылкой на сопровождающие чертежи. Чертежи приведены лишь в качестве примеров и не должны рассматриваться в качестве ограничения изобретения. Соответственно, устройство для ультразвуковой дефектоскопии и испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии проиллюстрированы в качестве примера, а не ограничения на сопровождающих чертежах, на которых:

на фиг. 1 показан вид в поперечном вертикальном разрезе одного из примеров осуществления устройства для ультразвуковой дефектоскопии;

на фиг. 2 показан вид в поперечном вертикальном разрезе по линии 2-2 на фиг. 1;

на фиг. 3 показана вертикальная проекция монтажной стойки и датчика положения в сборе устройства для ультразвуковой дефектоскопии, проиллюстрированного на фиг. 1;

на фиг. 4 показана боковая проекция датчика положения в сборе, проиллюстрированного на фиг. 3; на фиг. 5 показан один из вариантов осуществления, иллюстрирующий принципиальную схему управления устройства для ультразвуковой дефектоскопии согласно примеру, проиллюстрированному на фиг. 1;

на фиг. 6 показан вид в плане устройства для ультразвуковой дефектоскопии, проиллюстрированного на фиг. 1;

на фиг. 7 показан вид в вертикальном разрезе по линии 7-7 на фиг. 6;

на фиг. 8 показан вид в плане одного из вариантов осуществления датчика положения в сборе; на фиг. 9 показано изометрическое изображение одного из примеров колеса железнодорожного вагона;

на фиг. 10 показана ортогональная проекция одного из примеров известного из техники цельного ведущего ролика;

на фиг. 11 показан вид в поперечном разрезе по линии 10-10 известного из техники цельного веду- 1 024303 щего ролика, проиллюстрированного на фиг. 10;

на фиг. 12 показан частичный вид в поперечном разрезе одного из примеров колеса в контакте с ведущим роликом согласно примеру, проиллюстрированному на фиг. 11;

на фиг. 13 показан вид в поперечном разрезе одного из примеров осуществления разъемного ведущего ролика;

на фиг. 14 показана ортогональная проекция разъемного ведущего ролика, проиллюстрированного на фиг. 13;

на фиг. 15 показан частичный вид в поперечном разрезе второго примера осуществления разъемного ведущего ролика;

на фиг. 16 показана ортогональная боковая проекция цилиндрического элемента согласно второму примеру осуществления, проиллюстрированному на фиг. 15;

на фиг. 17 показана ортогональная вертикальная проекция цилиндрического элемента, проиллюстрированного на фиг. 16;

на фиг. 18 показана ортогональная боковая проекция кольцевой секции согласно второму примеру осуществления, проиллюстрированному на фиг. 15;

на фиг. 19 показана ортогональная вертикальная проекция кольцевой секции, проиллюстрированная на фиг. 18.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Хотя в описании идет речь о дефектоскопии колес железнодорожных вагонов, подразумевается, что описанные устройство и способы также применимы для дефектоскопии других литых и кованых колес, используемых в различных отраслях промышленности, не связанных с железнодорожной отраслью. Соответственно, описание предложенных в изобретении способа и устройства применительно к колесам железнодорожных вагонов служит лишь целям удобства.

Устройство для ультразвуковой дефектоскопии колеса железнодорожного вагона.

На виде в поперечном вертикальном разрезе на фиг. 1 и боковой проекции на фиг. 2 проиллюстрирован один из вариантов осуществления устройства для ультразвуковой дефектоскопии. Устройство для ультразвуковой дефектоскопии предназначено для неразрушающего контроля и отображения подповерхностной структуры колеса 100 железнодорожного вагона, один из примеров которого проиллюстрирован на фиг. 9.

В одном из вариантов осуществления устройство для ультразвуковой дефектоскопии содержит испытательную арматуру 11 ультразвуковой дефектоскопии для захвата и вращения колеса и ультразвуковой датчик 90 в сборе. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления может использоваться ЦП (например, программируемый логический контроллер (ПЛК)) (не показан) для координирования операций сбора данных ультразвуковым датчиком 90 в сборе и функций манипулирования, перемещения и приведения в действие колеса, выполняемых испытательной арматурой 11 ультразвуковой дефектоскопии.

Устройство 10 для ультразвуковой дефектоскопии может иметь множество различных вариантов осуществления, в которые входят дополнительные узлы в различных сочетаниях. Например, степень автоматизации манипулирования испытываемым образцом колеса железнодорожного вагона влияет на число и тип узлов, необходимых в устройстве для дефектоскопии. В одном из вариантов осуществления устройство 10 для дефектоскопии может содержать несколько необязательных узлов для установки испытываемого образца в заданное положение и его вращения в испытательной арматуре 11 дефектоскопии. В одном из вариантов осуществления эти узлы включают транспортный узел 50, загрузочный узел 60, удерживающий узел 120 и ограничительный узел 70 помимо узла 80 привода для вращения испытываемого образца. Каждый узел установлен на раме 12 в сборе или в этом варианте осуществления взаимодействует с рамой 12 в сборе и с баком 22 для контактной текучей среды.

Как отмечено выше, для сбора данных ультразвуковой дефектоскопии требуются не все перечисленные узлы. Например, в другом варианте осуществления колесо 100 устанавливают на узел 80 привода с помощью ручного устройства, такого как крюковой кран (не показан). В результате, в этом варианте осуществления не требуются узлы транспортировки и манипулирования, и вместо них в испытательной арматуре 11 дефектоскопии необходимы только рама 12 в сборе, бак 22 и узел 80 привода. Соответственно, в одном из вариантов осуществления устройство 10 для дефектоскопии может содержать только раму 12 в сборе, узел 80 привода для вращения колеса, бак 22 для погружения колеса в контактную текучую среду и датчик 90 в сборе для сбора данных ультразвуковой дефектоскопии.

В других вариантах осуществления устройство 10 для ультразвуковой дефектоскопии может содержать другие сочетания узлов. Например, бак 22 не требуется в вариантах осуществления, в которых используют другие средства для обеспечения контакта ультразвукового преобразователя с колесом (например, за счет прямого контакта преобразователя вместо контакта путем погружения).

Как показано на фиг. 1, в одном из вариантов осуществления устройство 10 для ультразвуковой дефектоскопии имеет автоматизированную систему сбора данных ультразвуковой дефектоскопии. Устройство 10 для ультразвуковой дефектоскопии, проиллюстрированное на фиг. 1, имеет раму 12 в сборе с вертикальными опорами 14, 16, 18 и 20, прикрепленными к полу 17. На верхних концах 15 опор 14, 16, 18 и 20 установлен бак 22 для контактной текучей среды 155. В одном из вариантов осуществления бак

- 2 024303 имеет прямоугольную форму, как показано на фиг. 1 и 2. Бак 22 имеет нижнюю стенку 23, переднюю боковую стенку 25 (показанную на фиг. 2), заднюю боковую стенку 27, первую торцевую стенку 29 и вторую торцевую стенку 31. Передняя боковая стенка 25, задняя боковая стенка 27, первая торцевая стенка 29 и вторая торцевая стенка 31 образуют верхнюю грань 33 и ограничивают пространство 35. Каждая боковая стенка 25, 27 и торцевая стенка 29, 31 бака 22 имеет нижний фланец 37 и верхний фланец 39.

По углам 41 устройства 10 для ультразвуковой дефектоскопии расположены вертикальные тяги 24, 26, 28 и 30, отходящие вертикально вверх от бака 22 и верхних фланцев 39. Вертикальные тяги 24, 26, 28 и 30 соединены горизонтальными поперечными связями 36 и 38 на верхних концах 40 рамы 12 в сборе.

Хотя колеса железнодорожных вагонов имеют в целом простую конструкцию, они могут производиться согласно различным стандартам с различными размерами и допусками. Например, на фиг. 9 проиллюстрировано стандартное колесо 100 железнодорожного вагона, применимое в устройстве для ультразвуковой дефектоскопии. Колесо 100 железнодорожного вагона имеет реборду 102, поверхность 104 реборды, поверхность 106 обода, внутреннюю боковую поверхность 108 обода и ступицу 110 с осью 112.

На фиг. 1 пунктирной линией показано колесо 100 железнодорожного вагона двух различных размеров с целью отображения общего положения колеса в устройстве 10 для ультразвуковой дефектоскопии. В одном из вариантов осуществления ультразвуковая дефектоскопия колеса железнодорожного вагона начинается с того, что колесо 100 посредством своей поверхности 106 обода в целом вертикально вкатывают по направляющему устройству с рельсовыми направляющими (не показаны) внутрь рамы 12 в сборе слева направо. Колесо 100 перемещают по упомянутому направляющему устройству с рельсовыми направляющими в преимущественно центральное положение внутри рамы 12 в сборе над баком 22 и между вертикальными тягами 24, 26, 28 и 30, чтобы ввести колесо в контакт с транспортным узлом 50.

По мере того как колесо 100 вкатывается на место, датчики (не показаны) передают сигнал, указывающий положение колеса 100. Когда колесо достигает заданного положения в устройстве 10 для дефектоскопии, приводится в действие удерживающий узел 120, который останавливает колесо над первым и вторым рольгангами 140, 142 загрузочного узла 60.

Удерживающий узел.

На фиг. 6 и 7 показан удерживающий узел 120. Удерживающий узел 120 поддерживает колесо 100 в поперечном положении на направляющем устройстве во время дефектоскопии. Например, в одном из вариантов осуществления пневматические цилиндры перемещают удерживающие ролики 251, находящиеся в каждом из двух раздельных подузлов, образующих удерживающий узел 120, в направлении как переднего, так и заднего хода колеса по направляющему устройству, чтобы захватить колесо сбоку.

Удерживающий узел 120 содержит два раздельных, но в целом идентичных механических подузла для блокирования колеса с каждой стороны: первый и второй удерживающие роликовые подузлы 220, 230. Второй удерживающий роликовый подузел 230, который расположен рядом с первым удерживающим роликовым подузлом 220, зеркальное отображает действие первого удерживающего роликового подузла 220. В этом варианте осуществления все компоненты первого удерживающего роликового подузла 220 также присутствуют во втором удерживающем роликовом подузле 230 и действуют таким же образом. Соответственно, описание и действие удерживающего роликового подузла 220 в целом применимо ко второму удерживающему роликовому подузлу 230. Далее описано действие одного из двух удерживающих роликовых подузлов удерживающего узла 120.

Первый удерживающий роликовый подузел 220 содержит первый пневматический удерживающий цилиндр 222, шарнирно соединенный с вертикальной тягой 26 посредством скобы 224 и первого штифта 226 на верхнем конце 228 цилиндра и первого держателя 229 с проушиной. Из нижнего конца 234 пневматического удерживающего цилиндра 222 выдвигается стержень 232 возвратно-поступательного хода. Расположенная во втором отверстии 246 втулка 250 имеет поворотную консоль 236, которая соединена с дальним концом 233 стержня 232 возвратно-поступательного хода второй охватывающей скобой 240 и вторым штифтом 242. Это соединение обеспечивает вращение поворотной консоли 236 на первой оси 244 поворота (проходящей через второе отверстие 246) посредством стержня 232 возвратнопоступательного хода. К первому концу 249 стопорного рычага 248 прикреплена втулка 250, ко второму концу 253 стопорного рычага прикреплен удерживающий ролик 251, установленный на штифте 252. Возвратно-поступательное движение стержня 232 придает вращение втулке 250 и стопорному рычагу 248, в результате чего удерживающий ролик 251 устанавливается в положение вблизи колеса 100 и захватывает колесо 100 в одном направлении движения по направляющему устройству.

В процессе работы первый и второй удерживающие роликовые подузлы 220, 230 путем совместного действия с помощью удерживающих роликов 251 с каждой стороны колеса блокируют поперечное перемещение колеса 100 по направляющему устройству внутри устройство для 10 для ультразвуковой дефектоскопии. Удерживающие роликовые подузлы 220, 230 автоматически совмещают колесо 100 в испытательной арматуре 11 дефектоскопии с подузлом траверсы при подготовке к перемещению колеса в загрузочный узел.

- 3 024303

Транспортный узел.

Сначала колесо 100 поступает на транспортный узел 50, более точно, на проходящие вниз консоли 125, 127 и второй штифт 126 подузла 130 траверсы. Когда колесо 100 удерживается на месте удерживающим узлом 120, подузел 130 траверсы транспортного узла 50 перемещает колесо 100 в загрузочный узел 60. Далее более подробно описано действие транспортного узла 50 и его составных частей согласно одному из вариантов осуществления.

Проиллюстрированный на фиг. 1 и 2 транспортный узел 50 имеет первую вертикальную опору 131 и вторую вертикальную опору 132, отходящие вниз от горизонтальной связи 38. На задней боковой стенке 27 установлены проходящие вверх угловые скобы 133, 134, соединенные с вертикальными опорами 131, 132 соответственно. На наружных поверхностях угловых скобок 133, 134 (соответственно) расположены крепежные связи 135 и 136 с зажимными болтами 137, проходящими через связи, скобы, и опоры 131-136. Через связи 135, 136 и угловые скобы 133, 134 с первой и второй проходящими вниз консолями 125 и 127, соответственно, проходит поперечный штифт 138. Между проходящими вниз консолями 125 и 127 проходит второй штифт 126.

Показанный на фиг. 1 и 2 транспортный узел 50 имеет пневматический передаточный цилиндр 340, верхний конец 346 которого закреплен держателем 342 с проушиной скобы 344. Держатель 342 с проушиной установлен на первой и второй вертикальных опорах 131 и 132. Первый конец 349 соединительного рычага 348 шарнирно соединен тягой 350 передачи усилий на нижнем конце 352 пневматического передаточного цилиндра 340 и с возможностью передачи приводного усилия соединен с поперечным штифтом 138 на нижнем конце 354 соединительного рычага 348.

После того как колесо установлено в положении на подузле 130 траверсы, приводится в действие пневматический передаточный цилиндр 340, вращающий подузел 130 траверсы. Это происходит за счет вытягивания тяги 350 передачи усилий пневматическим передаточным цилиндром 340, вращения соединительного рычага 348 и поперечного штифта 138, вследствие чего проходящие вниз консоли 125 и 127 вращаются вокруг оси 139 штифта, и тем самым колесо 100 помещается на загрузочный узел 60 или извлекается из загрузочного узла 60. В результате, колесо 100 устанавливается на первом и втором рольгангах 140, 142 загрузочного узла 60.

Загрузочный узел.

После того как транспортный узел 50 установил колесо 100 в контакте с первым и вторым рольгангами 140, 142, загрузочный узел 60 опускает колесо 100, чтобы ввести в контакт с ведущими роликами 150, 152 узла 80 привода. Рольганги загрузочного узла 60 являются частью двух отдельных и независимых подузлов, образующих загрузочный узел 60. Эти два подузла являются в целом идентичными с точки зрения конструкции и действия и расположены рядом с каждой стороны колеса в испытательной арматуре 11 дефектоскопии. Поскольку оба рольганга 140, 142 действуют одинаково по принципу зеркального отображения, далее будет описана только конструкция и действие рольганга 140.

На фиг. 1 проиллюстрирован один из вариантов осуществления загрузочного узла 60. В этом варианте осуществления колесо опирается на загрузочные ролики 145, 146 в обоих рольгангах 140 и 142. Рольганги 140, 142 расположены вплотную и в равной мере поддерживают колесо 100, помещающееся по центру над ними. Рольганги 140, 142 поворачиваются вниз по дуге, в результате чего колесо 100 опускается между ними на ведущие ролики узла 80 привода.

Рольганг 140 приводится в действие пневматическим силовым цилиндром 300. Пневматический силовой цилиндр 300 шарнирно соединен с вертикальной тягой 24 скобой 302 и штифтом 304 на верхнем конце 306 цилиндра и держателем 308 с проушиной. Из нижнего конца 312 пневматического силового цилиндра 300 выдвигается дальний конец 314 стержня 310 возвратно-поступательного хода, который соединен с концом 322 поворотной консоли 316 втулкой 320 и штифтом. Поворотная консоль 316 прикреплена ко второму концу втулки 318 на первой оси 244 поворота.

Показанный на фиг. 1 первый рольганг 140 имеет консоль 144 с первым загрузочным роликом 145 и вторым загрузочным роликом 146 на его дальнем конце 147. Консоль 144 также прикреплена к первой оси 244 поворота и способна вращаться за счет перемещения поворотной консоли 316 и совмещать загрузочные ролики 145, 146 с направляющим устройством (не показано) для приема колеса 100.

Аналогичным образом, второй рольганг 142 имеет второй комплект загрузочных роликов 145, 146 для приема и перемещения колеса 100 внутрь или из устройства для 10 для ультразвуковой дефектоскопии. Как отмечено выше, поскольку второй рольганг 142 расположен рядом с первым рольгангом 140, направление вращения качающегося вала и поворот различных компонентов зеркально отображают направление перемещения компонентов рольганга 140.

С помощью загрузочного узла 60 первый и второй загрузочные ролики 145, 146 рольгангов 140 и 142 опускают колесо 100 на ведущие ролики 150, 152 (см. фиг. 6) узла 80 привода. После этого рольганги 140, 142 и отодвигаются и выходят из контакта с колесом 100. Рольганги 140, 142 откатываются от колеса 100 за счет выдвижения стержней 310 из пневматических силовых цилиндров 300, которые отодвигают поворотные консоли 316 на первой оси 244 поворота от колеса.

- 4 024303

Вертикальный ограничительный узел.

Помимо ограничения поперечного перемещения колеса 100 в устройстве 10 для дефектоскопии в некоторых вариантах осуществления также желательно поддерживать верхнюю часть колеса 100 во избежание образования опрокидывающего момента. Эту функцию выполняет вертикальный ограничительный узел 70.

Как показано на фиг. 2, после перемещения колеса 100 в загрузочный узел 60 вертикальный ограничительный узел 70 готов захватить верх колеса 100 в углублении 362 ограничительного ролика 360. Ограничительный ролик 360 установлен на дальнем конце 364 стержня 366 и перемещается на место на верхнем конце колеса 100 в раме 12 в сборе за счет выдвижения стержня 366 из пневматического ограничительного цилиндра 370. Пневматический ограничительный цилиндр 370 установлен в целом между поперечными связями 32, 34, 36-38 на верхнем конце 40 рамы 12 в сборе. Углубление 362 ограничительного ролика 360 захватывает верх колеса 100 внутри рамы 12 в сборе, удерживая колесо в вертикальном положении во время цикла тестирования.

Теперь в этом варианте осуществления колесо 100 зафиксировано как в вертикальном направлении, так и поперечном направлении (на направляющем устройстве). Когда колесо 100 находится в контакте с первым и вторым ведущими роликами 150, 152, узел 80 привода способен вращать ведущие ролики 150, 152 и в свою очередь вращать колесо 100.

Узел привода.

Как показано на фиг. 2 и 6, узел 80 привода содержит первый и второй ведущий ролики 150, 152, которые в одном из вариантов осуществления расположены в баке 22 ниже уровня 154 контактной текучей среды 155. На каждой окружности первого ведущего ролика 150 и второго ведущего ролика 152 имеется дуговидное углубление 190, 192 соответственно. Углубления 190, 192 первого ведущего ролика 150 и второго ведущего ролик 152 совмещены и захватывают часть реборды колеса 100 во время тестирования. Углубления 190, 192 входят в контакт ребордой 102 колеса и вращают колесо 100.

Первый ведущий ролик 150 установлен на первом конце 156 первого ведущего вала 158. Первый ведущий вал 158 проходит через первое отверстие 160 и первое уплотнение 162 в задней боковой стенке 27 бака 22 и через первый и второй опорные подшипники 164, 166 соответственно. Первый и второй опорные подшипники 164, 166 установлены на опорной плите 168, которая прикреплена к раме 12 в сборе. Показано, что к первому ведущему валу 158 прикреплена первая ведомая звездочка 170, установленная на втором конце 172 первого ведущего вала 158.

Рядом с первым ведущим роликом 150 расположен второй ведущий ролик 152, установленный на первом конце 180 второго ведущего вала 174. Как показано на фиг. 6, второй ведущий вал 174 проходит в целом параллельно первому ведущему валу 158 через второе отверстие 176 и уплотнение 178 в баке 22. Второй ведущий вал 174 проходит дальше через третий и четвертый опорные подшипники 182 и 184 соответственно. Третий и четвертый опорные подшипники 182 и 184 установлены на опорной плите 168. Показано, что ко второму ведущему валу 174 прикреплена ведомая звездочка 186 (показанная на фиг. 1), установленная на втором конце 188 второго ведущего вала.

Как показано на фиг. 1, узел 80 привода также содержит ведущую цепь 198, которая проходит между первой ведомой звездочкой 170 и ведущей звездочкой 200. Ведущая звездочка 200 прикреплена к валу 202 двигателя, проходящему от приводного электродвигателя 204. Аналогичным образом, между ведущей звездочкой 200 и второй ведомой звездочкой 186 проходит вторая ведущая цепь 206. Колесу 100 может придаваться вращение путем придания вращения любой из двух или обеим звездочкам, включающим первую ведомую звездочку 170 и вторую ведомую звездочку 186, с помощью приводного электродвигателя 204, вращающего ведущую звездочку 200 и соединяющего ведущие цепи 198, 206.

В одном из альтернативных вариантов осуществления может использоваться второй приводной электродвигатель (не показан) с отдельной ведущей звездочкой (не показана) для независимого соединения со второй ведомой звездочкой 186. Могут также использоваться приводы других типов, включая, например, ремни и шкивы, и зубчатые приводы. В качестве альтернативы, в другом варианте осуществления вторая ведомая звездочка 186 и второй ведущий вал 174 могут действовать как неприводной ролик или ролик без прямого соединения с приводным электродвигателем, при этом второй ролик 152 используется как неприводной ролик только в качестве опоры колеса.

Рассмотрим фиг. 10, на которой показана ортогональная проекция одного из примеров известного из техники ведущего ролика 150, имеющего множество крепежных отверстий 532 для вала. Крепежные отверстий совмещены с отверстиями в ведущем валу (не показан), которые в этом варианте осуществления позволяют крепить ведущий ролик 150 к ведущему валу с помощью резьбовых соединений (не показаны).

На фиг. 11 показан вид в поперечном разрезе ведущего ролика 150, проиллюстрированного на фиг. 10. По окружности ведущего ролика 150 выполнено углубление 190 для захвата реборды. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 10 и 11, ведущий ролик 150 показан как единый компонент.

На фиг. 12 показано колеса 100 в контакте с углублением 190 ведущего ролика 150. Ведущий ролик 150 придает колесу 100 вращательное движение посредством фрикционного взаимодействия между уг- 5 024303 дублением 190 ведущего ролика 150 и ребордой 102 колеса, захваченной углублением. Эта фрикционная посадка и КПД устройства для 10 для ультразвуковой дефектоскопии в целом в большой степени зависят от размерных допусков колеса 100.

На практике значительные колебания размерных допусков колеса 100, в особенности, при высоких частотах вращения могут создавать динамическую неустойчивость, в результате чего колесо 100 выходит из углублений в ведущих роликах. В результате неустойчивости вращательного движения, создаваемого неравномерным движением колеса, ухудшается точность сбора данных. Для ослабления колебаний и динамической неустойчивости вследствие размерных допусков колеса предложены новые ведущие ролики согласно альтернативного варианту осуществления, который описан далее.

На фиг. 13 показан вид в поперечном разрезе одного из примеров осуществления нового ведущего ролика (именуемого далее разъемным ведущим роликом 500). В одном из вариантов осуществления разъемный ведущий ролик 500 имеет две кольцевых секции: первую кольцевую секцию 510, прикрепленную к валу, и вторую кольцевую секцию 520, способный перемещаться в осевом направлении относительно первой кольцевой секции.

Первая и вторая кольцевые секции 510, 520 в собранном виде вместе образуют единый разъемный ведущий ролик 500. В этом варианте осуществления по окружности разъемного ведущего ролика 500 между первой и второй кольцевыми секциями 510, 520 выполнено углубление 291. В этом варианте осуществления от второй кольцевой секции 520 в сторону первой кольцевой секции 510 отходит кольцевой выступ 522, поддерживающий минимальный размер зазора в углублении 190. В качестве альтернативы, в другом варианте осуществления выступ может находиться на первой кольцевой секции 510, проходящей в сторону второй кольцевой секции 520. Кольцевой выступ 522 не обязателен во всех вариантах осуществления.

Первая кольцевая секция 510 имеет внутреннюю окружность, примыкающую к ведущему валу. В этом варианте осуществления первая кольцевая секция 510 проходит в осевом направлении наружу и образует в целом цилиндрическую секцию 515. Дальний конец (наружный конец) цилиндрической секции проходит по радиусу внутрь и образует торцевую пробку 516, преимущественно закрывающую цилиндр с одного конца. Торцевая пробка 516 имеет множество крепежных отверстий 532 для вала, которые проходят через первую кольцевую секцию 510 и в которые входят крепежные элементы 533 для крепления первой кольцевой секции 510 к ведущему валу 158.

В этом варианте осуществления вторая кольцевая секция 520 имеет внутреннюю окружность, которая находится в контакте с наружной окружностью цилиндрической секции 515 первой кольцевой секции 510. Это позволяет второй кольцевой секции 520 скользить по первой кольцевой секции 510 за счет того, что упругий элемент 540 (например, спиральная пружина или тарельчатая пружина или резиновая втулка) заставляет вторую кольцевую секцию 520 перемещаться в сторону первой кольцевой секции 510.

В другом варианте осуществления внутренняя цилиндрическая поверхность второй кольцевой секции 520 и выступ 522 могут быть прикреплены на шлицах к наружной цилиндрической поверхности цилиндрической секции 515 на протяжении их поверхностей контакта (шлицы не показаны). Шлицы позволяют второй кольцевой секции 520 скользить в осевом направлении относительно цилиндрической секции 515. Кроме того, шлицы обеспечивают прямой путь передачи мощности от первой кольцевой секции 510 второй кольцевой секции 520 при вращении ведущего вала.

Помимо крепежных отверстий 532 для вала в одном из вариантов осуществления разъемный ведущий ролик 500 имеет комбинированное крепежное отверстие 512, проходящее полностью через первую и вторую кольцевые секции 510, 520. Как показано на фиг. 13, первая и вторая кольцевые секции 510, 520 удерживаются вместе с крепежными элементами 530 (например, винтами с головкой, шпильками или другими применимыми элементами), проходящими через параллельные в осевом направлении крепежные отверстия 512 (включающие первое отверстие 511 и второе отверстие 521). В одном из вариантов осуществления первая кольцевая секция 510 имеет множество первых отверстий 511, которые в одном из вариантов осуществления являются резьбовыми и с которыми входит в контакт крепежный элемент 530. В одном из вариантов осуществления вторая кольцевая секция 520 имеет множество вторых отверстий 521, которые проходят через вторую кольцевую секцию 520 и при концентрическом совмещении с первыми отверстиями 511 в первой кольцевой секции 510 образуют комбинированное крепежное отверстие 512, проходящее в осевом направлении через разъемный ведущий ролик 500. Крепежный элемент 530 проходит через крепежное отверстие 512, а в одном из вариантов осуществления удерживается головкой 531 на одном конце и гайкой 550 (например, стопорной гайкой) на дальнем конце.

В другом варианте осуществления вместо первого отверстия в первой кольцевой секции к первой кольцевой секции может быть прикреплена резьбовая шпилька (не показана), резьбовой конец которой проходит через второе отверстие. К резьбовому концу шпильки может быть прикреплена стопорная гайка для соединения первой и второй кольцевых секций.

В другом варианте осуществления для крепления первой кольцевой секции 510 к ведущему валу 158 не требуется цилиндрическая секция 515 торцевая пробка 516. Вместо этого в этом варианте осуществления первая кольцевая секция 510 может быть непосредственно прикреплена к ведущему валу, например, путем прессовой или тугой посадки. Соответственно, вторая кольцевая секция 520 может сколь- 6 024303 зить непосредственно по ведущему валу, а не по первой кольцевой секции 510, как в предыдущем варианте осуществления.

В еще одном варианте осуществления первая кольцевая секция 510 может находиться с наружной стороны второй кольцевой секции 520 на ведущем вале, а не с внутренней стороны, как проиллюстрировано на фиг. 13. В этом варианте осуществления вторая кольцевая секция 520 находится с внутренней стороны первой кольцевой секции 510 и отклоняется в осевом направлении внутрь относительно первой кольцевой секции 510, в результате чего образуется большее углубление 190. В этом варианте осуществления с внутренней стороны второй кольцевой секции 520 расположен упругий элемент, обеспечивающий в осевом направлении наружу возвратное усилие в сторону первой кольцевой секции 510.

В одном из вариантов осуществления с наружной стороны второй кольцевой секции 520 расположен упругий элемент 540 (например, спиральная пружина или тарельчатая пружина, как проиллюстрировано на фиг. 14), зафиксированный между головкой 531 и наружным концом второй кольцевой секции 520. В другом варианте осуществления крепежный элемент может быть перевернут, за счет чего упругий элемент может быть зафиксирован между гайкой 550 и второй кольцевой секцией 520. Гайка 550 может регулироваться, чтобы создавать желаемое усилие сжатия пружины между первой и второй кольцевыми секциями 510, 520.

Усилие зажима, прилагаемое второй кольцевой секцией 520, а также в одном из вариантов осуществления скользящая посадка между второй кольцевой секцией и зафиксированной первой кольцевой секцией 510 создают углубление с регулируемым пространством. За счет изменчивости размеров углубления разъемный ведущий ролик 500 способен приспосабливаться к изменениям толщины реборды колеса по мере того, как вторая кольцевая секция 520 разъемного ведущего ролика 500 скользит в осевом направлении относительно первой кольцевой секции 510. В результате, в этом варианте осуществления разъемный ведущий ролик 500 имеет углубление 291 с регулируемым пространством, рассчитанное на изменения размеров колеса и предотвращающее или ослабляющее динамическую неустойчивость и колебания колеса, которые имели бы место в противном случае в результате выхода реборды колеса из углубления.

Например, в одном из вариантов осуществления в случае увеличения толщины колеса на отдельных участках реборды вторая кольцевая секция 520 разъемного ведущего ролика 500 может смещаться в осевом направлении наружу в сторону наружного конца ведущего вала (на котором установлен разъемный ведущий ролик), чтобы приспособиться к увеличению толщины. За счет этого приспособления разъемного ведущего ролика 500 к изменчивости размеров колеса повышается вращательная устойчивость колеса, и оно может равномерно катиться по углублению, находясь на одинаковой глубине по радиусу, ослабляются колебания и неустойчивость, которые имели бы место в противном случае в результате выхода колесо из углубления известного из техники ведущего ролика.

В качестве альтернативы, если толщина реборды колеса уменьшается, вторая кольцевая секция 520 разъемного ведущего ролика 500 может смещаться в осевом направлении внутрь в сторону внутреннего конца ведущего вала (на котором установлен разъемный ведущий ролик). За счет этого углубление второй кольцевой секции остается в контакте с ребордой колеса и обеспечивает колесо движущей силой.

В одном из вариантов осуществления упругим элементом в разъемном ведущем ролике 500 являются тарельчатые пружины. В нескольких различных конфигурациях тарельчатые пружины могут быть помещены на крепежные элементы 530 или над ними. Например, размер и число тарельчатых пружин могут быть адаптированы к: 1) размеру колеса железнодорожного вагона, 2) размерным допускам колеса и 3) числу крепежных элементов, связывающих удерживающих разъемный ведущий ролик. Кроме того, для достижения желаемой жесткости пружины тарельчатые пружины могут быть сгруппированы в стакане или на поддоне (или иметь любую другую геометрическую конфигурацию).

В другом варианте осуществления вместо тарельчатых пружин могут использоваться спиральные пружины (не показаны) для приложения сжимающего усилия к первой и второй кольцевым секциям 510, 520 разъемного ведущего ролика 500. В одном из вариантов осуществления спиральные пружины помещаются по центру крепежных элементов 530 между головкой и наружным концом второй кольцевой секции 520.

В другом варианте осуществления упругий элемент может быть расположен между первой и второй кольцевыми секциями 510, 520. При выдавливании наружу кольцевых отрезков в упругом элементе развивается растягивающее усилие, заставляющее сблизиться обе кольцевых секции.

Спиральные пружины также могут использоваться в любом числе различных конфигураций, включая, например, последовательные или параллельные ориентации для достижения желаемой жесткости пружины. Помимо тарельчатых пружин и спиральных пружин существуют упругие элементы множества других типов для принудительного сближения первой и второй кольцевых секций 510, 520.

Например, в различных вариантах осуществления вместо описанных выше традиционных металлических тарельчатых и спиральных пружин могут использоваться резиновые втулки и резиновые пружины, сконструированные из целого ряда различных эластомеров. Хотя пружины из эластомерных материалов обычно имеют меньшую жесткость, чем традиционные металлические пружины, они обеспечивают отличную амортизацию вибрации. В одном из вариантов осуществления резиновые пружины и

- 7 024303 втулки помещаются вокруг крепежных элементов для сохранения сжимающего усилия, действующего на реборду колеса железнодорожного вагона.

На фиг. 15 показан частичный вид в поперечном разрезе разъемного ведущего ролика 500 согласно другому варианту осуществления. В этом варианте осуществления к свободному концу ведущего вала 158 прикреплен цилиндрический элемент 560. Ведущий ролик 500 также имеет кольцевую секцию 570, которая непосредственно прилегают к цилиндрическому элементу 560 с внутренней стороны, и находится в скользящем контакте с ведущим валом 158.

Цилиндрический элемент 560 и кольцевая секция 570 в собранном виде образуют единый разъемный ведущий ролик 500. В этом варианте осуществления между обращенным в осевом направлении внутрь концом цилиндрического элемента 560 и обращенным в осевом направлении наружу концом кольцевой секции 570 находится углубление 190. Углубление, по меньшей мере частично, захватывает реборду колеса железнодорожного вагона (не показано). В одном из вариантов осуществления это углубление в целом повторяет форму реборды колеса железнодорожного вагона, в контакт с которым оно входит.

На фиг. 16 показан один из примеров ортографической боковой проекции цилиндрического элемента 560. В этом варианте осуществления цилиндрический элемент 560 имеет множество отверстий 564 для стопорных винтов, проходящих через цилиндрический элемент. Стопорные винты (не показаны) проходят через эти отверстия 564 и входят в обращенный в осевом направлении наружу конец ведущего вала (не показан) для крепления цилиндрического элемента к ведущему валу. В другом варианте осуществления вместо использования стопорных винтов цилиндрический элемент 560 может быть приварен ведущему валу или туго посажен на него.

В одном из вариантов осуществления цилиндрический элемент 560 имеет отходящий от него кольцевой удлинитель 562. Кольцевой удлинитель 562 входит в контакт с ведущим валом и образует по меньшей мере часть углубления, в контакт с которым входит реборда колеса железнодорожного вагона. В этом варианте осуществления через цилиндрический элемент 560 и кольцевой удлинитель 562 проходит первое отверстие 566.

На фиг. 17 показана ортогональная вертикальная проекция цилиндрического элемента 560. Проиллюстрированы отверстия 564 для стопорных винтов, расположенные по центру цилиндрического элемента 560. Кроме того, показаны первые отверстия 566, расположенные радиально снаружи отверстий 564 для стопорных винтов. Первые отверстия 566 проходят преимущественно параллельно главной оси ведущего вала и соединяют цилиндрический элемент 560 с кольцевой секцией (не показана).

На фиг. 18 показана ортогональная боковая проекция кольцевой секции 570. В этом варианте осуществления внутренняя окружность 574 находится в скользящем контакте с наружной окружностью ведущего вала (не показан). Кольцевая секция 570 также имеет множество вторых отверстий 572 в кольцевой секции для размещения крепежных элементов, соединяющих кольцевую секцию с цилиндрическим элементом.

На фиг. 19 показана ортогональная вертикальная проекция кольцевой секции 570. Проиллюстрированы вторые отверстия 572. Также проиллюстрирована внутренняя окружность 574, которая находится в контакте с ведущим валом и обеспечивает скользящую посадку. В одном из вариантов осуществления внутренняя окружность 574 может быть прикреплена на шлицах к ведущему валу (шлицы не показаны). В этом варианте осуществления это позволяет ведущему валу передавать мощность непосредственно кольцевой секции 570, и при этом кольцевая секция способна смещаться в осевом направлении вдоль ведущего вала.

Как показано на фиг. 15, при совмещении первых и вторых отверстий в цилиндрическом элементе 560 и кольцевой секции 570, соответственно, образуется комбинированное крепежное отверстие 512, проходящее через ведущий ролик 500. Через крепежное отверстие 512 проходит крепежный элемент 530 (например, винты с головкой, шпильки, болты и т.д.), который соединяет цилиндрический элемент 560 с кольцевой секцией 570. В одном из вариантов осуществления крепежный элемент удерживается головкой 531 на одном его конце и гайкой 550 (например, стопорной гайкой) на другом его конце. В одном из вариантов осуществления крепежный элемент находится в скользящем контакте с первым отверстием цилиндрического элемента и прикреплен к кольцевой секции.

В одном из вариантов осуществления между головкой 531 винта и цилиндрическим элементом 560 или, в качестве альтернативы, между гайкой 550 крепежного элемента и кольцевой секцией 570 закреплен упругий элемент 540, создающий сжимающее усилие, действующее на реборду колеса, находящегося в контакте с углублением 190 разъемного ведущего ролика 500. Соответственно, когда кольцевая секция 570 смещается в осевом направлении вследствие неровности (т.е. увеличенной толщины) реборды колеса железнодорожного вагона, упругий элемент 540 способен возвращать сместившуюся в осевом направлении кольцевая секцию 570, когда толщина реборды уменьшается, и тем самым обеспечивается непрерывный контакт с ребордой колеса.

В одном из вариантов осуществления к цилиндрическому элементу 560 прикреплена защитная крышка 575, закрывающая крепежные элементы и тарельчатые пружины. Эта защитная крышка 575 препятствует попаданию грязи и контактной текучей среды между тарельчатыми пружинами, обеспечивая

- 8 024303 относительно постоянное усилие пакета тарельчатых пружин.

Ультразвуковой датчик в сборе.

На фиг. 5 проиллюстрирована управляющая схема 400 системы управления устройства для ультразвуковой дефектоскопии, которая в одном из вариантов осуществления включает ультразвуковой датчик 90 в сборе. В одном из вариантов осуществления ультразвуковой датчик 90 в сборе содержит ультразвуковой дефектоскоп, преобразователи и датчик положения в сборе для передачи и приема, а также обработки ультразвуковых сигналов.

Ультразвуковые преобразователи.

Ультразвуковые преобразователи передают ультразвуковые сигналы испытываемому образцу (т.е. колесу 100) и принимают отраженные ультразвуковые сигналы. Отраженные ультразвуковые сигналы обеспечивают данные, необходимые для осуществления анализа и обнаружения дефектов элементов конструкции колеса. В одном из вариантов осуществления ультразвукового датчика 90 в сборе для отображения дефектов испытываемого образца могут вместе действовать два преобразователя.

Предусмотрен неподвижный преобразователь 414, находящийся в фиксированном местоположении в непосредственной близости от внутренней боковой поверхности 108 обода колеса, как показано на фиг. 4. Другим преобразователем является индексирующий преобразователь 416, перемещается относительно колеса 100 в непосредственной близости от поверхности 106 обода. Для перемещения индексирующего преобразователя 416 относительно колесо 100 используется датчик 402 положения в сборе, который перемещает индексирующий преобразователь 416 на фиксированные шаги при прохождении по колесу 100.

Датчик положения в сборе.

В этом варианте осуществления датчик 402 положения в сборе (проиллюстрированный на фиг. 3, 4 и 8), который подвижно закреплен на монтажной стойке 404, регистрирует положение индексирующего преобразователя 416 по мере его пошагового перемещения по колесу на отдельные шаги. Датчик положения в сборе синхронизирует сбор данных с положением индексирующего преобразователя, что позволяет устройству для ультразвуковой дефектоскопии точно устанавливать местоположение и размеры дефектов, обнаруженных на сканированном изображении. Датчик 402 положения в сборе содержит приводные электродвигатели 406, 408 преобразователя; контрольную панель 410; и манипулятор 412 преобразователя. Каждый из этих компонентов датчика 402 положения в сборе более подробно описан далее.

Приводные электродвигатели преобразователя.

Монтажная стойка 404, на которой закреплен датчик 402 положения в сборе, прикреплена к полу 17, как показано на фиг. 2 и 3. Датчик 402 положения в сборе закреплен на монтажной стойке 404 (над опорными подшипниками 164, 166, 182 и 184), а к контрольной панели 410 в верхней части монтажной стойки 404 прикреплен первый приводной электродвигатель 406 подачи по оси X и второй приводной электродвигатель 408 подачи по оси Υ. В этой конфигурации первый приводной электродвигатель 406 способен перемещать контрольная панель 410 и манипулятор 412 преобразователя в направлении по оси X (горизонтально в плоскости, показанной на фиг. 4). Аналогичным образом, второй приводной электродвигатель 408 способен перемещать контрольную панель 410 в направлении по оси Υ, как показано на фиг. 3. В одном из вариантов осуществления приводными электродвигателями 406, 408 могут являться шаговые микродвигатели.

Как показано на фиг. 4, контрольная панель 410 приводит в действие манипулятор 412 преобразователя. На дальнем конце манипулятора 412 преобразователя находится индексирующий преобразователь 416. В этом варианте осуществления манипулятор 412 имеет в целом Г-образную форму и проходит вниз внутрь бака 22 с контактной текучей средой 55. Индексирующий преобразователь 416 пошагово приводится в действие приводными электродвигателями 406, 408 посредством контрольной панели 410 и манипулятора 412. Индексирующий преобразователь 416, управляемый датчиком 402 положения в сборе, и неподвижный преобразователь 414, расположенный вблизи колеса, позволяют передавать и принимать ультразвуковые сигналы под управлением ультразвукового дефектоскопа.

Ультразвуковой дефектоскоп.

Как показано на фиг. 5, в одном из вариантов осуществления ультразвуковой дефектоскоп 451 управляет преобразователями 414, 416, в том числе частотой, напряжением (или в более общем смысле мощностью ультразвукового сигнала, испускаемого преобразователем), частотой следования импульсов, выбором фильтров и т.д. Ультразвуковой дефектоскоп 451 также принимает данные ультразвуковой дефектоскопии от преобразователей 414, 416.

В одном из вариантов осуществления ультразвуковой дефектоскоп 451 также имеет порты ввода и вывода (например, порты универсальной последовательной шины) для обеспечения возможностей связи непосредственно с персональным компьютером 470, который соединен с принтером 480. Персональный компьютер 470 служит для оператора рабочей станцией, позволяющей осуществлять мониторинг сбора данных, а также обеспечивающей возможности осуществлять дальнейший анализ собранных данных. Персональный компьютер 470 может содержать программное обеспечение для обработки собранных данных, обеспечивать функции мониторинга аварий, а также усовершенствованные функции визуализации для отображения данных ультразвуковой дефектоскопии.

- 9 024303

Например, в одном из вариантов осуществления неподвижный преобразователь 414 по линии 452 передает ультразвуковому дефектоскопу 451 сигнал, который по линии 471 передается далее персональному компьютеру 470, сохраняющему его. Аналогичным образом, индексирующий преобразователь 416 по линии 454 передает ультразвуковому дефектоскопу 451 сигнал, который по линии 471 передается персональному компьютеру 470, сохраняющему его для сравнения и оценки.

Управление устройством для ультразвуковой дефектоскопии.

На фиг. 5 показана электрическая управляющая схеме, иллюстрирующая работу и управление устройством для 10 ультразвуковой дефектоскопии согласно одному из вариантов осуществления. Устройство 10 для ультразвуковой дефектоскопии имеет ультразвуковой датчик 90 в сборе, взаимодействующий с ЦП 450, который согласует действие ультразвукового датчика 90 в сборе с возможностями испытательной арматуры 11 ультразвуковой дефектоскопии манипулировать колесом (путем управления пневматическими цилиндрами).

Например, в некоторых вариантах осуществления, ЦП 450 способен действовать как программируемый логический контроллер (ПЛК) для передачи по линиям 456 пневматическим цилиндрам испытательной арматуры 11 ультразвуковой дефектоскопии управляющих сигналов доставки и перемещения колеса 100 в раму 12 и из рамы 12 в сборе. Эти пневматические цилиндры имеются в поперечном удерживающем узле, вертикальном ограничительном узле, транспортном узле и загрузочном узле. ЦП 450 управляет каждым из пневматических цилиндров в упомянутых узлах с целью установки колеса в заданном положении в устройстве 10 для дефектоскопии. Несколько датчиков положения (не показаны), связанные с ЦП 450, инициируют соответствующую последовательность манипуляций в ЦП 450 при первоначальной установке колеса 100 в испытательной арматуре 11 дефектоскопии. Устройство для 10 для ультразвуковой дефектоскопии управляется программами системы программного обеспечения, выполняемыми ЦП 450.

Вместе с тем, в других вариантах осуществления, узел привода может являться единственным имеющимся в устройстве для ультразвуковой дефектоскопии механизмом манипулирования колесом, (т.е. управление пневматическими цилиндрами не требуется). В некоторых вариантах осуществления ЦП 450 все же необходим для управления датчиком 402 положения в сборе, индексирующим преобразователем 416, а также приводными электродвигателями 406, 408. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления ЦП 450 также входит в ультразвуковой датчик 90 в сборе.

Помимо управления пневматическими цилиндрами ЦП 450 также управляет работой приводного электродвигателя 204 узла 80 привода с целью вращения испытываемого образца. После того как испытываемый образец вошел в контакт с узлом 80 привода, в одном из вариантов осуществления ЦП 450 также может передавать по линии 458 управляющие сигналы запуска приводного электродвигателя 204 с целью регулируемого по времени вращения колеса 100 в раме 12 в сборе.

В одном из вариантов осуществления ЦП 450 также координирует управление частями ультразвукового датчика 90 в сборе, включая датчик положения в сборе индексирующего преобразователя 416. В этом варианте осуществления ЦП 450 может по линии 460 передавать приводным электродвигателям 406 и 408 управляющие сигналы для передачи индексирующему преобразователю 416. В других вариантах осуществления при неавтоматизированном сборе данных ультразвуковой дефектоскопии датчик 402 положения в сборе и ЦП 450 не требуются.

Сигнал неподвижного преобразователя 414 служит точкой отсчета для установления относительного местоположения дефектов колеса 100, которые регистрируются индексирующим преобразователем 416. В одном из вариантов осуществления сигналы индексирующего преобразователя 416 и неподвижного преобразователя 414 могут поступать по линиям 454 и 452, соответственно и передаваться ЦП 450 по линиям 455 и 453 для содействия управлению испытательной арматурой 11 дефектоскопии и соответствующему манипулированию и перемещению колеса.

Ультразвуковая дефектоскопия с фазированной антенной решеткой.

При желании может использоваться более современная аппаратура для ультразвуковой дефектоскопии, включая ультразвуковую дефектоскопию с фазированной антенной решеткой. В одном из вариантов осуществления ультразвуковой дефектоскоп 451 может представлять собой ультразвуковой дефектоскоп с фазированной антенной решеткой, способный с более высокой точностью управлять ультразвуковыми сигналами, передаваемыми и принимаемыми от преобразователя с фазированной антенной решеткой. В одном из вариантов осуществления ультразвуковой дефектоскоп с фазированной антенной решеткой ультразвуковой содержит генератор импульсов/приемник (не показан) для передачи и приема ультразвуковых сигналов и мультиплексор (не показан) для адресации многоэлементных фазовых преобразователей (не показан).

Преобразователи с фазированной антенной решеткой имеют многоэлементную структуру, позволяющую ультразвуковому дефектоскопу 451 по отдельности обращаться к конкретным элементам преобразователя и активизировать их с целью получения динамически регулируемой апертуры с вычисленным распределением по отдельности активизируемых элементов. Эти программируемые апертуры модифицируют для каждой интересующей области испытываемого образца, что позволяет фокусировать ультразвуковую энергию под определенным углом и на определенной глубине с тем, чтобы довести до

- 10 024303 максимума четкость зрительного представления этой области испытываемого образца. Передающий преобразователь с фазированной антенной решеткой (т.е. передающая апертура) и принимающий преобразователь с фазированной антенной решеткой (т.е. приемная апертура) могут действовать при независимо выбранных углах приема и передачи на заданном фокусном расстоянии и формировать желаемое изображение интересующей области испытываемого образца.

Сбор исходных данных.

Исходная установка ЦП 450 и ультразвукового дефектоскоп 451 включает проведение базовых ультразвуковых экспериментальных замеров эталонного колеса такого же размера, как испытываемые колеса. Данные замеров эталонного колеса железнодорожного вагона обеспечивают исходный набор эмпирических контрольных параметров для сравнения и оценки данных диагностики испытываемого образца, собранных с помощью преобразователей 414, 416.

Сбор данных испытываемого образца.

Колесо 100, опирающееся на ведущие ролики 150, 152, готово к диагностике и оценке подповерхностной структуры обода 106 колеса. В этом положении колесу 100 может придаваться вращение, как отмечено выше, путем приведения в действие приводного электродвигателя 204.

В одном из вариантов осуществления начальное относительное положение второго или индексирующего преобразователя 416 задается сигналом, улавливаемым первым или неподвижным преобразователем 414 внутренней боковой поверхности 108 обода, как показано на фиг. 4. Ультразвуковой дефектоскоп 451 по линии 452 передает ЦП 450 этот сигнал относительного положения, который используется для сравнения внутренней боковой поверхности 108 обода с эталонными данными колеса с целью установки второго преобразователя 416 в заданное положение. Положение второго или индексирующего преобразователя 416 зависит от исходных эмпирических данных эталонного колеса. Затем определяют местоположение осевой линии 118 поверхности 106 обода, которая задает расстояние, пройденное индексирующим преобразователем 416 от внутренней боковой поверхности 108 обода в сторону реборда 102 колеса.

Тем не менее, в этом варианте осуществления второй или индексирующий преобразователь 416 смещен от горизонтали на острый угол а, как показано на фиг. 4. Острый угол а соответствует величине углового смещения поверхности 106 обода от горизонтальной плоскости. Тем самым это смещение или уклон обеспечивается испытательной арматурой дефектоскопии с целью поддержания нормального или обращенного друг к другу взаимного расположения индексирующего преобразователя 416 и поверхности 106 обода.

В одном из вариантов осуществления преобразователь 416 в точке отсчета смещен от внутренней боковой поверхности 108 обода в сторону осевой линии 118 (см. на фиг. 2) колеса 100. После этого ведущие ролики 150, 152 придают вращение колесу 100. В одном из вариантов осуществления при вращении колеса 100 приводной электродвигатель 406 преобразователя пошагово перемещает индексирующий преобразователь 416 в сторону реборды 102 колеса. Приводной электродвигатель 406 преобразователя перемещает манипулятор 412 и вместе с ним индексирующий преобразователь 416.

В одном из вариантов осуществления преобразователь 416 пошагово перемещается вдоль поверхность 106 обода от внутренней боковой поверхности 108 обода к реборде 102 колеса со скоростью приблизительно 0,075 дюйма поперечного перемещения за оборот колеса, что обеспечивает диапазон перемещения по поверхности 106 обода около 0,675 дюйма. В одном из вариантов осуществления колесо 100 поворачивается на 9 оборотов с заданной частотой вращения. Тем не менее, число оборотов колеса может изменяться оператором с учетом колебаний размера колеса и других переменных параметров.

По мере того как индексирующий преобразователь пошагово перемещается по колесу, через контактную текучую среду 155 в баке 22 на поверхность 106 обода передается ультразвуковой сигнал для анализа подповерхностной структуры на наличие различных нарушений непрерывности или дефектов, таких как трещины, раковины и включения. Любая из упомянутых аномалий может вызвать нарушение непрерывности, признаком чего является присутствие отраженного сигнала, обнаруженного индексирующим преобразователем 416.

Отраженный сигнал, который можно уподобить отраженному сигналу радара, который обеспечивает сигнал для сравнения с исходными эмпирическими данными. Если сигнал не указывает на здоровую структуру колеса, может осуществляться дополнительная диагностика и оценка, ремонт или бракование колеса. Если мощность сигнал превышает заданное значение, компьютер может передать сигнал тревоги или другой сигнал, указывающий на неприемлемое изделие или на необходимость повторной диагностики.

В одном из вариантов осуществления описанное устройство для дефектоскопии отлеживает точное местоположение любых нарушений непрерывности путем регистрации точки отсчета на колесе. С помощью этих данных предложенное в изобретении устройство для дефектоскопии не только обеспечивает практичное средство проведения комплексной диагностики поверхности обода колеса, но также методику разработки программы профилактического технического обслуживания с использованием базы накопленных данных ультразвуковых характеристик для обнаружения зарождающихся дефектов. Кроме того, предложенное в изобретении устройство для дефектоскопии позволяет оценивать новые колеса железно- 11 024303 дорожных вагонов с целью проверки их структурной целостности, а также проверки эффективности процессов контроля качества, осуществляемых во время изготовления.

Хотя изобретение было описано на примере нескольких конкретных вариантов осуществления, эти варианты осуществления являются пояснительными, а не ограничивающими изобретение. В каждый из этих вариантов осуществления могут быть внесены различные модификации и дополнения, предложенные специалистами в данной области техники. Соответственно, изобретение должно быть ограничено не изложенным выше описанием или конкретными вариантами осуществления, приведенными в качестве примеров, а только прилагаемой формулой изобретения.

Claims (20)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии колеса, содержащая множество ведущих роликов, на которые опирается колесо, при этом по меньшей мере один из множества ведущих роликов имеет первую кольцевую секцию, закрепленную вокруг ведущего вала;

   вторую кольцевую секцию, установленную с возможностью скользящего контакта вокруг ведущего вала и примыкающую к первой кольцевой секции, в результате чего между первой кольцевой секцией и второй кольцевой секцией образуется углубление для контакта с колесом;

   крепежный элемент, соединяющий первую кольцевую секцию со второй кольцевой секцией, причем вторая кольцевая секция выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении относительно первой кольцевой секции;

   упругий элемент, заставляющий вторую кольцевую секцию перемещаться в сторону первой кольцевой секции; и приводной электродвигатель, соединенный с ведущим валом для вращения по меньшей мере одного из множества ведущих роликов.
2. 2. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.1, дополнительно содержащая отверстие, проходящее через вторую кольцевую секцию, при этом крепежный элемент находится в скользящем контакте с отверстием.
3. 3. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.1, в которой крепежный элемент прикреплен к первой кольцевой секции.
4. 4. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.1, дополнительно содержащая первое отверстие, проходящее через первую кольцевую секцию; и второе отверстие, проходящее через вторую кольцевую секцию, при этом крепежный элемент проходит через первое и второе отверстия.
5. 5. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.4, в которой крепежный элемент находится в скользящем контакте со вторым отверстием.
6. 6. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.4, в которой первое отверстие является резьбовым для контакта с крепежным элементом.
7. 7. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.1, дополнительно содержащая бак.
8. 8. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.7, дополнительно содержащая раму в сборе, на которой установлен бак, внутри которого дополнительно установлено множество ведущих роликов.
9. 9. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.7, в которой множество ведущих роликов установлено внутри бака, в котором дополнительно содержится контактная текучая среда.
10. 10. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.8, дополнительно содержащая ограничительный ролик, установленный на раме в сборе и служащий для избирательного контакта с колесом с целью сохранения вертикальной ориентации колеса на множестве ведущих роликов.
11. 11. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии колеса, содержащая множество ведущих роликов, на которые опирается колесо, причем по меньшей мере один из множества ведущих роликов предназначен для колеса, где по меньшей мере один из множества ведущих роликов имеет цилиндрический элемент, прикрепленный к свободному концу ведущего вала;

    кольцевую секцию, установленную с возможностью скользящего контакта вокруг ведущего вала и примыкающую к цилиндрическому элементу, в результате чего между цилиндрическим элементом и кольцевой секцией образуется углубление для контакта с колесом;

    крепежный элемент, соединяющий цилиндрический элемент с кольцевой секцией, причем кольцевая секция выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении относительно цилиндрического элемента;

    упругий элемент, заставляющий кольцевую секцию перемещаться в сторону цилиндрического элемента; и приводной электродвигатель, соединенный с ведущим валом для вращения по меньшей мере одного из множества ведущих роликов.

    - 12 024303
12. 12. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.11, дополнительно содержащая отверстие, проходящее через цилиндрический элемент, при этом крепежный элемент находится в скользящем контакте с отверстием.
13. 13. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.11, дополнительно содержащая первое отверстие, проходящее через цилиндрический элемент; и второе отверстие, проходящее через кольцевую секцию, при этом крепежный элемент проходит через первое и второе отверстия.
14. 14. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.13, в которой крепежный элемент находится в скользящем контакте с первым отверстием в цилиндрическом элементе.
15. 15. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.13, в которой крепежный элемент является неподвижным относительно кольцевой секции.
16. 16. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.11, дополнительно содержащая бак для контактной текучей среды.
17. 17. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.11, дополнительно содержащая бак для контактной текучей среды, внутри которого установлено множество ведущих роликов.
18. 18. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.16, дополнительно содержащая раму в сборе, на которой установлен бак, дополнительно внутри которого установлено множество ведущих роликов.
19. 19. Испытательная арматура ультразвуковой дефектоскопии по п.18, дополнительно содержащая ограничительный ролик, установленный на раме в сборе и служащий для избирательного контакта с колесом с целью сохранения вертикальной ориентации колеса на множестве ведущих роликов.
20. 20. Способ ультразвуковой дефектоскопии колеса с использованием устройства по пп.11-19, в котором устанавливают колесо на множество ведущих роликов, по меньшей мере один из которых предназначен для вращения колеса, при этом по меньшей мере один из множества ведущих роликов имеет цилиндрический элемент, прикрепленный к ведущему валу; и кольцевую секцию, примыкающую к цилиндрическому элементу, в результате чего между цилиндрическим элементом и кольцевой секцией образуется углубление для контакта с колесом, при этом кольцевая секция выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении относительно цилиндрического элемента для приспособления к изменениям толщины колеса;

    поддерживают с помощью упругого элемента, заставляющего кольцевую секцию перемещаться в сторону цилиндрического элемента, сжимающее усилие, воздействующее на колесо, при этом кольцевая секция смещается в осевом направлении;

    с помощью приводного электродвигателя вращают вал с целью придания вращения по меньшей мере одному из множества ведущих роликов;

    передают ультразвуковой сигнал от ультразвукового преобразователя на поверхностную структуру колеса для анализа поверхностной структуры на наличие дефектов;

    получают на ультразвуковой преобразователь отраженный ультразвуковой сигнал;

    сравнивают мощность отраженного сигнала с заранее заданным значением для обнаружения наличия дефектов на поверхностной структуре колес в случае превышения заданного значения отраженным сигналом.