автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Исследование акустических методов, создание мобильных систем и технологии технической диагностики железнодорожных рельсов

На правах рукописи УДК 620.179. 16

ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ, СОЗДАНИЕ МОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ

Специальность 05.11.13 — Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в ЗАО «Фирма ТВЕМА», г. Москва

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Бобров

Владимир Тимофеевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, Старший научный сотрудник

Шевалдыкин Виктор Гавриилович

Кандидат физико-математических наук, Старший научный сотрудник

Бадалян

Владимир Григорьевич

Ведущая организация:

НИИ Мостов и дефектоскопии

ФГУП «ПГУПС»

Защита состоится 20 декабря 2006 г. в 10 часов на заседании

диссертационного совета Д 520.010.01

ЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР»

По адресу: 119048,г. Москва, ул. Усачёва, 35, строение 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР»

Автореферат разослан 17 ноября 2006 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 520.010.01,

доктор технических наук, профессор Королев М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Безопасность функционирования железнодорожного (ж.д-) транспорта России, являющаяся важнейшим экономическим и социальным фактором, в значительной мере определяется техническим состоянием рельсового пути и мерами по поддержанию его качества. Одним из элементов системы обеспечения безаварийной эксплуатации пути является техническая диагностика (ТД) рельсов и мониторинг пути с применением комплекса методов неразрушающего контроля (НК), таких как акустический (ультразвуковой - УЗ), магнитный и др.

Для обеспечения непрерывного процесса эксплуатации ж.д. путей в суровых климатических условиях обширных территорий России и стран ближнего зарубежья разработана и реализована концепция многоэтапного контроля рельсов, включающая средства первичного и вторичного контроля, а также созданы и находятся в эксплуатации большое количество мобильных, съемных и ручных средств акустического и магнитного контроля рельсов.

Однако достоверность мобильных средств оказалась недостаточной, т.к. в 95% рельсов, изымаемых из пути, дефекты обнаруживаются съемными дефектоскопами, в связи с чем в обеспечении ТД рельсового пути в течение многих десятилетий заняты до 15 тыс. человек. Отсутствие средств автоматической обработки и регистрации результатов контроля также отрицательно сказывается на надежности контроля, которая зависит от квалификации и ответственности персонала, из-за недостаточного уровня которых до 20 % отказов объектов ж.д. транспорта по дефектам приходится на дефекты, пропущенные при НК. Причина этих недостатков заключается в нерешенности вопросов выбора оптимальных способов возбуждения и приема УЗ колебаний, снижения зависимости результатов контроля от влияния нестабильности акустического контакта, в слабом использовании достижений информационных технологий, недостаточной научной и экономической обоснованности концепции создания и технологии применения современных средств контроля пути. Все это свидетельствует об актуальности продолжения исследований в области физических основ УЗ НК, создания средств автоматизации НК и ТД и регистрации их результатов.

В связи с этим настоящая работа посвящена исследованию акустических методов и созданию на их основе мобильных систем и технологий технической диагностики железнодорожных рельсов с использованием цифровых систем обработки и регистрации. Важной частью работы является исследование природы образования и развития дефектов и её влияние на эффективность их обнаружения и идентификации. Цель работы

Целью работы является создание мобильных систем и технологии технической диагностики ж.д. рельсов с применением цифровой обработки и программно-регистрирующих комплексов, развитие концепции повышения эффективности и достоверности обнаружения и идентификации дефектов рельсов и мониторинга ж.д. пути.

Для достижения поставленной цели потребовалось:

1. Разработать способы ЭМА возбуждения УЗ волн в рельсах, наметить пути совершенствования технических средств и технологии технической диагностики и мониторинга рельсового пути.

2. Провести исследования электронно-акустического тракта средств скоростного ультразвукового контроля рельсов.

3. Разработать функциональные схемы аппаратуры и создать комплекс мобильных систем технической диагностики для многопараметровой оценки технического состояния рельсового пути.

4. Создать, провести испытания, сертифицировать и организовать серийное производство и промышленное внедрение мобильных систем ТД и НК рельсов и мониторинга пути с автоматической регистрацией результатов.

5. Разработать технологию и методику контроля рельсов на базе комплексного применения мобильных систем НК и ТД и измерительных систем контроля параметров рельсового пути.

Научная новизна

1. На базе цифровых технологий предложен способ повышения надежности УЗ контроля рельсов, уложенных в пути, с использованием управляющего напряжения, формируемого с учетом состояния акустического контакта.

2. Разработаны способы повышения помехозащищенности УЗ контроля с использованием цифровых методов фильтрации и динамического порога при обработке информативных сигналов.

3. Предложены и исследованы способы возбуждения и приема сдвиговых УЗ волн ЯУ и БН поляризации и рэлеевских волн с использованием ЭМА преобразования, разработаны конструкции ЭМАП с применением энергонезависимых постоянных магнитных систем.

4. Предложена и экспериментально подтверждена методика расшифровки характера выявленных дефектов рельсов на основе предварительной автоматической оценки типа дефекта по критериям.

Защищаемые положения

1. Способ управления чувствительностью и повышения помехозащищенности УЗ контроля рельсов с учётом состояния акустического контакта на основе использования цифровой временной регулировки чувствительности.

2. Способы ЭМА возбуждения и приема сдвиговых и рэлеевских УЗ волн и конструкции ЭМА преобразователей.

3. Принципы создания и организация эксплуатации мобильных систем ТД рельсов, уложенных в пути.

4. Критерии идентификации эхосигналов от дефектов рельсов с целью автоматизации расшифровки результатов контроля в процессе проезда мобильных систем диагностики.

5. Технология и методики контроля рельсов на базе комплексного применения мобильных систем НК и ТД и измерительных систем контроля параметров рельсового пути.

Практическая значимость и внедрение результатов работы

Полученные в работе результаты использованы при разработке технологии контроля рельсов, уложенных в ж.д. пути, при создании многоканальных УЗ дефектоскопов, аппаратно-программных комплексов для сбора, обработки, отображения и регистрации информации и мобильных систем НК и ТД рельсов, разработанных под руководством и при непосредственном участии автора.

Мобильные системы НК и ТД рельсов - вагон-дефектоскоп «ВД-1МТ», автомотриса дефектоскопная электрическая АДЭ-1МТ, лаборатория диагностики и мониторинга рельсового пути на комбинированном ходу «ЛДМ-1» сертифицированы органами Госстандарта, внесены в Реестр средств измерения на ж.д. транспорте и поставляются на сеть железных дорог России и стран СНГ.

Апробация работы

Основные материалы исследований доложены на международных и российских научно-технических конференциях по НК и ТД: 8'" ECNDT, Barcelona, 2002, XVI - XVII Российских научно-техн. конф. «Неразрушающий контроль и диагностика», Санкт-Петербург, 2002, Екатеринбург, 2005, Научно-технической конференции «Сварка на рубеже веков», Москва, 20-21 января 2003, Международном форуме «Ультразвуковая дефектоскопия - 75», Санкт-Петербург, 3-4 февраля 2003, Национальных научно-техн. конф. и выставках Украины и Молдовы, 2003 г., 3-й и 4-ой Международных выставках и конференциях «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», 17-18 марта 2004 и 17-21 мая 2005, Москва и др., мобильные системы и съёмные рельсовые дефектоскопы демонстрировались на международных и отечественных выставках средств НК и ТД «Дефектоскопия — 2001, 2002, 2003, 2004» в г. Санкт-Петербурге, выставках путевых машин в 20012005 гг., Калуга, и др. По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ и одно учебное пособие. На технические решения, реализованные в разработанных системах УЗ контроля ж.д. рельсов, получены 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 177 наименований и приложения. Объём работы составляет 185 страниц, в том числе 87 рисунков и 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы. Сформулирована цель и задачи исследования, приведена краткая аннотация работы, дана оценка научной новизны и практической ценности работы. Приведены сведения об её апробации.

В главе 1 дан анализ природы возникновения и характера развития дефектов рельсов и их влияния на надёжность эксплуатации ж.д. пути, рассмотрены типы дефектов рельсов, уложенных в пути. Показано, что на надёжность работы рельсового пути влияют нарушения технологии эксплуатации пути, неудовлетворительное содержание пути и состояние подвижного состава в условиях изменения параметров закрепления рельсов и динамических нагрузок, что способствует развитию усталостных дефектов и возникновению условий для выброса пути.

Дан обзор состояния теоретических и экспериментальных исследований УЗ и магнитных методов НК и ТД рельсов в России и за рубежом. Отмечено, что указанные исследования в течение многих десятилетий ведутся в таких организациях, как НИИ Мостов ПГУПС, ОАО «Радиоавионика» (г. Санкт-Петербург), ВНИИЖТ, ЗАО «НИИ интроскопии МНПО «СПЕКТР», НПП «ВИГОР» (г. Москва), ВНИИНК (НИИНК), НПП «РДМ» (г. Кишинев, Молдова) и др. Существенный вклад в развитие УЗ и магнитных методов НК и ТД внесли советские и российские ученые и специалисты А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов, В.В. Клюев, Н.П. Алешин, В.Т. Бобров, В.М. Бугаенко, Г.А. Буденков, А.Х. Вопилкин, Г.Я. Дымкин, В.Б. Каменский, М.В. Королев, JI.H. Косарев, Ю.В. Ланге, В.А. Лончак, В.Ф. Мужицкий, A.A. Марков, С.К. Паврос, A.A. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин, Г.С. Шелихов, В.Г. Щербинский и др. Важные исследования выполнены в США (G.A. Alers, R.B. Thompson и др.), Великобритании и Германии.

Представлен обзор мобильных систем ТД ж.д. рельсов и систем автоматической регистрации результатов контроля, использующихся на железных дорогах России и за рубежом. Рассмотрено влияние периодичности и технологии контроля рельсов на надёжность обнаружения дефектов. Отмечено, что из-за высокой периодичности и низкой достоверности контроля затраты на рельсовую дефектоскопию составляют около 3 % эксплуатационных расходов путевого хозяйства, при этом допускаются пропуски опасных дефектов. Рассмотрены недостатки существующей методологии и технологии контроля, а также методов и средств НК и ТД, не обеспечивающих, в частности, надежного обнаружения дефектов так называемого «северного варианта», дефектов болтового отверстия с ориентацией «вниз к стыку» и др., что приводит к пропускам дефектов, значительным затратам на проведение повторного НК и увеличению объема ремонтных работ ж.д. пути. Отмечается сложность обнаружения эхометодом развитых дефектов головки рельса из-за их зеркальной поверхности, зависимость надёжности контроля от состояния акустического контакта, особенно при зеркально-теневом методе УЗ контроля рельсов с применением пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП). Также существенно

влияние на надежность контроля таких, зависящих от состояния рельсов и условий контроля, факторов, как нарушение акустического контакта и изменение зазора ПЭП с рельсом, и др. Ограниченный динамический диапазон существующих средств дефектоскопии, нестабильность акустического контакта и нелинейность приемного тракта затрудняют измерение амплитуд эхо и донных сигналов, что затрудняет паспортизацию пути и решение задачи снижения расходов на проведение НК и замену дефектных рельсов.

Разработанные в последнее десятилетие российскими производителями автомотрисы дефектоскопные и вагоны-дефектоскопы, существующие технология и организация НК и ТД рельсового пути по таким параметрам как надежность в эксплуатации, достоверность обнаружения дефектов и др. также не обеспечили требования безопасной эксплуатации ж.д. пути. Недостаточно эффективно и экономически обоснованно устанавливаются требования к периодичности и производительности контроля, слабо учитывается положительный опыт НК и ТД на зарубежных железных дорогах с использованием мобильных систем на комбинированном ходу.

Поэтому потребовалось провести исследования акустических методов и разработать технологию и комплекс мобильных систем НК и ТД ж.д. рельсов с применением цифровой обработки и программно-регистрирующих систем на основе информационных технологий.

В главе II изложены результаты исследования способов контроля акустического контакта и повышения помехоустойчивости приемного тракта цифровых УЗ дефектоскопов, разработки бесконтактных способов возбуждения и приёма УЗ волн и выбора параметров электронного тракта систем скоростного контроля рельсов.

В разделе 2.1 предложен и исследован способ контроля качества акустического контакта ПЭП с объектом контроля по сигналам диффузных отражений от структуры металла или неровностей поверхности рельсов (патент РФ на изобретение № 2270998). С помощью программируемой ВРЧ во временной зоне, удаленной от зоны контроля, предложено увеличивать усиление до уровня, позволяющего регистрировать сигналы диффузных отражений и использовать эти сигналы для оценки качества акустического контакта. Система контроля

акустического контакта (функциональная схема представлена на рис. 1) входит в состав аппаратуры «ЭХО-

КОМПЛЕКС», реализующей

Рис. 1. Функциональная схема системы контроля акустического контакта (ГИВ - генератор импульсов

возбуждения, УИС - усилитель информативных импульсов, СРЗ - строб рабочей зоны, СКАК - строб контроля акустического контакта, ФАХ — формирователь амплитудной характеристики, СС - схема сравнения4)

предложенный способ. Характерные дефектограммы, полученные с помощью аппаратуры «ЭХО-КОМПЛЕКС», при прозвучивании бездефектного рельса (а) и при обнаружении дефекта (б) показаны на рис. 2. При изменении акустического контакта уровень сигнала в зоне контроля резко изменяется, при этом уверенно наблюдаются сигналы шумов структуры металла. Используя сигналы шумов структуры или диффузные сигналы, формируются управляющие сигналы для корректировки чувствительности усилителя каждого канала контроля в отдельности. Программный принцип формирования управляющего напряжения позволяет исключить влияние на управляющий сигнал кратковременных изменений амплитуд информативных сигналов, связанных с появлением в зоне контроля дефектов.

а) 61 в)

Рис.2. Дефектограммы рельсов: а) бездефектного - при наличии акустического контакта, б) с дефектом - при наличии акустического контакта, в) при работе помехозащиты

В этом же разделе приведены результаты исследования способов повышения помехоустойчивости приемного тракта цифрового УЗ дефектоскопа. В основу предложенного способа повышения помехоустойчивости УЗ контроля заложен принцип адаптации к медленным изменениям уровня шума при помощи устройства с плавающим порогом отсечки снизу, благодаря чему удается подавить протяженные во времени шумовые сигналы, в то время как эхосигналы от дефектов наблюдаются без искажений (рис. 2в). Опытная эксплуатация УЗ дефектоскопа с описанной схемой премного тракта показала существенное повышение достоверности результатов контроля, в особенности при контроле объектов с повышенным уровнем помех от распределенных мелких отражателей, например, так называемых, «шумящих» рельсов.

В разделе 2.2 приведено обоснование выбора параметров и особенности конструкции ЭМАП для возбуждения и приема сдвиговых 8Н и БУ -поляризации, и рэлеевских в низкочастотной области диапазона УЗ волн. Показано, что ЭМАП с использованием постоянных магнитов на основе редкоземельных металлов обеспечивают на поверхности металла головки рельса индукцию, превышающую 1 тл, имеют малые габариты и массу.

По аналогии с выражением, предложенным А.К. Гурвичем для ПЭП, для амплитуд эхосигналов от отражателей, расположенных в дальней зоне ЭМАП, получено уравнение

V = и,Впг КЯ^ЛЬ' I Х,')(\1 г)(М гч)е^\ (1)

где и0- амплитуда зондирующего импульса, - индукция магнитного поля,

К- коэффициент, характеризующий электропроводность поверхности металла рельса,

,5'0 - площадь области возбуждения Ь - размер отражателя (модели дефекта), Я, - длина сдвиговой волны в металле рельса,

г - путь УЗК в металле до отражателя,

8, - коэффициенты затухания сдвиговой волны в металле рельса,

- коэффициент и показатели, определяемые формой отражателя.

Из уравнения видно, что амплитуда эхосигнала пропорциональна амплитуде зондирующего импульса {/„, квадрату индукции магнитного поля в], коэффициенту К, характеризующему электропроводность поверхности металла рельса, площади области возбуждения Анализ выражения (1) позволил

обоснованно сформулировать требования к параметрам основных функциональных узлов ЭМАП и дефектоскопа, таким как амплитуда зондирующего сигнала, индукция магнитного поля и площадь области возбуждения ЭМАП, что позволило сформировать необходимую диаграмму направленности.

Отмечается особенность диаграмм направленности ЭМАП для возбуждения и приема сдвиговых ЗУ-поляризации, и рэлеевских волн, заключающаяся в двунаправленное™ излучения-приема. В диссертации приводятся параметры ЭМАП и аппаратуры, примеры реализации метода.

В разделе 2.3 даны рекомендации по выбору схем прозвучивания рельсов при контроле с применением ПЭП, обеспечивающих возбуждение и прием УЗ продольных и сдвиговых ЗУ-поляризации волн с учётом изменений характера дефектов, возникающих при различных сезонных и нагрузочных воздействиях. Отмечено, что для повышения достоверности обнаружения дефектов усталостного происхождения в головке и подошве рельсов при УЗ контроле рельсов с использованием ПЭП приходится применять всё многообразие схем прозвучивания, а многие каналы прозвучивания дублировать для повышения эффективности обнаружения произвольно ориентированных дефектов. В разделе 2.4 приведено обоснование выбора функциональных схем, типа и параметров элементов электронного тракта цифровых дефектоскопов при работе в различных частотных диапазонах при возбуждении и приеме сдвиговых и рэлеевских волн, в частности, в форме колоколообразного зондирующего импульса с амплитудой 1,0-5-1,8 КВ и логарифмического усилителя (ЛУ), обеспечивающих высокую чувствительность и динамический диапазон 80 дБ. Благодаря применению ЛУ, обеспечивающего получение многократных донных сигналов без искажения (рис. 3), удалось реализовать в полной мере «способ отношений», предложенный А.К. Гурвичем для количественной оценки

1

и«!, -Л - -

О 100 200 300 400 Время, мю:

Рис. 3. Многократные донные сигналы пои использовании ЛУ

выявляемое™ дефектов при зеркально-теневом методе. С учетом логарифмического закона изменения амплитуд многократных донных сигналов в предложенном автором варианте электроакустического тракта возможно определение дефекта по соотношению первого Ut, второго t/2 или n-го t/„ донных сигналов, определяемому как:

К* или = т^Г- (2)

По значению Кс можно судить об эквивалентных размерах дефектов, выявленных в изделии.

Сформулирован и реализован принцип построения функциональной схемы многоканального дефектоскопа на основе формирования независимого цифрового канала, обеспечивающий возможность унификации блоков, адаптации к объекту контроля и наращивания каналов контроля.

В главе III приводятся результаты исследования взаимодействия УЗ волн, возбуждаемых ЭМАП, с дефектами рельсов. Исследования выполнены на образцах рельсов с искусственными дефектами и изъятых из пути рельсах с реальными дефектами, обнаруженными штатными средствами дефектоскопии. В качестве моделей дефектов болтовых отверстий использованы отражатели высотой 6мм, имитирующие трещины, ориентированные горизонтально и под углом 45° к вертикали относительно оси болтовых отверстий, выполненные в изготовленных ЗАО «Фирма ТВЕМА» СОП. Дефекты типа трещин головки, шейки и подошвы рельса имитировались несплошностями в головке в виде продольного вертикального паза, выполненного электроискровым методом, продольного и поперечного пазов, выполненных фрезерованием, а также ступеньки в подошве и сверления в шейке. В связи с использованием при скоростном НК линейного сканирования рельса путем перемещения преобразователей вдоль его оси особое внимание уделялось исследованию зависимости амплитуды эхосигналов от дефектов, болтовых отверстий и торцов рельсов от расстояния A=J{L).

Сравнительная оценка эффективности обнаружения дефектов осуществлялась по методике, предложенной A.A. Марковым [13].

В разделе 3.1 описан разработанный стенд для физического моделирования процессов взаимодействия УЗ волн с характерными дефектами рельсов (рис. 4), в состав которого входит стандартная аппаратура - задающий генератор, цифровой осциллограф и ПК, а также созданные на базе выполненных исследований ЭМАП, генератор импульсов возбуждения и усилитель и аттестованные стандартные образцы предприятия СОП-1Р-65, СОП-2Р-65, СОП-ЗР-65 с искусственными дефектами в головке, шейке и подошве рельса, характер и размеры которых соответствуют требованиям к параметрам недопустимых дефектов. Обработка результатов измерений проводилась с применением программного обеспечения Н107 и стандартных программ ПК. Исследования выполнялись с использованием прямых ЭМАП для возбуждения и приёма сдвиговых волн, возбуждаемых по нормали к поверхности катания головки рельса (SH - поляризации), наклонных ЭМАП для возбуждения и приёма сдвиговых волн,

распространяющихся под углом 37° и 41° (БУ -поляризации), и

поверхностных (рэлеевских - ИЛУ) волн. Магнитная система ЭМАП с энергонезависимыми постоянными магнитами на основе редкоземельных металлов (сплав неодима с железом и бором), обеспечивала индукцию от 1,0 до 1,2 Тл. Амплитуда возбуждающего импульса — не менее 1 кУ, длительность определялась количеством периодов высокочастотных колебаний, которое регулировалось в пределах от 3-х до 10-ти, и выбранными рабочими частотами - 2,5, 1,0, 0,5 и 0,2 МГц. Усилитель 5 с логарифмической характеристикой обеспечивал усиление принимаемых сигналов в полосе частот от 0,1 до 5,0 МГц с динамическим диапазоном 80 дБ. В связи с большим усилием притяжения ЭМАП с мощной магнитной системой к рельсам была спроектирована и изготовлена каретка, обеспечившая плавное перемещение ЭМАП при стабильном зазоре 1 мм.

С применением разработанных аппаратуры и ЭМАП выполнены исследования взаимодействия УЗ волн с дефектами головки, шейки и подошвы рельсов.

В разделе 3.2 изложены результаты исследования акустического тракта канала обнаружения дефектов рельсов с использованием прямых ЭМАП. Исследована возможность применения УЗ БН волн, возбуждаемых прямым ЭМАП на частоте 2,5 МГц для обнаружения вертикального расслоения (код ЗОВ. 1-2). В качестве искусственного дефекта использовалась вертикальная продольная риска в головке рельса длиной 10 мм, глубиной 5 мм с раскрытием 0, 3 мм, выполненная электроэрозионным методом. На рис. 5 показаны реализации многократных донных сигналов на выходе

1 -СОП, 2 - ЭМАП, 3 - генератор импульсов возбуждения, 4- задающий генератор, 5 - усилитель, 6 — цифровой осциллограф, 7 - ПК

Рис.5. Соотношение многократных донных сигналов на выходе ЛУ при прозвучивании: а) бездефектного рельса, б) рельса с дефектом типа риски по оси головки

логарифмического усилителя, полученные при прозвучивании бездефектного участка рельса (рис. 5а) и рельса с дефектом типа риски в головке (рис. 56). Сопоставление сигналов показало, что ослабление донных на дефекте риски составляет не менее 12 дБ, что позволяет уверенно реализовать зеркально-теневой метод контроля. Столь высокая чувствительность к дефектам обеспечена выбором поляризации БН волны с ориентацией смещений в направлении поперек риски.

Дефекты шейки рельса

имитировались отверстием диаметром 3 мм глубиной 60 мм, ориентированного вдоль оси рельса на расстоянии 100 мм от поверхности головки, и в виде поперечных пазов в торце и в средней части рельса, в зоне проекции шейки в подошву с отражающей

i Эх де< * осн >ек" гпа га ш II от ейк н 1' ккый —1— ¡

^aJL

Время, МКС

120 Бргмя, МКС

а>

61

Рис. 6. Сигналы от дефектов в шейке: а) в виде паза 20 х4мм на

расстоянии 10 мм от поверхности подошвы, б) в виде отверстия вдоль оси рельса диаметром 3 мм и глубиной 60 мм на расстоянии 100 мм от поверхности головки

поверхностью длиной 20 мм и шириной 4мм, выполненного на расстоянии 10 мм от поверхности подошвы рельса. .Реализации эхосигналов и донных, соответствующих прозвучиваемым участкам рельсов, представлены на рис. 6. Как видно на рис. 6 эхосигналы от дефектов шейки четко выделяются на фоне шумов, что обеспечивает их автоматическую регистрацию, а донные сигналы ослабляются на дефектах на 10-12 дБ, что является дополнительным критерием при расшифровке результатов контроля для отнесения дефектов к опасным.

Дефекты болтовых отверстий рельсов, составляющие более 7% от общего числа дефектов, являются весьма опасными и распространенными. Трудность обнаружения этих дефектов связана с их сложной ориентацией и слабой отражающей способностью. Результаты исследований представлены на рис. 7 -9 в виде графических зависимостей и реализаций эхосигналов. На рис. 7 показаны зависимость донных 1 и эхо-сигналов 2, 3 от расстояния от оси (рис. 7а) и реализации многократных донных (рис. 76) и эхо- сигналов от болтового отверстия (рис. 7в), полученных в результате прозвучивания прямым ЭМАП на частоте 2,5 МГц зоны болтового отверстия, не имеющего дефектов. Здесь 2 -первый 3 - второй эхосигнал от болтового отверстия. Соотношение максимальных значений амплитуд эхо-сигналов от болтового отверстия и дефекта и минимальных значений амплитуд донных сигналов и временных интервалов изменений амплитуд указанных сигналов прямого ЭМАП является существенным критерием определения дефектности болтового отверстия.

Как видно, эхо-сигналы отличаются высоким отношением сигнал/шум и большим динамическим диапазоном, что обеспечивает возможность реализации при зеркально-теневом методе контроля предложенного А.К. Гурвичем способа обнаружения дефектов произвольной ориентации при сильно-корродированной подошве по соотношению амплитуд 1-го и 2-го донных сигналов.

"V /

\

\ / / /

\ \ \г /

\ <ь

1 1 1 1 1 м /

1 2-й \

»к

(

2« Ь.мм

эо» пц и. »»

ЗонлФТ" | | » | !

м 11 Эхо сыты 11 1ал1М«г* упсрспм

Г V

щ* 1 к1*,

1 ▼

1

\

во Время, мкс

а) б) В)

Рис. 7. Зависимость амплитуды донного и эхосигналов БН волны АЛс =/(¿г) и Аэс =/(Ьт) от расстояния Ь от оси болтового отверстия рельса без дефектов - а) и реализации донных - б) и эхосигналов в области их максимальных значений - в)

На рис. 8 представлены результаты исследования зависимости амплитуд донного Аде =/(¿т) и эхо- сигналов Ах =/(Ьт) прямого ЭМАП от расстояния от оси болтового отверстия с трещиной, развивающейся в горизонтальной плоскости. Как видно из полученных зависимостей (рис. 8а), области минимальных значений донных сигналов 1 соответствуют максимальные значения эхосигналов от болтового отверстия 2 и дефекта 3.

Отраженные от болтового отверстия 2 и от дефекта 3 эхосигналы четко различаются. Реализации эхосигналов от дефекта в области максимальных значений (рис. 86) отличаются большим значением отношения сигнал/шум, острая диаграмма направленности ЭМАП обеспечивает получение двух отражений от дефекта и четкое разделение сигналов от дефекта и от болтового отверстия. Близкие значения эхосигналов от дефекта и болтового отверстия соответствуют области пересечения кривых 2, 3 (на рис. 8а выделена эллипсом) и существенно превосходят сопутствующие импульсы помех, при этом они также разнесены во времени, что позволяет автоматизировать процесс распознавания дефектов. Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности надежного обнаружения горизонтальных трещин болтовых отверстий с использованием прямых ЭМАП.

Результаты исследования зависимости амплитуд эхосигналов Аж = / (Ьт) от болтового отверстия 1 и от дефекта 2 прямого ЭМАП от расстояния от оси болтового отверстия с трещиной, развивающейся вверх под углом 45° к поверхности катания, представлены на рис. 9а. Дефект имитируется пропилом глубиной 10 мм. Реализация эхосигналов, соответствующая области близких значений эхосигналов (рис. 9а), представлена на рис. 96.

1 Э »сигнал

/

«1 I д*ф«кт* ——

[

Дан

а)

б)

Рис. 8. Зависимость амплитуды эхосигналов БН волны Ах =/(Ьт) от расстояния от оси болтового отверстия с горизонтальной трещиной - а) (1- донные, 2, 3 - эхо-сигналы от болтового отверстия и от дефекта) и реализации донных и эхо- сигналов в области максимального эхосигнала от дефекта - б) и близких значений эхосигналов от дефекта и болтового отверстия - в)

Полученные результаты могут использоваться для расчета параметров сканирования рельсов (скорости движения мобильной системы и частоты следования зондирующих импульсов), обеспечивающих шаг сканирования, исключающий пропуск дефектов.

Для оценки эффективности использования прямого ЭМАП для обнаружения реальных дефектов рельсов были проведены исследования на образцах рельсов с дефектами кода 21.2 и 53.1, обнаруженными мобильными средствами НК рельсов и подтвержденными операторами. При проведении исследований использовался прямой ЭМАП, рабочая частота 2,5 МГц, зазор - 1 мм.

Предварительное исследование образца рельса с дефектом кода 21.2 показало, что эхо-сигналы от

дефекта отсутствуют, дефект слабо отражает НЧ волну Рэлея в головке рельса, что

позволило предположить, что

дефект имеет большой наклон и переходит в шейку. Перемещение ЭМАП в зоне расположения дефекта составило 80 мм. Общий вид рельса с дефектом кода 21.2 и зависимость донных сигналов от расстояния от оси симметрии дефекта показаны на рис. 10. Характер ослабления донных сигналов (1 -первый, 2 - второй донный сигналы) на дефекте и протяженность более 40 мм

Врем* икс

Рис.9. Зависимость амплитуды эхосигналов БН волны Аж = /(¿г) от болтового отверстия и модели дефекта (код 53.1) под 45° вверх - а) и реализация эхосигналов в области близких значений -б)

— 1 ■

\ у У

\ 1

. 1 1

\ 1 /

\ 1

1 1

1 е.! /

д //

_ _ ¿«0 •

-40 -30 -2* -10 в 1« 20 М 40 Р«сстоямг от «ск скммгтраа д*ф«гге. мм

64

зоны резкого уменьшения донных сигналов подтверждают предварительны й вывод о значительной протяженности и сильном наклоне

дефекта и

возможности надежного обнаружения

указанного дефекта прямым ЭМАП зеркально-теневым методом контроля. Исследования болтового отверстия с реальным дефектом 53.1 выполнены с использованием прямого ЭМАП с рабочей частотой 2,5 МГц (рис. 11а).

Дефект представляющий собой диагональную трещину 53.1 (развит под 45° вверх к стыку и вниз в сторону подошвы от болтового отверстия), уверенно обнаруживался зеркально-теневым методом по всей его протяженности ввиду полного отсутствия донных сигналов. Эхосигналы ввиду гладкой поверхности трещины по большей части ее протяженности также отсутствуют, и лишь на одном участке с шероховатой отражающей поверхностью был получен эхосигнал (рис. 116).

Рис. 10. Характер ослабления донных сигналов на дефекте кода

21.2: а) общий вид оборудования, б) зависимость донных сигналов от расстояния от оси симметрии дефекта А ¿с =/(¿т)

Эхосигналы

от болтового . отверстия

\ я«*

||

• • г ч

1

а)

80 Время, икс

64

Рис. 11. Общий вид рельса с дефектом кода 53.1 - а) и реализации эхосигналов от болтового отверстия с дефектом 53 .1 вверх — б) и дифрагированного сигнала от кромки дефекта с развитием вниз под 45°

Отмеченное сочетание отсутствия донного сигнала и эхосигналов при наличии эхосигнала от болтового отверстия свидетельствует о наклонном характере дефекта, что является критерием для отнесения дефекта к коду 53.1 при автоматической расшифровке результатов контроля. При проведении исследований был отмечен факт возникновения эхосигнала от дефекта, ориентированного вниз под углом 45° к стыку, при прозвучивании прямым ЭМАП, что связано с дифракцией БН волны на границе дефекта (рис. 11в).

В разделе 3.3. приводятся результаты исследования акустического тракта канала обнаружения дефектов рельсов с использованием наклонных ЭМАП. Физическое моделирование процессов взаимодействия УЗ волн с вертикальной (ЭУ) поляризацией с отражателями типа болтовых отверстий с трещинами различной ориентации и дефектами подошвы и головки рельса особенно важно, поскольку на отдельных железных дорогах дефекты типа трещин болтовых отверстий радиальной ориентации составляют от 40 до 60% всех обнаруживаемых дефектов, а последствия пропусков коррозионных дефектов подошвы и контактно-усталостных трещин головки могут иметь катастрофический характер. Угол наклона УЗ луча наклонных ЭМАП при

возбуждении сдвиговых 8У- поляризации

колебаний составлял 37° или 41°, при рабочей частоте 1МГц и 0,5МГц,

соответственно, при этом осуществлялось излучение УЗК через шейку в подошву рельса. Особенностью наклонного

возбуждения сдвиговых ЭУ - поляризации УЗ волн ЭМАП является, как это было показано в предыдущей главе, двунаправленность, что позволяет решать

задачу одновременного прозвучивания рельсов,

Ь, мм

| > I

|

!

к »

V А

1

III :м*и }

1

* А* Л*

б)

в)

Рис. 12. Зависимость Азс =f (Ьт) от торца и моделей дефектов в головке - а), и реализации эхосигналов в подошве - б) и головке рельса

как в направлении движения, так и в обратном направлении. Для преодоления притяжения магнита ЭМАП располагался на миниатюрной каретке, обеспечивающей стабильный зазор между поверхностью головки рельса и рабочей поверхностью ЭМАП, регулируемый в пределах от 0,3 до 1 мм. Дефекты головки и подошвы - поперечные трещины (коды 20.1-2, 21.1-2, 24.1-2, 25.1-2, 26.3, 27.1-2, 69) имитировались отражателями в виде ребра торца, пропилов и фрезеровок соответствующих размеров. Зависимости амплитуд

А, отн.

расстояния до торца и моделей дефектов в головке и подошве, полученные при использовании ЭМАП 41° на частоте 0,5 МГц, представлены на рис. 12а. Здесь кривая 1 соответствует зависимости амплитуды эхосигнала Ах =/(¿г) от нижнего ребра торца рельса, кривая 2 - от пропила в подошве с размерами 20x4 мм, кривая 3 — от верхнего ребра торца рельса. Зависимости 1 и 2 получены при прозвучивании рельса прямым лучом, а кривая 3 — при прозвучивании однократно-отраженным от подошвы лучом. На рис. 126, в представлены реализации эхосигналов, полученных при их максимальных значениях от нижнего и верхнего ребра торца рельса. Соотношение эхосигналов и шумов дает основание считать, что дефекты в головке и подошве, находящиеся в зоне проекции шейки рельса и выходящие на поверхность катания головки или подошвы, будут уверенно выявляться. К таким дефектам можно отнести, прежде всего, дефекты сварных стыков (коды 26.3, 66.3), дефекты усталостного происхождени я (коды 20.1-2, 21.1-2), закалочные трещины (код 27.1-2) в

головке. Характер зависимости амплитуд эхосигналов от расстояния до торца рельса Ах = / (1Т), их временные

задержки и др. параметры являются признаками для определения критериев автоматической предварительной расшифровки результатов проездов.

Пхосигнал от ; дефект кода 52.1

а)

10 203040ж&0л)в0 Бремя, юх б^

Рис. 13. Зависимость амплитуды эхосигнала Л* =/(Ьт) от модели дефекта (код 52.1>— а), и его реализация -б) в (СОП - 1Р)

В)№МЙ, мке

Рис. 15. Трансформация ЗУ волны на искусственных дефектах болтового отверстия

Исследования взаимодействия УЗ волн БУ — поляризации с дефектами шейки и болтовых отверстий рельсов показали, что наклонный ЭМАП на частоте 1 МГц обеспечивает обнаружение дефекта кода 52.1 (трещина под головкой на торце рельса), в частности, уверенно выделялся эхосигнал от дефекта в виде горизонтального пропила глубиной 5 мм в СОП-1 (рис. 13).

На рис. 14 показаны реализации эхосигналов, полученных в результате прозвучивания зоны болтовых отверстий, имеющих дефект типа трещины, развивающейся вниз под углом 45° к стыку рельса, и их

зависимости от расстояния от стыка рельса. Соотношение амплитуд эхосигналов, отраженных от болтового отверстия и от трещины,

полученных с использованием наклонных ЭМАГТ, свидетельствует о

целесообразности использования для обнаружения подобных дефектов ЭМАП с углом ввода 41-5-45°.

При проведении исследований был отмечен интересный эффект возникновения трансформированной рэлеевской волны на болтовом отверстии с двумя искусственными дефектами типа трещин (рис. 15), ранее изучавшийся Н.П. Алёшиным, Г.А. Буденковым, А.К. Гурвичем и др. Важно отметить, что эффект трансформации имел место в узкой области озвучивания болтового отверстия наклонным ЭМАП с углом ввода 41°.

Следует заметить, что многие влияющие факторы, усложняющие настройку чувствительности автоматических дефектоскопических систем из-за влияния нестабильности акустического контакта, качества поверхности рельса и др., при использовании ЭМАП исключаются. Это позволяет использовать амплитудный признак в качестве основы повышения надежности обнаружения дефектов, достоверности контроля и снижения перебраковки из-за вынужденного завышения чувствительности контроля автомотрисами, вагонами-дефектоскопами и съёмными рельсовыми дефектоскопами.

По результатам исследований разработаны рекомендации по применению для контроля конкретных областей рельсов соответствующих типов УЗ волн и ЭМАП (табл.3).

_Таблица 1

№ п/п Тип УЗ волн, тип ЭМАП, угол ввода Контролируемая область рельса, метод УЗ контроля

Головка Шейка Болтовое отверстие Подошва Сварной стык

Сдвиговая (8Н) волна Прямой, 0° зтм, Эхометод ЗТМ, Эхометод ЗТМ, Эхометод ЗТМ, Эхометод ЗТМ

2 Сдвиговая (БУ) волна Наклонный, 37°, 41° Эхометод Эхометод Эхометод Эхометод Эхометод

3 Рэлееаская волна Наклонный, 90° Эхометод Теневой • • - -

В главе 4 сформулированы принципы создания и организации эксплуатации мобильных систем технической диагностики рельсового пути, рассмотрены

А, отн.ея-1

1 I * •

* 1 4

1 ] V

1 Л 1

2» 40 «0 80 100 120

Расстояние до торця рельса, мм

а) б)

Рис. 14. Зависимость Аж =/(£г) от модели дефекта под 45° вниз к стыку (код 53.1) и от болтового отверстия — а), и его реализации -б) в (СОП - 1Р). (1,3 -от дефекта, 2 - от болтового отверстия)

конструктивные особенности и технические характеристики разработанных систем НК и ТД рельсов, данные об опыте их эксплуатации, примеры обнаруживаемых дефектов рельсов и статистика их выявляемое™, вопросы стандартизации и метрологического обеспечения, изложены предложения по развитию концепции НК и ТД рельсового пути.

В разделе 4.1 изложены принцип действия, функциональные схемы и технические характеристики разработанных специалистами ЗАО «Фирма ТВЕМА» с учетом полученных в диссертации рекомендаций аппаратно-программных дефектоскопических комплексов в составе многоканального дефектоскопа «ЭХО-КОМПЛЕКС» и систем регистрации «КРУЗ-2», «КРУЗ-М», «КРУЗ-тоЫ1», предназначенных для комплектования автомотрис дефектоскопных, вагонов-дефектоскопов, машин технологического контроля пути и лабораторий диагностики на комбинированном ходу. Цифровой дефектоскоп «ЭХО-КОМПЛЕКС» реализует эхоимпульсный метод УЗ контроля с контактным способом ввода УЗ колебаний и магнитный метод НК (рис. 16). Для сбора, обработки, отображения и регистрации информации используется аппаратао-программный комплекс серии «КРУЗ-М».

Гшс! I шс-1 I Гт^»П

Рис.16. Цифровой ультразвуковой дефектоскоп «ЭХО-КОМПЛЕКС»: а) функциональная схема, б) общий вид электронного блока

Канальная настройка и проверка таких параметров дефектоскопа «ЭХО-КОМПЛЕКС», как усиление, ВРЧ, порог чувствительное™ и частота возбуждения ПЭП, производится под управлением программы "РРТипе". Рассматривается алгоритм обработки информации и порядок расшифровки результатов проездов с предварительной автоматической оценкой результатов контроля по критериям, определены функции программно-управляемых многоканальных дефектоскопов и разработаны структурные схемы комплексов. Аппаратао-программные комплексы типа «КРУЗ-2», «КРУЗ-М», «КРУЗ-тоЬП», разработанные с использованием персональных компьютеров (рис. 17), позволяют регистрировать до 20 каналов информации, поступающей с дефектоскопов. Предусмотрена возможность наращивать число каналов за счет использования нескольких многоканальных дефектоскопов с общей

а) б)

Рис. 17. Общий вид аппаратно-программных комплексов: а) «КРУЗ-2», б) «КРУЗ-шоЬП»

синхронизацией. Время сканирования и «мертвая зона» в каждом отсчете выбирается пользователем. Гибкая система программной конфигурации каналов позволяет полностью настраивать все рабочие параметры канала, такие как ВРЧ, «мертвая зона», тип канала (прямой/наклонный, раздельный, раздельно-совмещенный), время сканирования, разрешение (мкс/отсчет). Учитывая большой объем обрабатываемой информации, наличие в поле зрения оператора одновременно более 10-ти каналов регистрации результатов контроля и сигналов помех, алгоритм обработки информации комплексов «КРУЗ» предусматривает предварительную автоматическую расшифровку результатов контроля путем выделения подозрительных мест на основе анализа сигналов по критериям, а также цифровую фильтрацию помех.. Такой подход к организации аппаратно-программного комплекса позволил значительно ускорить

расшифровку в процессе проезда, разгрузить оператора от утомительной работы и создать предпосылки для автоматической идентификации дефектов, по меньшей мере, с глубиной до группы. Программа содержит все традиционные меню,

обеспечивающие привязку

информации к координатам пути,

сервисную подпрограмму и т.д. Характерный вид экрана монитора комплекса показан на рис. 18. Информация обо всех обнаруженных дефектах автоматически распечатывается в виде ведомости контроля и передается для натурного осмотра дефектных рельсов и принятия окончательного решения об их замене.

В разделе 4.2 рассмотрены конструктивные особенности и технические характеристики мобильных систем НК и ТД рельсов в пути - автомотрисы «АДЭ-1МТ», вагона-дефектоскопа ВД-1МТ, машины технологического контроля пути

МТКП, ___ _и ь:-.--:-. --

мобильных лабораторий диагностики, паспортизации и мониторинга состояния рельсового пути «ЛДМ-1».

Автомотриса «АДЭ-1МТ» (рис.19) оснащена многоканальным

и УЗ дефектоскопами «ЭХО-КОМПЛЕКС» с магнитным каналом и аппаратно-

а)

б)

Рис. 18. Характерный вид экрана монитора комплекса: а) УЗ канал, б) канал совмещенного УЗ и МД контроля

Рис. 19 . Общий вид автомотрисы дефектоскопной электрической АДЭ-1МТ для совмещенного (УЗ + МД)

программной системой регистрации «КРУЗ-М», мощным источником питания, системой безопасности и реализует конструкционную скорость при транспортном положении следящей и искательной систем до 100 км/ч. Вагонная конструкция следящей системы и наличие зимнего варианта искательной системы обеспечивают акустический контакт в широком диапазоне температур, в том числе при температурах до - 40°С.

ЗАО «Фирма ТВЕМА» оборудованы и переданы в эксплуатацию 30 ультразвуковых и

совмещенных ультразвуковых и магнитных вагонов-дефектоскопов ВД-1МТ (рис. 20а), обеспечивающих эффективный контроль рельсового пути на железных дорогах Центра, Севера, Дальнего Востока России, Белоруссии, Украины и Монголии, а также контроль рельсового пути московского метрополитена.

Вагон-дефектоскоп ВД-1МТ создан на базе четырехосного купейного цельнометаллического вагона производства ОАО «Тверской вагоностроительный завод» и предназначен для скоростного НК рельсов типа Р50, Р65, Р75. Вагон-дефектоскоп оснащен УЗ многоканальным цифровым дефектоскопом «ЭХО-КОМПЛЕКС» и системой регистрации «КРУЗ-М». Технические характеристики дефектоскопического комплекса позволяют записывать не менее 500км путей за один проезд, при этом данные о проездах записываются на сменные носители (в объёме не менее 4000км на один носитель). Локальная сеть из нескольких компьютеров позволяет обеспечить более гибкую и

эффективную работу комплекса в целом. Рабочая скорость движения вагона - от 60 (видео, УЗ и магнитный методы контроля), до 80 км/ч (только магнитный метод контроля), транспортная скорость - до 120км/ч. В вагоне созданы все условия для проведения качественного контроля рельсов и для комфортной работы обслуживающего персонала.

Новый тип диагностического комплекса - машина технологического контроля (МТКП - рис. 206) является самоходным средством, совмещающим функции автомотрисы дефектоскопной и системы технологического контроля геометрии рельсовой колеи на базе дизельной подвижной единицы. В работе дается краткое описание конструктивных особенностей и параметров комплекса.

Рис.20. Общий вид мобильных систем НК и ТД рельсов в пути: а) вагон-дефектоскоп ВД-1МТ, б) машина технологического контроля пути «МТКП»

По результатам исследований, выполненных автором, ЗАО «Фирма ТВЕМА» разработана, изготовлена и испытана мобильная лаборатория диагностики, паспортизации и

мониторинга состояния рельсового пути с универсальным комбинированным ходом - «ЛДМ-1» (рис. 21). Лаборатория «ЛДМ-1» размещена в серийном двухосном автомобиле повышенной

проходимости с двумя ведущими мостами (с колесной формулой 4x4) УАЭ-31622 «Патриот», переоборудованном на комбинированный ход, для чего автомобиль оснащен направляющими устройствами, обеспечивающими удержание автомобиля в рельсовой колее, в том числе при прохождении стыков, стрелок и крестовин без снижения скорости, фиксатором рулевого колеса, датчиком пути и скорости, аппарелями для экстренного съезда с рельсового пути и др. В передней части салона автомобиля оборудованы рабочие места для водителя-механика и оператора, обслуживающего аппаратуру. Скорость движения лабораторий (при транспортном положении следящей и искательной систем) - до 60 км/ч. Приводятся технические характеристики лабораторий, рассматриваются перспективы их использования для диагностики рельсов в пути. Для обеспечения требований по безопасности эксплуатации, лаборатории оснащены радиостанциями КВ-УКВ диапазонов для связи с диспетчером, устройством сопряжения с автосцепкой локомотива для перемещения в аварийных ситуациях и устройством шунтирования рельсов в случае несанкционированного выезда на ж.д. путь. Разработан и утвержден Департаментом пути и сооружений ОАО «РЖД» нормативно-технический документ «Полигоны рационального применения мобильных дефектоскопных систем на комбинированном ходу», которым предусматривается использование лабораторий диагностики на малодеятельных участках и закрытых перегонах (пути 3-5 классов группы и категорий В6, В7, Г6, Г7, Д5, Дб и Д7) для паспортизации и мониторинга состояния рельсового пути на основе создания и пополнения банка данных о состоянии пути, наблюдения за развивающимися дефектами рельсового пути.

Кроме того, мобильные лаборатории типа «ЛДМ-1» могут использоваться для ТД главных путей при предоставлении «окон» и в составе комплекса АДЭ-

вЧ гЧ

Рис.21. Мобильная лаборатория диагностики «ЛДМ-1» на комбинированном ходу на базе а/м УАЗ 31622 «Патриот»: а)на автодороге, б) на рельсовом пути, в) следящая система (1 - устройство слежения, 2- блок ПЭП), г) рабочее место оператора

1МТ + МТКП для перепроверки забракованных участков пути. В перспективе лаборатории «ЛДМ-1» должны взять на себя функции съемных рельсовых дефектоскопов, что в масштабах ОАО «РЖД» позволит высвободить от 600 до 1200 чел., занятых контролем рельсов в пути. Предусматривается возможность оперативной перепроверки результатов работы лаборатории диагностики однониточным ЭМА дефектоскопом, перевозимым в лаборатории.

Технические характеристики мобильных систем ТД рельсов представлены в табл. 2.

Таблица 2

№ п/п Параметры Мобильные системы 11К и ТД рельсов

АДЭ-1МТ ВД-1МТ мткп ЛДМ-1

1 Производительность контроля, км/месяц 1200 1200 1200 600+1000

2 Диапазон скоростей контроля, км/ч 5-60 5-60 5-40 5-20

3 Минимальный условный размер дефекта, мм 30 30 30 30

4 Погрешность определения путейской координаты, %, не более 1 1 1 1

5 Длина контролируемого участка пути без архивирования, км 5000 5000 5000 5000

6 Рабочий диапазон температур, ° С -40 + 50 -40 + 50 -40 + 50 -40 + 50

7 Транспортная скорость, км/ч 100 100 100 50-70

8 Масса полная, кг 40000 40000 46000 2500

9 Время непрерывной работы, ч, не менее 8 8 8 8

10 Обслуживание автомотрисы -постоянное, штат, чел. 4-5 4-5 4-5 2

И Отклонение от нормы ширины колеи, мм 0-40

12 Взаимное положение обеих рельсовых нитей по высоте (уровень), мм ±155

13 Стрела изгиба рельсовой нити в горизонтальной плоскости, мм ±85 до 35 более35

14 Стрела изгиба рельсовой нити в вертикальной плоскости, мм ± 35 до 20 более 20

Лаборатория «ЛДМ-1» прошла весь цикл испытаний и поставляется на железные дороги Российской Федерации и Казахстана.

В этом же разделе дано описание разработанного на базе исследований автора однониточного портативного ЭМА дефектоскопа (Патент РФ на изобретение № 2231783), предназначенного для сплошного, выборочного и вторичного контроля одной нити ж.д. пути с рельсами типа Р50, Р65, Р75, а также рельсов покилометрового запаса.

Дефектоскоп состоит из трехканального электронного блока, ЭМА преобразователя комбинированного типа и механизма перемещения ЭМАП (рис.22). Работа дефектоскопа синхронизируется с движением оператора с помощью датчика пути, служебные отметки (пикет, мост и др.) выполняет оператор с помощью выносного пульта, расположенного на рукоятке механизма перемещения ЭМАП.

графического ЖКИ, А - и В развёртки,

Рис.22. Функциональная схема однониточного ЭМА дефектоскопа

Дефектоскоп перемещается оператором со скоростью до 5 км/час и обеспечивает контроль рельсов при температуре от - 20 до +50°С (рис.23 а). Индикация дефектов осуществляется с помощью обеспечивающего представление сигналов в виде

сигнализацию -

о дефектах осуществляет беспроводный индивидуальн ый звуковой индикатор (рис.2396).

Предусмо трена

возможность выбора вариантов схем

прозвучивания и комплектование дефектоскопа одним или двумя комбинированными ЭМАП. Настройка дефектоскопа производится в

диалоговом режиме, обработка результатов контроля обеспечивается автоматически на программном уровне, документирование результатов контроля производится при выводе информации на ПК. Конструктивное исполнение механизма перемещения ЭМАП (рис.23в) обеспечивает надёжный контроль стыков рельсов и одновременный контроль двух нитей ж.д. пути с использованием двух независимых дефектоскопов. Технические

характеристики дефектоскопа даны в табл. 3. Применение ЭМА дефектоскопа обеспечивает повышение

производительности контроля и снижение себестоимости подготовительных работ за счет исключения влияния загрязнений поверхности контролируемых рельсов, в том числе смазки рельсов, накопление и

хранение в памяти результатов контроля, Рис.23. Одношггочный рельсовый формирование команд на передачу ЭМА дефектоскоп: а) общий вид, б) информации в ПК и в банк данных. электронный блок, в) механизм

перемещения ЭМАП

Таблица 3

Технические характеристики однониточного ЭМА дефектоскопа_

Л! Наименование показателя Ед. измерения Значение Примечание

1 Производительность контроля км/день 10

2 Скорость перемещения км/час 5 При сплошном контроле

3 Диапазон рабочих температур •с -20 + +50

4 Количество каналов контроля одной нити пути шт. 3

5 Диапазон рабочих частот МГц 0,5 -2,5

6 Зазор между рабочей поверхностью ЭМАП и поверхностью изделия мм 1,0«

7 Минимальный условный размер дефекта по длине рельса мм 20 При скорости 5,0 ктп/Ь

8 Предел допускаемой основной относительной погрешности определения путейской координаты % 5

9 Время непрерывной работы Час. 8

10 Габаритные размеры электронного блока мм 215 х 75 х 140 мм

11 Масса электронного блока кг 2

12 Габариты ЭМАП мм 60x55

13 Масса ЭМАП кг 1

14 Масса каретки механизма перемещения ЭМАП кг 5

Дефектоскоп успешно прошел производственные испытания в условиях Московской железной дороги.

В разделе 4.3 изложены вопросы стандартизации и принципы метрологического обеспечения средств УЗ НК рельсов.

Отмечается, что методы контроля, схемы прозвучивания, типы используемых УЗ волн и параметры традиционных УЗ преобразователей при дефектоскопии рельсов, зависящие от характера дефектов, их ориентации и местоположения в сечении рельса, определены ГОСТ 18576-96 «Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые». Поверка аппаратуры и преобразователей мобильных систем УЗ НК рельсов осуществляется с помощью стандартного образца СО-ЗР ГОСТ 18576-96.

При выпуске и эксплуатации мобильных систем регулярно проводится тестовая проверка их параметров на разработанных стандартных образцах предприятия (СОП), а также реальных дефектах рельсов, уложенных в тупиках на дистанции пути. Кроме того, разработана система мероприятий по перепроверке дефектных участков рельсов, забракованных при проездах, арбитражными методами и средствами контроля, в том числе ручными дефектоскопами. Чувствительность контроля, устанавливаемая при настройке аппаратуры, строго регламентируется действующим стандартом и отраслевыми нормативными документами (РД, приказами и инструкциями). Отмечается, что использование в современных мобильных системах НК рельсов цифровых технологий позволяет проводить обработку принятых сигналов по заданным критериям, что значительно расширяет метрологические возможности, уменьшает ложную браковку и пропуски дефектов и повышает достоверность контроля.

Все разработанные мобильные средства и системы ТД рельсового пути прошли экспертизу и зарегистрированы в отраслевом Реестре средств измерений, допущенных к применению на железнодорожном транспорте Российской Федерации.

В разделе 4.4 изложены результаты эксплуатации мобильных систем НК и ТД рельсов, разработанных и поставляемых фирмой «ТВЕМА». Анализ опыта эксплуатации автомотрис дефектоскопных позволил сделать вывод о том, что высокоэффективная работа автомотрис, как основного средства контроля, возможна при наличии на отделении не менее двух автомотрис и парка съемных дефектоскопов. Получены данные для пересмотра методики расчета периодичности контроля с целью увязки межконтрольных сроков при комплексном использовании автомотрис и съемных средств.

а 15

в

£ 20

£

■е-

я 15

2

1 10

К 5

0

2 ? 2 1

У "В" . п п 6

1 : Р П п ^

8 10 11 12 и 15 17 18 20

25 30 40 45 Длияя дефекта, мм

Рис. 24. Распределение обнаруженных дефектов болтовых отверстий по размерам (по данным Московского метрополитена)

Разработаны инструкции по расшифровке результатов НК рельсов и рекомендации по обобщению в едином формате с программной обработкой информации по результатам контроля автомотрисами, съемными средствами с регистраторами, вагонами-дефектоскопами и путеизмерителями. За период с 2000 по 2006 г. фирмой «ТВЕМА» произведены и внедрены на железных дорогах России и зарубежных стран 60 автомотрис «АДЭ-1МТ», 30 вагонов-дефектоскопов типа «ВД-1МТ», 9 мобильных лабораторий «ЛДМ-1», более 300 портативных УЗ дефектоскопов «ЭХО-Т». Всего за период промышленной эксплуатации вагонов-дефектоскопов и автомотрис типа «АДЭ-1МТ» на железных дорогах России были проконтролированы 1,5 млн. км рельсового пути, обнаружено более 60 тыс. дефектов, изъято более 3 тыс. ОДР. На рис. 24 представлено распределение по размерам дефектов болтовых отверстий, обнаруженных в ходе эксплуатации УЗ вагона-дефектоскопа на линиях Московского метрополитена, из которого видно, что наибольшее количество дефектов соответствует размеру недопустимого дефекта. Примеры дефектограмм и фото соответствующих им обнаруженных дефектов рельсов представлены на рис. 25-29.

Накопленные за несколько лет эксплуатации данные о выявляемых дефектах подтверждают правильность выбранных схем прозвучивания и эффективность работы диагностической аппаратуры и аппаратно-программных комплексов.

В разделе 4.5 представлены предложения по развитию концепции технической диагностики рельсового пути. Отмечается, что информатизация ж.д. транспорта, применение методов и средств технической диагностики, оснащённых системами автоматизированного сбора, обработки и регистрации результатов контроля, позволяют не только регистрировать дефекты, достигшие критических размеров, но и наблюдать за процессом их роста, выборочно планировать периодичность контроля отдельных участков пути. Наличие исчерпывающей информации о характере дефекта, данные о наблюдении за его развитием в течение некоторого критического промежутка времени, позволяют в

основу принятия решения о ремонте рельсов или устранении расстройства пути, положить экономический расчёт. Применение современных методов и средств НК и ТД позволяет перейти к выбору периодичности контроля пути в зависимости от категории риска, т.е. с учётом

грузонапряжённости или

интенсивности накопления усталости рельсов, степени загрязнённости металла рельсов дефектами и др.

С учётом изложенного, предлагается в основу концепции положить

комплексную систему

обеспечения безопасности на основе технической

диагностики, паспортизации и мониторинга рельсового пути. В этой системе для каждого её элемента должно быть отведено особое место. С учётом природно-климатических особенностей, состояния и грузонапряжённости ж.д. пути возможно использование

различных схем организации его НК и ТД. Наиболее оправданной в условиях высокой

интенсивности движения может быть схема совместного проезда вагона-дефектоскопа, МТКП или автомотрисы (рис. 30). При предоставлении «окна» вслед за вагоном-дефектоскопом или автомотрисой может двигаться мобильная лаборатория на комбинированном ходу, которой передаётся по радиоканалу информация об обнаруженных опасных или подозрительных

а) б)

Рис. 25. Дефектограммы и фото дсфскюв рельса: а) лебект кода 10.1. 64 лесЬект кода 11.2

Рис. 26. Дефектограммы и фото изломов дефектов типа поперечных трещин в головке рельса (код 21.2)

ЫЯШ1

а) б)

Рис. 27. Дефектограммы и фото дефектов болтового отверстия (код 53.1)

V«/-; 1

\ /1

4 ,

аЧ 64

Рис. 28. Дефектограммы и фото дефектов рельса: а) поверхности катания, б) сварного стыка (26.3)

а1

Рис. 29. Дефектограммы и фото дефектов шейки рельса: а) - код 50.1, б) - код 50.2)

Рис.30. Технология и организация НК и ТД рельсового пути на базе применения мобильных систем диагностики, цифровых технологий и средств коммуникации

дефектах. Оператор мобильной лаборатории должен принять меры по уточнению характера дефекта с использованием аппаратуры лаборатории, однониточного или ручного дефектоскопа. В случае исчерпания лимита времени, выделенного для «окна», оператор принимает меры по аварийному снятию лаборатории с ж.д. пути, и дальнейшую работу по уточнению степени опасности дефекта выполняет бригада операторов съёмного однониточного дефектоскопа.

Еще одним вариантом организации НК и ТД рельсовых путей, в особенности на малодеятельных участках, является использование в режиме «тандем» двух лабораторий на комбинированном ходу (рис.31). В этом случае первая по ходу движения лаборатория ведет контроль в безостановочном режиме, а вторая — в режиме уточнения характера обнаруженных первой дефектов. В экипаж второй входят операторы-дефектоскописты, обеспечивающие анализ обнаруженных дефектов и выдачу заключения о возможности и режиме дальнейшей

Рис.31. Технология и организация НК и ТД рельсового пути на базе применения мобильных систем диагностики на комбинированном ходу

эксплуатации рельса.

Данные о состоянии рельсов и всего ж.д. пути должны быть объединены в единый информационный блок, что наилучшим образом реализуется уже на стадии получения информации средствами НК и ТД, включающими путеизмерительные системы. В связи с этим представляет интерес вариант

системы совмещённого контроля параметров пути и НК и ТД, реализованный в виде МТКП. При использовании подобной системы существенно сокращается время на проведение контроля (на выделение «окон»), возможно совмещение расшифровки результатов контроля и ремонт пути.

С целью повышения качества эксплуатации мобильных систем контроля рельсов все экипажи проходят подготовку на курсах в Российской Академии Путей Сообщения, практическое обучение проводят на действующих автомотрисах Московской железной дороги и в период пуско-наладки поставляемых автомотрис сотрудники ЗАО «Фирма ТВЕМА».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Изучены природа возникновения и характер развития дефектов рельсов и их влияние на надёжность эксплуатации ж.д. пути, выполнен анализ существующих методов и мобильных систем технической диагностики рельсов и сформулированы требования к разрабатываемым методам и системам НК и ТД с автоматической регистрацией результатов.

2. Предложены и исследованы способы управления чувствительностью УЗ контроля рельсов в зависимости от состояния акустического контакта и повышения помехоустойчивости цифровых УЗ дефектоскопов (Патент РФ № 2270998).

3. Сформулированы принципы создания, разработаны структурные и функциональные схемы систем НК и ТД, предложены и исследованы на стандартных образцах предприятия и реальных дефектах рельсов ЭМА преобразователи для возбуждения и приема ультразвуковых сдвиговых волн с вертикальной (БУ) и горизонтальной (ЙН) поляризацией и поверхностных волн низкочастотного диапазона.

4. Разработаны генераторы импульсов возбуждения и логарифмические усилители с большим динамическим диапазоном, обеспечивающие применение амплитудного признака для оценки характера и размера дефектов при НК рельсов.

5. Разработаны, сертифицированы органами Госстандарта РФ, внесены в Реестр средств измерения на железнодорожном транспорте и поставляются на сеть железных дорог России, стран СНГ и Монголии в составе мобильных систем НК и ТД рельсов многоканальный ультразвуковой дефектоскоп «ЭХО-КОМПЛЕКС» (сертификат Госстандарта РФ 1Ш.С.27.003.А № 11694, свидетельство о регистрации в Реестре средств НК и ТД на железнодорожном транспорте № МТ 026.2002) и прибор для повторного контроля дефектных участков рельсов типа «ЭХО-Т».

6. Разработаны аппаратно-программные комплексы для сбора, обработки, отображения и регистрации информации мобильных систем НК и ТД рельсового пути типа «КРУЗ-М» и «КРУЗ-тоЫ1» на основе цифровых технологий.

7. Разработаны, сертифицированы органами Госстандарта, внесены в Реестр средств НК и ТД на железнодорожном транспорте и поставляются на сеть

железных дорог России, стран СНГ и Монголии мобильные системы НК и ТД рельсов:

вагон-дефектоскоп «ВД-1МТ» (сертификат соответствия ГШ № 03.01211/00031, Свидетельство о регистрации № МТ 086.2005),

вагон-дефектоскоп «ВД-1МТ5К» (сертификат соответствия № 03.01211.00032, Свидетельство о регистрации № МТ 091.2005),

- автомотриса дефектоскопная электрическая АДЭ-1МТ (сертификат соответствия № 03.01211.00030, Свидетельство о регистрации № МТ 086.2005),

автомотриса-дефектоскоп-путеизмеритель МТКП (сертификат соответствия № 03.01211.00028, Свидетельство о регистрации № МТ 028.2002),

- лаборатория дефектоскопная мобильная на комбинированном ходу «ЛДМ-1» (сертификат соответствия № 03.01211.00020, Свидетельство о регистрации № МТ 093.2005.

8. Всего на сети железных дорог ОАО «РЖД» и метрополитена поставлено 60 автомотрис дефектоскопных электрических, 30 вагонов-дефектоскопов, 9 лабораторий технической диагностики и мониторинга рельсового пути на комбинированном ходу «ЛДМ-1» и более 300 приборов типа «ЭХО-Т» для повторного контроля забракованных рельсов в объёме 20 млн. долларов США. Все мобильные системы НК и ТД рельсов в течение ряда лет постоянно находятся в круглогодичной эксплуатации.

9. Разработан и в течение 10 лет эффективно используется для контроля рельсов на Московском метрополитене ультразвуковой вагон-дефектоскоп.

Ю.Разработан и испытан в производственных условиях однониточный цифровой ЭМА дефектоскоп для контроля рельсов покилометрового запаса, рельсов, уложенных в пути в труднодоступных местах (мосты, тоннели и др.) и для повторного контроля дефектных участков рельсов (Патент РФ № 2231783).

11.Разработаны технология и методики контроля рельсов на базе комплексного применения мобильных систем НК и ТД и измерительных систем контроля параметров рельсового пути, обеспечивающие повышение достоверности контроля и снижение затрат на его проведение, разработан и утвержден Департаментом пути и сооружений МПС России нормативно-технический документ «Полигоны рационального применения мобильных дефектоскопных систем на комбинированном ходу».

12.Разработано и используется при подготовке обслуживающего персонала учебно-методическое пособие по обслуживанию автомотрис дефектоскопных электрических АДЭ-1МТ.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тарабрин В.Ф. Дефектоскопы и регистрирующая аппаратура производства ЗАО «Фирма ТВЕМА» для вагонов-дефектоскопов и дефектоскопных автомотрис. - Сетевая школа-семинар «Внедрение новых средств дефектоскопии и организация их работы»: 20-21 апреля 2000г., МПС, г. Москва.

2. Тарабрин В.Ф., Алексеев А.В., Кисляковский О.Н., Одынец С.А. Эффективность ультразвуковой диагностики рельсов в пути. - В мире НК. 2001. № 1. С. 62-64.

3. Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Алексеев А.В., Парменёнков В.И. Автомотриса дефектоскопная электрическая АДЭ-1. Учебное пособие. — ЗАО «Фирма ТВЕМА», Москва. 2001. 229 с.

4. Tarabrine V. F., Alexeyev А. V., Bobrov V. T. Mobile diagnostics systems for inservice railway track inspection. - 8" ECNDT, Barcelona, 2002, Abstracts book, R22, pp. 451.

5. Бобров B.T., Тарабрин В.Ф. Особенности обнаружения трещин болтовых отверстий рельсов сдвиговыми волнами, возбуждаемыми ЭМА преобразователями. - XVI Российская научно-техническая конференция «Неразрушающий контроль и диагностика», Санкт-Петербург, 2002. Труды конференции, 1.19, С. 8.

6. Тарабрин В.Ф., Перминов А.А. Структура алгоритма и программного обеспечения системы обработки информации многоканального автоматического ультразвукового дефектоскопа. - XVI Российская научно-техническая конференция «Неразрушающий контроль и диагностика», Санкт-Петербург,

2002. Труды конференции, 3.11, С. 21.

7. Тарабрин В.Ф., Бобров В.Т., Алексеев А.В. Мобильная лаборатория «ЛДМ-1» УЗ - диагностики, паспортизации и мониторинга состояния рельсового пути. - В мире НК. 2002. № 2. С. 62-65.

8. Тарабрин В.Ф., Алексеев А.В., Бобров В.Т. Приборы и системы для диагностики и контроля состояния железнодорожного пути. Путевые машины. Труды 1-ой научно-практической конференции. Калуга. 25-26 октября 2001 г. Изд. АКФ «Политоп», Калуга, 2002. С. 165 - 189.

9. Бобров В.Т., Тарабрин В.Ф., Бабушкин И.А. Ультразвуковой контроль сварных стыков рельсов с применением электромагнитно-акустических преобразователей. Сварка на рубеже веков: Тезисы докладов научно-технической конференции. 20-21 января 2003. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2002. С. 106.

10. Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Бобров В.Т., Алексеев А.В. Принципы создания и организация эксплуатации систем технической диагностики рельсов, уложенных в пути // Контроль. Диагностика. 2003. № 2. С. 40-47.

11. Бобров В.Т., Тарабрин В.Ф., Бабушкин И.А. Повышение эффективности эхо и зеркально-теневого методов ультразвукового контроля рельсов. Международный форум «Ультразвуковая дефектоскопия - 75»: 3-4 февраля

2003. - Санкт-Петербург.

12. Тарабрин В.Ф., Алексеев А.В. О полигонах рационального применения мобильных дефектоскопных систем на комбинированном ходу. - В мире НК. 2002. №4. С. 70-71.

13. Тарабрин В.Ф. Мобильные системы мониторинга железнодорожного пути. -Школа-семинар «Состояние и направления развития средств дефектоскопии рельсов в условиях реформирования путевого хозяйства»: 19-20 октября 2001. Сб. статей. - Санкт-Петербург, 2002 г. С. 131-137.

14. Тарабрин В.Ф. Системы регистрации результатов технической диагностики железнодорожного пути. Школа-семинар «Состояние и направления развития средств дефектоскопии рельсов в условиях реформирования путевого хозяйства»: 19-20 октября 2001. Сб. статей. - Санкт-Петербург, 2002 г. С. 138140.

15. Тарабрин В.Ф., Бобров В.Т., Одынец С.А., Бабушкин И.А., Кулешов Р.В., Соловьёв В.Н. Однониточный ЭМА дефектоскоп для контроля рельсов. — 4-а Нацюнальна науково-техшчна конференщя i виставка «Неруйшвний контроль та техшчна диагностика 2003» Кшв, 19-23 травня 2003. Матер1али конференцн. Кшв, 2003. С. 318-320.

16. Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Кисляковский О.Н. Управление чувствительностью УЗК рельсов с учётом состояния акустического контакта. -В мире НК. 2003. № 3 (21). С. 74 - 75.

17. Бобров В.Т., Тарабрин В.Ф., Кисляковский О.Н. Сопоставление результатов УЗ НК рельсов в процессе их производства и эксплуатации. — 1-я Национальная научно-техническая конференция и выставка «Методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики», Молдова, г. Кишинев, 21-24 октября 2003 г. Материалы конференции, г. Кишинёв. С. 141-145.

18. Бобров В.Т., Тарабрин В.Ф., Одынец С.А. Природа образования и характер развития усталостных дефектов рельсового пути. 3-я Международная выставка и конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», 17-18 марта 2004. Москва, ЦМТ. Тезисы докладов. С. 158.

19. Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Бобров В.Т. Повышение помехоустойчивости цифрового ультразвукового дефектоскопа. 3-я Международная выставка и конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», 17-18 марта 2004. Москва, ЦМТ. Тезисы докладов. С. 160.

20. Бобров В.Т., Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Кулешов Р.В. Ультразвуковой дефектоскоп «Ласточка». Патент РФ на изобретение № 2231783. Заявл. 09.08.2001. Опубл. 27.06.2004. Бюл. № 18.

21. Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Бобров В.Т. Способ ультразвуковой дефектоскопии и устройство для его осуществления. Патент РФ на изобретение № 2270998. Заявл. 30.09.2003. Опубл. 27.02.2006. Бюл. №6.

22. Тарабрин В.Ф. Особенности формирования и расшифровки дефектограмм мобильных систем технической диагностики рельсового пути. - XVII Российская научно-техническая конференция «Неразрушающий контроль и диагностика», Екатеринбург, 2005. Труды конференции, 1.19, С. 8.

23. Тарабрин В.Ф. Развитие концепции НК, технической диагностики и мониторинга рельсового пути. В мире НК. 2006. № 3 (33). С. 67-70.

Введение

Перечень принятых сокращений, обозначений и определений терминов

Глава I. Анализ концепции и обзор методов и мобильных систем технической диагностики железнодорожных рельсов

1.1. Анализ природы возникновения и характера развития дефектов рельсов и их влияния на надёжность эксплуатации железнодорожного пути

1.2. Влияние периодичности и технологии контроля рельсов на надёжность обнаружения дефектов

1.3. Обзор методов и мобильных систем Ж и ТД железнодорожных рельсов и мониторинга пути

1.4. Концепция технической диагностики рельсов, уложенных в пути. Технология и организация контроля состояния рельсового пути

1.5. Выводы

Глава II. Исследование электронно-акустического тракта средств скоростного ультразвукового контроля рельсов

2.1. Исследование способов контроля акустического контакта и повышения помехоустойчивости приемного тракта цифрового УЗ дефектоскопа

2.2. Обоснование выбора параметров и конструкции ЭМАП для возбуждения и приёма УЗ волн

2.3. Выбор схем прозвучивания при контроле рельсов

2.4. Выбор параметров основных элементов электронного тракта цифровых дефектоскопов

2.5.Выводы

Глава III. Исследование взаимодействия ультразвуковых волн, возбуждаемых ЭМАП, с дефектами рельсов

3.1. Стенд для экспериментальных исследований образцов рельсов с искусственными дефектами

3.2. Исследование акустического тракта канала обнаружения дефектов рельсов с использованием прямых ЭМАП

3.3. Исследование акустического тракта канала обнаружения дефектов рельсов с использованием наклонных ЭМАП

3.4. Исследование выявляемое™ дефектов головки рельса с использованием ЭМАП для возбуждения и приёма рэлеевских волн

3.5. Выводы

Глава IV. Создание мобильных систем и разработка технологии технической диагностики рельсового пути

4.1. Принципы построения и технические характеристики дефектоскопических комплексов НК и ТД рельсов в пути

4.2. Конструктивные особенности и технические характеристики разработанных мобильных систем НК и ТД рельсов в пути

4.3. Конструкция и технические характеристики однониточного портативного ЭМА дефектоскопа «Ласточка»

4.4. Стандартизация и принципы метрологического обеспечения мобильных систем НК и ТД рельсов

4.5. Обобщение опыта эксплуатации мобильных систем НК и ТД рельсов

4.6. Развитие концепции технической диагностики рельсового пути

4.7. Выводы

Безопасность функционирования железнодорожного транспорта России, являющаяся важнейшим экономическим и социальным фактором, в значительной мере определяется техническим состоянием рельсового пути и мерами по поддержанию его качества. Одним из элементов системы обеспечения безаварийной эксплуатации пути является техническая диагностика (ТД) рельсов с применением комплекса методов неразрушающего контроля (НК), таких как акустический (ультразвуковой -УЗ), магнитный и др. [1-11] и мониторинг пути с использованием методов измерения геометрии рельсов и расстройств пути.

Для обеспечения непрерывного процесса эксплуатации железнодорожных (ж.д.) путей в суровых климатических условиях обширных территорий России и стран ближнего зарубежья разработана и реализована концепция многоэтапного контроля рельсов, включающая средства первичного и вторичного контроля, а также созданы и находятся в эксплуатации большое количество мобильных, съемных и ручных средств акустического и магнитного контроля рельсов.

Однако достоверность мобильных средств оказалась недостаточной, т.к. в 95% рельсов, изымаемых из пути, дефекты обнаруживаются съемными дефектоскопами, производительность которых составляет всего 3-7 км рельсового пути в день, в связи с чем в обеспечении ТД рельсового пути в течение многих десятилетий заняты до 15 тыс. человек. Отсутствие средств автоматической обработки и регистрации результатов контроля также отрицательно сказывается на надежности контроля, которая зависит от квалификации и ответственности персонала, из-за недостаточного уровня которой до 20 % отказов объектов ж.д. транспорта по дефектам приходится на дефекты, пропущенные при НК [4]. Из-за ошибок операторов дефектоскопов под поездами сломались в 1993 г. - 490, в 1998 - 265, в 1999 -198, в 2000 г. - 214, в 2005 - 115 шт. рельсов [5, 6, 12, 117], что подтверждает необходимость улучшения качества работы операторов и совершенствования средств дефектоскопии в части снижения влияния человеческого фактора.

Причина этих недостатков заключается в нерешённости вопросов выбора оптимальных способов возбуждения и приема ультразвуковых колебаний (УЗК), снижения зависимости результатов контроля от влияния нестабильности акустического контакта, в слабом использовании достижений информационных технологий, недостаточной научной и экономической обоснованности концепции создания и использования современных средств контроля пути. Все это свидетельствует об актуальности исследований в области физических основ УЗ НК, создания средств автоматизации Ж и ТД и регистрации их результатов.

В связи с этим темой настоящей работы является исследование акустических методов, создание мобильных систем и технологии технической диагностики железнодорожных рельсов и мониторинга пути с применением цифровой обработки и регистрации. Важной частью работы является исследование природы образования и развития дефектов и её влияние на эффективность их обнаружения и идентификации. В процессе проведения работы сформулированы и решены следующие научные, методические, технологические и технические задачи:

1. На базе цифровых технологий предложен способ повышения надежности УЗ контроля рельсов, уложенных в пути, с применением пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) благодаря использованию временной регулировки чувствительности (ВРЧ) для формирования управляющего напряжения с учетом состояния акустического контакта.

2. Разработаны способы повышения помехозащищенности УЗ контроля с использованием цифровых методов фильтрации и динамического порога при обработке информативных сигналов.

3. Предложены и исследованы способы возбуждения и приема сдвиговых SV и SH поляризации и рэлеевских УЗ волн с использованием электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразования, разработаны конструкции ЭМА преобразователей (ЭМАП) с применением энергонезависимых постоянных магнитных систем.

4. Предложен и реализован алгоритм обработки информации при контроле рельсов с применением УЗ и магнитных методов НК, обеспечивший повышение достоверности и точности определения местоположения дефектов.

5. Предложена и экспериментально подтверждена методика расшифровки характера выявленных дефектов рельсов на основе предварительной автоматической оценки типа дефекта по критериям.

6. Предложена технология ТД рельсов в пути с применением комплекса многофункциональных мобильных систем НК и ТД на рельсовом и комбинированном ходу, мониторинга рельсового пути и выбора периодичности контроля с учётом основных факторов, влияющих на безопасность движения.

Полученные в работе результаты использованы при разработке методологии контроля, создании многоканальных УЗ дефектоскопов, аппаратно-программных комплексов для сбора, обработки, отображения и регистрации информации и мобильных систем НК и ТД рельсов, разработанных в фирме «ТВЕМА» под руководством и при непосредственном участии автора.

Основные результаты настоящей работы опубликованы в отечественных и зарубежных периодических изданиях, доложены на международных и российских научно-технических конференциях и семинарах по проблемам НК и ТД, созданные мобильные системы НК рельсов демонстрировались на международных и отечественных выставках в гг. Москве, Санкт-Петербурге, Калуге и др. По результатам выполненных исследований в Российских и зарубежных периодических изданиях (журнал «Контроль. Диагностика» и др.) опубликованы 20 работ, в том числе 18 статей и тезисов докладов, получены 2 патента РФ. Демонстрировавшиеся мобильные системы отмечены дипломами и грамотами международных и Российских выставок.

Предложенные и исследованные методы, методики и технологии УЗ НК рельсов в пути реализованы в разработанных и серийно выпускаемых мобильных системах УЗ НК рельсов в пути. Многоканальный УЗ дефектоскоп «ЭХО-КОМПЛЕКС», прибор для выборочного контроля дефектных участков рельсов типа «ЭХО-Т», аппаратно-программные комплексы для сбора, обработки, отображения и регистрации информации мобильных систем НК и ТД рельсового пути типа «КРУЗ-2», «КРУЗ-М», «КРУЗ-mobil», мобильные системы НК и ТД рельсов - вагон-дефектоскоп «ВД-1МТ», автомотриса дефектоскопная электрическая АДЭ-1МТ, лаборатория диагностики и мониторинга рельсового пути на комбинированном ходу «ЛДМ-1», машина технологического контроля пути МТКП сертифицированы органами Госстандарта, внесены в Реестр средств измерений на ж.д. транспорте и поставляются на сеть железных дорог России, стран СНГ и Монголии. Всего на сеть железных дорог поставлено 60 автомотрис дефектоскопных электрических и 30 вагонов-дефектоскопов, 9 лабораторий технической диагностики и мониторинга рельсового пути на комбинированном ходу, более 300 приборов типа «ЭХО-Т» для повторного контроля забракованных рельсов. Созданные системы НК и ТД рельсов в течение ряда лет постоянно находятся в круглогодичной эксплуатации на сети железных дорог России, на линиях Московского метрополитена, в Казахстане, Украине и Монголии. Однониточный рельсовый ЭМА дефектоскоп прошел предварительные испытания в условиях Московской железной дороги. Создание и практическое применение разработанных систем УЗ НК рельсов обеспечило повышение надёжности работы всего комплекса путевого хозяйства железных дорог России.

Перечень принятых сокращений, обозначений и определений терминов

АДЭ - автомотриса дефектоскопная электрическая

УЗВД - ультразвуковой вагон-дефектоскоп

УЗ НК - ультразвуковой неразрушающий контроль

УЗК - ультразвуковые колебания

МК - магнитный контроль

ПЭП - пьезоэлектрический преобразователь

ЭМАП - электромагнитно-акустический преобразователь

ПК - персональный компьютер

ПО - программное обеспечение

ОДР - остродефектный рельс а - угол ввода ультразвуковых волн в сталь

М - мертвая зона

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь ЛУ - логарифмический усилитель ВРЧ - временная регулировка чувствительности ЦСП - цифровой сигнальный процессор ПДО - пульт дистанционной отметки.

В настоящей работе применяются следующие определения:

• автомотриса - моторный самоходный ж.д. вагон с двигателем внутреннего сгорания;

• мертвая зона М- неконтролируемая зона, прилегающая к поверхности ввода ультразвука;

• точка выхода УЗ луча ПЭП - проекция оси УЗ луча в проверяемом изделии на поверхность ввода ультразвука;

• угол ввода а ультразвукового луча ПЭП - угол между осью УЗ луча в проверяемом изделии и нормалью к поверхности изделия в точке ввода;

• излом - разрушение рельса, уложенного в ж.д. путь;

• сход состава - аварийный сход локомотива или вагонов с рельсового пути во время движения;

• комбинированный ход - способ передвижения специально оборудованного транспортного средства по автомобильным дорогам и рельсовому пути;

• выброс пути - резкое нарушение продольной устойчивости бесстыкового пути в виде одно- или многоволнового горизонтального или вертикального искривления путевой решетки под действием сжимающих продольных сил (температурных или угона).

4.7. Выводы

1. Сформулированы принципы построения, требования к функциональным схемам и параметрам многоканальных аппаратно-программных дефектоскопических комплексов НК и ТД рельсов в пути.

2. Проведены разработка, испытания, организовано производство и широкое внедрение дефектоскопической аппаратуры и аппаратно-программных комплексов на основе цифровой техники и технологий.

3. Разработаны предложения по совершенствованию технологии и методик контроля рельсов на базе комплексного применения мобильных систем НК и ТД, измерительных систем контроля параметров рельсового пути.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Изучены природа возникновения и характер развития дефектов рельсов и их влияние на надёжность эксплуатации ж.д. пути, выполнен анализ существующих методов и мобильных систем технической диагностики рельсов и сформулированы требования к разрабатываемым методам и системам НК и ТД с автоматической регистрацией результатов.

2. Предложены и исследованы способы управления чувствительностью УЗ контроля рельсов в зависимости от состояния акустического контакта и повышения помехоустойчивости цифровых УЗ дефектоскопов (Патент РФ № 2270998).

3. Сформулированы принципы создания, разработаны структурные и функциональные схемы систем НК и ТД, предложены и исследованы на стандартных образцах предприятия и реальных дефектах рельсов ЭМА преобразователи для возбуждения и приема ультразвуковых сдвиговых волн с вертикальной (SV) и горизонтальной (SH) поляризацией и поверхностных волн низкочастотного диапазона.

4. Разработаны генераторы импульсов возбуждения и логарифмические усилители с большим динамическим диапазоном, обеспечивающие применение амплитудного признака для оценки характера и размера дефектов при Ж рельсов.

5. Разработаны, сертифицированы органами Госстандарта РФ, внесены в Реестр средств измерения на железнодорожном транспорте и поставляются на сеть железных дорог России, стран СНГ и Монголии в составе мобильных систем Ж и ТД рельсов многоканальный ультразвуковой дефектоскоп «ЭХО-КОМПЛЕКС» (сертификат Госстандарта РФ RU.C.27.003.A № 11694, свидетельство о регистрации в Реестре средств НК и ТД на железнодорожном транспорте № МТ 026.2002) и прибор для повторного контроля дефектных участков рельсов типа «ЭХО-Т».

6. Разработаны аппаратно-программные комплексы для сбора, обработки, отображения и регистрации информации мобильных систем НК и ТД рельсового пути типа «КРУЗ-М» и «КРУЗ-mobil» на основе цифровых технологий.

7. Разработаны, сертифицированы органами Госстандарта, внесены в Реестр средств НК и ТД на железнодорожном транспорте и поставляются на сеть железных дорог России, стран СНГ и Монголии мобильные системы НК и ТД рельсов: вагон-дефектоскоп «ВД-1МТ» (сертификат соответствия RU № 03.012R/00031, Свидетельство о регистрации № МТ 086.2005),

- вагон-дефектоскоп «ВД-1МТ5К» (сертификат соответствия № 03.012R.00032, Свидетельство о регистрации № МТ 091.2005),

- автомотриса дефектоскопная электрическая АДЭ-1МТ (сертификат соответствия № 03.012R.00030, Свидетельство о регистрации № МТ 086.2005), автомотриса-дефектоскоп-путеизмеритель МТКП (сертификат соответствия № 03.012R.00028, Свидетельство о регистрации № МТ 028.2002),

- лаборатория дефектоскопная мобильная на комбинированном ходу «ЛДМ-1» (сертификат соответствия № 03.012R.00020, Свидетельство о регистрации № МТ 093.2005.

8. Всего на сети железных дорог ОАО «РЖД» и метрополитена поставлено 60 автомотрис дефектоскопных электрических, 30 вагонов-дефектоскопов, 9 лабораторий технической диагностики и мониторинга рельсового пути на комбинированном ходу «ЛДМ-1» и более 300 приборов типа «ЭХО-Т» для повторного контроля забракованных рельсов в объёме 20 млн. долларов США. Все мобильные системы НК и ТД рельсов в течение ряда лет постоянно находятся в круглогодичной эксплуатации.

9. Разработан и в течение 10 лет эффективно используется для контроля рельсов на Московском метрополитене ультразвуковой вагон-дефектоскоп.

10. Разработан и испытан в производственных условиях однониточный цифровой ЭМА дефектоскоп для контроля рельсов покилометрового запаса, рельсов, уложенных в пути в труднодоступных местах (мосты, тоннели и др.) и для повторного контроля дефектных участков рельсов (Патент РФ № 2231783).

11. Разработаны технология и методики контроля рельсов на базе комплексного применения мобильных систем НК и ТД и измерительных систем контроля параметров рельсового пути, обеспечивающие повышение достоверности контроля и снижение затрат на его проведение, разработан и утвержден Департаментом пути и сооружений МПС России нормативно-технический документ «Полигоны рационального применения мобильных дефектоскопных систем на комбинированном ходу».

12. Разработано и используется при подготовке обслуживающего персонала учебно-методическое пособие по обслуживанию автомотрис дефектоскопных электрических АДЭ-1 МТ.

1. Неразрушающий контроль. Справочник в 7-и томах. Под общ. ред. чл.-корр. РАН В.В. Клюева. М.: Машиностроение. 2004. Т. 3. 391 с.

2. Гурвич А.К., Довнар Б.П., Козлов В.Б. и др. Неразрушающий контроль рельсов при их эксплуатации и ремонте. Москва, 1983. «Транспорт», 318 с.

3. Семенов В.Т., Карпущенко Н.И. Состояние и перспективы развития путевого хозяйства, Новосибирск: Изд-во СГУПС (НИИЖТ), 2000. 246 с.

4. Наговицин B.C. Неразрушающий контроль и направления его развития. -Железнодорожный транспорт. 2002. № 3. С. 20-23.

5. Бугаенко В.М. Перспективы совершенствования системы контроля рельсов. Путь и путевое хозяйство. 1997. № 11. С. 6- 9.

6. Бугаенко В.М. Система диагностики пути и НК рельсов основа автоматизированной системы управления путевым хозяйством. - В мире НК. 2000. №4. С. 51-53.

7. Нормативно-техническая документация: НТД/ЦП-1-93, НТД/ЦП-2-93, НТД/ЦП-3-93. М., «Транспорт», 1993, 64 с.

8. Гурвич А.К. О классификации дефектов в рельсах // В мире НК. 2004. № 3(25). С. 64-65.

9. ГОСТ 18576-96. Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые.

10. Приказ МПС Российской Федерации № 2ЦЗ от 25 февраля 1997 г. О совершенствовании системы контроля состояния рельсов средствами дефектоскопии.

11. Герасимов Ю.М. Неразрушающий контроль и безопасность перевозочного процесса на железных дорогах России. В мире НК, № 5, 1999 г., с. 14-15.

12. Марков А.А. Методология и средства ультразвукового контроля рельсов. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. Санкт-Петербург. 2003 г.

13. Тырин В.П. и др. Трещиностойкость рельса в зоне болтовых отверстий. //Вестник ВНИИЖТа, 1991, № 6, С. 36-40.

14. Clark R., Singh S., Haist С. Ultrasonic characterization of defects in rails. -Insight. 2002. V. 44. N 6. P. 341-347.

15. Peterson M.L., Jeffrey B.D., Gutkovski R.M. Limitation in size and type of detectable defects in rail flaw inspection. Insight. 2000. V. 42. N 5. P. 306-311.

16. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса. Пер. с англ./ Харрис У.Дж., Захаров С.М., Ландгрен Дж., Турне X., Эберсен В. М.: Интекст, 2002.- 408 с.

17. Управление надёжностью бесстыкового пути / Лысюк B.C., Семёнов В.Т., Ермаков В.М., Зверев Н.Б., Башкатова Л.В.; Под ред. Лысюка B.C. М.: Транспорт, 1999. 373 с.

18. Chahbaz, М. Brassard and A. Peletier. Mobile Inspection System for Rail Integrity Assessment. Roma 2000 15th WCNDT, ind 533.htm.

19. Конюхов А.Д., Рейхарт B.A., Нефёдов A.A. Изломы рельсов по дефекту 69. Путь и путевое хозяйство. 1994. № 5. С. 26-27.

20. Лысюк B.C., Желнин Г.Г., Шарапов С.Н. Повреждение рельсов и износ колёс. Путь и путевое хозяйство, 1997, № 6. С. 4-8.

21. Износ рельсов и колёс подвижного состава. Под ред. К.Л. Комарова, Н.И Карпущенко. Изд-во СГАПС, 1997. 135 с.

22. Чабан С.В. О системе и перспективах НК качества рельсов на Кузнецком металлургическом комбинате. В мире НК. 2001. № 4. С. 58- 60.

23. Tchaban S.V. Status and prospects of NDT for rail quality at Kuznetsk Steel Works. Russia. Insight. V.45. No. 6. P. 421 - 423.

24. Каменский В.Б. Оценка действующего регламента замены остродефектных рельсов // В мире НК. 2003. № 2 (20). С. 64-66.

25. Каменский В.Б. Периодичность контроля рельсов. М.: ЦНИИ ТЭИ, 2002.

26. Гурвич А.К., Тарасенко В.В., Ежов В.В. Принципы планирования периодичности контроля рельсов. В мире НК. 2000. № 2 (8), с. 37- 39.

27. Бардышев O.A., Кудряшов А.В., Тэттэр В.И. Машины на комбинированном ходу. Под ред. д-ра техн. наук, проф. К.С. Исаева. М.: «Транспорт», 1975,135 е., ил.

28. Архангельский С.В., Гунин В.А., Ефремов В.А. / Новые модели вагонов-путеизмерителей //Путь и путевое хозяйство. 2005. № 1. С. 3-4.

29. Самокрутов А.А. Современные методы и технические средства акустического неразрушающе го контроля. М.: Машиностроение-1. 2003 г. -110с.

30. Троицкий В.А., Радько В.П., Демидко В.Г., Бобров В.Т.

31. Неразрушающий контроль качества сварных соединений. Киев, Техшка, 1986,- 159 с.

32. Бобров В.Т., Свиридов Ю.Б., Никифоренко Ж.Г. и др.

33. Электромагнитное возбуждение акустических волн и их взаимодействие с дефектами в ограниченных твердых телах // Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1989, № 2. С. 19-29.

34. Bobrov V.T., Lontschak V.A., Nikiforenko Sh.G. Kontrolle von Eisenbahnschienen mit EMAT. Internationales Messesymposium "Rechnergestiitzte Ultraschall-Materialprufung", Vortr.Nr. 16, Sept., 1988, Leipzig, DDR.

35. Буденков Г.А., Недзвецкая O.B. Динамические задачи теории упругости в приложении к проблемам акустического контроля и диагностики. М.: Издательство физико-математической литературы. 2004. - 136 с.

36. Викторов И.А. Физические основы применения волн Рэлея и Лэмба в технике. М., «Наука», 1966,167 с.

37. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твёрдых телах. М.: Наука, 1981.-288 с.

38. Сазонов Ю.И., Шкарлет Ю.М. Исследование бесконтактных методов возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний // Дефектоскопия,1969, №5. С. 1-12.

39. Шкарлет Ю.М., Локшина Н.Н. Исследование электромагнитно-акустического преобразователя сдвиговых колебаний // Дефектоскопия,1970, №3. С. 3-12.

40. Шкарлет Ю.М., Шубаев С.Н. Обратное электромагнитно-акустическое преобразование. Сб. «Труды НИКИМП», 1972, вып.2 (7), с. 80-90.

41. Шкарлет Ю.М. Бесконтактные методы ультразвукового контроля. М: Машиностроение, 1974. - 55 с.

42. Буденков Г.А, Гуревич С.Ю. Современное состояние бесконтактных методов и средств ультразвукового контроля // Дефектоскопия, 1981, № 5. С. 5-33.

43. Комаров В.А. Квазистационарное электромагнитно-акустическое преобразование в металлах. Основы теории и применение при неразрушающих испытаниях. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. - 235 с.

44. Гурвич А.К. Зеркально- теневой метод ультразвуковой дефектоскопии. М.: «Машиностроение», 1970.

45. Тарабрин В.Ф., Алексеев А.В., Кисляковский О.Н., Одынец С.А.

46. Эффективность ультразвуковой диагностики рельсов в пути. В мире НК. 2001. № 1.С. 62-64.

47. Tarabrine V. F., Alexeyev A. V., Bobrov V. T. Mobile diagnostics systems for in-service railway track inspection. 8/A ECNDT, Barcelona, 2002, Abstracts book, R22, pp. 451.

48. Тарабрин В.Ф., Бобров В.Т., Алексеев А.В. Мобильная лаборатория «ЛДМ-1» УЗ диагностики, паспортизации и мониторинга состояния рельсового пути. - В мире НК. 2002. № 2. С. 62-65.

49. Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Бобров В.Т., Алексеев А.В. Принципы создания и организация эксплуатации систем технической диагностики рельсов, уложенных в пути // Контроль. Диагностика. 2003. № 2. С. 40-47.

50. Бобров В.Т., Тарабрин В.Ф., Бабушкин И.А. Повышение эффективности эхо и зеркально-теневого методов ультразвукового контроля рельсов. Международный форум «Ультразвуковая дефектоскопия 75»: 3-4 февраля 2003. - Санкт-Петербург.

51. Тарабрин В.Ф., Алексеев А.В. О полигонах рационального применения мобильных дефектоскопных систем на комбинированном ходу. В мире НК. 2002. №4. С. 70-71.

52. Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Кисляковский О.Н. Управление чувствительностью УЗК рельсов с учётом состояния акустического контакта. В мире НК. 2003. № 3 (21). С. 74 - 75.

53. Бобров В.Т., Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Кулешов Р.В.

54. Ультразвуковой дефектоскоп «Ласточка». Патент РФ на изобретение № 2231783. Заявл. 09.08.2001. Опубл. 27.06.2004. Бюл. № 18.

55. Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Бобров В.Т. Способ ультразвуковой дефектоскопии и устройство для его осуществления. Патент РФ на изобретение № 2270998. Заявл. 30.09.2003. Опубл. 27.02.2006. Бюл. №6.

56. Тарабрин В.Ф., Одынец С.А., Алексеев А.В., Парменёнков В.И.

57. Автомотриса дефектоскопная электрическая АДЭ-1. Учебное пособие. -ЗАО «Фирма ТВЕМА», Москва. 2001. 229 с.

58. Бобров В.Т., Никифоренко Ж.Г. и Малинка А.В. Электромагнитно-акустический преобразователь. Авт. свид. СССР № 1342230 А1, МКИ4 G 01 N29/04. Заявл. 08.04.82.

59. Данилов В.Н., Ямщиков B.C. К вопросу о рассеянии поверхностных волн Рэлея на пограничных дефектах. Акустический журнал, 1985, 21, № 3, с. 323-327.

60. Дымкин Г.Я., Максимов А.В. Исследование отражения рэлеевских волн от подверхностных дефектов. Дефектоскопия, 1988, № 3. С. 93-94.

61. Alers G.A., Burns L.R. EMAT Designs for Special Applications. Materials Evaluation, 1987, V. 45, № 10, pp. 1184-1189.

62. Alers G.A. Railroad Rail Flaw Detection System Based on Electromagnetic Acoustic Transducers. Magnasonics Inc. Report No. DOT/FRA/ORD 88/09. US Departament of Transportation. 1988 - pp. 80.

63. Thompson R.B. Electromagnetic generation of Rayleigh and Lamb waves in ferromagnetic materials.- Proceeding Ultrasonics Symposium, N.Y., 1975, pp. 633-636.

64. Thompson R.B. Electromagnetic, noncontact transducers. "JEEE Ultrasonic Symposium Proceedings", 1973, pp. 385-392.

65. Thompson R.B. A Model for the Electromagnetic Generation and Detection of Rayleigh and Lamb Waves, JEEE Trans, on Sonics and Ultrasonics SU-20, 340 (1973).

66. Maxfield В. et al. Design of permanent magnetic electromagnetic acoustic wave transducers (EMATs). Proceed. Ultrason. Symp., N.Y., 1976, p. 22-25.

67. Башкатова JI.B., Гурвич A.K., Лохач A.B., Марков А.А.

68. Компьютеризированные средства неразрушающего контроля и диагностики железнодорожного пути. /Под ред. Бугаенко В.М. Санкт-Петербург, Изд. «Радиоавионика», 1977.

69. Тырин В.П. и др. Трещиностойкость рельса в зоне болтовых отверстий // Вестник ВНИИЖТа, 1991, № 6. С. 36-40.

70. Буденков Г.А, Квятковский В.Н., Петров Ю.В. Электромагнитно-акустические датчики для наклонного излучения ультразвуковых волн. -Дефектоскопия, 1974, № 1. С. 38-44.

71. Буденков Г.А, Головачева З.Д., Петров Ю.В. Регистрация наклонных ультразвуковых волн электромагнитно-акустическим способом // Дефектоскопия, 1974, № 2. С. 62-70.

72. Власов В.В., Лончак В.А., Глухов Н.А., Иванов И.В., Рунов И.Н.

73. Ультразвуковой контроль железнодорожных рельсов, уложенных в путь, с использованием электромагнитно-акустических преобразователей // Дефектоскопия, 1971, № 3. С. 94-98.

74. Довнар Б.П., Сычев Ю.Д., Щербинина В.А., Ольшанская Л.П. Оценка поверхностного эффекта и выявляемое™ внутренних дефектов в головке рельсов при скоростной магнитной дефектоскопии // Дефектоскопия, 1967, №З.С. 1-7.

75. Антипов Г.А., Марков А.А. Современное состояние и перспективы развития магнитных методов контроля рельсового пути. Сб. научных трудов: Современные технологии извлечения и обработки информации. СПб, Радиоавионика. 2001 г. С. 45-52.

76. Королев М.Ю. О предельной скорости контроля рельсов магнитным методом. В мире НК. 2001. № 3 (13), с. 55-56.

77. Королев М.Ю. Расчетные модели для оценки сигналов от объектов пути при магнитодинамическом методе НК рельсов. В мире НК. 2002. № 4 (18), с. 72-73.

78. Марков А.А., Антипов Г.А. Экспериментальные исследования по усовершенствованию магнитного канала дефектоскопического комплекса АВИКОН-ОЗ / // XVI Российская н-т конф. "Неразрушающий контроль и диагностика": Тез. докл. СПб, 2002.- С. 25.

79. Ильин И.В. К вопросу о возбуждении объемных волн в ферромагнитных металлах электромагнитно-акустическим преобразователем//Дефектоскопия, 1987, № 12. С. 13-21.

80. Малинка А.В. Излучение и прием ультразвуковых колебаний под заданным углом при электромагнитно-акустическом методе // Дефектоскопия, 1970, № 5. С. 16-20.

81. Малинка А.В., Неволин О.В. Бесконтактный ультразвуковой контроль металлопродукции с использованием ЭМА преобразователей. - " Сталь", 1981, №4. С. 82.

82. Буденков Г.А., Квятковский В.Н., Петров Ю.В., Сидельникова Н.В.

83. Исследование диаграммы направленности электромагнитно-акустического излучателя. Дефектоскопия, 1971, № 4. С. 87-91.

84. Глухов И.А. О направленности электромагнитного акустического датчика сдвиговых колебаний. Дефектоскопия, 1971, № 1. С. 13-19.

85. Буденков Г.А, Квятковский В.Н., Петров Ю.В. Наклонное излучение ультразвука электромагнитно-акустическим способом. Дефектоскопия, 1973, № 1, с. 57-66.

86. Марков А.А., Захарова О.Ф., Мосягин В.В. Применение развертки типа «В» для обнаружения трещин в зоне болтовых стыков железнодорожных рельсов. Дефектоскопия, 1999, № 6, с. 78-92.

87. Whittington K.R., Electrodynamic Probes Principles, Performance and Applications -British Journal of NDT, 1981, may, p. 127-132.

88. Болдырев Ю.П., Петров Ю.В. Контроль качества рельсов с помощью электромагнитно-акустических преобразователей. Дефектоскопия, 1975, № 4, с. 32-37.

89. Armitage P.R. The use of low-frequency Rayleigh waves to detect gauge corner cracking in railway lines. Insight. 2002. V. 44. N 6. P. 369-372.

90. Small J. and Brook C. Ultrasonic characterisation and transducers for rails inspection. Insight 2002. V. 44. N 6. P. 373-374, 378.

91. Pearson G. Rail testing in the Wessex Region. Insight. 2002. V. 44. N 6. P. 375378.

92. Бугаенко В.М. Развитие системы диагностики пути и сооружений. Труды 1-ой научно-практической конференции. Калуга: АКФ «Политоп» 2002. С. 22-43.

93. Юозонене JI.B. Упругие поверхностно-продольные волны и их применение для неразрушающего контроля // Дефектоскопия, 1980, № 8. С. 29-38.

94. Гурвич А.К., Кузьмина Л.И. Справочные диаграммы направленности искателей ультразвуковых дефектоскопов. Киев, "Техшка", 1980, с.51-53.

95. Буденков Г.А., Петров Ю.В. Стенд для определения диаграмм направленности ультразвуковых искателей // Дефектоскопия. 1981, № 1. С. 76-81.

96. Бугаенко В.М. Проблемы дефектоскопии рельсов. В мире НК. 2006. № 1 (31). С. 62-63.

97. Й. Крауткремер, Г. Крауткремер Ультразвуковой контроль материалов: Справ, изд.; Пер. с нем. М.: Металлургия, 1991 г., 752с.

98. Lutsch A.: Ultrasonic reflektoscope with an indicator of the degree of coupling between transducer and object. J.Acoust.Soc.Am.30 (1958), 544-548.

99. Гурвич A.K., Дымкин Г.Я., Коряченко В.Д. и др. О формировании опорного сигнала при оценке состояния акустического контакта. -Дефектоскопия, 1981, № 3, с. 107-109.

100. Коряченко В.Д., Фак И.И., Заборовский О.Р. и др. Способ контроля акустического контакта. Авт. свид. № 603896.- Бюл. Изобр., 1978, № 15, с. 136.

101. Коряченко В.Д. Статистическая обработка сигналов дефектоскопа с целью увеличения отношения сигнал/шум при реверберационных помехах структуры. // Дефектоскопия, 1975, № 1, с. 87-95.

102. Бобров В.Т., Коряченко В.Д. Повышение чувствительности и достоверности автоматизированного У.З. контроля сварных швов труб. // Дефектоскопия, 1978, № 9, с. 36-40.

103. Теоретические основы радиолокации. Под редакцией В.Е. Дулевича, М.: Советское радио, 1978. 608 с.

104. Основы радиолокации. Под общей ред. К.Н. Трофимова, т.1. М.: Советское радио, 1976,456 с.

105. Глухов Н.А. Некоторые параметры электромагнитного датчика сдвиговых ультразвуковых колебаний в токопроводящих материалах. -Дефектоскопия, 1971, № 4. С. 69-74.

106. Марков А.А., Шпагин Д.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. Санкт-Петербург, Образование-Культура, 1999, 236 с.

107. Morimoto К., Takeuchi I., Doi Т. at all. Development of flaw imaging system with EMAT. 9th International Conference on Nondestructive Evaluation. Eval. Nuel. Ind. Tokyo, 28 apr. 1988 P. 497-500.

108. Krug G., Orjelik V., Aharoni R. Comparative Data Analysis for Optimal High-Speed Railways Testing. Тезисы XV Всемирной конференции по неразрушающему контролю. Рим, Италия, 15-21 октября 2000 г.

109. American Railway Engineering Association, «Manual for Railway Engineering», Chicago, IL., 1992.

110. Кайно Г. Акустические волны (Устройства, визуализация и аналоговая обработка сигналов). Издательство «Мир», 1990, с. 5-33.

111. Марков А.А., Шпагин Д.А. Регистрация и анализ сигналов ультразвукового контроля рельсов. СПб.: Образование-Культура, 2003. -150 с.

112. Марков А.А., Шпагин Д.А., Поваров И.Б. Система мониторинга состояния рельсового пути с помощью скоростных средств неразрушающего контроля. Тезисы докл. 15 Российской научно-техн. конф. «Неразрушающий контроль и диагностика». Т. 1. -М.: 1999, с. 216.

113. Марков А.А., Молотков СЛ., Виноградов В.И. Ультразвуковой контроль «шумящих» рельсов // Путь и путевое хозяйство 1995, -№ 11.-С. 8-9.

114. Марков А.А., Захарова О.Ф., Мосягин В.В. Эффективнее контролировать зону болтовых стыков // Путь и путевое хозяйство 1999, -№ 2.- С. 14-19.

115. Марков А.А., Бершадская Т.Н., Шпагин Д.А., Белоусов Н.А.

116. Предложения о единой форме представления результатов сплошного УЗК рельсов // В мире НК 2001, - № 3 (13). - С. 62-64.

117. Марков А.А., Шпагин Д.А., Бершадская Т.Н., Белоусов Н.А.

118. Комплексный анализ дефектоскопической информации неразрушающего контроля железнодорожных рельсов // В мире НК 2003, - № 2 (20). - С. 67-70.

119. Марков А.А., Шпагин Д.А., Шилов М.Н. Ультразвуковой многоканальный дефектоскоп для контроля железнодорожных рельсов с регистрацией сигналов // Дефектоскопия. 2003. № 2. - С. 24-35.

120. Марков А.А., Миронов Ф.С. Принципы электронно-акустического моделирования для повышения эффективности неразрушающего контроля// Сб. научных трудов "Современные технологии извлечения и обработки информации", СПб, ОАО "Радиоавионика". 2001. - С.84-90.

121. Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. М.: Мир. 1972. 307 с.

122. Разработка требований к унифицированному представлению информации многоканальных ультразвуковых дефектоскопов / Марков А.А., Шпагин Д.А. // XVI Российская н.-т. конф. "Неразрушающий контроль и диагностика": Тез. докл. СПб, 2002. - С.20.

123. Thompson R.B. Generation of horisontally polarized shear wave in ferromagnetic materials using magnetostrictively coupled meandr-coil electromagnetic transducers. Applied Physics Letters, 1979, v.34 (2), p. 175177.

124. Vasile C.F., Thompson R.B. Excitation of horisontally polarized shear elastic wave by electromagnetic transducers with periodic permanent magnets. "J.Appl. Phis.", 1979, 50, № 4, p. 2583-2588.

125. Thompson R.B. et al. Application of Direct Electromagnetic Lamb wave by electromagnetic Generation to Gas Pipeline Inspection in Ultrasonic Symposium Proceedings, 1972, Boston, pp. 91-94.

126. Hu J.K. et al. Directional characteristics of electromagnetic acoustic transducers, Ultrasonics, 1988, V 26, № 1, pp. -23.

127. Ульянов Г.К. О применении неконтактных магнито-акустических преобразователей в ультразвуковой дефектоскопии. Труды ЛИАП, вып. 45, 1965, с. 27-32.

128. Ильясов Р.С., Комаров В.А. Электромагнитно-акустическое преобразование объемных волн в ферромагнетиках накладнымипреобразователями. I. Экспериментальное изучение основных закономерностей. Дефектоскопия, 1983, № 11. С. 33-44.

129. Сучков Г.М. Высокочувствительный электромагнитно-акустический преобразователь // Контроль. Диагностика, 2001, № 10. С. 30-32.

130. Самокрутов А.А. Исследования методов УЗ НК на базе малоапертурных преобразователей и антенных систем. М.: Машиностроение-1. 2003г. 105 с.

131. Sanderson R., Smith S. The application of finite modeling to guided ultrasonic waves in rails. Insight. 2002. V. 44. N 6. P. 359-363.

132. Gurvich А.К., Kozlov V.N., Samokrutov A.A., Shevaldykin V.G. NONDESTRUCTIVE TESTING OF RAILS IN CASE OF GUIDED WAVES USE. 16th World Conference on Nondestructive Testing. Montreal, Canada. August 30 September 3,2004. Book of Abstracts. TS1.7.4. p.9.

133. Алёшин Н.П., Могильнер JI. Ю. Анализ упругого поля ультразвуковых волн, рассеянных на цилиндрической полости. Дефектоскопия. 1982. № 12. С. 18-30.

134. Алёшин Н.П., Могил ьнер Л. Ю. Анализ упругого поля ультразвуковых волн, рассеянных на цилиндрическом отражателе. Дефектоскопия. 1984. №6. С. 3-13.

135. Григорьев М.В., Гурвич А.К., Гребенников В.В., Маркелова Е.А.

136. Исследование способа измерения размеров объёмных дефектов при ультразвуковом контроле. Дефектоскопия. 1982. № 5. С. 4-11.

137. Буденков Г.А., Хакимова Л.И. Волны, формирующие отражённый от цилиндрической полости импульс сдвиговой волны. Дефектоскопия. 1987. № 10. С. 52-65.

138. Вопилкин А.Х. Волны дифракции и их применение в ультразвуковом неразрушающем контроле. Физические закономерности волн дифракции. -Дефектоскопия. 1985. № 1. С. 20-34.

139. Буденков Г.А, Бойко М.С., Хакимова Л.И. Исследование волн на поверхности цилиндрической полости. Дефектоскопия, 1988, № 6. С. 6776.166. http://www.eav.ru/publs.php?nomber=2003-09

140. Цвей Г.В., Михайленко Ю.М., Гаврев B.C., Пастернак В.Б.

141. Построение систем временной регулировки чувствительности в автоматизированных установках для ультразвукового контроля. -Дефектоскопия, 1988, № 8. С. 39-43.

142. Гаврев B.C., Козлов JI.B., Цвей Г.В. и др. Новые приборы для автоматизированных установок неразрушающего ультразвукового контроля. Дефектоскопия, 1988, № 8. С. 9-13.

143. Юозонене JI.B. Способ контроля качества поверхностного слоя материалов. Авт. свид. СССР № 461348. Бюлл. изобр., 1975, № 7. С. 108.

144. Ананьев Н.И., Шлепнёв И.О. Организационное и метрологическое обеспечение НК на железнодорожном транспорте. В мире НК. 2000. № 3(9), с. 45-47.

145. Гурвич А.К., Давыдкин А.В. Схемы прозвучивания и эффективность средств сплошного УЗК рельсов. В мире НК. 2003. № 3 (21). С. 71-73.

146. Гурвич А.К., Болдырев Ю.Н. Зеркально-теневой метод ультразвуковой дефектоскопии рельсов с использованием ЭМА преобразователей. В сб.: Ультразвуковая дефектоскопия сварных конструкций. Л.: НТО Машпром. 1973. С. 8-11.

147. Бобров В.Т., Никифоренко Ж.Г. и Малинка А.В. Электромагнитно-акустический преобразователь. Авт. свид. СССР № 1342230 А1, МКИ4 G 01N29/04.

148. Тарабрин В.Ф. Развитие концепции НК, технической диагностики и мониторинга рельсового пути. В мире Ж. № 3 (33). 2006. С. 67-70.

149. Шубаев С.Н., Шкарлет Ю.М. Переменные поля, возникающие при электромагнитном методе приема волн Рэлея и Лэмба. Дефектоскопия,1972, №6, с. 62-68.

150. Шубаев С.Н., Шкарлет Ю.М. Расчет датчиков, применяемых при электромагнитном методе приема волн Рэлея и Лэмба. Дефектоскопия,1973, №1, с. 81-89.

151. Шубаев С.Н., Шкарлет Ю.М. Общие закономерности электромагнитного приема волн Рэлея и Лэмба.- Дефектоскопия, 1972, № 5, с. 63-72.