gДля измерения колесных пар используют специальной измерительный инструмент и шаблоны:
- штангенциркуль для измерения диаметра колес по кругу катания,
- штихмас для замера расстояния между внутренними гранями колес,
- шаблон для проверки профиля колеса,
- толщиномер для определения толщины обода колеса,
- шаблон или кронциркуль для измерения ширины обода,
- прибор для измерения расстояния от торца оси до внутренней грани,
- микрометрические скобы, микрометр и кронциркуль для замера диаметров всех частей оси,
- резьбовые калибры — кольца и пробки для контроля резьбовой части шейки и гнезд для крепительных болтов,
- шаблоны для проверки буртов, галтелей, зарезьбовой канавки, паза под стопорную планку, центровых отверстий.
Этот же инструмент используют для обмера колесных пар перед ремонтом. Для определения проката и износа гребня применяют абсолютный шаблон.
Положение абсолютного шаблона при измерении проката (а) и толщины гребня (б)
Проверка основных размеров колесных пар может производиться автоматически на измерительных стендах. Существует несколько конструкций измерительных стендов, отличающихся количеством производимых измерений и методами их выполнения.
Схема измерительного стенда: 1—колесная пара; 2—рама стен; 3—измерительные датчики
Измерительный стенд Приволжской железной дороги позволяет автоматически измерять длину и диаметры шеек, диаметры предподступичной, подступичной и средней части оси и колес, толщину ободьев, прокат по кругу катания и расстояние между внутренними гранями колес.
На портале этого стенда размещены 16 измерительных устройств. Колесную пару устанавливают на базовые ролики, расположенные в разрыве рельсового пути под порталом. При обмере она не поворачивается.
Блок-схема каждого измерительного устройства состоит из электроконтактного датчика, запоминающего устройства, дешифратора и печатающей машинки.
На металлической пластине укреплен неподвижный упор 2, подвижной измерительный стержень 1, рычаг 4, контактная отладочная плата купить 3 и пневматический цилиндр с поршнем 5.
При включении пневматического привода измерительный стержень прижимается к обмеряемой поверхности, одновременно поворачивая рычаг. Щетка рычага перемещается по контактной плате и останавливается на одной из ламелей, которая подключена к электрической цепи соответствующего блока запоминающего устройства.
Блоки собраны на шаговых искателях. Угол поворота ротора шагового искателя определяет в кодированном виде измеряемый параметр. Все 16 датчиков подаются к обмеряемым элементам колесной пары одновременно. После этого автоматически включается запоминающее устройство, откуда информация поступает в дешифратор, расшифровывается и выдается на печатающую машинку.
Измерительный стенд Уральского электромеханического института инженеров железнодорожного транспорта позволяет автоматически замерять диаметры колес, шеек, предподступичных, подступичных и средней части оси, толщину и ширину ободьев колес, расстояние между их внутренними гранями, овальность и конусность шеек, овальность и эксцентричность колес по кругу катания, аксиальное биение.
Обмер колесных пар выполняют с помощью 14 измерительных преобразователей трансформаторного типа (ПТ). Линейные размеры (толщина обода, расстояние между внутренними гранями) воспринимаются измерительными устройствами стенда непосредственно от этих преобразователей, так как измерительные стержни их соприкасаются с обмеряемой поверхностью.
Для замера диаметров преобразователи ПТ соединены с механическими трехконтактными преобразователями ПМ, с помощью которых замеренные размеры передаются на измерительные стержни трансформаторных преобразователей.
Электрические выходные сигналы с преобразователей подаются через входной коммутатор К на вход цифрового преобразователя АЦП, откуда поступают в устройство цифровой регистрации УЦР, которое состоит из печатающего блока УЦП и блока цифровой индикации УЦИ.
Печатающий блок выдает машинописные результаты измерения в цифровой форме, а блок цифровой индикации показывает размер элемента на отсчетном устройстве.
Выходные сигналы электроконтактных датчиков ДА с контролируемых поверхностей воспринимаются запоминающим устройством ЗУ и подаются на мнемоническую схему, помещенную на пульте управления.
Если отклонения формы контролируемых элементов не превышают допустимых размеров, то сигналы не подаются.
На стенде «Хегеншейдт» (ФРГ) измеряют диаметры колес по кругу катания, расстояние между внутренними гранями, радиальное биение по кругу катания и аксиальное на внутренних гранях, ширину обода колеса, длину и диаметр шейки и ее биение, симметрию положения колес относительно шеек оси (разность насадки), также контролируют геометрию профиля колеса.
Кроме того, на стенде можно измерять роликовые колесные пары без демонтажа букс.
Обмеряемая колесная пара накатывается на рельсы стенда поднимается на гребнях колес подъемным устройством, автоматически фиксируется в центрах пинолей стенда и приводится во вращение фрикционным роликом, который входит в соприкосновение с поверхностью катания колеса.
Измерительное устройство стенда состоит из семи проекционных светолучевых систем. Каждая система состоит из источника света, объектива, комплекта зеркал и светового измерительного экрана. Две лучевые системы предназначены для профилей колес, две для шеек, две для букс если они находятся на шейках колесной пары, одна для измерения диаметра колеса.
При вращении колесной пары профили обоих колес видны в двойном увеличении на экранах на фоне шаблона стандартного профиля. Перекрытия профильной тени контролируемого колеса и шаблона проявляются в виде затемненных мест и белых просветов.
При вписывании профильной тени в очертания шаблона путем перемещения измерительного панно (доски) определяется диаметр обточки при самом минимальном снятии металла, который фиксируется нашкале измерительного экрана диаметра колеса. Размеры шеек устанавливают по их вращающейся тени на градуированных экранах, а биение—индикаторными часами, связанными с диаметрами шеек.
Дефектоскопию вагонных колесных пар осуществляют магнитопо-рошковым методом и ульразвуковым эхо-методом.
Для магнито-порошковой дефектоскопии используют дефектоскопы переменного тока нескольких типов, намагничивающим устройством каждого из которых является соленоид. Испытание производят способом нанесения сухого магнитного (железного) порошка марки ПЖ6ВМ или жидкой магнитной суспензии этого порошка. Порошок размешивают обычно в трансформаторном масле из расчета 200 г/л.
При низких температурах добавляют керосин.
Неразъемный дефектоскоп типа ДКМ-1Б применяют для проверки шеек и предподступичных частей осей сформированных колесных пар. Зона действия дефектоскопа 230—240 мм с каждой стороны.
Дефектоскоп соединяют с сетью и навешивают на шейку оси около ее торца, включают тумблер (или кнопку) дефектоскопа, свободную поверхность шейки и предподступичную часть поливают магнитной суспензией и осматривают. После поворота колесной пары на 180° операцию повторяют. Затем дефектоскоп перемещают к ступице колеса и таким же образом проверяют переднюю часть шейки.
Для размагничивания дефектоскоп снимают с шейки и выключают после удаления от нее на 500—600 мм. Для обеспечения кругового осмотра колесную пару устанавливают на приводные ролики испытательного стенда, расположенные в разрезе рельсовой колеи.
Разъемный дефектоскоп типа ОД-1-1 применяют при контроле средней части оси колесной пары.
Для возможности охвата оси трехвитковый соленоид этого дефектоскопа из шинной меди «разрезан» по диаметру, и витки соединены с одной стороны шарнирами, а с другой в рабочем положении смыкаются друг с другом.
Зона действия дефектоскопа 250 мм. Дефектоскоп находится на передвижной тележке и применяется в комплекте с испытательным стендом, обеспечивающим вращение колесной пары и передвижение дефектоскопа вдоль оси.
В процессе испытания тележку с включенным дефектоскопом перемещают от ступицы к средине оси, последовательно нанося сухой магнитный порошок. Таким образом контролируют первую половину оси. Затем дефектоскоп выключают и продвигают ко второй ступице и таким же порядком проверяют вторую половину оси.
Колесную пару поворачивают 4—5 раз, последовательно проверяя всю ось.
Седлообразный дефектоскоп типа ДГС-М конструктивно отличается от всех соленоидных дефектоскопов тем, что его намагничивающие катушки соединены подковообразным магнитопроводом, позволяющим не охватывать деталь, а нависать над нею. Зона действия 120 мм.
Такое исполнение дефектоскопа позволяет проверять все открытые части оси колесной пары одним дефектоскопом, а не двумя (неразъемным и разъемным). Но поверхность оси должна быть чисто обработана. Седлообразный дефектоскоп, как правило, подвешивается на консоли испытательного стенда.
Им удобно проверять подступичные части оси перед напрессовкой колес.
Комбинированная дефектоскопная установка применяется для выявления трещин в средней части оси и шейках, а также во внутренних кольцах роликовых подшипников, в случаях, когда они насажены на шейки.
На сварной раме установки расположены опорные ролики 4 для фиксирования и вращения колесной пары с помощью привода 5, механизмы сбрасывания 2 и отсечки, предотвращающей произвольное накатывание очередной колесной пары, типовой дефектоскоп с разъемным соленоидом 3 для намагничивания средней части оси.
Шеечные соленоиды 7 намагничивающе-размагничиваю-щих устройств в виде трехвитковых катушек из изолированной медной шины и контактные головки 8 для пропуска тока вдоль оси смонтированы на подставках 9.
Размагничивающий трансформатор расположен в приямке ниже уровня пола. Управление установкой происходит с пульта 6. Зажимы 1 служат для присоединения проводов намагничивающих устройств.
Кольца намагничиваются импульсами разрядного тока конденсаторной батареи БК с помощью контактных головок КГ и через соленоиды НРУ.
При этом происходит одновременное намагничивание двумя взаимно перпендикулярными магнитными полями — поперечным, возникающим в насаженных кольцах в момент прохождения импульса тока вдоль оси через контактные головки, и продольным полем соленоида.
Такое комбинированное намагничивание позволяет обнаруживать в кольцах трещины любой ориентации, в том числе особо опасные продольные. Свободные от внутренних колец шейки намагничивают только соленоидами.
Конденсаторная батарея БК заряжается постоянным током через выпрямитель 6, который получает питание 220 В от трансформатора, подключенного к одной из фаз, и нулевому проводу сети 380 В. В цепь заряда БК включается выключателем Вк1 через ограничивающий ток резистор, а разряжается на намагничивающую сеть выключателем Вк2.
При этом отключается выключатель Вк1, и цепь заряда батареи прерывается. В момент разряда батареи импульсный ток около 3000 А в тысячные доли секунды проходит через тиристор Д, силовой кремниевый диод которого обеспечивает прохождение намагничивающего тока в заданном направлении, снижая обратные отрицательные импульсы, возникающие в намагничивающем контуре.
Размагничивание колец и шеек производится соленоидами ИРУ, которые надевают на шейки и попеременно с помощью переключателя подключают к источнику переменного тока — вторичной обмотке размагничивающего трансформатора Тр и затем снимают их с шеек с удалением в сторону на расстояние не менее 1 м.
Ультразвуковая дефектоскопия осей осуществляется с помощью ультразвукового эхо-импульснОго дефектоскопа УЗД-64.
Разрабатывается более совершенный дефектоскоп повышенной чувствительности с автоматическим звуковым и оптическим сигнализатором обнаружения дефекта.
Структурная схема дефектоскопа УЗД-64 состоит из следующих блоков:
- генератора 1 электрических высокочастотных импульсов (2,5 МГц), предназначенного для возбуждения механических колебаний такой же частоты в пьезоэлементе;
- искателя 2 с пьезоэлементом и демпферным устройством, которое обеспечивает резонансную частоту рабочих колебаний пьезоэлемента (материалом для демпфера служат текстолит, эпоксидная смола с вольфрамовой крошкой и разные пластмассы).
В состав схемы входят приемник 3 отраженных электрических импульсов, объединяющий усилитель высокой частоты 4, детектор (выпрямитель) 5 и видеоусилитель 6. Приемник усиливает переменные электрические колебания, поступающие от пьезоэлемента, и преобразует их в электрические импульсы постоянного напряжения, которые возникают на экране электронно-лучевой трубки 7.
Генератор 8 служит для подачи импульсов вспомогательных напряжений развертки и подсвечивания луча электронно-лучевой трубки, а индикатор (глубиномер) 9 — для определения глубины залегания дефекта. Блок питания состоит из силового трансформатора 10 со стабилизатором напряжения и полупроводникового выпрямителя. Невыпрямленным напряжением питаются генератор электрических импульсов для возбуждения пьезоэлементов, электронно-лучевая трубка, генератор развертки и видеоусилитель.
К дефектоскопу придается комплект искателей, позволяющих вводить ультразвук в проверяемую ось под разными углами. В комплект искателей входят: искатели ЩКП — прямой 0°, наклонный 6° (или призматические насадки к прямому искателю с углом призмы 6°), наклонный 37 или 40° (или призматические насадки с этими углами наклона): комбинированный искатель ЩРО с встроенными прямым 0° и наклонным 6° искателями. Для прозвучивания полых осей используют наклонные искатели или призматические насадки с углами призм 30, 37(40), 50 и 64°. Искатели подключают к дефектоскопу при помощи соединительных кабелей.
Дефектоскоп обычно используют в совмещенном (однощуповом) режиме, когда один и тот же искатель является излучателем и приемником ультразвуковых импульсов. Посланный в ось через искатель ультразвуковой импульс отражается от противоположных поверхностей оси и возвращается обратно, возбуждая на металлизированных поверхностях пьезоэлемента искателя электрическое напряжение, которое после усиления и выпрямления передается на электронно-лучевую трубку дефектоскопа.
На экране трубки появляется осциллограмма электрических импульсов. В левой части осциллограммы всегда будет находиться зондирующий импульс, указывающий на исправность дефектоскопа, в правой — эхо-сигналы от «дна» («донные» отражения) прямого и трансформированных лучей. Остальные отражения, в том числе и от дефекта, располагаются между ними.
Эхо-сигнал от дефекта будет наблюдаться в виде одиночного импульса, превышающего уровень соседних с ним помех в 3—4 раза и более.
При прозвучивании прессового соединения колес нужно учитывать, что ультразвуковые колебания, направленные в подступичную часть, будут проникать в ступицу колеса и, отражаясь от ее внешней поверхности, появятся в виде дополнительных отраженных импульсов на осцилограмме. Э
то осложняет выявление дефектов в подступичной части, так как эхо-сигналы от дефекта и от поверхности ступицы могут совпадать. На осциллограмме, кроме того, будут видны помехи в виде тесно примыкающих друг к другу вертикальных штрихов различной величины (широкий импульс), возникающие из-за неровностей на поверхностях прессового соединения, наличия на них масла, неоднородности структуры металла.
Применяются различные способы прозвучивания осей.
Сквозное прозвучивание всей оси прямым искателем 0° продольными волнами является основным способом и производится обязательно при проверке осей всех типов с каждого торца оси. Искатель при наибольшей чувствительности дефектоскопа прикладывают к торцу оси в 20—25 точках вблизи образующей диаметра шейки и контролируют дальние от искателя подступичную часть и половину средней части оси в зоне контроля 1000—2000 мм.
Дальней границей этой зоны является эхо-сигнал от галтели предподступичной части. Затем искатель переносят ближе к центру торца оси и выявляют дефекты в ближней предподступичной части и шейке в зоне контроля от торца оси 100—600 мм.
Для дополнительного и также обязательного прозвучивания подступичных частей оси и подтверждения дефектов, выявленных при сквозном продольном прозвучивании, используют наклонные (призматические) искатели 6 и 37° (40°).
При прозвучивании оси наклонным искателем 6° продольными волнами искатель обводят по торцу оси 2 раза по большой и малой окружностям, прикладывая его в 20—25 точках.
Во всех случаях ультразвукового прозвучивания поверхности, к которым прикладывают искатели, должны быть гладкими с параметром шероховатости 6,3, и между искателем и контролируемым объектом должна быть прослойка масла или другой жидкости для создания акустического контакта. Для использования магнитной контактной жидкости создан искатель (по типу искателя ЩРО) со специальной магнитной системой, удерживающей его с прослойкой жидкости на торце проверяемой оси.
Проверку исправности дефектоскопа и искателей, фиксацию зон контроля по глубиномеру и регулировку чувствительности дефектоскопа регуляторами усиления на «браковочную чувствительность» производят по специальным контрольным образцам и по контрольным (эталонным) колесным парам, в осях которых (в шейке и предподступичной части) сделаны искусственные распилы.
Автоматический стенд «Хегеншейдт» (ФРГ) для ультразвуковой дефектоскопии.
На порталообразной станине 1 стенда установлен ультразвуковой дефектоскоп 3, который соединен с четырьмя головками, снабженными искателями. Две головки 6 предназначены для прозвучивания шеек и предподступичных частей, две головки 4—для прозвучивания средней части и подступичных частей.
Головки опускают на контролируемые поверхности при помощи гидравлических подъемных цилиндров, и они включаются в действие автоматически одна за другой.
На передней части портала под дефектоскопом смонтирован, контрольный экран 2, который позволяет следить за ходом автоматического цикла прозвучивания. На экране имеются восемь зеленых и восемь красных ламп по числу контролируемых мест оси.
Если на проверяемом участке нет трещин, загорается зеленая лампа. Если зажигается красная лампа, то это может свидетельствовать о наличии трещины. Для подтверждения предполагаемой трещины пользуются ручной дефектоскопной головкой.
Колесную пару устанавливают на рельсы стенда.
Ролики гидравлического подъемного устройства 5 подводятся под среднюю часть оси и поднимают колесную пару до нужной высоты. Этими же роликами колесная пара приводится во вращение от двигателя, встроенного в подъемное устройство.