Контроль стыковых накладок рельсов

Контроль стыковых накладок рельсов

Об авторах

Сотрудники ЗАО «Фирма ТВЕМА», г. Москва:

Необходимо войти для просмотра
Тарабрин Владимир Федорович
Генеральный директор

Главатский Дмитрий Андреевич
Инженер-конструктор

Чистякова Ольга Евгеньевна
Ведущий специалист

Необходимо войти для просмотра
Кононов Дмитрий Анатольевич
Ведущий специалист

В настоящее время документ [1] не содержит никаких указаний по поводу способов контроля исправности рельсовых соединителей, включая состояние стыковых накладок, а также их браковки. Единственный способ проверки состояния накладок - проведение визуального контроля, т. е. осмотра в условиях пути, возможности которого зачастую ограничены состоянием поверхностей осматриваемых накладок, наличием различного рода конструктивных элементов и т. п.

В последнее время на ряде дорог сети ОАО «РЖД», в частности, на Московской ж. д., сложилась крайне неприятная ситуация, а именно: рост числа изломов накладок в станционных путях, вследствие которых происходят сходы электропоездов на станциях. В связи с тем, что изломы происходят в станционных путях, где скорости движения электропоездов незначительны, сходы электропоездов не приводят к печальным последствиям. Однако сама по себе статистика настораживает: два излома в месяц.

Думаем, никому не нужно объяснять, что означает такой излом на главном пути.


Для решения проблемы необходимо изучить подлежащее контролю изделие. Стыковые накладки делятся на двухголовые к рельсам типа Р65 и Р75 по ГОСТ 8193-73 и к рельсам типа Р50 по ГОСТ 19128-73 и накладки композитные из стеклопластика по ОСТ 32.169-2000. Двухголовые, в свою очередь, делятся на четырех- и шестидырные. На композитных накладках остановимся позже. Что касается двухголовых, то место зарождения трещин, как показывает статистика изломов, определено и показано на рис. 1.


Решение, лежащее на поверхности, а именно: применение вихретокового или магнитного методов для контроля металлических накладок, - применимо далеко не во всех случаях. На рис. 2 показана конструкция медного соединителя фартучного типа, препятствующая реализации этих методов контроля.

ГК «ТВЕМА» предложила пути борьбы с данной проблемой. На помощь приходит ультразвук. Для проведения УЗК необходимы следующие средства (рис. 3):

- портативный дефектоскоп «ЭХО-ПУЛЬС», реализующий два режима работы: классический (принятие решение о браковке накладки по превышению амплитудой эхо-сигнала порогового уровня) и автоматизированный, когда прибор сам индицирует наличие недопустимого сигнала, превысившего уровень шума в децибелах, который дефектоскопист устанавливает при проведении настройки. Автоматизированный режим обеспечивается благодаря использованию в приемном тракте дефектоскопа логарифмического усилителя, существенно увеличивающего динамический диапазон отображаемых эхо-сигналов, и наличием адаптивной схемы формирования порога в зависимости от уровня шумов, значительно повышающей достоверность контроля не только в условиях нестабильного акустического контакта, но и в случае некорректной установки усиления (чувствительности). По сути дела, для работы с таким дефектоскопом требования к квалификации оператора существенно снижаются, т. к. наиболее сложной процедурой, связанной с подготовкой дефектоскопа к контролю, является его настройка, которую согласно большинству инструкций необходимо проводить в начале каждой смены. На результаты контроля с использованием дефектоскопа «ЭХО-ПУЛЬС» периодичность настройки не влияет. Кроме того, дефектоскоп обладает уникальными массогабаритными характеристиками и прост в эксплуатации. Климатическое исполнение электронного блока дефектоскопа позволяет эксплуатировать его в диапазоне температур от - 20 до + 50 оС. Персональный компьютер типа Pocket PC, входящий в состав дефектоскопа, в промышленном исполнении также позволит расширить диапазон использования от - 20 до + 50 С;

- ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи типа П111-2,5-0о-К12 и П121-2,5-50о;

- контрольный образец СО-3Р. Проведение УЗК металлических стыковых накладок возможно двумя способами:

- введением ультразвуковых колебаний с торцевых поверхностей накладок;

- введением ультразвуковых колебаний с боковых наружных поверхностей накладок.


Во втором случае имеются ограничения из-за выступающих знаков клеймения (рис. 4) и наличия отслаивающегося слоя краски или значительных загрязнений на поверхности ввода ультразвуковых колебаний (рис. 5). В таких случаях предпочтительно проведение контроля первым способом.

Технология проведения контроля первым способом показана на рис. 6. Результаты выявления трещины в указанной на рис. 1 зоне (накладка, изъятая из пути) при проведении контроля первым способом показаны на рис. 7.

Ограничения на использование первого способа контроля может накладывать отсутствие доступа к торцевым поверхностям накладок. Состояние же торцевых поверхностей не может являться препятствием для проведения контроля этим способом в силу наличия в дефектоскопе, как было сказано ранее, автоматизированного режима с адаптивной схемой формирования порога в зависимости от уровня шумов. Технология проведения контроля наклонным ПЭП показана на рис. 8.


Результаты выявления трещины в указанной на рис. 1 зоне при проведении контроля вторым способом показаны на рис. 9.

А теперь вернемся к композитным накладкам из стеклопластика. С целью исследования возможности проведения УЗК эхо-импульсным методом использовали прямые и наклонные ультразвуковые преобразователи на частоту 0,6; 0,8; 1,0, 1,25 и 2,5 МГц. Однако эксперименты результата не дали по причине значительного коэффициента затухания, слоистой структуры материала накладок (и связанной с этим неоднородностью акустических свойств), а также в силу особенностей разрушения накладок - хрупкое разрушение без образования усталостных трещин.

Метод контроля проникающими жидкостями также не дает никакого результата по той же причине: отсутствие образования трещин.

Рассматривалась возможность проведения контроля накладок теплови-зионным методом в предположении, что под нагрузкой в месте возможного разрушения будет более интенсивное тепловое излучение. Однако учитывая высокую стоимость и значительные габаритные размеры тепловизионных установок, применимость тепловизион-ного метода в условиях пути вызывает серьезные сомнения.

Также не реализуем в полевых условиях метод контроля углеродных и других композитных материалов с использованием лазерно-акустического метода возбуждения. На 10-ой Европейской конференции в Москве в рамках работы секции «Неразрушающий контроль на транспорте» представителем НПО «ВИАМ» В. В. Мурашовым был сделан доклад «Диагностика физических и механических свойств конструкционных углепластиков». Сущность метода состоит в том, что ультразвуковые волны возбуждаются лазером с длительностью импульса не более 0,05 мс, после чего проводится анализ принятых сигналов в широком диапазоне от 0,1 до 10,0 МГц. Данный метод позволяет определять упругие и прочностные параметры материала, пористость, плотность, содержание матрицы и связующего, степень полимеризации матрицы. Однако метод требует громоздкого и сложного в эксплуатации оборудования. Если прием ультразвука осуществляется методом лазерной интерферометрии, то требуется точная установка оборудования и не допускаются вибрации, что трудно реализуемо в условиях пути.

Для реализации метода акустической эмиссии требуется предварительная установка на рельсовый стык нескольких преобразователей, после чего производится нагружение стыка, создаваемое при прохождении подвижного состава на данном участке пути и анализ получаемых импульсов акустической эмиссии. Однако сравнение спектра собственных частот сигналов, излучаемых накладкой, и спектра частот сигналов от прохода подвижного состава подлежит отдельному исследованию.

Наиболее перспективным с точки зрения применимости в полевых условиях представляется использование импе-дансного метода. Самым сложным на пути реализации этого метода для контроля стыковых накладок из стеклопластика представляется проведение большого объема исследовательских работ и осуществление значительных капиталовложений, обусловленных необходимостью определения зависимости между акустическими и механическими свойствами материала накладки с целью определения того уровня механических свойств, которые следует считать недопустимыми.

Литература

1. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути/МПС России. - М.: Транспорт, 2003. - 223 с.

Тарабрин В.Ф., Главатский Д.А., Чистякова О.Е., Кононов Д.А. Контроль стыковых накладок рельсов. − В мире НК. – Сентябрь 2011 г. − № 3 (53). − С. 83–85. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.