Из истории развития дефектоскопии

С начала существования железных дорог и до появления в 30-х гг. ХХ в. первых магнитных дефектоскопов, велодефектоскопы системы изобретателя Карпова (рис. 4.1 и 4.2), постоянное наблюдение за состоянием рельсов осуществляли только путевые обходчики [7].

 

Рис. 4.1. Велодефектоскоп системы Карпова Ф.М.

Рис. 4.2. Рельсовый однониточный велодефектоскоп системы Карпова Ф.М.

(30-е гг. XX в.)

 

Никто не обучал путеобходчиков способам обнаружения дефектов. Они сами, используя многолетний опыт, разработали способы обнаружения дефектов в рельсах, которые затем были строго научно обоснованы.

В 1935 г. на совещании Томской дороги путевой обходчик Колосницин Д.М. рассказал о своем простейшем методе отыскания рельсов со скрытыми трещинами. Его метод заключался в остукивании подозрительного рельса молотком с применением мелкого песка или щупа.

Остукивание рельса производилось молотком весом в 300 грамм,
насаженным на ручку длиной 600 мм. Путевой обходчик с молотком
останавливался у стыка и, вытянув руку, опускал молоток с высоты
0,4–0,7 м. Молоток силой свободного падения ударялся о верх рельса в середине головки в пределах накладок, от конца рельса на 6–8 см.

Обходчик должен был чутко прислушиваться к издаваемому рельсом звуку при ударе, уметь различать даже мельчайшие его изменения, обращать внимание на поведение молотка.

А. Миронов в своей брошюре «Как обнаружить дефект в рельсе» об этом способе пишет следующее: «…если молоток после удара отскакивает упруго, то можно сказать, что рельс здоров; на дефектном рельсе молоток как бы прилипает к рельсу. При резком ударе по дефектному рельсу создается впечатление, будто черенок молотка раскололся или откололся.

Даже при скрытом изломе отколовшаяся часть его вибрирует. Поэтому, если звук от удара молотком будет подозрительным, а отскок молотка покажется ненормальным, нужно взять несколько крупинок песка, мелкую серебренную или медную монету, расположить их вдоль по середине головки рельса у стыка и начать выстукивать молотком по головке рельса легкими ударами. Если рельс имеет трещину, то все камешки, песчинки или монетки приходят в движение и слетают с головки».

В 1928 г. профессором Усенко был впервые предложен метод ультразвуковой дефектоскопии (магнитографический метод).

Метод ультразвуковой дефектоскопии основан на принципе отражения ультразвуковых колебаний. В испытуемый объект вводятся пучки ультразвуковых колебаний; если они встречают на своем пути препятствие в виде дефекта, то часть их отражается и возвращается в дефектоскоп, другая же часть достигает раздела объект – воздух и возвращается в прибор с некоторым запозданием. На экране дефектоскопа эти отражения располагаются на расстоянии, соответствующем времени их возвращения.

Первые дефектоскопы, работающие на непрерывном звуке, создали в 1928 г. Соколов С.Я. (см. рис. 4.1) и в 1931 г. Мюльхойзер.

Метод ультразвуковой дефектоскопии, предложенный Соколовым С.Я., получает широкое применение. Достоинством этого метода является то, что он дает возможность обнаруживать внутренние пороки металла – трещины, шлаковые включения, пустоты, непровары в сварных швах; не разрушая исследуемого объекта. Метод основан на принципе отражения ультразвуковых колебаний. Этим методом можно точно определить координаты дефекта.

В 1935 г. Соколов С.Я. сконструировал ультразвуковой дефектоскоп прямого видения, основанный на принципе сквозного «просвечивания» металлов. На экране этого аппарата с помощью методов, аналогичных применяемым в телевидении, можно видеть внутреннее строение изделия, а значит, легко обнаружить и скрытые дефекты. Ученый разработал несколько конструкций своих дефектоскопов, обеспечив заводы и научные учреждения надежными и ценными аппаратами.

Соколов С.Я. очень близко подошел к открытию эхометода ультразвуковой дефектоскопии – он предложил использовать импульсный режим прозвучивания (для теневого метода ограниченных по размеру изделий), отражение от слоя (внутренних дефектов) частотно-модулиро­ван­ных колебаний, а также возможность использования одного преобразователя в режиме излучения и приема.

Первый в мире дефектоскоп, использующий переменный ток для контроля конструкций железной дороги и колесных пар (компания MAGNAFLUX, США) был выпущен в 1937–1938 гг. Эхоимпульсные дефектоскопы (принцип действия и прибор) создали впервые в 1939–1942 гг. Файрстон в США, Спрулс в Великобритании и Крузе в Германии. Первые эхоимпульсные дефектоскопы были выпущены в 1943 г. почти одновременно фирмами «Sperry Products Inc» (США, Ден-бери,) и «Kelvin Hughes Ltd» (Великобритания, Лондон).

 

Методы дефектоскопии

На отечественных железных дорогах получили распространение следующие методы дефектоскопии рельсов:

· визуально-акустический метод;

· магнитный (в т.ч. индукционный);

· ультразвуковой.

Визуально-акустический метод – простейший способ, позволяющий выявлять некоторые дефекты рельсов с использованием зеркала, щупа, лупы, молоточка. Дефектные рельсы обнаруживают визуально по темным продольным полосам на поверхности катания, ржавым или синим полосам на переходах от шейки рельса к головке и подошве, местным уширениям головки и выщербинам на ней. Зеркало используют для осмотра нижних граней головки и подошвы рельсов, молоточек – для обстукивания рельса и выявления трещины в нем по изменению частоты звука [6].

Основными методами неразрушающего контроля, позволяющего выявлять внутренние дефекты и их структурные неоднородности, являются магнитный (в том числе индукционный) и ультразвуковой. Дефекты определяются с помощью специальных искателей-дефектоскопов, которые могут быть съемными, устанавливаемыми на дефектоскопных тележках, перемещающихся по рельсовой колее вдоль пути (служат для проверки одновременно обеих рельсовых нитей); переносимыми (для проверки отдельных рельсов); стационарными, устанавливаемыми
на рельсопрокатных заводах и в рельсосварочных поездах, а также в виде вагонов-дефектоскопов и самоходных дефектоскопных автомотрис (в России с 1993 г.).

Рис. 4.3. Магнитный метод: 1 – сердечник; 2 – намагничивающая подушка

Магнитный метод основан на образовании в зоне дефекта резко выраженной неоднородности поля, наведенного в металле извне (рис. 4.3). В силу различной магнитной проницаемости неповрежденных и дефектных участков в зоне дефекта (трещины, инородных включений и т.п.) имеет место интенсивное искажение магнитных силовых линий.

Магнитный метод контроля применяют в основном для контроля изделий из ферромагнитных материалов, т.е. из материалов, которые способны существенно изменять свои магнитные характеристики под воздействием внешнего (намагничивающего) магнитного поля.

Магнитный метод неразрушающего контроля сплошности металла основан на обнаружении локальных возмущений поля, создаваемых дефектами в намагниченном ферромагнетике (рельсе). При намагничивании объекта магнитный поток протекает по объекту контроля. В случае нахождения несплошности на пути магнитного потока возникают поля рассеивания, форма и амплитуда которых несет информацию о размере, характере и глубине залегания дефекта (см. рис. 4.3).

Вихретоковый (индукционный) метод основан на улавливании изменений вихревых токов в области дефекта, являющегося препятствием для этих токов (рис. 4.4).

 

Рис. 4.4. Метод вихревых токов (индукционный): 1 – намагничивающая катушка; 2 – сердечник; 3 – искатель; 4 – измерительный прибор; а – обычные пути вихревых токов; б – пути вихревых токов, искаженные дефектом

 

Вихретоковый контроль использует электромагнитную индукцию для обнаружения дефектов в проводящих материалах (обнаруживает даже небольшие трещины вблизи или на поверхности материала). Метод подходит для создания электропроводности и измерения толщины покрытия. Объектом измерений может быть изделие сложной геометрической формы. Поверхность для измерений требует небольшой подготовки. Есть несколько ограничений: проверить можно лишь проводники; поверхность материала должна быть доступна; если объект имеет покрытие, то значение измерений может быть искажено; глубина проникновения в материал имеет ограничения; дефекты, расположенные параллельно зонду могут остаться незамеченными.

В ультразвуковом методе используется снижение акустической проницаемости металла в зоне трещин, раковин, инородных включений и расслоений. В зависимости от способа обнаружения дефекта в ультразвуковой дефектоскопии различают эхометод, зеркально-теневой, теневой и дельта-метод. На практике в основном применяются первые три метода, выявляющие соответственно 93, 5 и около 2 % всех дефектов. Эхометод основан на излучении в контролируемое изделие коротких зондирующих ультразвуковых импульсов и регистрации эхосигнала, отраженного от дефекта (рис. 4.5). В зеркально-теневом методе (рис. 4.6) дефект обнаруживается по существенному местному уменьшению интенсивности (амплитуды) и полному исчезновению отраженной от противоположной поверхности изделия ультразвуковой волны.

 

Рис. 4.5. Ультразвуковой метод (эхометод): а – при отсутствии дефекта; б – при
наличии дефекта; И – искатель, излучающий ультразвуковую волну (излучатель);
П – приемный искатель (приемник)

 

Рис. 4.6. Ультразвуковой метод (зеркально-теневой метод): а – при отсутствии дефекта; б – при наличии дефекта; И – искатель, излучающий ультразвуковую волну (излучатель); П – приемный искатель (приемник)

 

Принцип ультразвукового метода контроля основан на том факте, что твердые материалы являются хорошими проводниками звуковых волн. Посредством чего, волны отражаются не только от граничных поверхностей, но и внутренних дефектов (трещины, различные включения и т.п.). Эффект взаимодействия звуковых волн с материалом усиливается по мере уменьшения длины их волн (и соответственно увеличения частоты колебаний).

Пьезоэлемент, возбуждаемый очень коротким электрическим импульсом, излучает ультразвуковой сигнал. Этот же элемент генерирует электрический сигнал при приеме ультразвуковых волн, вызывающих его колебания. Преобразователь контактирует с поверхностью объекта контроля с использованием специальной жидкости, либо пасты, для передачи ультразвуковых колебаний в объект контроля. Далее оператор сканирует объект контроля, т.е. плавно перемещает датчик по его поверхности. Во время этой процедуры, он внимательно наблюдает за дисплеем прибора для выявления сигналов, отраженных от несплошности.

Обнаружение дефекта может осуществляться при прямом (0°) и при угловом (45°, 58° и 70°) излучении.

В России до недавнего времени наибольшее распространение имели вагоны-дефектоскопы с магнитными искателями. Принцип действия магнитного искателя основан на использовании магнитодинамического поля, возникающего в рельсе при намагничивании его движущимся постоянным магнитом. Дефект обнаруживается по изменению плотности вихревых токов и направления движения магнитного потока, обтекающего трещину в рельсе. При движении вагона-дефектоскопа каждая рельсовая нить намагничивается электромагнитом, в искательной катушке наводится эдс в виде одиночных импульсов различного значения, длительности и формы. После усиления записываются на кинопленке или бумажной ленте. Контроль этим способом позволяет выявить внутренние поперечные трещины, которые поражают до 35 % площади сечения головки рельса на глубине более 5–6 мм, и продольные трещины на глубине 4–5 мм. Рабочая скорость магнитного вагона-де­фек­тос­­копа достигает 70 км/ч.

В 2000-х гг. идет постепенная замена магнитных и ультразвуковых вагонов на совмещенные, которые объединяют достоинства обоих методов: магнитным методом выявляются дефекты на малых глубинах и не требуется непосредственный контакт с рельсом, ультразвуковым – дефекты глубокого и среднего залегания [6].

В настоящее время особое внимание уделяется контролю центральной части головки рельса, как наиболее подверженной динамическим нагрузкам.

Для этого внедряются различные методы контроля.

1. Контроль эхометодом многократно отраженными лучами традиционным ПЭП 58° (ПЭП – пьезоэлектрический преобразователь), развернутым на угол 34°. Этот метод часто используют в скоростных средствах контроля: вагонах-дефектоскопах, автомотрисах.

2. Контроль зеркальным методом двумя ПЭП 58°. Впервые был разработан и внедрен в России.

3. Контроль ПЭП 70°, развернутым вдоль оси. Метод широко используется за рубежом и внедрен на российских дорогах на современных средствах контроля (рис. 4.7). Сегодня УДС2-73 – единственный дефектоскоп на территории СНГ, который может реализовать данную схему.

У каждого метода есть свои преимущества и недостатки по выявлению различных типов дефектов. Это часто обоснованно их различной ориентацией и природой развития. Различают два основных класса дефектов: с зеркальной поверхностью (характерны для довольно развитых трещин) и с диффузной поверхностью (характерны для дефектов на ранней стадии развития).

 

Рис. 4.7. Контроль ПЭП 70°, развернутым вдоль оси

 

В УДС2-73 (рис. 4.8) реализовано три вида зеркального метода контроля (рис. 4.9):

1) зеркальный метод предназначен для контроля центральной части головки рельса и позволяет обнаруживать поперечные трещины под пробуксовками и поверхностными горизонтальными расслоениями на расстоянии до 100 мм от преобразователя;

2) зеркальный метод предназначен для контроля боковых граней головки по 4-м каналам;

3) зеркальный метод реализован только в УДС2-73 и не имеет аналогов, он предназначен для обнаружения продольных вертикальных и горизонтальных расслоений в боковых гранях головки, не выходящих в проекцию шейки (код 30Г и 30В).

 

Рис. 4.8. Дефектоскоп УДС2-73

Рис. 4.9. Режим отображения информации

на экране дефектоскопа УДС2-73

 

4.3. Средства диагностики неразрушающего контроля рельсов
в России и за рубежом

Дефекты в рельсах образуются уже на стадии их изготовления на металлургических комбинатах. Далее они возникают при сварке рельсов на рельсосварочных предприятиях (РСП); наконец, к дефектам металлургического производства добавляются дефекты вследствие нарушения технологии укладки и текущего содержания рельсового пути.

Неразрушающий контроль рельсов необходимо было бы вводить, прежде всего, на комбинатах и на рельсосварочных предприятиях, а затем – в пути. А на практике оказалось точно наоборот.

Первые дефектоскопы типа УРД-52 (ВНИИЖТ) появились на железных дорогах в 1952–1955 гг. и предназначались только для поиска весьма опасных дефектов в виде трещин.

На основе дефектоскопа УРД-52 во ВНИИЖТ создаются дефектоскопы УЗД-56 и УРД-58 (рис. 4.10) для контроля двух нитей рельсового пути, в которых ослабление донного импульса ниже некоторого установленного порога фиксируется по появлению звука в головных наушниках.

Важный шаг в развитии дефектоскопии рельсов – создание
в ВНИИЖТ однониточного малогабаритного дефектоскопа УРД-63 (псевдоним – «клюшка»), работающего по зеркально-теневому методу контроля рельса в области шейки и продолжения ее в головку и подошву или по эхометоду контроля рельса в области рабочей грани головки (рис. 4.11).

 

Рис. 4.10. Дефектоскоп УРД-58: 1 – прибор с источником питания; 2 – искательная система; 3 – наушники

Рис. 4.11. Дефектоскоп УРД-63

 

Общий и существенный недостаток этих приборов – отсутствие способа и средств настройки и проверки чувствительности при контроле рельсов в пути.

Дефектоскопический комплекс первого поколения на базе дефектоскопов типа УРД-52 (рис. 4.12), УЗД-56, УРД-58, УРД-63, разработанный в те времена, когда еще отсутствовали основополагающие теоретические основы эхо- и зеркально-теневого методов, около 20 лет был основным средством неразрушающего контроля рельсов в пути [6].

 

Рис. 4.12. Дефектоскоп УРД-52

В 70-х гг. ХХ в. была достаточно высокая вероятность обнаружения дефектов действующей системой неразрушающего контроля (98,84 %) достигалась за счет высокой, иногда избыточной, частоты контроля рельсов (от 24 до 60 раз в год); при этом процент пропуска дефектов по вине операторов составлял 15–20 % от общего числа невыявленных дефектов, а затраты на контроль оказывались весьма высокими.

Необходимость повышения надежности неразрушающего контроля при одновременном снижении численности операторов и затрат на контроль рельсов выдвинули задачу разработки новых съемных и мобильных средств дефектоскопии рельсов.

Начиная с 1993 г. к решению этих задач подключаются ОАО «Радиоавионика» (Санкт-Петербург), СП НПП «РДМ» (Кишинев), (ЗАО «Твема» (Москва) и НПП «ВИГОР». Создаются и в 1997–2001 гг. поступают на дистанции пути новые средства дефектоскопии, рассчитанные на выявление дефектов, ранее не обнаруживаемых дефектоскопическим комплексом:

· съемные двухниточные ультразвуковые дефектоскопы типа Ави­кон-01 и РДМ-2 (рис. 4.13);

· однониточные ультразвуковые дефектоскопы типа УДС-1-РДМ-1 (рис. 4.14);

· переносные дефектоскопы для контроля сварных стыков и отдельных сечений рельсов типа РДМ-3, Эхо-Т, Авикон-02 (рис. 4.15);

· совмещенные вагоны-дефектоскопы на базе ультразвуковых и магнитного методов НК;

· автомотрисы дефектоскопные ультразвуковые и совмещенные.

 

Рис. 4.13. Дефектоскоп Авикон-01

Рис. 4.14. Дефектоскоп УДС-1-РДМ-1

Рис. 4.15. Дефектоскоп РДМ-3

 

При этом, мобильные средства в отличие от съемных оснащены компьютерными системами регистрации и хранения результатов сплошного контроля рельсов.

В 2002 г. на сети дорог уже функционировало более 2000 новых средств дефектоскопии, по принципам построения и функциональным возможностям не уступающих, а в большинстве и превосходящих аналогичные средства за рубежом.

В настоящее время наиболее распространенными дефектоскопами являются: двухниточные для сплошного контроля рельсов; магнитный МРД-66; ультразвуковые – Рельс-5, Поиск-2, Поиск-10 (рис. 4.16); однониточные – Рельс-4, УРДО-3; для контроля сварных соединений – Рельс-6, УД2-12 (рис. 4.17). Кроме того, введены в эксплуатацию: многоканальный двухниточный дефектоскоп нового поколения Авикон-11 (рис. 4.18); однониточные дефектоскопы Поиск-11, РДМ-1; дефектоскоп для контроля отдельных сечений и сварных стыков рельсов РДМ-3.

 

Рис. 4.16. Дефектоскоп Поиск-10

Рис. 4.17. Дефектоскоп УДС2-6 (Рельс-6)

Рис. 4.18. Дефектоскоп Авикон-11

 

На железных дорогах стали появляться следующие съемные современные средства диагностики.

1. Путеизмерительная тележка ПТ-7МК предназначена для измерения ширины железнодорожной колеи (шаблона) и взаимного положения рельсовых нитей по высоте (уровня), пройденного пути. Осуществляется также регистрация результатов измерений, отметок неисправностей пути при его осмотрах и проверках (рис. 4.19).

 

Рис. 4.19. Путеизмерительная тележка ПТ-7МК

 

Рис. 4.20. Дефектоскоп Скат

2. Дефектоскоп Скат предназначен для обнаружения дефектов в одной нити железнодорожного пути, а также подкрановых и иных путей по всей длине и сечению рельса, при выборочном контроле, для контроля эле­ментов стрелочных переводов, определения глубины залегания обнаруженных дефектов (рис. 4.20).

3. Дефектоскоп-путеизмеритель Спрут пред­назначен для измерения геометрических параметров рельсовой колеи, шаблона и уровня; обнаружения дефектов ультразвуковым методом в обеих нитях железнодорожного пути по всей длине и сечению рельсов; использования как дефектоскопа общего применения (рис. 4.21).

 

Рис. 4.21. Дефектоскоп-путеизмеритель Спрут

 

4. Комплекс Профиль (рис. 4.22) предназначен для автоматизации сбора и обработки данных о состоянии железнодорожного пути и вывода результатов в виде отчетов, создания цифровых моделей главных путей железных дорог и инфраструктуры железнодорожного транспорта, модернизации реперных систем контроля плана и профиля пути.

Комплекс осуществляет прием данных о состоянии железнодорожного пути при помощи GPS приемников, обработку полученных данных при помощи прикладных программ и разработанной программы обработки данных о состоянии железнодорожного пути.

 

Рис. 4.22. Комплекс Профиль

Комплекс позволяет отображать на экране монитора план пути с размещенными на нем железнодорожными объектами, рассчитывать профиль пути и его уклоны, а также радиусы кривых, делать распечатку оператором изображения выбранного плана и профиля пути или его отдельных участков, выводить результаты в виде отчетов.

5. Электронный шаблон ШЭП-1П (рис. 4.23) предназначен для измерения ширины колеи, взаимного возвышения одного рельса относительно другого, ординат переводных кривых, ширины желобов, расстояния между рабочими гранями сердечника. Шаблон позволяет производить измерения на переездах и над контррельсом на стрелочных переводах. Электронный шаблон обеспечивает автоматическую обработку, регистрацию и хранение результатов измерений в памяти ПК.

 

Рис. 4.23. Электронный шаблон ШЭП-1П

 

Наличие канала беспроводной связи Bluetooth в электронном шаблоне ШЭП-1П позволяет передавать данные в аппаратно-программный комплекс вагона-путеизмерителя или путеизмерительной автомотрисы в режиме реального времени, что позволяет ускорить проведение калибровочных работ мобильных средств диагностики пути.

 

Наряду со средствами диагностики состояния пути съемного типа на железных дорогах широко используются средства несъемного типа. К ним относятся вагоны-дефектоскопы и различного вида автомотрисы.

Вагоны-дефектоскопы выпускаются на базе четырехосных купейных пассажирских вагонов, перемещаемых локомотивом, с ультразвуковым и магнитным искательными устройствами.

Группа компаний «ТВЕМА» более 10 лет производит вагоны-де­фек­то­скопы серии «ВД», которые переоборудуются из 4-осных купейных цельнометаллических вагонов модели 61–4179 производства ОАО «Тверской вагоностроительный завод». С 2004 г. компания освоила выпуск вагонов-дефектоскопов серии ВД-1МТ5К, которые отличаются от предыдущей серии более комфортабельным оборудованием рабочего салона, наличием пяти прекрасно оборудованных купе для отдыха экипажа.

Вагоны-дефектоскопы оборудуют различными тележками:

1) измерительной тележкой совмещенного вагона-дефектоскопа;

2) измерительной тележкой ультразвукового дефектоскопа;

3) путеизмерительной тележкой;

4) автоматизированной скоростной бесконтактной системой контроля геометрических параметров рельсов Профиль, диагностирующей:

– волнообразные неровности поверхности катания;

– вертикальный, боковой и приведенный износ рельса;

– величину стыковых зазоров;

– температуру рельса;

– величину подуклонки;

5) автоматизированной системой технического диагностирования путевых устройств и железнодорожной автоматики «Кросс» предназначеной для измерения, контроля параметров напольных устройств АЛСН, САУТ и оценки их технического состояния.

Автомотриса дефектоскопная электрическая АДЭ-1МТ применяется при текущем содержании пути и предназначена для диагностирования и выявления дефектов рельсов типа Р50, Р65, Р75, уложенных в железнодорожный путь с шириной колеи 1520 (1524) мм [11].

Автомотриса может эксплуатироваться в любое время года и суток, при воздействии осадков в виде дождя и снега, в диапазоне температур окружающего воздуха от –50 до +40 °С с обеспечением ультразвукового контроля при температурах до –30 °С и магнитного контроля во всем диапазоне рабочих температур.

Автомотрисы серии АДЭ обеспечивают дефектоскопию рельсов с качеством поверхности по ГОСТ 18576-85 в диапазоне скоростей движения:

от 5 до 60 км/ч при работе аппаратуры ультразвукового контроля;

от 5 до 80 км/ч при работе аппаратуры магнитного контроля.

В мировой практике аналогично используются средства диагностики пути съемного и несъемного типа.

Так, например, тележка прибора Draisine (Германия) сделана из ультралегкого карбонового волокна и легко передвигается одним оператором. Тележка может быть собрана и разобрана в течение нескольких минут. Прибор универсален и может работать с большим разнообразием вихретоковых датчиков, в зависимости от наличия их у оператора (рис. 4.24 и 4.25).

 

 

Рис. 4.24. Тележка для ручной диагностики

Draisine 300 (Германия)

 

Рис. 4.25. Тележка для ручной диагностики

Draisine Light (Draisine + прибор ELOTEST M2V3)

(Германия)

 

Управление тележкой осуществляется с помощью нового запатентованного магнитного держателя, который обеспечивает чрезвычайно гладкое управление и точный осмотр всей головки рельса. Тележка управляется исключительно магнитной силой (регулируемой) и полностью подходит для стрелок. Применяться могут как скользящие, так и бесконтактные датчики. Преобразователи имеют керамическую защиту, предохраняющую их от изнашивания и случайных ударов.

На железных дорогах США используется вагон-дефектоскоп (рис. 4.26). Кроме дефектоскопов съемного и несъемного типа, применяется также автомобиль-дефектоскоп на комбинированном ходу (рис. 4.27 и 4.28) или локомобиль, который способен передвигаться как по автодорогам, так и по рельсам. Он предназначен для проведения мониторинга состояния пути. Усовершенствованная конструкция следящей системы и искательных лыж обеспечивают безотказную работу практически при любых погодных условиях. Методом ультразвуковой диагностики лаборатория может обнаружить различные дефекты пути – трещины и повреждения.

 

Рис. 4.26. Вагон-дефектоскоп на железных дорогах США

 

Рис. 4.27. Автомобиль-дефектоскоп на комбинированном

ходу компании Herzog Services (США)

Рис. 4.28. Автомобиль-дефектоскоп на комбинированном

ходу компании Pandrol Jackson (США)

 

Машина эффективно работает в диапазоне скоростей движения от 5 до 40 км/ч, а также при температуре окружающей среды от минус 30 до плюс 50 °С. Специально для этой лаборатории разработано уникальное оборудование для быстрой постановки автомобиля на путь и снятия его с пути с любым типом шпал.

В России также имеется опыт использования автомобилей-дефек­то­скопов на базе автомобиля УАЗ (рис. 4.29 и 4.30) [11].

 

Рис. 4.29. Автомобиль-дефектоскоп на базе автомобиля УАЗ

Рис. 4.30. Автомобиль-дефектоскоп на базе автомобиля УАЗ Патриот

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Где и когда появился первый в мире дефектоскоп?

2. Перечислите методы дефектоскопии.

3. Назовите современные средства диагностики состояния пути, стрелочных переводов и головки рельсов.

4. Назовите преимущества и недостатки магнитного метода дефектоскопии.

5. Назовите преимущества и недостатки ультразвукового метода дефектоскопии.

 

 Рекомендуемая литература: [3, 6–8, 11].

 

Лекция 5
ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ВАГОНОВ
НА СОРТИРОВОЧНЫХ СТАНЦИЯХ

План лекции

5.1. Общие положения.

5.2. Состав, назначение и принцип действия средств контроля технического состояния подвижного состава.

5.3. Требования по размещению средств контроля на железных дорогах.

5.4. Технология работы пункта технического обслуживания на сортировочной станции.

 

Общие положения

Техническое обслуживание вагонов в поездах, выявление неисправностей и ремонт вагонов, обеспечение безопасного проследования поездов по гарантийным участкам выполняется на пунктах технического обслуживания (ПТО) сортировочных и участковых станций [6].

При техническом обслуживании вагонов проверяют износ и состояние узлов и деталей, соответствие их размеров установленным, обеспечивающим безопасность движения, а также исправность действия тормозов и автосцепных устройств. Осмотр и ремонт обеспечивают осмотрщики-ремонтники и слесари, работой которых руководят старшие осмотрщики вагонов, а на крупных станциях – мастера смен.

К средствам автоматического контроля технического состояния подвижного состава на ходу поезда относятся стационарные системы обнаружения отдельных видов неисправностей подвижного состава, которые являются дополнительными средствами повышения безопасности движения поездов.

Поезда, в которых с помощью средств контроля технического состояния подвижного состава обнаружены неисправные вагоны (локомотивы), останавливаются на станции (при выработке сигнала «Тревога» аварийного уровня) или на подходе к станции (при выработке сигнала «Тревога» критического уровня), где расположены эти средства контроля, для осмотра, устранения неисправностей или отцепки вагона (локомотива).

5.2. Состав, назначение и принцип действия средств контроля
технического состояния подвижного состава

В состав средств контроля входят:

1) системы обнаружения перегретых букс (ПОНАБ-3, ДИСК-Б, ДИСК2-Б, КТСМ-01, КТСМ-01Д, КТСМ-02Б);

2) системы обнаружения заторможенных колесных пар (ДИСК-Т, ДИСК2-Т, КТСМ-01Д, КТСМ-02Т);

3) системы обнаружения дефектов колес по кругу катания (ДИСК-К, ДИСК2-К, КТСМ-К);

4) системы обнаружения волочащихся деталей (ДИСК-В, ДИСК2-В, УКСПС);

5) системы обнаружения отклонений верхнего габарита подвижного состава (ДИСК2-Г);

6) системы обнаружения перегруза вагонов (ДИСК2-З) [6].

Средства контроля технического состояния подвижного состава на каждом пункте их установки включают в себя перегонное и станционное оборудование, связанное между собой кабельной линией связи. Перегонное оборудование в свою очередь подразделяется на напольное и постовое, а станционное – на регистрирующее и сигнализирующее.

Напольное оборудование средств контроля устанавливается непосредственно на пути и предназначено для считывания информации с подвижного состава. Сигналы от напольного оборудования поступают по кабелю к постовому оборудованию, размещенному в специальном помещении в непосредственной близости от напольного.

После обработки сигналов устройствами постового оборудования информация о состоянии проконтролированного подвижного состава передается к станционному оборудованию и регистрируется устройствами этого оборудования. При этом, регистрируются данные о наличии, месте расположения в поезде неисправных подвижных единиц (локомотив, вагон), виде их неисправности, месте расположения неисправных узлов в подвижной единице и ряд вспомогательных данных (общее количество подвижных единиц в поезде, количество неисправных подвижных единиц, время контроля поезда, степень аварийности выявленной неисправности, результаты автоматического контроля исправности оборудования средств контроля).

В момент обнаружения средствами контроля неисправных подвижных единиц соответствующие сигналы об этом со станционного оборудования передаются на сигнальный световой указатель, установленный между перегонным оборудованием и входным сигналом станции, или на речевой информатор для извещения машиниста поезда и на сигнализирующее оборудование для извещения дежурного персонала станции.

Сигнализирующее оборудование средств контроля выдает звуковые и световые сигналы тревоги. При этом, в зависимости от степени аварийности, вида неисправности подвижного состава и типа средства контроля выдаются сигналы тревоги предаварийного уровня «Тревога 0» (не требующие остановки поезда), аварийного уровня «Тревога 1» (требующие остановки поезда на станции или перегоне в зависимости от типа средств контроля) и критического уровня «Тревога 2» (требующие остановки поезда на перегоне).

Средства контроля на каждом пункте их установки применяются комплексно. При этом базовым средством, обладающим конструктивной и функциональной завершенностью и позволяющим самостоятельно работать в Условиях эксплуатации, как правило, является система обнаружения перегретых букс, а все остальные средства контроля в качестве подсистем могут только дополнять ее на тех или иных пунктах контроля.

1. Системы обнаружения перегретых букс обеспечивают контроль беконтактным методом температуры корпусов букс, характеризующей техническое состояние буксовых узлов, распознавание по определенным критериям неисправных букс, передачу и регистрацию информации о наличии и расположении таких букс в поезде. При этом все типы систем (ПОНАБ-3, ДИСК-Б, ДИСК2-Б) выдают сигнал «Тревога 1». Сигнал «Тревога 2» выдается системами ДИСК-Б, ДИСК2-Б, а сигнал «Тревога 0» – только системой ДИСК2-Б.

2. Системы обнаружения заторможенных колесных пар (ДИСК-Т, ДИСК2-Т) обеспечивают контроль бесконтактным методом температуры ступиц колес каждой подвижной единицы, характеризующей передачу тепла в эти элементы колесной пары при трении тормозных колодок об обод колеса, распознаванием по определенным критериям подвижной единицы с неисправным тормозным оборудованием, передачу и регистрацию полученной информации. При этом системы выдают сигналы «Тревога 1».

3. Системы обнаружения волочащихся деталей (ДИСК-В, ДИСК2-В) вырабатывают сигнал наличия волочащейся детали при механическом соударении узлов и деталей подвижной единицы, выходящих за пределы нижнего габарита подвижного состава, с элементами напольного электромеханического датчика и обеспечивают передачу и регистрацию информации о наличии и месте расположений волочащейся детали. При этом системы вырабатывают сигнал «Тревога 2» (для систем ДИСК-В, ДИСК2-В) или регистрируют специальный знак (при сопряжении с ПОНАБ-3) на бланке регистрирующего устройства.

4. Системы обнаружения дефектов колес по кругу катания (ДИСК-К, ДИСК2-К) обеспечивают контроль динамического воздействия колеса на рельс, характеризующего величину и вид дефекта на поверхности катания колеса, выделение по определенным критериям сигнала информации в случаях, когда динамическое воздействие колеса на рельс превышает заданное пороговое значение, передачу и регистрацию сигналов информации о расположении неисправных подвижных единиц в поезде и колес в подвижной единице. Системы выдают сигнал «Тревога 0» или «Тревога 1».

5. Система обнаружения отклонений верхнего габарита подвижного состава (ДИСК2-Г) обеспечивает выработку сигнала информации при выходе за установленные пределы боковых или верхних частей подвижных единиц, передачу и регистрацию информации о наличии и расположении в поезде таких подвижных единиц. При передаче и регистрации информации система выдает сигнал «Тревога 2».

6. Система обнаружения перегруза вагонов (ДИСК2-З) обеспечивает выработку сигналов информации при превышении установленного значения массы брутто, нагрузки на ось или неравномерной загрузки подвижной единицы по сторонам или тележкам, передачу и регистрацию информации о наличии, виде перегруза и месте расположения в поезде перегруженных вагонов. При передаче и регистрации информации система выдает сигнал «Тревога 1».

Средства контроля технического состояния подвижного состава могут работать либо в автономном режиме (в составе перегонного и станционного оборудования), либо в режиме централизации информации с пунктов их расположения (линейных пунктов) на центральный пост. В последнем случае средства контроля дополняются вспомогательными системами централизации, обеспечивающими восприятие информации от станционного оборудования систем контроля о техническом состояния проконтролированных поездов, подготовку и передачу данных по каналам связи с линейных пунктов контроля на центральный пост, их обработку и регистрацию на этом посту.

Размещение и принцип действия устройств контроля представлены на рис. 5.1–5.4.

Рис. 5.1. Расположение и ориентация приемника

ИК-излучателя (болометра) для контроля буксовых узлов

Рис. 5.2. Ориентация малогабаритных напольных камер КНМ-05 на буксу

 

Рис. 5.3. Трехмерная геометрическая модель для определения зоны корпуса буксы

Рис. 5.4. Модель, демонстрирующая зону обзора буксы приемником ИК-из­лу­чения при новой ориентации напольной камеры в КТСМ-02

 

5.3. Требования по размещению средств контроля
на железных дорогах

Средствами контроля подвижного состава оснащают в первую очередь удлиненные грузонапряженные участки безостановочного следования поездов с тяжелыми условиями, а также скоростные направления железных дорог. С целью облегчения эксплуатации и технического обслуживания средств контроля желательно оснащать однотипными средствами комплексно целые участки железных дорог, расположенные в зоне обслуживания одного вагонного депо (ВЧД) или дистанции сигнализации и связи (ШЧ).

Средства контроля должны устанавливаться перед станциями с достаточным путевым развитием, на которых имеются ПТО, пункты подготовки вагонов (ППВ), контрольно-технического осмотра (ПКТО) или контрольные посты (КП) с тем, чтобы задержки поездов по показаниям этих средств контроля оказывали наименьшее влияние на выполнение графика движения поездов, а обнаруженные неисправности могли быть устранены в кратчайший срок.

1. На грузонапряженных и скоростных участках необходимо размещать базовые средства контроля систем (ПОНАБ-3, ДИСК-Б, ДИСК2-Б, КТСМ-01, КТСМ-01Д, КТСМ-02Б) на промежуточных станциях участка с интервалом между пунктами контроля с этими средствами в пределах 25–35 км. Базовые средства контроля должны также устанавливаться перед станциями, расположенными непосредственно перед крупными искусственными сооружениями (мосты, тоннели и др.), если эти станции находятся на расстоянии не менее 30 км от ПТО, отправляющего поезд в данном направлении, а также перед конечными станциями движения пассажирских поездов.

2. Системы обнаружения заторможенных колесных пар (ДИСК-Т, ДИСК2-Т, КТСМ-01Д, КТСМ-02Т) и волочащихся деталей (ДИСК-В, ДИСК2-В, УКСПС) дополняют базовые средства на всех пунктах их размещения.

3. Системы обнаружения дефектов колес по кругу катания (ДИСК-К, ДИСК2-К, КТСМ-К) должны дополнять базовые средства на всех станциях с ПТО, ППВ, ПКТО, а также на конечных станциях движения пассажирских поездов.

4. Системы обнаружения отклонений верхнего габарита подвижного состава (ДИСК2-Г) должны дополнять базовые средства, устанавливаемые на станциях перед искусственными сооружениями, или использоваться самостоятельно на этих станциях при отсутствии базовых средств перед искусственными сооружениями.

5. Системы обнаружения перегруза вагонов (ДИСК2-З) должны дополнять базовые средства на станциях с пунктами ПТО, ППВ, примыкающих к районам массовой погрузки грузов. Допускается использование этих систем индивидуально на приграничных и стыковых станциях железных дорог.

 

5.4. Технология работы пункта технического обслуживания
на сортировочной станции

Пункт технического обслуживания (ПТО) на сортировочной станции предусматривает передовую технологию организации работы, обеспечивающую высококачественное техническое обслуживание вагонов с использованием современных средств диагностического контроля, механизации трудоемких процессов ремонта вагонов, АСУ ПТО, улучшения условий труда работников ПТО [9].

ПТО на сортировочной станции должен находиться на направлениях формирования основных грузопотоков и обеспечивать качественное техническое обслуживание грузовых вагонов для их безотказного следования по установленным удлиненным гарантийным участкам в пределах двух или более дорог.

Основным назначением ПТО на сортировочной станции является подготовка вагонов в сформированных и транзитных поездах к отправлению на удаленные гарантийные участки.

Для своевременного и качественного обслуживания вагонов ПТО оснащено необходимым технологическим оборудованием, а работники обеспечиваются инструментом общего пользования.

Организация работ в ПТО на сортировочной станции осуществляется следующим образом:

– контроль технического состояния вагонов в поездах начинается на подходах к парку прибытия визуально и с помощью средств технического диагностирования. Осмотрщики вагонов, принимающие поезда с ходу, через сервер станции получают от автоматизированного диагностического комплекса (АКД), размещаемого на расстоянии не более 10 км от входного светофора, и от оператора ПТО информацию о номере поезда, времени его прибытия и пути приема. Замеченные неисправности при встрече поезда с ходу осмотрщики вагонов заносят в имеющийся на рабочем месте АРМ;

– после остановки поезда оператор ПТО, получивший информацию о неисправностях вагонов, выявленных средствами технического диагностирования, осмотрщиками вагонов, встречающих поезд с ходу, и от машиниста поездного локомотива, вводит информацию в АРМ и передает в служебное помещение осмотрщиков вагонов парка прибытия;

– о всех неисправностях, обнаруженных при внешнем осмотре движущихся вагонов прибывающего поезда, осмотрщики вагонов сообщают по радиосвязи оператору ПТО, называя при этом последние четыре цифры номера вагона и наличие на хвостовом сигнального диска, его состояние;

– осмотрщик вагонов (старший) головной группы, получив от локомотивной бригады информацию о работе тормозов и о замеченных в пути следования неисправностях вагонов, также информирует об этом оператора ПТО. В случае отсутствия осмотрщиков вагонов машинист о состоянии поезда докладывает ДСП, который эту информацию передает оператору ПТО. Полученные данные о состоянии поезда оператор ПТО доводит по двухсторонней парковой связи до сведения осмотрщиков вагонов и предупреждает их о тщательной проверке узлов и деталей вагонов, указывая номер вагона и месте его расположения;

– оператор ПТО по громкой связи доводит до осмотрщиков вагонов информацию о наличии в поезде вагонов с выработанным ресурсом (перепробегом) и решает вопрос о дальнейшем их движении или отцепке;

– осмотрщики вагонов должны тщательно осмотреть и сообщить оператору ПТО результаты проверки вагонов, у которых были обнаружены неисправности средствами технического диагностирования или осмотрщиками, встречающими поезд с ходу;

– во время технического обслуживания поездов осмотрщики вагонов по рации передают оператору ПТО информацию о вагонах, требующих безотцепочного ремонта, ремонта на специализированных путях, текущего отцепочного ремонта, плановых видов ремонта;

– при обнаружении неисправности, которую можно устранить на месте осмотрщик вагонов передает оператору ПТО: номер вагона, сторону осмотра, коды ремонтных работ (до четырех с каждой стороны), согласно классификатору, и порядковые номера деталей вагона, на которых необходимо выполнить эти ремонтные работы;

– при обнаружении вагона, требующего ремонта на специализированных путях, (с трудоемкостью ремонта 6 чел/мин и более) передаются: номер вагона, сторона осмотра, коды ремонтных работ (до четырех с каждой стороны), согласно классификатору, и порядковые номера деталей (узлов) вагона, на которых необходимо выполнить эти ремонтные работы, табельный номер осмотрщика и наименование пункта ремонта;

– оператор ПТО сообщает старшему осмотрщику вагонов об обнаружении вагона, требующего текущего отцепочного ремонта, для проверки правильности отцепки. На основании этих данных на каждый состав заполняется «Дефектная ведомость»;

– при обработке дефектной ведомости в ЭВМ происходит оформление отцепки вагонов во все виды ремонта с выдачей справки ВУ-23;

– после отцепки неисправных вагонов и обработки документов на поезд выдается справка о технической готовности поезда.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каково назначение ПТО вагонов на сортировочных станциях?

2. Что входит в состав средств контроля технического состояния подвижного состава?

3. Какие звуковые и световые сигналы тревоги выдает сигнализирующее оборудование средств контроля технического состояния подвижного состава?

4. Какое средство является базовым в КТСМ?

5. Какова технология работы ПТО на сортировочной станции?

 

 Рекомендуемая литература [6, 8, 9].

Лекция 6
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
ДВИЖЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕЕЗДАХ

План лекции

6.1. Основные понятия. Классификация железнодорожных переездов.

6.2. Устройство и оборудование железнодорожных переездов.

6.3. Стационарные устройства заграждения охраняемых переездов.

6.4. Съемное устройство заграждения переездов.

 

6.1. Основные понятия.
Классификация железнодорожных переездов

Железнодорожный переезд – это пересечение в одном уровне автомобильной дороги с железнодорожными путями, оборудованное устройствами, обеспечивающими безопасные условия пропуска подвижного состава железнодорожного транспорта и транспортных средств [8].

Переезды являются объектами повышенной опасности, требующими от участников дорожного движения и работников железных дорог строгого выполнения Правил дорожного движения Российской Федерации, Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, Правил пользования автомобильными дорогами Российской Федерации и Инструкции по эксплуатации железнодорожных переездов.

По месту расположения переезды подразделяются:

· на общего пользования – на пересечениях железнодорожных путей общего пользования с автомобильными дорогами общего пользования, муниципальными автомобильными дорогами и улицами;

· необщего пользования – на пересечениях железнодорожных путей с автомобильными дорогами отдельных предприятий или организаций (независимо от форм собственности). Устройство, оборудование, содержание и обслуживание переездов необщего пользования выполняются за счет средств предприятий, организаций или органов управления автомобильными дорогами и организаций, содержащих автомобильные дороги, пользующихся этими переездами.

Порядок содержания и обслуживания железнодорожных переездов общего и необщего пользования устанавливается владельцем инфраструктуры, владельцем инфраструктурного комплекса по согласованию с федеральным органом исполнительной власти в области железнодорожного транспорта [10].

Железнодорожные переезды на эксплуатируемой сети железных дорог общего и необщего пользования в зависимости от интенсивности движения железнодорожного и автомобильного транспорта делятся на четыре категории (табл. 6.1 и 6.2).

Таблица 6.1

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: