тепловой дефектоскоп для неразрушающего контроля состояния колес железнодорожных вагонов и вагонов метрополитена

Формула изобретения

Тепловой дефектоскоп для неразрушающего контроля состояния колес железнодорожных вагонов и вагонов метрополитена, содержащий тепловизор, установленный перед дефектируемым колесом, отличающийся тем, что содержит электрод для подключения к точке геометрического центра дефектируемого колеса одного из полюсов источника питания постоянного тока, электроды для подключения к другому полюсу источника питания постоянного тока, равномерно распределенные и жестко прикрепленные к поверхности металлического обруча, предназначенного для насаживания на дефектируемое колесо.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборов для неразрушающего контроля, а конкретнее к устройствам активного теплового контроля, иначе тепловым дефектоскопам.

Известны тепловые дефектоскопы, использующие в качестве нагревателя батареи из нескольких импульсных галогенных ламп с энергией до 6 кДж в импульсе длительностью 2-5 мс каждая (Вавилов В. П. Тепловой контроль металлических изделий // Дефектоскопия. - 1994. - 8 - с. 41-47).

Использование в качестве нагревателя батареи из нескольких импульсных галогенных ламп с энергией до 6 кДж в импульсе длительностью 2-5 мс каждая требует принятия специальных мер по технике безопасности для обслуживающего персонала, что приведет к затратам на обучение персонала и подготовку рабочего места, наличие воздушного зазора между объектом дефектировки и нагревателем приводит к снижению к.п.д. теплового дефектоскопа.

Известен тепловой дефектоскоп ДТ-5 (Вавилов В.П. Тепловые методы неразрушающего контроля: Справочник. - М.: Машиностроение, 1991. - с. 70-71), выбранный в качестве прототипа, имеет теплометрическую преобразовательную головку, контактирующую с объектом дефектировки, измерительную аппаратуру (тепловизор с объективом) и источник питания. Внутри теплометрической преобразовательной головки заключен электрический нагреватель и чувствительный элемент. До начала испытаний устанавливают разность 30...70 К между температурой чувствительного элемента и температурой окружающей среды.

Недостатками теплового дефектоскопа ДТ-5 являются: 1) сложная конструкция; 2) значительное время, необходимое для подготовки устройства к работе.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции за счет исключения из состава прибора теплометрической преобразовательной головки и повышение производительности за счет сокращения времени, необходимого для подготовки устройства к работе.

Технический результат достигается тем, что в тепловом дефектоскопе для неразрушающего контроля состояния колес железнодорожных вагонов и вагонов метрополитена, содержащем тепловизор, установленный перед дефектируемым колесом, электрод для подключения к точке геометрического центра дефектируемого колеса одного из полюсов источника питания постоянного тока, электроды для подключения к другому полюсу источника питания постоянного тока, равномерно распределенные и жестко прикрепленные к поверхности металлического обруча, предназначенного для насаживания на дефектируемое колесо.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается: 1) наличием металлического обруча, предназначенного для насаживания на дефектируемое колесо; 2) наличием равномерно распределенных и жестко прикрепленных к поверхности металлического обруча электродов для подключения к одному из полюсов источника питания постоянного тока; 3) наличием электрода для подключения к точке геометрического центра дефектируемого колеса другого полюса источника питания постоянного тока.

Отмеченные отличия позволяют использовать энергию электрического тока, протекающего по всему объему от точки геометрического центра дефектируемого колеса, через колесный центр и бандаж к металлическому обручу для нагрева и дефектировки колеса.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Отмеченная новизна заявляемого устройства исследована по его существенным признакам на соответствие критерию "изобретательский уровень", при этом были приняты во внимание источники информации в данной и родственных областях техники, а также те условия, что все существенные признаки изобретения находятся в единой логической взаимосвязи и направлены в совокупности на достижение единого результата.

Так, в источнике (Технические средства диагностирования: Справочник / В. В. Клюев, П.П.Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1989. - с. 522.) выявлен прибор для автоматического обнаружения в движущемся поезде колес с дефектами поверхности катания (аппаратура КРАП-2), используемая для автоматической дефектировки колес железнодорожных вагонов с дефектами поверхности катания. Очевидно, что данное устройство по своей конструкции, выполняемым функциям и достигнутым результатам не эквивалентно заявляемому устройству. Это позволяет заключить, что заявляемый тепловой дефектоскоп для неразрушающего контроля состояния колес железнодорожных вагонов и вагонов метрополитена обладает новизной и отвечает критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое устройство показано на фиг.1.

Устройство состоит из тепловизора 1, электрода 2 для подключения к точке геометрического центра дефектируемого колеса одного из полюсов источника питания постоянного тока 3, электродов 4 для подключения к другому полюсу источника питания постоянного тока 3, равномерно распределенные и жестко прикрепленные к поверхности металлического обруча 5, предназначенного для насаживания на дефектируемое колесо.

На фиг.2. показано предлагаемое устройство, подготовленное к работе.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом.

Металлический обруч 5 с равномерно распределенными и жестко прикрепленными к его поверхности электродами 4 насаживают на дефектируемое колесо (фиг.2). Электрод 2 присоединяют к дефектируемому колесу в точке геометрического центра колеса 6. Тепловизор 1 располагают перед дефектируемым колесом на расстоянии полного охвата колеса объективом тепловизора. Электроды 2 и 4 присоединяют к источнику питания постоянного тока 3.

По всему объему колеса от точки его геометрического центра 6, через колесный центр 7 и бандаж 8 к металлическому обручу 5 начинает протекать электрический ток, который разогревает колесо. На тепловизоре 1 получаем тепловую картинку колеса. Температурный переход "горячо-тепло-холодно" отображается цветовым переходом "красный-желтый-синий".

Датчик тепловизора 1 получает инфракрасное излучение от небольшой точки исследуемого объекта (колеса). Чтобы получить полную картину, датчик тепловизора 1 должен просканировать объект (обойти точку за точкой по всему объекту, подобно тому, как телевизионные системы сканируют обычную картинку). Измерение температуры в одной точке длится 2,4 мкс, все изображение (кадр) разбивается на 10780 точек, на сканирование кадра может затрачиваться 40 мс, то есть, как и в телевидении, в этом режиме получается 25 кадров в секунду.

Инфракрасное излучение воспринимает точечный детектор тепловизора 1 (индий-сурьмянистый). В каждый момент времени он воспринимает одну точку всего инфракрасного излучения, прошедшего через объектив тепловизора 1. Две многогранные призмы тепловизора 1, быстро вращаясь, последовательно направляют на детектор тепловизора 1 тепловой сигнал от разных точек инфракрасной "картинки", таким образом, осуществляется ее развертка по вертикали и горизонтали.

Миниатюрный чувствительный детектор тепловизора 1 по интенсивности падающих на него инфракрасных лучей позволяет измерить температуру выбранной точки на объекте с точностью до нескольких долей градуса.

Если в объекте (колесе) имеются трещины, поры, раковины и т.п., то данные зоны будут слабее прогреваться, так как электрический ток течет по линии наименьшего сопротивления. Очевидно, что такие зоны будут проявляться на экране тепловизора 1 в виде синих, голубых или желтых пятен.

Как можно заметить, применение заявляемого устройства, работающего на принципе использования энергии электрического тока, протекающего по всему объему колеса от точки геометрического центра, через колесный центр и бандаж к металлическому обручу для нагрева и дефектировки колеса позволяет упростить конструкцию и сократить время, которое необходимо для подготовки устройства к работе из-за того, что в заявляемом устройстве упрощена конструкция контактного элемента, так как в нем отсутствует чувствительный элемент, нет необходимости в предварительной установке чувствительного элемента, в качестве измерительной аппаратуры используется тепловизор, позволяющий измерить температуру выбранной точки на объекте с точностью до нескольких долей градуса и получить визуальную "дефектологическую" тепловую картину объекта.