Диагностика рельс, колесных пар, деталей локомотива и других изделий на железнодорожном транспорте

Установлено, что основными источниками внезапных усталостных повреждений рельс, бандажей колесных пар, силовых деталей локомотивов и других изделий является наличие зон концентрации внутренних напряжений металла (зон КН), обусловленных технологией изготовления. На заводах-изготовителях рельс и колесных пар в настоящее время отсутствуют эффективные методики и средства контроля технологических дефектов изготовления и остаточных напряжений.

Традиционные методы и средства эксплуатационного контроля (магнитные и ультразвуковые дефектоскопы) позволяют выявлять уже развитые дефекты. Эти средства контроля не обеспечивают диагностики рельс и колесных пар на стадии предразрушения и поэтому не могут гарантировать безопасность движения на железных дорогах. Используемые при эксплуатационном контроле магнитные вагон-дефектоскопы основаны на считывании магнитных полей рассеяния, образующихся в зоне расположения развитого дефекта при искусственном намагничивании рельса постоянным магнитным полем.

Имеется опыт экспериментального контроля методом МПМ рельс с вагона-дефектоскопа с использованием приборно-компьютерного комплекса и датчиков, установленных над головкой рельса (рис.1).

Выполненная работа показала уникальные возможности нового метода диагностики: без специального намагничивания, с помощью двух-четырех датчиков, без непосредственного контакта с контролируемой поверхностью выполнять экспресс-анализ состояния рельс и определять участки, предрасположенные к повреждениям. При этом сканирование можно осуществлять со скоростью движения поезда.

На рис.2 представлен фрагмент "ручного" контроля рельса с использованием специализированной тележки. Резкое локальное изменение магнитного поля Hр на магнитограмме соответствует зоне развивающегося дефекта (трещины на "головке" рельса). Следует отметить, что линия КН (Hр=0) указывает направление развития выявленной трещины.

На рис.3 представлены результаты контроля нового рельса. Зона концентрации остаточных напряжений и дефектов металла характеризуется локальным изменением поля Hр (рис.3,а) и наличием линий смены знака поля Hр (рис.3,в). На рис.3,б для сравнения представлена магнитограмма, характеризующая удовлетворительное состояние нового рельса.

На рис.4 показаны результаты контроля напряжённо-деформированного состояния бандажей локомотивной колёсной пары с использованием эффекта магнитной памяти металла. Конкретные критерии, по которым можно более определённо судить о глубине линий КН и прогнозировать развитие трещин, разработаны в специальных методиках.

На рис.5 представлены результаты контроля крестовин, используемых для передачи крутящего момента от электродвигателя на ведущий редуктор колесной пары электровоза. Магнитограмма, представленная на рис.5,б, характеризует высокий уровень остаточных напряжений - источник развития повреждений. На рис.5,в магнитограмма характеризует удовлетворительное состояние крестовины.

На рис.6 представлен фрагмент результатов контроля вала тягового электродвигателя. Зоны резкого локального изменения поля Hр и его градиента соответствует зонам КН, в которых развиваются повреждения.