Интеллектуальный контроль железнодорожных колесных пар с использованием технологии фазированных решеток — Отзыв клиента

DTEC GmbH является поставщиком оборудования неразрушающего контроля (НК), штаб-квартира которого расположена во Франкфурте-на-Майне (Германия). Компания специализируется на разработке готовых решений для дефектоскопии железнодорожных колесных пар и мониторинга состояния поездов.

Используя современную технологию ультразвукового контроля с фазированной решеткой (УЗК ФР) и алгоритм машинного зрения, компания DTEC GmbH разработала интеллектуальные автоматизированные системы контроля для обеспечения безопасности на железных дорогах.

Автоматизированные системы контроля DTEC GmbH используются для следующих задач:

• Придорожный технический осмотр колес
• Осмотр колесных пар в процессе эксплуатации без снятия их с вагонов
• Этапы планового технического обслуживания колесных пар при их снятии с вагонов

Система ультразвукового контроля осей колесных пар (UW-UT) компании DTEC GmbH

В железнодорожных мастерских и на станциях технического обслуживания специальные автоматизированные системы контроля колесных пар (WIS) выявляют производственные дефекты и усталостные трещины в колесах и осях высокоскоростных поездов, локомотивов и подвижных составов. В современных системах контроля WIS используется оборудование УЗК ФР производства Olympus (FOCUS PX).

«Дефектоскоп FOCUS PX Olympus делает нашу систему ультразвукового контроля колесных пар (UW-UT или UFPE на немецком языке) оптимальным решением для технического обслуживания на железнодорожных станциях. Система позволяет проверять колеса на наличие усталостных трещин без необходимости снятия колесных пар с вагонов», – говорит Д-р Эрик Пэн, главный инженер DTEC GmbH.

Проблематика: Осмотр колесных пар без их демонтажа

Колесные пары железнодорожных вагонов подвергаются огромной нагрузке. Колеса и рельсы подвержены контактной усталости (усталостному изнашиванию) при качении (RCF). RCF может вызвать растрескивание и отслоение протектора колеса. Некоторые подповерхностные и внутренние дефекты могут развиваться по окружности и привести в конечном итоге к разрушению обода. Нарушение целостности колеса может привести к сходу с рельсов. Мониторинг контактного взаимодействия колеса и рельса и постоянных циклических нагрузок поможет избежать возникновения неисправностей и дефектов осей колесных пар.

Операторы железных дорог могут использовать традиционный метод УЗК для проведения регулярного неразрушающего контроля ж/д колес. Однако с помощью ручного метода УЗК инспекторы не могут добиться полного обнаружения дефектов по всей окружности колеса (360 градусов), в основном из-за сложной конструкции ходовой части вагонов.

Более того, данный вид инспекционных работ обычно планируется во время ночной смены, чтобы не ограничивать работу транспортного средства. В некоторых случаях колесные пары необходимо снимать с вагона, что существенно увеличивает стоимость и количество рабочих часов. Перед DTEC GmbH стояла задача внедрить эффективную, надежную, автоматизированную систему УЗК для контроля колес без необходимости их снятия с вагона.

Требования к ультразвуковому контролю колесных пар высокоскоростных поездов

Скорость является одним из важнейших показателей качества железнодорожного транспорта, также как и безопасность. Колеса, как ключевой компонент высокоскоростного поезда, требуют особого внимания во время технического обслуживания — протектор, фланец, обод и диск должны быть тщательно проверены на целостность. «Для охвата всех критических зон колес и их неровных поверхностей требуется система УЗК с широкими возможностями», — говорит Эрик.

Критические участки колес и их неровные поверхности

В Табл. 1 представлены требования к охвату УЗ-сканирования в рамках технического обслуживания колес высокоскоростных поездов, включая типы УЗ-ПЭП, конфигурацию и акустический контакт. По словам Эрика: «Сначала мы думали об использовании в системе 62 традиционных УЗ ПЭП для выполнения данной задачи. Однако, в зоне ходовой части недостаточно места для размещения такого количества ПЭП».

Таблица 1

Технология УЗК ФР использует преобразователи с множеством ультразвуковых элементов. Ультразвуковые системы с фазированными решетками могут использоваться почти в любом виде контроля, где задействованы традиционные ультразвуковые дефектоскопы. Преимущества технологии фазированных решеток перед традиционным УЗК заключаются в способности направлять, фокусировать и сканировать лучи с помощью многочисленных элементов решетки.

Сравнение УЗК ФР с традиционным УЗК. Возможность сканирования сварных швов под разными углами и на разной глубине с помощью одного ПЭП повышает вероятность обнаружения дефектов.

Маленькая контактная поверхность ФР-преобразователя и возможность сканирования без передвижения ПЭП упрощает контроль труднодоступных участков, например, колес в ходовой части. С другой стороны, технология фазированных решеток обычно дороже, и операторам может потребоваться дополнительное обучение для ее использования. Однако эти затраты часто компенсируются большей гибкостью и высокой эффективностью контроля системы УЗК ФР

Интеграция технологии УЗК ФР Olympus в систему UW-UT компании DTEC GmbH позволило сократить вдвое количество используемых преобразователей по сравнению с традиционным УЗК. Устройство позиционирования ПЭП также совместимо со многими типами колес, которые инспектирует DTEC GmbH.

Решение для контроля ж/д колес: автоматизированная система FOCUS PX/FocusPC

FOCUS PX представляет собой высокопроизводительный блок сбора данных УЗК и ФР, разработанный для автоматизированных систем контроля. Прибор имеет прочный герметичный корпус и обеспечивает длительную работу в сложных условиях эксплуатации. FOCUS PX является масштабируемой, легко интегрируемой и быстро программируемой системой.

Программное обеспечение FocusPC предоставляет мощные функции контроля, расширенные инструменты анализа и полностью настраиваемые экранные схемы. ПО позволяет параллельно управлять несколькими модулями сбора данных FOCUS PX (до 4-х устройств) и объединять данные в заданном пользователем представлении. Преимущества системы FOCUS PX/FocusPC, такие как хранение больших файлов данных, гибкая скорость сжатия и оцифровки, а также сохранение условного A-скана, позволяют сканировать крупные детали без перерыва.

Интегрированное приложение: Система ультразвукового контроля осей колесных пар

UW-UT (или UFPE) производства DTEC GmbH — это полностью автоматизированная система ультразвукового контроля ж/д колес, предназначенная для технического обслуживания небольшого объема. Когда поезд находится на станции технического обслуживания, система UW-UT запускается под ходовой частью поезда, автоматически поднимая и вращая каждую колесную пару.

Одновременно с этим, два робота размещают ПФР на обоих колесах. Менее чем за минуту и ​​за один оборот колесной пары FOCUS PX получает данные УЗК и передает их в специальную программу WIS. Через минуту отчет о результатах контроля уже готов для просмотра оператором.

Основные функции системы UW-UT DTEC GmbH:

• Автоматическое позиционирование и контроль
• Сбор данных УЗ: ≤1 мин/колес. пару
• A/B-скан, гистограмма, анализ данных бокового обзора
• Способность обнаружения дефектов:
  • Эквивалент. дефект на ободе колеса: ≥ 2 мм FBH
  • Эквивалент. трещина на ободе колеса: 10 ×3 мм
  • Эквивалент. трещина на колесном диске: 15 ×3 мм
  • Эквивалент. дефект на колесном диске: ≥ 3 мм SDH

Система UW-UT, выполняющая калибровку на эталонном образце (слева) и контроль колесной пары без демонтажа (справа).

Результат: Высокая эффективность УЗК ФР и управления данными

На каждый поворот протектора колеса на 1 мм, система UW-UT одновременно генерирует несколько групп ультразвуковых лучей (или законов фокусировки) для выполнения 50 A-сканов для каждого колеса. При контроле колесной пары диаметром 920 мм общее количество А-сканов составляет около 30 000. Для сбора и передачи данных в реальном времени требуется мощный инструмент, как например, FOCUS PX Olympus.

По причине огромного объема данных, получаемых в ходе каждого контроля, DTEC GmbH разработала систему управления данными:

• Гистограмма используется для каналов, к которым может применяться автоматическое оповещение; оператор может выбрать столбцы, для которых он хочет получить данные B-скан и A-скан.
• Для каналов, требующих ручного подтверждения, например, связанных с колесным диском, вид сбоку создается комбинацией нескольких B-сканов, скорректированных по диаметру колеса.
• Операторы могут легко выявить дефект в колесе, используя гистограмму и вид колеса сбоку, а затем с помощью A-скана и B-скана определить особенности дефекта, его местоположение, глубину залегания и серьезность.
• Если оператор использует мышь для перетаскивания окна вокруг дефекта на B-скане, эти данные (местоположение, глубина и т.д.) рассчитываются автоматически.

Анализ данных: Гистограмма и A- и B-сканы

Анализ данных: Вид сбоку и A- и B-сканы

Современная технология УЗК ФР и эффективное управление данными делают систему UW-UT от DTEC GmbH высокопроизводительной и простой в эксплуатации. С 2009 г. на станциях техобслуживания было установлено 130 систем UW-UT, позволяющих обнаружить усталостные трещины на ж/д колесах. После устранения трещин на токарном станке эти колеса можно смело вводить в эксплуатацию.

Усталостные трещины на колесе: до (слева) и после (справа) перепрофилирования протектора

Использование системы FOCUS PX для других задач техобслуживания ж/д колесных пар

Компания DTEC GmbH также разработала систему ультразвукового контроля демонтированных колесных пар (DW-UT). Ультразвуковые технологии, используемые в данном оборудовании, аналогичны системе UW-UT, но применимо к демонтированным колесным парам.

Системы ультразвукового контроля демонтированных колесных пар и буксовых узлов

Благодаря технологиям и оборудованию Olympus, DTEC GmbH удалось создать высокоэффективные, интеллектуальные и автоматизированные решения, обеспечивающие безопасность железных дорог.

См. также

Точно в срок: эффективный и надежный контроль колесных пар ж/д вагонов (WIS)

Автоматизированная система контроля колесных пар ж/д вагонов

Контроль железнодорожных колес с использованием фазированных решеток