Уменьшение шума при взаимодействии колеса и рельса

Если  пропускать ультразвуковой сигнал через  исследуемую деталь, то можно обнаружить в ней дефекты по характерному рассеянию пучка и по появлению  ультразвуковой тени. На этом принципе создана целая отрасль техники — ультразвуковая дефектоскопия, начало которой положено С. Я. Соколовым (1897—1957). Применение ультразвука легло также в основу новой области акустики — акустоэлектроники, позволяющей на ее основе разрабатывать приборы для обработки сигнальной информации в микрорадиоэлектронике.

Ультразвук  применяют для воздействия на различные процессы (кристаллизацию, диффузию, тепло- и массообмен в металлургии и т. д.) и биологические объекты (повышение интенсивности процессов обмена и т. д.), для изучения физических свойств веществ (поглощения, структуры вещества и т. д.). Ультразвук используется также для механической обработки очень твердых и очень хрупких тел, в медицине (диагностика, ультразвуковая хирургия, микромассаж тканей) и т. д.

 

 

3.  Железнодорожный транспорт

 

 

 

Производственная деятельность железнодорожного транспорта оказывает  воздействие на окружающую среду  всех климатических зон нашей  страны. Но по сравнению с автомобильным  транспортом неблагоприятное воздействие  на среду обитания существенно меньше. В первую очередь это связано  с тем, что железные дороги – наиболее экономичный вид транспорта по расходу  энергии на единицу работы.

 

Основным источником загрязнения  атмосферы являются отработавшие газы дизелей тепловозов. В них содержится окись углерода, окись и двуокись азота, различные углеводороды, сернистый  ангидрид, сажа. Высокое содержание вредных примесей в отработавших газах дизелей при работе в  режиме холостого хода обусловлено  не только плохим смешиванием топлива  с воздухом, но и сгоранием  топлива  при более низких температурах.

 

Режим работы маневровых тепловозов менее стабилен, чем поездных, поэтому  и выделение токсичных веществ  у них в несколько раз больше. Уровень загрязнения воздушной  среды станций и прилегающих  к ним зон отработавшими газами маневровых тепловозов зависит от числа  одновременно занятых локомотивов. При этом наиболее значительно выделение  окислов азота и сернистого ангидрида.

 

Ежегодно из пассажирских    вагонов  на    каждый   километр пути   выливается до   200 м³ сточных вод, содержащих патогенные микроорганизмы, и выбрасывается  до 12 тонн сухого мусора. Это приводит к загрязнению железнодорожного полотна и окружающей среды. Кроме  того, очистка путей от мусора связана  со значительными материальными издержками. Решить проблему можно использованием в пассажирских вагонах аккумулирующих ёмкостей для сборов стоков и мусора или установкой в них специальных очистных сооружений.

 

При мытье подвижного железнодорожного состава в почву и водоёмы  переходят вместе со сточными водами синтетические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, фенолы, шестивалентный хром, кислоты, щелочи, органические и  неорганические взвешенные вещества. Содержание нефтепродуктов в сточных  водах при мытье локомотивов, фенолов при мытье цистерн  из-под нефти превышают предельно  допустимые концентрации. Многократно  превышаются ПДК шестивалентного  хрома при замене охлаждающей  жидкости дизелей локомотивов. Во много  раз сильнее сточных вод загрязняется почва на территории и вблизи пунктов, где производится обмывка и промывка подвижного состава.

 

Перевод железнодорожного транспорта с паровой тяги на электрическую  и тепловозную, которыми в настоящее  время выполняется практически  вся поездная работа, способствовал  улучшению экологической обстановки: было исключено влияние угольной пыли и вредных выбросов паровозов  в атмосферу.

 

Дальнейшая электрификация железных дорог, т.е. замена тепловозов электровозами, позволяет исключить  загрязнение воздуха отработавшими  газами дизельных двигателей.

 

Основной путь снижения выбросов токсичных веществ тепловозами  заключается в уменьшении их образования  в цилиндрах двигателей. Также  важное значение имеет обезвреживание отработавших газов. Принцип действия одного из очистных устройств основан на рециркуляции, газов применяемой для уменьшения концентрации окислов азота, улавливание которых представляет известную трудность. Рециркуляция заключается в том, что часть отработавших газов из выпускного патрубка перепускается во всасывающую систему дизеля. Вследствие этого происходит присадка к засасываемому свежему воздуху значительного количества отработавших газов с меньшим содержанием кислорода, в результате чего ухудшаются условия протекания реакции между кислородом и азотом воздуха. При этом выброс окислов азота снижается до 55%, однако, происходит некоторое увеличение продуктов неполного сгорания топлива (окиси углерода).

4. Рельсовый дефектоскоп  УДС2-73 - три прибора в одном 

 

Сегодня существует огромное количество различных ультразвуковых дефектоскопов. Они применяются  практически во всех отраслях промышленности, т.к. практичны и позволяют качественно  решать задачи дефектоскопии и толщиномерии. Одним из мест, где применяют эти дефектоскопы – железнодорожное полотно. Зачастую рельсы являются основным элементом железнодорожного пути, который подвергается значительным нагрузкам. По мере эксплуатации в них появляются различные дефекты, угрожающие безопасности движения поездов. Изломы рельсов являются первой причиной аварий и крушений в путевом хозяйстве.

 

При контроле состояния рельсов  применяют ультразвуковые дефектоскопные тележки, позволяющие своевременно обнаруживать дефекты, оценивать степень их развития и опасности.

 

Рассмотрим одну из таких  тележек - УДС2-73, которая была разработана  на Украине НПФ "Ультракон-Сервис", и представляет собой микропроцессорный многоканальный ультразвуковой дефектоскоп.

 

При разработке учитывался мировой  опыт, накопленный при эксплуатации данного вида оборудования. Основными  требованиями, предъявляемыми к системе, были следующие:

 

высокая достоверность контроля с возможностью документирования результатов;

 

использование максимальной автоматизации процесса контроля и  настройки, при относительной простоте и удобстве в управлении и обслуживании;

 

обеспечение высокой надежности, гибкости и универсальности.

 

Дефектоскоп предназначен для  обнаружения дефектов в обеих  нитях железнодорожного пути по всей длине и сечению рельсов, за исключением  перьев подошвы, с помощью дефектоскопной тележки, а также для контроля отдельных участков одной нити железнодорожного пути и контроля элементов стрелочных переводов с помощью ручной штанги.

 

Контролю подлежат все  типы железнодорожных рельсов, при  этом предусмотрена автоматическая корректировка настроек при переходе на другой тип рельсов по указанию оператора. Схемы прозвучивания позволяют выявлять все виды критических дефектов согласно классификатору НДТ/ЦП-1-93. При этом реализованы эхо-, зеркальный и зеркально-теневой методы УЗК, с использованием контактного способа ввода ультразвука. В дефектоскопе предусмотрен алгоритм распознавания типа дефекта, но окончательное решение должен принимать оператор, используя дополнительно ручной контроль и визуальный осмотр дефектного участка.

 

В УДС2-73 для сплошного  контроля используется 18 каналов, по 9 на каждую рельсовую нить. Так же дефектоскоп имеет дополнительно 5 отдельных каналов для контроля одной рельсовой нити и элементов  стрелочных переводов в ручном варианте с помощью штанги или отдельного ПЭП.

 

Отличительными особенностями  дефектоскопа являются:

 

наличие встроенных типовых  настроек работы каналов, возможность  создания рабочих настроек оператора  на основе типовых, а также отличающихся от типовых, при использовании другой схемы УЗК;

 

наличие встроенной памяти для  сохранения результатов контроля по всем каналам на базе flash-карты, с  возможностью быстрой передачи на ЭВМ  без участия дефектоскопа;

 

возможность определения  пройденного пути и скорости движения при сплошном контроле с помощью  датчика пути;

 

наличие большого цветного экрана с высоким разрешением;

 

различные режимы представления  информации на экране дефектоскопа;

 

визуальная и звуковая система автоматической сигнализации дефектов (АСД);

 

возможность работы в режиме сбора информации без участия  оператора, с последующим анализом результатов на ЭВМ в лаборатории;

 

одновременное использование  различных схем УЗК для повышения  достоверности контроля и обнаружения  дефектов на ранней стадии развития;

 

наличие всех функций универсальных  дефектоскопов при работе в одноканальном  режиме;

 

Одним из факторов достоверного обнаружения дефектов, кроме возможностей аппаратуры, является субъективная оценка при взаимодействии системы: оператор - дефектоскоп. В существующих системах УЗК используется визуально-звуковой анализ оператором информации по всем каналам, что, конечно же, не может  не привести к пропуску дефектов, особенно на ранней стадии развития. Поэтому  возникает необходимость сохранения результатов контроля или электронного документирования.

 

Важную роль имеет создание информационных баз данных на ЭВМ, куда будут заноситься результаты УЗК  всех операторов.

 

Не мало важную роль играет реальное расположение дефекта. В УДС2-73 на экране приведено схематическое  изображение рельса, расположение на нем всех ПЭП и ход ультразвуковых лучей. При превышении сигналом браковочного уровня на экране загорается соответствующая  линия ультразвукового луча. Таким  образом оператор узнает приблизительное  расположение дефекта в рельсе.

 

Для контроля головки рельса используется:

 

Эхо-метод с использованием ПЭП 580 развернутого на 34° относительно продольной оси рельса и направленного  по и против движения, это позволяет  обнаруживать различно ориентированные  относительно вертикальной плоскости  поперечные дефекты.

 

Зеркальный метод, реализованный  теми же ПЭП. Этот метод УЗК эффективно дополняет эхо-метод. Недостатком  эхо-метода является зеркальное отражение  ультразвукового луча от плоскости  дефекта, что может привести к  его пропуску при сильном развитии. Применение зеркального метода позволяет  избавиться от этого недостатка и  обеспечивает уверенное выявление  поперечных трещин в головке рельса на любой стадии развития.

 

Эхо-метод с использованием ПЭП 700, развернутого вдоль продольной оси рельса и направленного по и против движения. Этот метод эффективен для обнаружения сильно развитых поперечных трещин в центральной  части головки рельса, за счет получения  их большой условной протяженности. Метод не позволяет обнаруживать дефекты на ранней стадии их развития и поэтому рекомендуется как  дополнительный.

 

Для контроля шейки и подошвы  рельса (кроме перьев подошвы), а  также болтовых отверстий используется:

 

Эхо-метод. Позволяет определить глубину залегания дефектов и  их ориентацию, т.к. поверхность дефекта  должна быть расположена перпендикулярно  направлению распространения ультразвукового  луча. Исключает пропуск дефектов из-за многократных переотражений, указанных выше.

 

Эхо-метод с использованием ПЭП 450, развернутого вдоль продольной оси рельса и направленного по и против движения, что позволяет  обнаруживать различно ориентированные  относительно вертикальной плоскости  поперечные дефекты, а также поперечные трещины в подошве. Также метод  позволяет выявлять различно ориентированные  трещины в болтовых отверстиях, особенно на ранней стадии их развития.

 

Как уже отмечалось, схемы  УЗК постоянно совершенствуются, поэтому в УДС2-73 предусмотрена  возможность построения других схем прозвучивания на базе имеющихся каналов. Оператор имеет возможность создавать рабочие настройки на базе типовых, с нужными ему изменениями. При этом типовые настройки защищены от стирания или изменения неопытным оператором.

 

 

Современные технологические процессы изготовления продукции машиностроения во многих случаях сопровождаются промежуточным контролем качества изделий. В связи с этим важное значение приобретают неразрушающие методы контроля качества, которые позволяют не только обнаруживать дефекты на поверхности или в толще изделия, но и определять их форму и размеры, а также пространственное положение. Каждый из этих методов обладает определенными преимуществами, что позволяет с большей точностью выявлять те или иные типы дефектов.

Процессы образования и роста  дефектов ставят под угрозу возможность  безаварийной эксплуатации подвижного состава. Обеспечение безопасности движения за счет своевременного обнаружения заводских и усталостных дефектов в ответственных элементах пути и подвижного состава приносит огромный экономический эффект и служит сохранению человеческих жизней. Решение этой проблемы достигается современными физическими методами неразрушающего контроля.

В настоящее время неразрушающий  контроль представляет собой самостоятельную интенсивно развивающуюся на стыке физического материаловедения и технологии отрасль науки и техники, которая находит широкое применение в различных сферах производства и особенно на транспорте.

Практика  показывает, что правильная организация  контроля, а также умелое использование  того или иного метода контроля, разумное сочетание этих методов позволяют с большой надежностью оценить наличие дефектов контролируемых изделий.