RU200608U1 - Устройство для неразрушающего контроля вихретоковым преобразователем мест изменения диаметра и линий сопряжения конструктивных элементов ступенчатых валов и других объектов контроля, имеющих форму тел вращения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к неразрушающему контролю изделий и предназначена для дефектоскопии ступенчатых валов и других объектов контроля, имеющих форму тел вращения на наличие трещин и других несплошностей с помощью вихретокового преобразователя.Целью предлагаемого технического решения является создание максимально простого устройства для неразрушающего контроля мест изменения диаметра и линий сопряжения конструктивных элементов ступенчатых валов и других объектов контроля, имеющих форму тел вращения. Контроль вихретоковым преобразователем именно этих зон затруднен наличием ложных сигналов. При этом усталостные трещины, являясь одними из самых опасных дефектов, развиваются именно в местах перелома профиля.Неразрушающий контроль ОК с помощью предлагаемых устройств в виде комплекта технологической оснастки применим, когда использование автоматизированных комплексов экономически нецелесообразно. Кроме этого, данная полезная модель может быть дополнением к автоматизированным комплексам, так как именно эту работу качественно настроить на автоматизированном комплексе достаточно трудно.

Description

Полезная модель относится к неразрушающему контролю изделий. Полезная модель предназначена для дефектоскопии ступенчатых валов и других объектов контроля (далее по тексту - ОК ), имеющих форму тел вращения , на наличие трещин и других несплошностей с помощью вихретокового преобразователя.

Целью предлагаемого технического решения является создание максимально простого устройства для неразрушающего контроля мест изменения диаметра и линий сопряжения конструктивных элементов ступенчатых валов и других объектов контроля, имеющих форму тел вращения. Контроль вихретоковым преобразователем именно этих зон затруднен наличием ложных сигналов. При этом усталостные трещины, являясь одними из самых опасных дефектов, развиваются именно в местах перелома профиля.

В случае небольших партий объектов контроля или в ремонтных мастерских контроль валов (и других объектов контроля, имеющих форму тел вращения ) выполняется вручную. В случае работы с объектом контроля, имеющим форму тела вращения, процесс ручного контроля требует высокой квалификации специалиста. Контролируя гнутую поверхность, необходимо перемещать преобразователь с точным ориентированием его в 3D-пространстве строго перпендикулярно контролируемой поверхности ОК. Это предполагает (на этапе записи дефектограммы) использование специалиста, имеющего большой опыт и необходимые навыки работы.

Работу по контролю поверхности тел вращения выполняет стенд для неразрушающего контроля колесных пар рельсового подвижного состава «Робоскоп ВТМ-5000/КП-М» и контроля распрессованных осей колесных пар вагонов метрополитена «Робоскоп ВТМ-5000/ОР-М» [«Робоскоп ВТМ-5000/КП-М» , Электронный ресурс - URL ( 11.02.2019): https://www.votum.ru/production/industrialPlantsND/roboskop-vtm-5000---kp ]. Основными частями стендов являются вращатель объекта контроля, робот-манипулятор и терминал управления. Вращение объекта контроля и перемещение манипулятора с инструментом контроля позволяет позиционировать инструмент контроля в трехмерном пространстве. Основным недостатком комплекса является высокая стоимость оборудования, которое в основной части является оборудованием импортного производства. Кроме этого для работы на комплексе, кроме инженера-оператора, требуется дополнительно специалист с высокой квалификацией (инженер-методист) для позиционирования рабочих точек.

Наиболее близким аналогом по принципу работы является автоматизированный комплекс контроля колесных пар вагонов «Пеленг-Автомат» [«Пеленг-Автомат» Автоматизированный комплекс, Руководство по эксплуатации, ДШЕК.411734.001- 01МС РЭ, Санкт-Петербург, 2012, с. 182 ]. Сканеры комплекса с пъезоэлектрическими преобразователями фиксируются в рабочем положении, а сканирование обеспечивается за счет равномерного вращения колесной пары. Кроме дороговизны, недостатком комплекса является то, что при контроле комплексом требуется обеспечить равномерное движение колесной пары.

Предлагаемое техническое решение позволяет максимально упростить посадку устройства на объект контроля и удешевить конструкцию оснастки. Основная идея предлагаемого технического решения состоит в том, чтобы вращение ОК, установленного в устройство, преобразовать в траекторию движения измерительного инструмента. Предлагаемое устройство обеспечивает положение вихретокового преобразователя строго перпендикулярно рабочей поверхности объекта контроля во всех положениях преобразователя в 3D- пространстве закреплением измерительного инструмента в звене устройства. Жесткое закрепление измерительного инструмента в звене устройства ( то есть , отсутствие необходимости удерживать вручную измерительный инструмент в сложных условиях работы ) позволяет использовать на этапе записи дефектограммы специалиста с более низкой квалификацией. Применение механического приспособления позволяет значительно упростить процесс контроля и увеличить скорость проведения работ, что в конечном счете приводит к росту производительности труда.

Важно, что предлагаемое устройство позволяет проводить процесс контроля при разных скоростях вращения и не предполагает необходимости в равномерном движении, что особенно важно при контроле тяжелых ОК, когда пуск и останов связаны с большими моментами инерции. Жесткая связь между направляющим звеном (5) и дополнительным звеном (7) обеспечивает точное соответствие угла поворота направляющего звена (5) на подшипнике (4) и координатой измерительного инструмента (2) - Фиг. 5 и 6.

Кроме этого, описанные аналоги, являясь универсальными комплексами, не приспособлены к решению задачи, когда нужно провести контроль мест изменения диаметра или контроль сопряжения конструктивных элементов ОК, имеющих форму тел вращения в зонах а, b и с ( на Фиг. 1, 2 и 3 ). В этих зонах возникают ложные индикации в связи с тем, что измерительный инструмент может занимать несимметричное положение относительно профиля ОК. Методист, прописывая движение измерительного инструмента, делит угол 2α ( Фиг. 4 ) пополам «на глазок». Предлагаемое устройство, являясь узкоспециализированным для контроля конкретного объекта, своей конструкцией, а именно жестким закреплением измерительного инструмента в звене устройства на заданном расстоянии от поверхности объекта контроля и под заданным углом, обеспечивает положение преобразователя относительно профиля поверхности ОК, в котором не возникает ложного сигнала.

Конструкция устройства показана на Фиг. 4. Основное звено (3) установлено на объект контроля и неподвижно закреплено на ОК (1). Направляющее звено (5) установлено на основное звено (3) с помощью напрессованного подшипника (4). Дополнительное звено (7) жестко соединено с направляющим звеном (5) с помощью планок (6) - см. Фиг. 4, 5 и 6. Дополнительное звено (7) имеет в своем составе вихретоковый преобразователь (2). Наклон преобразователя, при котором он делит угол излома профиля пополам, обеспечен конструкцией дополнительного звена (7), изготовленного специально для контроля конкретного участка ОК (1). Положение вдоль ОК обеспечивается настройкой устройства, а именно установкой основного звена (3) в упор в поверхность конструктивного элемента объекта контроля (1) и закреплением дополнительного звена (7) на планках (6) в положении, обеспечивающем точное положение вихретокового преобразователя (2) по отношению к месту контроля.

Отверстие (9) в основном звене предусмотрено, чтобы полость в основном звене (3) сообщалась с окружающим воздухом, чтобы при посадке устройства на ОК не возникала воздушная пробка, мешающая установке устройства на ОК.

Чтобы обеспечить точную соосность ОК и дополнительного звена (7), необходимо установить в дополнительном звене (7) направляющие ролики (8) - Фиг. 4, 6 и 7. Это необходимо, чтобы точно выдерживать зазор между рабочей поверхностью вихретокового преобразователя и поверхностью ОК.

Неподвижное закрепление устройства обеспечивается стопорным винтом - Фиг. 8. В простейшем случае в качестве стопора можно использовать потайной стопорный винт (13) - Узел Б Фиг. 8. Удобнее, чтобы винт стопора (16) находился с торцовой стороны устройства - Узел. В Фиг. 8.

При контроле зон, которые находятся далеко от концевой части ОК, удобнее устройство упирать в заплечик буртика - Фиг. 9, 10 и 11.

Осуществление полезной модели предполагает, что для входного контроля будет изготавливаться не одно, а набор устройств для каждого вида ОК. Каждое устройство должно быть настроено на контроль определенной зоны ОК. Каждая настройка должна быть проведена с упором в торцевую часть ОК ( Фиг. 4 ) или в другой конструктивный элемент ( Фиг.9 - упор в заплечик ). После начальной настройки все звенья должны быть зафиксированы на своих направляющих планках. Такая процедура позволит при контроле быстро устанавливать устройства в рабочее положение и быстро менять уже настроенные по размерам устройства для каждой из зон контроля. Для того, чтобы шпоночные пазы не препятствовали движению измерительного инструмента по контролируемой поверхности, должны быть изготовлены вкладыши в шпоночные пазы. Установленные вкладыши должны восстанавливать поверхность фигуры вращения.

Полезная модель позволяет контролировать места изменения диаметра и линии сопряжения конструктивных элементов ступенчатых валов и объектов контроля, имеющих форму тел вращения ( в том числе колесные пары ). Неразрушающий контроль мелкосерийных изделий с помощью предлагаемых устройств в виде комплекта технологической оснастки применим, когда использование автоматизированных комплексов экономически нецелесообразно. При этом, учитывая трудности, которые возникают, когда инженеру-методисту нужно прописать движение измерительного инструмента в местах изменения диаметра и линий сопряжения конструктивных элементов, данная полезная модель может быть дополнением к автоматизированным комплексам, так как именно эту работу качественно настроить на автоматизированном комплексе достаточно трудно.

Краткое описание чертежей.

Фиг. 1, 2 и 3 - показаны зоны, в которых возникают ложные сигналы при контроле вихретоковым преобразователем объектов контроля, имеющих форму тел вращения, где обозначено:

1 - объект контроля,

2 - вихретоковый преобразователь,

а, b и с - зоны, в которых возникают ложные сигналы

Ложные сигналы возникают, когда вихретоковый преобразователь расположен несимметрично по отношению к излому профиля контролируемой поверхности. Чтобы исключить ложный сигнал требуется установить вихретоковый преобразователь вдоль биссектрисы угла, образованного изломом профиля ОК.

Фиг. 4 - показано вертикальное продольное сечение, где обозначено:

3 - основное звено,

4 - подшипник,

5 - направляющее звено,

6 - направляющие планки,

7 - дополнительное звено,

8 - ролик,

9 - отверстие

Основное звено (3) устанавливается и фиксируется на ОК (1).

Подшипник (4) напрессован внутренней обоймой на основное звено (3). Направляющее звено (5) напрессовано на внешнюю обойму подшипника (4). Направляющие планки установлены в пазах с профилем T-track звеньев (5) и (7) и жестко зафиксированы. Механизм фиксации направляющих планок в пазах с профилем T-track условно не показан. Таким образом, дополнительное звено (7) с помощью направляющих планок (6) жестко соединено с направляющим звеном (5). Вихретоковый преобразователь (2) жестко установлен в дополнительное звено (7) таким образом, что между рабочей поверхностью вихретокового преобразователя и поверхностью ОК задан необходимый зазор.

Поворот направляющего звена (5) на подшипнике (4) вокруг основного звена (3) однозначно связан с координатоой вихретокового преобразователя (2) относительно ОК (1). При вращении направляющего звена (5) вихретоковый преобразователь будет двигаться по траектории окружности вдоль места изменения диаметра или линии сопряжения конструктивных элементов ОК

Фиг. 5 и 6 - сечение А-А и Б-Б для фигуры 4.

Направляющие планки (6) должны иметь достаточную вертикальную и горизонтальную жесткость, чтобы обеспечивать жесткое соединение между направляющим звеном (5) и дополнительным звеном (7).

Ролики (8) обеспечивают положение рабочего торца измерительного инструмента строго перпендикулярно продольной оси ОК без смещения и с требуемым зазором между рабочей поверхностью вихретокового преобразователя и поверхностью ОК.

Фиг. 7 - узел А с роликом для Фиг. 6 (увеличено) , где обозначено:

9 - деталь крепления кронштейна ролика к дополнительному звену 7,

10 - поворотный кронштейн для ролика

11 - ось вращения поворотного кронштейна относительно детали 10

12 - ось вращения ролика 8

Чтобы во время установки устройства на ОК ролики не клинило, необходимо, чтобы кронштейн 10 мог поворачиваться вокруг оси 11. Для этого требуется предусмотреть поворотное смещение ролика ( некоторое расстояние между осью поворота 11 кронштейна 10 и линией проходящей через ось 12 ролика 8 ). Имея такое смещение, ролики будут устанавливаться в соответствующее положение по типу рояльных колесиков.

Фиг. 8 , где обозначено:

13 - потайной стопорный винт

14 - стопорная деталь

15 - пружина

16 -винт

Основное звено (3) во время работы должно быть неподвижно закреплено на ОК. Как самый простой вариант: его можно зафиксировать с помощью потайного стопорного винта (13) ( Узел Б Фиг. 8 ).

Более удобный вариант ( Узел В Фиг 8), при котором головка винта вынесена на торцовую поверхность основного звена (3). Пружина (15) отжимает стопорную деталь (16) от ОК (1). При закручивании винта (16) стопорная деталь (14) прижимается к ОК (1) и стопорит основное звено (3) на ОК (1).

Фиг. 9, 10 и 11 - схема контроля ступенчатого вала с упором в буртик, где обозначено:

17 - буртик ступенчатого вала,

18 - усеченное дополнительное звено,

19 - неповоротные ролики для упора в шейку ступенчатого вала,

20 - неповоротные ролики для упора в заплечик буртика

На Фиг. 9 показан вариант установки звена (3) устройства на ОК с упором в буртик для точного позиционирования устройства на ОК при контроле зон, которые находятся далеко от концевой части ОК.

В случае, если место контроля находится между буртиками дополнительное звено должно быть составным разъемным из двух частей , либо дополнительное звено должно быть усечено ( см. Фиг. 9 ), чтобы имелась возможность установки дополнительного звена на ОК. В случае усеченного дополнительного звена должны быть предусмотрены дополнительные неповоротные ролики (19, 20 на Фиг. 9, 10 и 11 ), чтобы исключить возможность повреждения рабочей поверхности вихретокового преобразователя касанием о поверхность буртика. Ролики 19 упираются в поверхность шейки ступенчатого вала, ролики 20 упираются в поверхность буртика. Вместе ролики 19 и 20 при плотном касании с ОК обеспечивают заданный зазор между поверхностью ОК и рабочей поверхностью вихретокового преобразователя.

Порядок установки в случае усеченного дополнительного звена отличается от порядка установки устройство с полным дополнительным звеном. Сначала на ОК устанавливается усеченное дополнительное звено (18) с жестко закрепленными на нем направляющими планками (6). Затем на концевую часть одевается оставшаяся часть устройства (основное звено и направляющее звено в сборе ). Во время установки основного звена (3) направляющие планки (6) вставляются в пазы (с профилем T-track) направляющего звена (5) и после упора основного звена (3) в поверхность объекта контроля направляющие планки (6) жестко фиксируются в пазах направляющего звена (5). Далее основное звено (3) фиксируется на ОК стопорным винтом. В результате устройство жестко фиксируется по отношению к ОК, а вихретоковый преобразователь занимает требуемое положение.

Claims (1)

1. Устройство для неразрушающего контроля вихретоковым преобразователем мест изменения диаметра и линий сопряжения конструктивных элементов ступенчатых валов и других объектов контроля, имеющих форму тел вращения, состоящее из основного звена, устанавливаемого на объект контроля в упор в поверхность конструктивного элемента объекта контроля, направляющего звена, установленного на основное звено с помощью напрессованного подшипника, и дополнительного звена, жестко связанного с направляющим звеном и имеющего в своем составе вихретоковый преобразователь, траекторией которого является окружность в месте изменения диаметра тела объекта контроля или вдоль сопряжения конструктивных элементов объекта контроля, и которая создается вращением направляющего звена на подшипнике вокруг основного звена.

Images