Ультразвуковой катящийся преобразователь

 

Использование: для непрерывной дефектоскопии рельсового полотна методом акустического неразрушающего контроля. Сущность изобретения: устройство содержит несущий элемент, жестко связанный с валом, на котором размещен первый и второй ролик и установленные соосно друг с другом с возможностью вращения, каждый из роликов состоит из двух последовательно намагниченных дисков, связанных между собой эластичным ободом, в котором выполнены отверстия, жестко связанный с валом направляющий элемент, расположенный между дисками роликов, в котором установлен пьезоэлектрический датчик, подпружиненный перпендикулярно оси вала пружиной. Полость, образованная эластичным ободом и дисками, заполнена магнитной жидкостью. Техническим результатом изобретения является расширение технико-эксплуатационных возможностей, снижение уровня потерь ультразвукового сигнала, повышение точности контроля и глубины исследований. 1 ил.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и может быть использовано для непрерывной дефектоскопии рельсового полотна.

Известен ультразвуковой катящийся преобразователь, содержащий разъемный П-образный корпус, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси, расположенный соосно с ним цилиндрический пьезоэлемент с внешней стороны которого размещены согласующий слой, протектор и электропроводящие элементы (авт. св. 1392493, МКИ G 01 N 29/04, публ. 30.04.88 г., БИ 16).

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и ненадежность акустического контакта с контролируемым изделием.

Известен ультразвуковой катящийся преобразователь, содержащий полый вал, на котором установлены пьезоэлемент и диски, образующие с эластичным ободом камеру, заполненную контактной жидкостью, кроме того на внешней стороне дисков установлены постоянные магниты (МКИ G 01 N 29/04, публ. 23.05.89 г., БИ 19).

Недостатком устройства является низкая чувствительность, обусловленная высоким уровнем потерь акустического сигнала на контакте с контролируемой поверхностью.

Наиболее близким прототипом к заявляемому изобретению является ультразвуковой катящийся преобразователь, содержащий скобу, связанную с полым валом, полый ролик с эластичным ободом, установленный на валу с возможностью вращения, пьезоэлемент с направляющей, жесткий протектор и мягкий протектор (авт. св. 1259177, МКИ G 01 N 29/04, публ. 23.09.86 г., БИ 35).

Недостатком прототипа является невысокая точность контроля, и малая глубина исследований из-за наличия нескольких переходных слоев от пьезоэлемента до контролируемой поверхности в виде жесткого и мягкого протекторов.

Задачей изобретения является расширение технико-эксплуатационных возможностей, снижение уровня потерь ультразвукового сигнала, повышение точности контроля и глубины исследований.

Постановленная задача решается следующим образом.

В ультразвуковом катящемся преобразователе, содержащем несущий элемент, вал, на котором установлен первый ролик, с возможностью вращения, эластичный обод, образующий с роликом внутреннюю полость, подпружиненный, перпендикулярно оси вала, пьезоэлектрический датчик, направляющий элемент жестко связанный с валом, несущий элемент жестко связан с валом, на котором соосно с первым роликом установлен второй ролик, при этом каждый из роликов выполнен в виде двух последовательно намагниченных дисков, связанных между собой эластичным ободом, по кромкам которого выполнены отверстия на расстоянии друг от друга не менее диаметра пьезоэлектрического датчика, установленного в направляющем элементе, расположенном между дисками в полости, заполненной магнитной жидкостью.

Отличительными признаками в заявляемом устройстве являются: - несущий элемент жестко связан с валом, на котором соосно с первым роликом установлен второй ролик, что расширяет технико-эксплуатационные возможности и позволяет использовать устройство в качестве катящейся колесной пары подвижного состава, для непрерывного контроля рельсового полотна; - каждый из роликов выполнен в виде двух последовательно намагниченных дисков, связанных между собой эластичным ободом, по кромкам которого выполнены отверстия, а образованная внутренняя полость заполнена магнитной жидкостью, что обеспечивает надежный непрерывный жидкостной акустический контакт между пьезоэлектрическим датчиком и поверхностью контролируемого изделия, т. к. при обкатке на роликах образуется площадка смятия эластичного обода, которая принимает форму контролируемой поверхности, плотно облегая ее, а также предохраняет датчики от механических повреждений; - отверстия, расположенные по кромкам эластичного обода на расстоянии не менее диаметра пьезоэлектрического датчика обеспечивают подачу жидкости на контактный слой в количестве, необходимом для поддержания жидкостного акустического контакта между эластичным ободом и контролируемым изделием в процессе движения; - магнитная жидкость, которой заполнена внутренняя полость роликов, взаимодействует с магнитным полем последовательно намагниченных дисков, удерживается им в отверстиях, в полости и наружной поверхности катящегося ультразвукового преобразователя, не растекается во время движения устройства по рельсам.

В известных автору источниках научной и патентно-технической информации не описано устройство с перечисленной совокупностью признаков, направленных на решение поставленной технической задачи, это позволило сделать вывод о наличии в заявляемом техническом решении критерия изобретения "изобретательский уровень".

На чертеже представлен ультразвуковой катящийся преобразователь.

Устройство содержит несущий элемент 1, жестко связанный с валом 2, на котором размещены первый ролик 3 и второй ролик 4, установленные соосно друг с другом с возможностью вращения, каждый из роликов состоит из двух последовательно намагниченных дисков 5 и 6, связанных между собой эластичным ободом 7, в котором выполнены отверстия 8, расположенный между дисками направляющий элемент 9, в котором установлен пьезоэлектрический датчик 10, подпружиненный перпендикулярно оси вала пружиной 11, полость 12, образованная эластичным ободом 7 и дисками 5 и 6, заполнена магнитной жидкостью.

Устройство работает следующим образом.

Катящийся ультразвуковой преобразователь устанавливается на контролируемой поверхности, например железнодорожного рельсового полотна. Нагрузка на ролики 3 и 4 обеспечивается платформой передвижного средства, которую жестко соединяют с несущим элементом 1. Под действием нагрузки со стороны платформы на роликах образуется площадка смятия эластичного обода 7 в области его контакта с контролируемой поверхностью, в результате чего из отверстий 8, находящихся в пределах площадки смятия, выдавливается магнитная жидкость, образуя жидкий контактный слой между наружной поверхностью обода 7 и контролируемой поверхностью, пьезоэлектрическим датчиком 10 и внутренней поверхностью обода. Это обеспечивает надежный жидкостной акустический контакт. Ультразвуковые колебания, излучаемые пьезоэлементом датчика 10, поступают в контролируемое изделие и, пройдя через него, несут информацию о наличии дефекта. При обкатывании поверхности в процессе дефектоконтроля происходит непрерывное перемещение площадки смятия, и осуществляется непрерывный контроль изделия. При выходе отверстия за пределы площадки смятия, часть жидкости, находящейся на контакте с изделием, всасывается обратно в полость 12 и, в отверстия, принимающие свою первоначальную форму. Жидкость удерживается в отверстиях за счет капиллярных сил и сил поверхностного натяжения в любом пространственном положении роликов и отверстий. Тем самым снижается расход жидкости. При выполнении дисков роликов из ферромагнитного материала намагниченных последовательно (N-S, N-S) и заполнении полостей магнитной жидкостью, ее расход снижается за счет сил притяжения. Поверхность обода 7, по которой скользит пьезодатчик 10 в процессе перемещения, исключает механические повреждения, связанные с трением. Расстояния между отверстиями 8, расположенными по кромкам обода, выбраны не менее диаметра датчика 10, что оптимально для смачивания контактной поверхности. Таким образом, предлагаемая конструкция ультразвукового катящегося преобразователя позволяет обеспечить непрерывный дефектоконтроль поверхности посредством ее обкатки, а за счет жидкого акустического контакта повышается надежность, чувствительность и глубина контроля.

Формула изобретения

Ультразвуковой катящийся преобразователь, содержащий несущий элемент, вал, на котором установлен первый ролик с возможностью вращения, эластичный обод, образующий с роликом внутреннюю полость, подпружиненный перпендикулярно оси вала пьезоэлектрический датчик, направляющий элемент, жестко связанный с валом, отличающийся тем, что несущий элемент жестко связан с валом, на котором соосно с первым роликом установлен второй ролик, при этом каждый из роликов выполнен в виде двух последовательно намагнических дисков, связанных между собой эластичным ободом, по кромкам которого выполнены отверстия на расстоянии не менее диаметра пьезоэлектрического датчика, установленного в направляющем элементе, расположенном между дисками в полости, заполненной магнитной жидкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1