CC BY
0
УДК 620.179.14
БезкоровайныйВ.С., Добрыднев А.В., Ильинский Д.И., Половинка О.Д.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФЕРРОЗОНДОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГАСОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Bezkorovayniy V.S., Dobrydnev A.V., Ilinsky D.I., Polovinka O.D.
USING FERROSONDES FOR MONITORINGRAILWAY TRANSPORT
CONDITIONS
Введение
Железнодорожный транспорт является одним из наиболее важных и эффективных способов транспортировки пассажиров и грузов. Однако с увеличением объемов перевозок и деградацией инфраструктуры появляется необходимость в постоянном
мониторинге состояния
железнодорожного транспорта и критически важных компонентов [1]. В этом контексте феррозондовые датчики представляют собой перспективное направление для обеспечения
надежности и безопасности
железнодорожного транспорта.
Феррозонды основаны на принципах магнитной индукции, что позволяет осуществлять высокоточные измерения магнитных полей и контролировать состояние железнодорожного
транспорта.
Анализ последних исследований и публикаций
В последние годы количество исследований, посвященных
использованию феррозондов в железнодорожном транспорте,
значительно возросло.
В работе [2] акцентируется внимание на применение феррозондовых
датчиков для диагностики состояния железнодорожного транспорта. Особое внимание уделяется использованию феррозонда, который обеспечивает высокую чувствительность и точность измерений, что критически важно для предотвращения аварийных ситуаций железнодорожного транспорта.
Работа [3] проводит исследование, связанное с применением феррозондов для мониторинга состояния
железнодорожного транспорта. Автор подчеркивает интеграцию феррозондов в систему мониторинга, что позволяет не только повысить безопасность, но и оптимизировать процессы технического обслуживания и ремонта.
В своих работах [4] автор сосредотачивает внимание на вопросах дефектоскопии железнодорожного
транспорта, рассматриваются различные методы и технологии, используемые для диагностики состояния
железнодорожного транспорта. Эти исследования подчеркивают важность применения современных технологий, таких как феррозондовый метод, для повышения качества диагностики железнодорожного транспорта.
Таким образом, внедрение феррозондов для мониторинга состояния железнодорожного транспорта является важным шагом к повышению надежности и продолжительной
эксплуатации транспорта.
железнодорожного
Цель работы
Целью исследование феррозондовых мониторинга железнодорожного
работы
является применения датчиков для
состояния транспорта и
возможность их интеграции в системы мониторинга.
Основная часть
Железнодорожный транспорт - это сектор экономического снабжения регионов, занимающийся перевозкой людей и различных грузов [5].
На долю железнодорожного транспорта приходится 80% общего объема перевозок грузов и пассажиров, осуществляющихся наземным
транспортом.
Железнодорожный транспорт имеет множество преимуществ и с уверенностью можно сказать, что у него есть неоспоримые основания
существовать и в будущем. Однако существует множество проблем, связанных с состоянием
железнодорожного транспорта [6]:
- износ и повреждение деталей -износ деталей до критических показателей отказа или нарушение сплошности слоя в результате трения, коррозионных разрушений, усталости материала и механической деформации конструкции (рис. 1);
Рис. 1. Повреждение критических деталей железнодорожного транспорта
- отказ технических средств -частичное или полное разрушение объектов инфраструктуры, оборудования и нарушение технологических рекомендаций, ведущих к отказу технических средств;
- устаревшая инфраструктура -железнодорожные пути и станции
нуждаются в модернизации. Старые и изношенные рельсы могут влиять на безопасность и скорость движения поездов (рис. 2);
- безопасность - вопросы безопасности, как на уровне пассажирских перевозок, так и на уровне грузовых операций, остаются важной
проблемой. Есть необходимость движением и систем сигнализации; улучшения технологий управления
Рис. 2. Устаревшая инфраструктура
- технологические изменения -внедрение новых технологий, таких как автоматизация и цифровизация, требует значительных инвестиций и подготовку кадров.
Проблемы с состоянием деталей железнодорожного транспорта могут повышать риск возникновения транспортных происшествий, крушений,
аварий, что влечёт за собой причинение вреда жизни и здоровью граждан (рис. 3). Данные факторы
поспособствовали использованию
феррозондового метода для мониторинга состояния железнодорожного
транспорта неразрушающего контроля
[7].
Рис. 3. Железнодорожная катастрофа
Феррозондовый метод
неразрушающего контроля основан на регистрации параметров магнитного поля, на поверхности намагниченного контролируемого изделия с помощью феррозондов. Сопоставляя полученные данные исследуемого объекта с
эталонным (бездефектная деталь), происходит процесс обнаружения несплошности поверхностного изделия. Феррозондовый метод можно реализовать с одним феррозондовым преобразователем, но сканирование поверхности объекта будет построчным,
а с использованием феррозондовой матрицы расширяется возможность большего охвата поверхности детали [8].
Одностержневые феррозондовые преобразователи распространены в простых дефектоскопах, которые сканируют плоскость участка
контролируемого объекта и преобразуют параметр магнитного поля в сигнал постоянного тока. Полученный сигнал сравнивается с базовыми значениями (с эталонными). Если сигнал превышает допустимое значение, то выдается результат о дефекте детали [9].
Достоинства метода:
1. Магнитные поля, применяемые при контроле детали, глубоко проникающие в объект, позволяют обнаруживать поверхностные и подповерхностные несплошности глубиной до 40 мм.
2. Не зависит от качества поверхности (шероховатость литых деталей, сварочные швы).
3. Высокая чувствительность к усталостным трещинам (ширина трещины от 1 мкм и глубиной от 50 мкм).
Недостатки метода:
1. Жесткие требования к намагничиванию контролируемых объектов, что требует создание намагничивающих устройств и соответствующего оборудования.
2. Специфичные настройки дефектоскопов, которые требуют специальные настроенные образцы с моделями дефектов. Каждая настройка параметров должна показывать малое отклонение от допустимого параметра.
В каждой стране проводились попытки свести к минимуму недостатки феррозондового метода и внедрить его на железнодорожный транспорт. В 5080-х гг. на отечественных железных дорогах внедряли и эксплуатировали феррозондовые дефектоскопы и
феррозондовые дефектоскопные
установки.
Слабый уровень технологий того времени не позволил в полной мере реализовать потенциал феррозондового метода, так как к феррозондовому методу предъявляются специфические требования для неразрушающего контроля деталей и узлов железнодорожного транспорта [10]:
1. Небольшое затратное время контроля деталей.
2. Сложная форма и большие размеры контролируемого объекта.
3. Сильная загрязненность и шероховатость поверхности детали.
4. Наличие производственных дефектов в литых деталях.
5. Поверхностная неоднородность, связанная с условиями эксплуатации детали.
6. Жесткие требования к достоверности и точности обнаружения усталостных трещин.
Для повышения безопасной эксплуатации железнодорожного
транспорта департамент вагонного хозяйства Министерства Путевых Сообщений Российской Федерации сформировал программу разработки и внедрения в вагонное хозяйство нового поколения феррозондового
оборудования неразрушающего
контроля (рис. 4) [11].
Дефектоскоп Ф-215.1 (рис. 4) предназначен для обнаружения дефектов в намагниченных ферромагнитных деталях, в том числе в сварных конструкциях, измерения
тангенциальной и нормальной составляющих напряженности и градиента напряженности постоянного магнитного поля, оценки амплитуды и периода переменного магнитного поля, а также визуализации процесса контроля на графическом дисплее [12].
Рис. 4. Дефектоскоп-измеритель феррозондовый Ф-215.1
Устройство позволяет проводить контроль изделий сложной формы в труднодоступных местах, работать в местах, где доступ к электросети затруднен.
Далее рассмотрим способы намагничивания и сканирования с использованием феррозондового
дефектоскопа поэтапно (рис. 5).
Рис. 5. Контроль деталей подвижного состава
Этап 1. Подготовка объекта контроля.
1. Очистка поверхности перед началом контроля поверхности изделия, очищение от загрязнений, ржавчины и других примесей. Для очистки может потребоваться механическая (шлифовка, скребка) или химическая (растворители) обработка. Также объект должен быть полностью сухим, так как присутствие влаги может повлиять на результаты намагничивания [13].
Этап 2. Намагничивание[14].
1. Выбор способа намагничивания зависит от типа дефектоскопа и контролируемого материала, после выбирается метод намагничивания -контактный (с помощью электромагнитов или постоянных магнитов) или бесконтактный (с помощью индукционных катушек).
2. Феррозондовый дефектоскоп настраивается на нужные параметры, такие как сила тока, частота и направление магнитного поля.
3. Объект намагничивается,
создается однородное магнитное поле. При этом важно следить за тем, чтобы магнитная индукция была достаточной для выявления дефектов.
Этап 3. Сканирование.
1. Выбирается режим сканирования или по заданной траектории в зависимости от типа дефектов, которые планируется выявить: линейное, точечное.
2. Сканер водится по обследуемой поверхности и в процессе сканирования происходит измерение магнитного поля и выявление аномалий. Это могут быть трещины, включения, поры или другие дефекты.
3. Сбираются данные о намагничивании и выявленных аномалиях и регистрируются в системе.
Этап 4. Анализ результатов [14].
1. Полученные данные анализируются специалистом. На этом этапе важно правильно интерпретировать результаты и определить степень серьезности выявленных дефектов.
2. Оформляется отчёт по результатам проверки, включающий описание методов, условий испытания и выявленные дефекты.
Данный процесс требует строгого соблюдения всех этапов для обеспечения качества и точности результатов.
Феррозондовые дефектоскопы позволяют проводить неразрушающий контроль состояния не только транспорта, но и рельсовых путей, что существенно снижает риск аварий (рис. 5). Выявление дефектов на ранних стадиях, таких как трещины, коррозия
Список литературы
1. Потехина, А.А. Аварии на железнодорожном транспорте / А.А. Потехина, М.Г. Григорьев. //
или другие повреждения, дает возможность проводить своевременные ремонтные работы и предотвращать серьезные инциденты. Это особенно важно на участках с высокой интенсивностью движения, где даже малейшая неисправность может привести к катастрофическим последствиям [15].
Также феррозондовые
дефектоскопы позволяют
оптимизировать процесс технического обслуживания, систематически
отслеживая состояния рельс, что позволяет планировать работы по замене или ремонту инфраструктуры, а не по установленным графикам. Это приводит к экономии времени и средств, а также увеличивает общий срок службы железнодорожного полотна и других конструкций [15].
Выводы
Использование феррозондов для мониторинга состояния
железнодорожного транспорта
представляет собой перспективный и высокоэффективный метод.
Феррозонды, как устройства,
регистрирующие на изменения магнитных свойств материалов, дают возможность осуществлять
бесперебойный контроль за состоянием железнодорожного полотна, вагонов и других компонентов железнодорожной инфраструктуры. Их применение позволяет значительно повысить уровень безопасности и надежности перевозок [15].
References
1. Potekhina, A.A. Accidents on railway transport / A.A. Potekhina, M.G. Grigoriev. // Young scientist. -
Молодой ученый. - 2015. - № 11 (91). -С. 408-409. - eISSN 2077-8295.
2. Зыков, Ю.В. Теоретические основы технической диагностики вагонов: учебное пособие для студентов специальности 190302 «Вагоны» механического факультета всех форм обучения / Ю.В. Языков; Федеральное агентство по образованию, Уральский гос. ун-т путей сообщения, Каф. «Вагоны». - Екатеринбург: УрГУПС, 2007. - 100 с.
3. Криворудченко, В.Ф. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов подвижного состава железнодорожного транспорта: учеб. пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта / В.Ф. Криворудченко, Р.А. Ахмеджанов; ред. В.Ф. Криворудченко. - Москва: Маршрут, 2005. - 436 с. - ISBN 5-89035187-7.
4. Холодилов, О.В. Дефектоскопия подвижного состава железнодорожного транспорта: учебное пособие / О.В. Холодилов // Министерство транспорта и коммуникаций Республики Беларусь; Учреждение образования «Белорусский государственный университет транспорта». - Гомель: Учреждение образования «Белорусский государственный университет транспорта», 2020. - 326 с. - ISBN 978985-554-928-5.
5. Томилов, В.В. Транспортная безопасность: учебное пособие / В.В. Томилов. - Москва: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2020. - 72 с. - ISBN 978-5907206-34-2.
6. Терешина, Н.П. Экономика железнодорожного транспорта. Вводный курс часть 1 / Н.П. Терешина. - Москва: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на
2015. - № 11 (91). - Pp. 408-409. -eISSN 2077-8295.
2. Zykov, Y.V. Theoretical foundations of technical diagnostics of wagons: a textbook for students of the specialty 190302 «Wagons» of the Mechanical Faculty of all forms of education / Y.V. Languages; Federal Agency for Education, Ural State University of Railways, Kaf. «Wagons». -Yekaterinburg: UrGUPS, 2007. - 100 p.
3. Krivorudchenko, V.F. Modern methods of technical diagnostics and nondestructive testing of parts and assemblies of railway rolling stock: textbook. handbook for students of railway transport universities / V.F. Krivorudchenko, R.A. Akhmedzhanov; ed. by V.F. Krivorudchenko. - Moscow: Route, 2005. - 434 p. - ISBN 5-89035-187-7.
4. Kholodilov, O.V. Defectoscopy of railway rolling stock: textbook / O.V. Kholodilov; Ministry of Transport and Communications of the Republic of Belarus; Educational institution «Belarusian State University of Transport». Gomel: Educational institution «Belarusian State University of Transport», 2020. - 326 p. - ISBN 978985-554-928-5.
5. Tomilov, V.V. Transport safety: a textbook / V.V. Tomilov. - Moscow: FGBI DPO «Educational and Methodological Center for education in railway transport», 2020. - 72 p. -ISBN 978-5-907206-34-2.
6. Tereshina, N.P. Economics of railway transport. Introductory course part 1 / N.P. Tereshina. - Moscow: FGBI DPO «Educational and Methodological Center for education in railway transport», 2020.
железнодорожном транспорте», 2020. -472 c. - ISBN 978-5-907206-32-8.
7. Вырков, С.А. Классификация железнодорожных транспортных происшествий по критерию материального ущерба / С.А. Вырков // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2015. - № 1(42). -С. 12-19. - ISSN 1815-588X.
8. Афанасьев, Ю.В. Феррозонды / Ю.В. Афанасьев. - Ленинград: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1969. - 166 с.
9. Косенко, С.А. Диагностика и мониторинг железнодорожного пути / С.А. Косенко, А.А. Севостьянов, М.А. Карюкин. - Москва: УМЦ ЖДТ, 2024. - 144 с. - ISBN 978-5-907695-70-2.
10. Терёшина, Н.П., Экономика железнодорожного транспорта: учебник для студентов вузов железнодорожного транспорта / [Б.Ф. Андреев, Б.М. Лапидуса, М.Ф. Трихункова]; под ред. Н.П. Терёшиной, Л.П. Левицкой, Л.В. Шкуриной. - Москва: Учебно-методический центр по образованию на ж.-д. трансп., 2013. - ISBN 978-5-89035621-5.
11. Копотун, Е.А. Феррозондовый метод контроля: учебно-методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Основы технической диагностики» / Е.А. Копотун, А.В. Челохьян, Б.Е. Копотун; Рост. гос. ун-т путей сообщения. - Ростов н/Д, 2010. - 28 c.
12. Шанаурин, А.М. Магнитоферрозондовый метод: состояние и эффективность применения на железнодорожном транспорте / А.М. Шанаурин, Г.И. Кравченко, Д.Г. Комлев. - Москва, 2020.
13. Официальный сайт: электрон. путеводитель / ООО Микроакусика. -1992. - URL https://mikroakustika.ru/index.php?lang=rus &l1=1&l2=5&l3=272&n=f215&ysclid=m1
- 472 p. - ISBN 978-5-907206-32-8.
7. Varkov, S.A. Classification of railway transport accidents according to the criterion of material damage / S. A. Varkov // Izvestiya Peterburgskogo universiteta of Railway Communications.
- 2015. - № 1(42). - Pp. 12-19. -ISSN 1815-588X.
8. Afanasyev, Y.V. Ferrosondes / Y.V. Afanasyev. - Leningrad: Energiya. Leningr. publishing House, 1969. - 166 p.
9. Kosenko, S.A. Diagnostics and monitoring of the railway track / S.A. Kosenko, A.A. Sevostyanov, M.A. Karyukin. - Moscow: UMTS ZhDT, 2024. - 144 p. - ISBN 978-5-907695-702.
10. Tereshina, N.P. Economics of railway transport: textbook for students of universities of railway transport / [B.F. Andreev, B.M. Lapidusa, M.F. Trikhunkova]; edited by N.P. Tereshina, L.P. Levitskaya, L.V. Shkurina. - Moscow: Educational and Methodological Center for Education on railway transport, 2013. - ISBN 978-589035-621-5.
11. Kopotun, E.A. Ferrosonde method of control: an educational and methodological guide to laboratory work on the discipline «Fundamentals of technical diagnostics» / E.A. Kopotun, A.V. Chelokhyan, B.E. Kopotun; Rost. gos. un-t ways of communication. -Rostov n/A, 2010. - 28 p.
12. Shanaurin, A.M. Magnetoferrosonde method: the state and effectiveness of application in railway transport / A.M. Shanaurin, G.I. Kravchenko, D.G. Komlev. -Moscow, 2020.
13. Official website: electron. travel guide / Microacoustics LLC. - 1992 -URL https://mikroakustika.ru/index.php7la ng=rus&l1=1&l2=5&l3=272&n=f215&ys
dc7rdm31203676224 (дата обращения: 22.09.2024).
14. Шемаханской, М.С. Реставрация металла: Метод. рекомендации / ВНИИ реставрации. -Москва: ВНИИР, 1989. - 154 с.
15. Инновационные технологии на железнодорожном транспорте: труды XXV Всероссийской научно-практической конференции КрИЖТ ИрГУПС (г. Красноярск, 28.10. -30.10.2021 г.). / редкол.: В.А Поморцев (отв. ред.) [и др.]; КрИЖТ ИрГУПС. -Красноярск: КрИЖТ ИрГУПС, 2021. -288 с. - ISBN 978-5-903293-73-5.
Аннотации:
Актуальность использования феррозондов для контроля железнодорожного транспорта обусловлена необходимостью повышения безопасности и надежности транспорта. Многочисленные аварии и поломки, подчеркивают необходимость своевременно выявлять дефекты и аномалий. Феррозонды представляют собой магнитные датчики, способные обнаруживать различные дефекты на элементах железнодорожной инфраструктуры, при этом они обладают высокой чувствительностью и возможностью
дистанционного мониторинга состояния железнодорожного транспорта. В работе подчеркивается необходимость повышения уровня безопасности транспортировки людей и грузооборота, снижение эксплуатационных затрат и повышение срока службы железнодорожной инфраструктуры.
Ключевые слова: Феррозондовый датчик, неразрушающий контроль, дефекты, магнитные
Сведения об авторах
Безкоровайный Владимир Сергеевич
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Луганский государственный университет имени Владимира Даля» (ФГБОУ ВО «ЛГУ им В. Даля»), кафедра «Электромеханика»,
clid=m1dc7rdm31203676224 (data of access: 09/22/2024).
14. Shemakhanskaya, M.S. Metal restoration: Method. recommendations / Institute of Restoration. - Moscow: VNIIR, 1989. - 154 p.
15. Innovative technologies in railway transport: proceedings of the XXV All-Russian scientific and practical conference KRIZHT IrGUPS (Krasnoyarsk, 28.10. - 30.10.2021). / editor: V.A. Pomortsev (editor) [and others]; KRIZHT IrGUPS. - Krasnoyarsk: Krizht IrGUPS, 2021. - 288 p. -ISBN 978-5-903293-73-5.
поля, дефектоскоп, датчик, железнодорожный транспорт, безопасность, контроль изделия, мониторинг состояния.
The relevance of using ferrosondes for railway transport control is due to the need to improve the safety and reliability of transport. Numerous accidents and breakdowns emphasize the need to identify defects and anomalies in a timely manner. Ferrosondes are magnetic sensors capable of detecting various defects in railway infrastructure elements, while they have high sensitivity and the ability to remotely monitor the condition of railway transport. The paper emphasizes the need to improve the safety of transportation of people and cargo turnover, reduce operating costs and increase the service life of the railway infrastructure.
Keywords: Ferrosonde sensor, nondestructive testing, defects, magnetic fields, flaw detector, sensor, railway transport, safety, product control, condition monitoring.
Information about the authors
Bezkorovayniy Vladimir Sergeevich
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Lugansk Vladimir Dahl State University» («LSU NAMED AFTER V. DAHL»), Department of Electromechanics, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor,
кандидат технических наук, доцент, e-mail: [email protected]
Добрыднев Алексей Витальевич
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Луганский государственный университет имени Владимира Даля» (ФГБОУ ВО «ЛГУ им В. Даля»), аспирант,
e-mail: [email protected]
Ильинский Дмитрий Игоревич
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Луганский государственный университет имени Владимира Даля» (ФГБОУ ВО «ЛГУ им В. Даля»), аспирант,
e-mail: [email protected]
Половинка Олег Дмитриевич
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Луганский государственный университет имени Владимира Даля» (ФГБОУ ВО «ЛГУ им В. Даля»), студент,
e-mail: [email protected]
e-mail: [email protected]
Dobrydnev Alexey Vitalievich
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Lugansk Vladimir Dahl State University» («LSU NAMED AFTER V. DAHL»), postgraduate student, e-mail: [email protected]
Ilinsky Dmitry Igorevich
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Lugansk Vladimir Dahl State University» «(«LSU NAMED AFTER V. DAHL»), postgraduate student, e-mail : [email protected]
Polovinka Oleg Dmitrievich
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Lugansk Vladimir Dahl State University» («LSU NAMED AFTER V. DAHL»), student,
e-mail: [email protected]
