Акустические Контрольные Системы

Приборы для неразрушающего контроля металлов, пластмасс, бетона. Разработка, производство, поставка.

(495) 800-74-62

market@acsys.ru

Козлов В.Н., Подольский В.И., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г.

Постоянное наблюдение за состоянием опор контактной сети железной дороги позволяет не только предотвратить аварии, но и существенно повысить рентабельность эксплуатации дороги, выполняя ремонт лишь тех опор, которые действительно нуждаются в ремонте или замене. В статье изложена суть объективной оценки несущей способности железобетонных опор контактной сети, основанная на измерениях скорости распространения ультразвука в теле стойки в продольном и поперечном направлениях с помощью простого в эксплуатации ультразвукового прибора.

 Ультразвуковой тестер УК1401
Рис. 1. Ультразвуковой тестер УК1401

Потеря несущей способности опоры контактной сети электрифицированной железной дороги может привести к весьма тяжёлой аварии с гибелью людей. Более половины опор контактной сети железных дорог в нашей стране и за рубежом выполнено из железобетона. Основой такой опоры является стойка в виде толстостенной трубы с внешним диаметром 300 - 400 мм, изготовленная методом центрифугирования. Под воздействием климатических факторов, вибрации и рабочей нагрузки бетон стойки меняет структуру, растрескивается, получает различные повреждения и в результате стойка постепенно теряет свою несущую способность. Поэтому для определения необходимости замены стойки требуются регулярные обследования всех стоек некоторого участка дороги. Такие обследования предотвращают также излишнюю отбраковку опор.

Возможность объективной оценки несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор основана на том, что с изменением структуры бетона и появлением в нём дефектов происходит ухудшение прочности бетона, которое проявляется в уменьшении скорости распространения ультразвуковых колебаний. Причём в силу конструктивных особенностей стоек и характера нагрузок на них изменения свойств бетона в направлениях вдоль и поперёк стойки оказываются неодинаковыми: скорость ультразвука в поперечном направлении со временем снижается быстрее, что, по-видимому, можно объяснить повышением концентрации микротрещин с преимущественно продольной ориентацией. По изменению величин скоростей распространения ультразвука вдоль и поперёк стойки в процессе её эксплуатации, а также по их отношению можно судить о степени потери несущей способности стойки и принимать решение о её замене.

В практике эксплуатации железных дорог в России в последние несколько лет используется достаточно простая методика оценки несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор контактной сети, основанная на измерениях скорости распространения продольных ультразвуковых волн в теле стойки в продольном и поперечном направлениях [1]. Эта методика разработана в ВНИИЖТ в результате многолетних исследований прочности бетона в стойках опор и её связи со скоростью ультразвука. В качестве основного измерительного средства при контроле опор используется ультразвуковой тестер УК1401 [2], предназначенный для измерений времени и скорости распространения продольных ультразвуковых волн в твёрдых материалах при поверхностном прозвучивании на постоянной базе 150 мм. Тестер (см. рис. 1) представляет собой малогабаритный (удерживаемый в руке) электронный блок с цифровым индикатором результатов измерений и двумя встроенными в его корпус ультразвуковыми преобразователями с сухим акустическим контактом.



Контроль несущей способности стойки опоры прибором УК1401
Рис. 2. Контроль несущей способности стойки опоры прибором УК1401:
а - направления прозвучивания стойки в выбранном месте контроля;
б - расположение прибора относительно трещин при поперечном прозвучивании стойки.
1 - ультразвуковой тестер УК1401;
2 - тело стойки;
3 - трещины;
4 - пути прохождения ультразвуковых волн между ультразвуковыми преобразователями;
5 - точки установки преобразователей при поперечном прозвучивании стойки;
6 - точки установки преобразователей при продольном прозвучивании стойки.

Cогласно [1] контроль опор проводят при поверхностном прозвучивании материала стойки в двух взаимно перпендикулярных направлениях (поперёк и вдоль оси стойки) в одном или нескольких её местах, в зависимости от типа и степени её повреждения. Способ поверхностного прозвучивания позволяет вести контроль в любых местах стоек. При контроле выполняют по три измерения времени распространения ультразвука между преобразователями тестера в каждом направлении и определяют средние значения этих измерений.

Использование отсчётов времени вместо скорости методически более удобно. По полученному среднему значению времени распространения ультразвука в поперечном направлении ("показателю П1") и по его отношению к времени распространения ультразвука в продольном направлении ("показателю П2") оценивают фактическую несущую способность опоры. На основе накопленного опыта оценки состояния стоек опор различных типов установлены предельные значения показателей П1 и П2, при достижении которых опоры необходимо заменять.

На рис. 2 показаны положения прибора УК1401 при контроле стойки опоры. Точки установки преобразователей тестера при прозвучивании поперёк стойки выбирают так, чтобы продольные трещины, если они есть, проходили не ближе 30 мм к любому из преобразователей, и на пути прохождения ультразвуковых волн между преобразователями не было ни одной трещины. При продольном прозвучивании стойки в этом же месте прибор располагают между пучками продольной арматуры, чтобы максимально уменьшить её влияние на результат измерений. Для определения положения арматуры используют электромагнитный измеритель защитного слоя бетона. Измерения проводят, как правило, в местах, где стойка наиболее нагружена, например, со стороны пути. Условия и методика контроля стоек опор различных типов, а также критерии оценки их состояния подробно изложены в [1].

Сам процесс контроля, если не учитывать осмотр стойки и выбор мест измерений, занимает несколько минут. В выбранном месте, держа прибор горизонтально, прижимают его к стойке на 10 - 15 секунд, после чего считывают результат измерения с индикатора и записывают его в таблицу. Повторяют ещё дважды эти действия, заново прикладывая прибор к стойке. Затем также получают три результата при вертикальном расположении прибора и заносят их в таблицу. Рассчитывают показатели П1 и П2 и оценивают состояние стойки.

В настоящее время готовится производство модернизированного варианта ультразвукового тестера УК1401, который будет автоматически вычислять средние значения времени распространения ультразвука по нескольким измерениям, показатели П1 и П2 и сравнивать их с предельными значениями показателей для получения вывода о пригодности опоры к дальнейшей эксплуатации.

Литература

  1. Указания по техническому обслуживанию опорных конструкций контактной сети. К-146-96. М.: Трансиздат, 1996. 120 с.
  2. Ультразвуковые приборы для неразрушающего контроля бетона, горных пород, керамики, пластмасс. // Заводская лаборатория. 1998. Т. 64. № 4. Раздел "Реклама. Объявления".