DEBBIE Ultrasonic Stress Meter
prenosný prístroj, napájaný vstavanou batériou, s jednoduchým ovládaním, vyrobený pre rýchle nedeštruktívne meranie zvyškového napätia v leme / obruči monoblokov kovaných - valcovaných železničných kolies.
DEBBIE je určený pre výrobcov alebo opravárenské dielne.
Meranie je založené na princípe merania napätia okraja ráfika akustickou dvojlomovou sondou podľa :
ERRI B-169 Report 6
EN 13262 Annex D
Je dobre známe, že stav zvyškových pnutí v leme odliatkov (monoblokov) železničných súkolí je jedným z najdôležitejších faktorov vplývajúcich na životnosť súkolí. Zvyškové pnutia sú často zodpovedné za predčasný lom kôl.
Je pravidlom, že obvodové zvyškové pnutia v leme/obruči nového kola sú tlakové a tieto zastavia šírenie trhlín na povrchu lemu než sa stanú kritickými. V EU podľa normy EN 13262 tlakové pnutia na obvode v nových súkoliach by mali byť v rozmedzí –80 až –150 MPa. Vplyv tepla počas brzdenia vplýva na vznik opačných ťahových pnutí a rozvoj týchto pnutí spôsobí rýchle šírenie trhliny, vedúce k zlomeniu kola.
Silné brzdenie vlečným trením sa zvyčajne využíva pre pribrzdenie vlakov na trati, ale môže vzniknúť aj bez pričinenia rušňovodiča, napr. pokiaľ sa zasekne brzda na niektorom súkolí.
Aby sme sa vyhli katastrofickému vykoľajeniu vplyvom vysokých ťahových pnutí, tieto musia byť odstránené pri údržbe. V Európe sú akceptačné kritériá pre ťahové pnutia rôznych typov kôl udávané v medzinárodnom predpise (ORE) Document UIC 510-2.
Odhaliť tepelne poškodené kolá pomocou nedeštruktívnej techniky je preto nevyhnutné. Pokusy so zmenou farby povrchu platne kola, analýza magnetického šumu podľa Barkhausena a magneto-akustický efekt boli prezentované, ale nakoniec sa ukázalo, že nie sú spoľahlivé a vhodné pre servisné organizácie.
Uplatnenie a široké aplikácie použitia ultrazvukovej techniky pre meranie zvyškových pnutí v leme železničných kôl sú výsledkom úspešného výskumného programu zabezpečeného výborom UIC ORE B-169 ::
Počas veľkého počtu testov bola ultrazvuková metóda overená porovnaním s dobre známou rtg difrakciou a deštrukčnými skúškami. Predpis DB 907.0801 v súčasnosti doporučuje ultrazvukové meranie obvodových pnutí v prípade servisných kontrol a opravách súkolí ako aj v prípade vykoľajenia vplyvom vysokej teploty.
V USA šírenie ťahových obvodových pnutí v odliatkoch kôl a ultrazvukové meranie hodnôt pnutí boli skúmané Národným inštitútom pre normalizáciu a technológie. Tieto sú popísané v správach:
PRINCÍPY ULTRAZVUKOVÉHO MERANIA ZVYŠKOVÝCH PNUTÍ S PRÍSTROJOM DEBBIE
Ultrazvukové meranie zvyškových pnutí vyžaduje použitie poznatkov o šírení ultrazvukových vĺn a ich akusticko-elastického fenoménu. Tlakové pnutia umožňujú rýchlejšie šírenie ultrazvukových vĺn. Ťahové pnutia naopak znižujú rýchlosť šírenia ultrazvuku. Pravidlom je, že závislosť rýchlosti šírenia ultrazvuku a pnutia v materiále je lineárna. Veľmi dôležité pre ultrazvuk je, že okrem povrchových pnutí meria zvyškové napätia aj v objeme.
Pre meranie obvodových zvyškových pnutí v leme/obrube železničného kola je využité šírenie priečnych vĺn v smere šírky lemu / obruče kola. Viacmeničová meracia sonda, osadená 2 MHz piezoelektrickými meničmi, priložená na povrch lemu kola vysiela priečne polarizované vlny v radiálnom a tangenciálnom smere do obruče. Vlny prechádzajú cez materiál a odrazia sa od protiľahlej steny lemu/obruče späť do sondy. Vlny polarizované v tangenciálnom smere sú citlivé na obvodové pnutia, vlny polarizované v radiálnom smere nie. Zmena rýchlosti šírenia týchto dvoch typov vĺn je priamo úmerná hodnote obvodových pnutí.
DEBBIE meria čas prechodu ultrazvukových pulzov medzi stenami obruče kola, používajúc alogaritmus a hodnoty akusticko-elastických konštánt uložených v pamäti prístroja. Na základe nich vypočíta hodnotu zvyškových pnutí. Vypočítaná hodnota pnutí je priemerná vzhľadom na šírku obruče a zodpovedá celkovej tlakovej sile.
Akusticko-elastický jav je veľmi slabý, preto čas prechodu ultrazvukových impulzov musí byť meraný veľmi precízne. Nárast v rozdiele doby šírenia pri jednej nanosekunde zodpovedá zmene cca 1,7 MPa. V prípade liatych kôl, vplyvom procesu odlievania na akustické vlastnosti obruče kola je doporučené vykonať meranie vo viacerých pozíciách po celom obvode kola a vypočítať priemernú hodnotu. DEBBIE vypočíta priemernú hodnotu automaticky.
DEBBIE sonda je vybavená piezoelektrickými meničmi. Pri meraní je potrebné použiť špeciálne väzobné medium, kontaktnú živicu. Táto živica sa vyrába v širokom rozmedzí teplôt, pre zabezpečenie riadnej viskozity a tým aj presnosti merania.
Zväzok ultrazvukových vĺn generovaných sondou prístroja DEBBIE je úzky. Vykonaním merania v rôznych pozíciách v radiálnom smere obruče kola sa zmerajú obvodové zvyškové pnutia.
Nameraná hodnota je zobrazená na displeji a uložená do pamäte. Po ukončení merania je možné namerané dáta preniesť do PC a analyzovať ich.
