Inteligentní kontrola železničních dvojkolí pomocí technologie phased array – Příběh zákazníka

DTEC GmbH je dodavatelem NDT zařízení se sídlem v německém Frankfurtu Rýn-Mohan. Společnost se specializuje na řešení na klíč pro detekci vad železničních dvojkolí a sledování stavu vlaků.

Pomocí pokročilé techniky PAUT (phased array ultrasonic testing) a strojového vidění vytvořila společnost DTEC GmbH inteligentní automatizované systémy, které nabízí kontrolní služby pro železniční bezpečnost.

Automatizované kontrolní systémy společnosti DTEC GmbH slouží k provádění:

• Kontroly krajních kol
• Kontrol kol a náprav za provozu, když jsou dvojkolí na vlaku
• Pravidelná fáze údržby kol a náprav, když jsou dvojkolí z vlaku demontována

Ultrazvukový systém kontroly železničních dvojkolí (UW-UT) společnosti DTEC GmbH

V železničních depech a dílnách, kde probíhá údržba, speciální automatické systémy pro kontrolu kol (WIS) detekují výrobní nedostatky, vady a únavové trhliny u vysokorychlostních vlaků, lokomotiv, kol a náprav kolejových vozidel. V těchto pokročilých systémech WIS najdeme přístroje FOCUS PX, které využívají techniku PAUT od společnosti Olympus.

„Olympus FOCUS PX dělá z našeho hvězdného produktu, podpodlažního ultrazvukového systému kontroly železničních dvojkolí (UW-UT, nebo německy UFPE), vynikající řešení pro moderní železniční depa provádějící údržbu. Umožňuje nám kontrolovat únavové trhliny na kolech, aniž bychom museli železniční dvojkolí odpojovat,“ říká Dr. Eric Peng, vedoucí inženýr společnosti DTEC GmbH.

Výzva: Kontrola železničních dvojkolí bez jejich demontáže

U vlaků jsou součásti železničních dvojkolí podrobovány maximální zátěži. Jak kola, tak kolejnice jsou náchylné na únavu v místě valivého styku (RCF), ke které dochází, když trhliny rostou z důvodu kontaktních napětí mezi otáčejícím se kolem a kolejnicí. RCF může způsobit odlamování (odlupování) a drolení v jízdní ploše kola. Některé podpovrchové a vnitřní vady se mohou vytvořit po obvodu a mohou způsobit uvolnění kusů materiálu ve věnci kola. Ztráta velkého objemu materiálu je nebezpečná a může vést k vykolejení. Sledování kontaktu mezi kolem a kolejnicí a neustálá cyklická zátěž náprav může pomoci zabránit vzniku vad součástí dříve, než mohou způsobit selhání.

Pracovníci železnic mohou při provádění pravidelných NDT kontrol železničních kol používat konvenční ultrazvukové testování (UT). Pomocí ruční UT metody nemohou pracovníci kontroly dosáhnout úplné 360stupňové detekce vad na obvodu kol, především z důvodu komplikované struktury podvozku železničních vagonů.

Kvůli komplikacím s manuálním UT je tento druh inspekčních prací obvykle naplánován během noční směny, aby se omezil dopad na dobu provozu vozidla. V některých případech musí být dvojkolí demontována z vozu, což exponenciálně zvyšuje čas a náklady. Výzva, které společnost DTEC GmbH čelila, bylo zavedení účinného, přesného, spolehlivého a automatického systému UT kontroly kol, kdy jsou kola během kontroly ponechána na voze.

Požadavky na UT kontrolu kol vysokorychlostních vlaků

Rychlost je kritickou funkcí vysokorychlostních vlaků, stejně jako jejich bezpečnost a stabilita. Kola, jakožto klíčová součást vysokorychlostního železničního vozu, vyžadují během údržby velkou pozornost – jízdní plochu, okolek, věnec a disk je třeba důkladně zkontrolovat a zajistit tak jejich úplnost. „Pokrytí všech kritických oblastí kol s jejich nepravidelnými povrchy vyžaduje systém různých ultrazvukových dovedností,“ říká Eric.

Kritické oblasti kol s jejich nepravidelnými povrchy

Tabulka 1 zachycuje požadavky na pokrytí UT kontroly v rámci lehké údržby u vysokorychlostních železničních kol, včetně požadovaného typu UT sondy, konfigurace a vazby. Jak řekl Eric, „Na začátku jsme si mysleli, že pomocí celkem 62 konvenčních UT sond v systému tuto práci zvládneme. Ale v podvozkové oblasti není dostatek místa, abychom tam mohli takový počet sond uspořádat.“

Tabulka 1

Metoda PAUT používá sondy, které obsahují sadu (pole) ultrazvukových snímačů (měničů). Ultrazvukové systémy využívající technologii phased array lze potenciálně použít pro téměř jakýkoliv test, kde se tradičně používají ultrazvukové defektoskopy. Výhody technologie phased array oproti konvenčním UT technikám vychází z její možnosti nasměrovat, zaostřit a využít snímací ultrazvukové svazky za pomoci více měničů v poli.

Testování phased array v porovnání s konvenčním UT. Možnost testování svarů pod různými úhly a v různých hloubkách z jedné sondy může zvýšit pravděpodobnost detekce anomálie.

Malá stopa- půdorys sond phased array a schopnost elektronicky natáčet ultrazvukové svazky usnadňují kontrolu součástí s omezeným přístupem pro mechanické skenování, jako např. u kol v podvozku. Na druhou stranu je technologie sond phased array obvykle dražší a pracovníci musí být k používání sond vyškoleni. Přesto však tyto náklady často vyváží větší flexibilita a zvýšená kontrolní efektivita, kterou systém PAUT nabízí.

Se zabudováním technologie PAUT společnosti Olympus se počet sond, který systém UW-UT společnosti DTEC GmbH používá, snížil zhruba o polovinu v porovnání s konvenčními UT snímači. Přístroj nesoucí sondu je kompaktnější a je také kompatibilní s mnoha různými typy kol, které potřebují kontrolu.

Řešení pro kontrolu dvojkolí: Automatický systém FOCUS PX a FocusPC Driven System

Jednotka pro pořizování dat FOCUX PX je vysoce výkonný přístroj konvenčního ultrazvukového testování a phased array určený pro systémy automatizované kontroly. Má robustní pouzdro, nevyžaduje například přívod vzduchu, a je testována na dlouhodobý provoz v drsných výrobních prostředích. Jedná se o škálovatelnou, snadno zabudovatelnou a rychle programovatelnou jednotku.

Software FocusPC nabízí výkonné kontrolní funkce, pokročilé analytické nástroje a plně přizpůsobitelné zobrazení. Pohání až čtyři pořizovací jednotky FOCUS PX současně a může kombinovat data v displeji definovaném uživatelem. Funkce systému FOCUS PX a FocusPC, jako např. velké úložiště datových souborů, flexibilní komprese a digitalizační poměry, podmíněné ukládání A-skenu, umožňují kontrolu velkých dílů bez přerušení postupu kontroly.

Zabudované použití: ultrazvukový systém kontroly železničních dvojkolí

UW-UT (nebo UFPE) společnosti DTEC GmbH je plně automatický systém ultrazvukové kontroly kol pro použití během lehké údržby. Když je vlak na údržbové koleji, systém UW-UT probíhá pod podvozkem vlaku a automaticky nadzvedne a otočí každé dvojkolí.

Současně při tom dva roboti umístí sondy PA na obě kola. Za méně než minutu a s jedním otočením dvojkolí pořídí přístroj FOCUS PX ultrazvuková data a převede je do zakázkového softwaru WIS. Minutu poté je pro pracovníka kontroly připraven automatický kontrolní protokol.

Klíčové funkce systému UW-UT společnosti DTEC GmbH:

• Automatické polohování a kontrola
• Pořízení UT dat: ≤ 1 min/dvojkolí
• A/B-sken, sloupcový graf, analýza dat z bočního pohledu na kola
• Detekce vad:
  • Ekvivalentní vada ve věnci kola: ≥ 2 mm FBH
  • Ekvivalentní trhlina na věnci kola: 10 mm x 3 mm
  • Ekvivalentní trhlina v disku kola: 15 mm x 3 mm
  • Ekvivalentní vada v disku kola: ≥ 3 mm SDH

Systém UW-UT u kalibračního referenčního dvojkolí (vlevo) a při kontrole dvojkolí železničního vozidla (vpravo).

Výsledky: Výkonná kontrola PAUT a správa dat

V systému UW-UT je při každém otočení jízdní plochy kola o 1 mm současně spuštěno několik sad ultrazvukových svazků (nebo ohnisek), které u každého kola provedou 50 A-skenů. Při kontrole dvojkolí o průměru 920 mm je celkový počet A-skenů zhruba 30 000. K pořízení takového množství dat a jejich přenosu v reálném čase je potřeba výkonný přístroj, jako např. Olympus FOCUS PX.

Protože je při každé kontrole shromážděno velké množství dat, vytvořila společnost DTEC GmbH pro své pracovníky kontroly speciální správu dat:

• Sloupcový graf slouží pro komunikační kanály, kde lze použít automatické upozornění a pracovník kontroly si může vybrat, které sloupce v souvislosti se skeny A a B obdrží.
• U komunikačních kanálů, které vyžadují ruční potvrzení, např. komunikační kanály pro disky kol, je vytvořen boční pohled na kolo kombinující několik B-skenů, které jsou korigovány podle průměru kola.
• Pracovníci kontroly pomocí sloupcového grafu a při pohledu z boku snadno uvidí, zda je v kole vada, a poté mohou použít A-skeny a B-skeny a určit podrobnosti vady, jako např. její umístění, hloubku a závažnost.
• Když pracovník kontroly použije myš ke klinutí a tažení okna kolem vady na B-skenu, budou tato data (místo, hloubka atd.) automaticky vypočítána.

Sloupcový graf, analýza A-skenu a B-skenu

Boční pohled na kolo, analýza A-skenu a B-skenu

Plně automatická pokročilá technologie PAUT a výkonná správa dat činí systém UW-UT společnosti DTEC GmbH inteligentním a snadno použitelným. Od roku 2009 již bylo nainstalováno 130 systémů UW-UT, které úspěšně odhalily řadu únavových trhlin kol. Po odstranění trhlin pomocí soustruhu – obrobení, lze tato kola bezpečně vrátit do provozu.

Nálezy únavové trhliny kola před (vlevo) a po (vpravo) reprofilaci jízdní plochy

Použití systému FOCUS PX v rámci další údržby železničních dvojkolí

Společnost DTEC GmbH také vyvinula systém ultrazvukové kontroly demontovaných dvojkolí (DW-UT). Ultrazvukové technologie použité v tomto zařízení jsou podobné těm v systému UW-UT, ale tentokrát jsou použity na demontovaná dvojkolí.

Demontované dvojkolí a robustní ultrazvukové testovací systémy náprav

Díky využití technologií a přístrojů společnosti Olympus uspěla společnost DTEC GmbH ve vytvoření účinných, inteligentních a automatických systémů, které pomohou zaručit bezpečnější a inteligentnější železnice.

Související obsah

Právě včas: Účinný a spolehlivý systém pro kontrolu vlakových kol (WIS)

Automatizované systémy pro kontrolu kol železničního vozového parku

Kontrola vlakových kol pomocí phased array