Стенд автоматизированного магнитопорошкового контроля свободной оси колесной пары вагонов

Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»


К защите допустить
Заведующий кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство»
_________________ В. П. Клюка
                                                                      «____» ______________ 2018 г.





СТЕНД АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МАГНИТОПОРОШКОВОГО КОНТРОЛЯ СВОБОДНОЙ ОСИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ВАГОНОВ.
Пояснительная записка к дипломному проекту
ИНМВ.205707.000.ПЗ





СОГЛАСОВАНО

Нормоконтролёр –				Студент гр. 13 Б
профессор кафедры «Вагоны и		Т. А. Ракишев
вагонное хозяйство»				
Р. А. Ахмеджанов
«____» ____________ 2018 г.		«____» ____________ 2018 г.

Электронная версия ВКР проверена и	Руководитель – 
передана в библиотеку				профессор кафедры «Вагоны и 
Е. М. Кирпиченко							вагонное хозяйство»
							Р. А. Ахмеджанов
«____» ____________ 2018 г.			«____» ____________ 2018 г.






Омск 2018
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Механический  факультет                   Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»
Специальность 190302 «Вагоны»
      
                        УТВЕРЖДАЮ
                                      Заведующий кафедрой 
                                                          ____________________ В.П. Клюка
                                                                      «____» ______________ 2018 г.

      
З А Д А Н И Е
на дипломный проект студента

______РАКИШЕВТАЛГАТАДЫЛХАНОВИЧ______

1.	Тема проекта: АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙСТЕНД МАГНИТОПОРОШКОВОГО КОНТРОЛЯ СВОБОДНОЙ ОСИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ.
утверждена приказом по университету от 2Х.ХХ.2018 г. № ХХХ/Х
2. Срок сдачи законченного проекта 15 июня 2018 года 
3. Исходные данные к проекту
–	Объект контроля – ось РУ-1 свободная;
–	Метод НК – магнитопорошковый;
–	Намагничивающее устройство –  МД-12ПС с блоком управления;
–	Способ магнитного индикатора – «мокрый» на базе «ДИАГМА 1200».
4.	Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)
–	Физические основы магнитного неразрушающего контроля;
–	Выбор намагничивающего устройства. Построение математической модели напряженности магнитного поля МД-12ПС;
–	Автоматизированная система магнитопорошкового контроля оси колёсной пары;
–	Разработка программного обеспечения и прошивки микроконтроллера;
–	Заключение;
–	Библиографические источники.
5.	Перечень графического материала
6.	Дата выдачи задания «15» марта 2018 г.

Руководитель проекта ____________________
 
Задание принял к исполнению ________________
      
      
      
КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН
№
Наименование разделов дипломного проекта
Срок исполнения
Примечание
1.
Общая часть проекта


2.
Конструкторская часть проекта


3.
Раздел экономики


4.
Раздел безопасности и экологичности


5.
Оформление пояснительной записки и чертежей


6.
Утверждение пояснительной записки и чертежей




Студент-дипломник ___________________Т. А.Ракишев
      
Руководитель проекта __________________Р. А. Ахмеджанов





























Реферат

      УДК 629.4.027.514
      
      Дипломный проект содержит 79 страниц, 41 рисунков, 3 таблиц,       10 источников, 1 приложение, 5 листов графического материала.
      
      Ось колесной пары, магнитопорошковый вид неразрушающего контроля, седлообразный соленоид, автоматизированная установка магнитопорошкового контроля оси колёсной пары вагона, программируемый микроконтроллер.Oбъектом проектирования является автоматизированная установка магнитопорошкового контроля оси колесной пары вагона.
      Цель работы – уменьшение времени контроля оси колесной пары и улучшение условий труда дефектоскописта.
      Дипломный проект выполнен в тестовом редакторе MicrosoftWord 2010 и представлен на диске в конверте на обороте обложки.
      















от того, Куда ь приносит нам проблемы и от них мной, Вновь окунуться в отношения, Что тобой. Ведь я, действительно, такой, Как пожелала бы с тобою видеть с этих пор, Нежный, заботливый мужчина. Судьба сложилась так, Так почему бы нет? Разве мы теряем что-то? Не жду сейчас же твой ответ. Путь к счастью - сложный лабиринт, А его карта под замком. Сундук под сердцем с ней закопан, Но ключ в пути мы все найдем. И каждый случай в нашей жизни Главную играет роль. И наша встреча, может быть, К сундуку тому пароль. Меня пугает Моя привязанность к тебе. Но я готов рискнуть с тобой, Чем ни грозило б это мне. Доброе утро, милая! Как спала? А я не мог уснуть никак до утра. Пол ночи уж прошло, о сне и мыслей нет, Вопросы в голове, и не найти ответ. Всё думаю о нас с тобой, есть ли перспективы?  Нет, мне всё нравится, но что, если фальшивы вся гладкость отношений наших, простота,  С которой мы нашли друг друга быстро так.  Я удивился, что случилось всё так спешно,  Но всё сложилось очень гладко и успешно.  И ты мне нравишься всё больше с каждым днём.  Чем больше открываешься ты мне во всём.  И я хочу, чтоб всё у нас сложилось,  Чтоб ты душой мне полностью открылась.  Не ждал удачи в жизни, но сейчас на мне.  Я многого не жду, я сам хочу давать,  Но ожиданья оправдать.  Я верю, что для каждого где-то есть своё.  Хочу, хочу, хочу, чтоб ты была, всегда я жду подвох, не заслужив удачу.  Вопросом "всё ли так?" я вечно озадачен.  Прошу быть честной от тебя, уж лучше знать всё прямо,  Решать проблемы вместе, не превращая в драму.  Ну что ж, малышка, время позднее, а мне с утра вставать.











Содержание
Введение…………………………………………………………………………......6
1 Техническое описание вагонного ремонтного депо Омск-Сортировочный…..7
2 Физические основы магнитного неразрушающего контроля………………....10
2.1 Физическая сущность магнитной дефектоскопии………………...................10
2.2 Намагничивающее устройство……………………..........................................12
2.2.1 Расчет составляющих напряженности магнитного поля……...…...............12
2.2.1.1. Исходные предпосылки……..……………………….................................12
2.2.1.2 Математическая модель витка седлообразного намагничивающего устройства МД-12ПС……….……………………………………………...............16
2.2.1.3 Расчетные значения напряженности магнитного поля МД12-ПС……....18
2.2.1.4 Экспериментальные значения напряженности магнитного поля…….....21
2.2.1.5 Относительная погрешность математической модели……......................23
2.2.2 Расчет приставного намагничивающего устройства……............................23
2.2.2.1 Исходные предпосылки……........................................................................23
2.2.2.2 Расчет магнитной цепи………………….....................................................26
2.2.3 Выбор намагничивающего устройства…..………………………………....27
2.3 Схема и методы магнитного неразрушающего контроля. Классификация. Применение………………………………………………………...........................27
2.4 Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля….…………….......30
2.5 Технология магнитопорошкового контроля………….....................................33
2.5.1 Подготовка детали к контролю……………………………….......................33
2.5.2 Намагничивание…………………………………….......................................34
2.5.3 Нанесение магнитного индикатора……………………………….................39
2.5.4 Осмотр деталей………………………………………………….....................40
2.5.5 Расшифровка индикаторных рисунков дефекта ……………………...........40
2.5.6 Размагничивание и очистка деталей после проведения контроля……..….44
2.6Средства магнитопорошкового контроля…………………………….……....46
3 Цели, задачи и исходные данные для создания установки……………............54
3.1 Ознакомление с существующей системой магнитопорошкового контроля осей колёсных пар вагонов……………...................................................................54
3.2 Цели и задачи, решаемые при создании автоматизированной установки магнитопорошкового контроля осей колёсных пар вагонов………....................54
3.3 Структура и функционирование разрабатываемой установки……….…......55
3.4Выбор двигателя для катковой станции и перемещения сканера………......57
4Принцип работы стенда и программного обеспечения…..……………............61
4.1Arduino…………………………………………………………..………............61
4.2Программное обеспечение…………………………………..…………............63
4.3Визуализация магнитных индикаций………………………………..…..........70
4.4Принцип взаимодействия ПО, МК и стенда…………….……………............71
Заключение.................................................................................................................73
Библиографический список......................................................................................74
Приложение А (обязательное) ……………………………….................................75
Введение

      Ось колесной пары является одним из самых ответственных элементов вагона, работающая в условиях знакопеременного нагружения. Поэтому к осям предъявляются особые, повышенные требования Госстандарта, Правил Технической Эксплуатации железных дорог, а также других нормативных - технических документов при проектировании, изготовлении и содержании в эксплуатации.
      Одним из наиболее опасных дефектов является нарушение сплошности материала в виде усталостных трещин, которые непосредственно влияют на безопасность движения подвижного состава, сохранность перевозимых грузов и жизнь людей.
      Важнейшие задачи неразрушающего контроля (НК) - выявление дефектов, определение их координат, формы, размеров, оценка степени опасности. НК при ресурсных испытаниях является одним из основных элементов технической диагностики, обеспечивающей надежность и безопасность эксплуатации конструкций, сокращения сроков испытаний и уменьшению материальных и временных затрат на ремонт.
      С другой стороны объем поставки колесных пар на вагонно - колесные мастерские ВКМ постоянно растет. Это отрицательно сказывается на качестве проведенного контроля. Одним из выходов из сложившейся ситуации является применение новых физических явлений при НК колес, разработка более совершенных методов НК, внедрение автоматизированных установок, которые снижают влияния человеческого фактора, упрощая работу оператора.
      При разработке новых методов и технических средств проведения НК перед разработчиком ставится задача не только получения достоверной информации о месте расположения и типе дефекта, но и сокращения времени контроля, улучшения и облегчения работы оператора.
      В настоящее время к наиболее распространенному методу НК средней части оси для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов относится магнитопорошковый метод контроля (МПК).Данным методом выявляются наиболее опасные дефекты, склонные к развитию. Он позволяет визуально зафиксировать наличие дефекта, раскрыв которого порядка одного микрометра.
      Целью данного дипломного проекта является разработка стендаавтоматизированного магнитопорошкового контролясвободной осиколесной пары вагонов и прикладного программного обеспечения.Основными требованиями к проектируемомустенду является обеспечение автоматизированного контроля оси, минимизация затрачиваемого времени. При соблюдении исходных требований данная установка должна быть экономически целесообразна.
	1 Техническое описание вагонного ремонтного депо Омск-Сортировочный

     Вагонное ремонтное депо Омск-Сортировочный образовалось в 1936 году. Депо специализируется на ремонте полувагонов, крытых вагонов, платформ, цистерн.  Годовой план 2633 вагонов парка ОАО «РЖД» с модернизацией тележек, 240 собственных вагонов. Площадь территории депо 42600 кв.м. Путевое развитие депо -  общая развернутая длина путей – 6167м, из них в зданиях депо 490 м. Имеется собственная компрессорная и флотационная станции, 2-х этажный служебно-бытовой корпус.
     Для обеспечения качественного ремонта вагонов, их узлов и деталей вагонное ремонтное депо Омск-Сортировочный  располагает участками:
* участок деповского ремонта вагонов,
* участок ремонта колесных пар,
* участок ремонта и изготовления запчастей и деталей вагонов, 
* автоконтрольный пункт,
* контрольный пункт автосцепок,
* участок ресурсосберегающих технологий,
* участок неразрушающего контроля,
* участок ремонта оборудования,
* участок по изготовлению и ремонту инструмента и нестандартного оборудования,
* участок по ремонту электрооборудования,
* хозяйственный участок.
Таблица 1.1 – Площадь ремонтных участков
№ пп
Наименование цеха
Площадь, м2(существующая)
1. 
Вагоносборочный цех
1312 м2
2. 
Колесно-роликовый цех
1865
3. 
Цех ремонта тележек
532
4.
Участок ремонта автосцепок
232
5.
Автоконтрольный пункт
512
6.
Заготовительное отделение
220
7.
Цех ресурсосбережения
308
	
     Производственный участок по ремонту колесных пар вагонного депо Омск-Сортировочный расположен в здании ВКМ, предназначен для заводского ремонта колесных пар, участкового ремонта колесных пар без смены элементов и ревизии букс с роликовыми подшипниками.  
     Общая площадь участка 1820,5 м2, в том числе участок ремонта колесных пар.
     1152 м2, демонтаж, ремонт, монтаж буксовых узлов 554 м2, ремонт подшипников -114,8 м2. 
     План участкового ремонта колесных пар на 2006год – 22800 колесных пар, в том числе: 
     - полное освидетельствование – 15960 колесных пар, 
     - обыкновенное освидетельствование – 6840 колесных пар, 
     - обточка колесных пар по кругу катания – 13150 колесных пар,  
     Технологический процесс ремонта колесных пар на участке организован по поточному  методу и выполняется на специализированных ремонтных позициях, оснащенных  оборудованием  в соответствии с требованиями нормативно-технической документации на ремонт колесных пар.
     Участок по ремонту колесных пар состоит из следующих отделений:
* 	колесный парк,
* 	отделение для осмотра и обмывки колесных пар,
* 	отделение дефектоскопирования колесных пар,
* 	отделение для производства обыкновенного освидетельствования колесных пар и промежуточной ревизии буксовых узлов,
* 	колесотокарное отделение,
* 	участки восстановления резьбы М110 и корпусов букс,
* 	производственный участок роликовых подшипников,
* 	монтажное отделение,
* 	вагоноколесные мастерские.
     Участок заводского ремонта колесных пар функционирует согласно 4-х сменному скользящему графику, производственный участок роликовых подшипников – согласно 4-х сменному скользящему графику. Участок оснащен оборудованием в согласовании с требованиями действующих технических указаний, однако в связи с продолжительным сроком эксплуатации спецоборудование морально и физически стало неактуальным. Работа и расстановка оснащения на участке сформированы таким образом, то что обеспечивается поточное производство ремонта колесных пар и буксовых узлов с использованием механизации трудоемких процессов, минимум перемещения сотрудников при исполнении операций технологического процесса, рациональное расположение на рабочих местах необходимых материалов и инструмента. Обточка колесных пар по кругу катания производится на 2-х колесотокарных станках: РТ-905, UBB-112.
           Основные виды работ, выполняемых на участке:
     в отделении по ремонту колесных пар:
* обмывка колесных пар,
* осмотр, инструментальный обмер колесных пар, определение объема ремонта,
* дефектация колесных пар,
* в отделении ремонта буксовых узлов:
* демонтаж букс,
* промывка подшипников, корпусов букс и деталей буксового узла,
* ремонт корпусов букс и деталей буксового узла;
* осмотр, ремонт и комплектация подшипников,
* монтаж букс,
* производство промежуточной ревизии букс.	
     Контроль оси колесной пары разбит на следующие операции: 
1) КП на позицию контроля подать;
2) Контролируемую поверхность очистить и осмотреть, переместить соленоид к ступице одного из колес;
3) Ось разметить на пять равных частей мелом по окружности (72?);
4) Магнитный индикатор нанести, включить соленоид и переместить к противоположной ступице, осмотр;
5) Поворот на 72?;
6) Магнитный индикатор нанести, включить соленоид и переместить к противоположной ступице, осмотр;
7) Поворот на 72?
8) Магнитный индикатор нанести, включить соленоид и переместить к противоположной ступице, осмотр;
9) Поворот на 72?
10) Магнитный индикатор нанести, включить соленоид и переместить к противоположной ступице, осмотр;
11) Поворот на 72?
12) Магнитный индикатор нанести, включить соленоид и переместить к противоположной ступице, осмотр;
Соленоид переместить к оси и выключить.

     2 Физические основы магнитного неразрушающего контроля свободной оси колесной пары

     2.1 Физическая сущность магнитной дефектоскопии
      Возьмем исправный образец ферромагнетика с гомогенными магнитными свойствами и магнитной проницаемостью µ1 и расположим его в продольное равномерно распределенное магнитное поле Н0 (рисунок 2.1). Ферромагнетик намагнитится и в соответствии со своей кривой намагничивания получит магнитную индукцию В0, линии которой распределяются равномерно внутри образца и не выходят за его поверхность. Это разъясняется тем, что внешняя среда (воздушное пространство) обладает магнитной проницаемостью µ0, существенно меньшей магнитной проницаемости µ1 ферромагнетика, и, таким образом, значительно большее магнитное сопротивление Rm.
	а	б
     Рисунок 2.1 – Ферромагнетик в равномерном магнитном поле: 
     а – бездефектный образец; б – кривая намагничивания
     В случае если в такое же магнитное поле поместить такого рода образец ферромагнетика, но с поверхностной трещиной (к примеру, прямоугольного профиля в поперечном сечении), ориентированной перпендикулярно направлению поля В0, в таком случае произойдет перераспределение магнитного потока Ф как в пределах профиля трещины, так и в окружающей её области (рисунок 2.2).

     Рисунок 2.2 – Топография магнитного поля вблизи дефекта
	В части сечения образца, прерванного трещиной, из-за более высокого магнитного сопротивления в её воздушной полости плотность линий значительно уменьшится. Это приведет к тому, что небольшая часть линий индукции, находящихся ниже основания трещины, уплотнится, в случае если, конечно, образец не намагничен до насыщения и способен ещё «поглотить» определенное число магнитных линий. Существенно меньшая часть линий выйдет через воздушный зазор – полость трещины. Сохранившаяся часть магнитных линий неминуемо преодолеет трещину снаружи по воздуху, магнитное поле как бы «вылезает» за поверхность образца. Тут каждый выход и вход линий поля создает магнитные полюсы. Это соответствует представлениям магнитостатики, если каждый конец линии магнитной индукции, где она встречает воздушную среду с проницаемостью µ0 <