Введение 10
1 Анализ современной дефектоскопии рельсов 12
1.1 История развития поперечного профиля рельсов 12
1. 2 Условия работы рельсов в пути 13
1.3 Причины зарождения и развития дефектов рельсов 15
2 Краткий обзор существующих методов контроля 18
2.1 Методы электромагнитного контроля 18
2.1.1 Метод вихретокового контроля 19
2.2 Методы ультразвуковой дефектоскопии рельсов 21
2.2.1 Эхо-метод 21
2.2.2 Зеркальный метод 24
2.3 Оптические методы контроля 27
2.3.1 Триангуляционный метод 27
3 Классификация профилометров 29
3.1 Профилометр - прибор для измерения шероховатости
поверхности 29
3. 2 Лазерный профилометр - анализатор тонколистовых материалов 31
4 Описание структурной схемы 33
5 Выбор и расчет элементов схемы 35
5.1 Выбор лазерного сканирующего модуля 35
5.2 Выбор источника питания лазерного сканирующего модуля 39
1. 3 Выбор микроконтроллера 42
1.4 Выбор Wi-fi модуля 46
1.5 Выбор интерфейса 48
1.6 Выбор энкодера 50
1.7 Выбор концевых датчиков 52
6 Конструкторско-технологическая часть 54
6.1 Разработка конструкции 54
2. 2 Общие требования к изготовлению печатной платы 56
6.3 Конструктивные параметры печатной платы 57
7 Анализ погрешности разрабатываемого устройства 60
8 Расчет надежности 66
9 Технико-экономическое обоснование НИР 73
9.1 Назначение и характеристика научно-технической 73 продукции
9.2 Организация и планирование работ 73
9.2.1 Расчет трудоемкости этапов 7 5
9.3 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 78
9.3.1 Затраты на приобретение специального оборудования 78
9.3.2. Основная и дополнительная заработная плата 79 исполнителей работы
9.3.3 Отчисления во внебюджетные фонды 81
9.3.4 Накладные расходы 81
9.3.5 Формирование бюджета затрат научно-исследовательской 82 работы
10 Производственная и экологическая безопасность 83
10.1 Техногенная безопасность 83
10.1.1 Характеристика вредных факторов 83
10.1.2 Характеристика опасных факторов 91
10.2 Региональная безопасность 92
10.2.1 Экологическая безопасность 92
10.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 93
10.4 Особенности законодательного регулирования 94
10.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 95
Заключение 97
Список использованных источников 98
Приложение А ФЮРА.443170.001 Лазерный триангуляционный профилометр. Схема электрическая принципиальная
Приложение Б ФЮРА.443170.001 Дуга держатель
Приложение В ФЮРА.443170.001 ВО Корпус. Чертеж общего вида
Приложение Г ФЮРА.443170.001 СБ Печатная плата. Сборочный
чертеж
В современных условиях на железных дорогах России из-за контактно-усталостных повреждений и износа головки рельсов происходит 95% отказов. Практика эксплуатации современной рельсовой колеи подтверждает, что свыше 90% разрушений происходит из-за усталости материалов, которые как правило, работают в сложных климатических условиях и под постоянным воздействием динамических и статических нагрузок.
В последнее время наблюдается тенденция увеличения использования железнодорожного транспорта, как правило, увеличиваются скоростные показатели движения пассажирских и грузовых поездов, а также возрастает плотность их движения. Исходя из этого, можно отметить, что при современных условиях эксплуатации требуется более тщательный контроль состояния рельсового пути. Своевременное обнаружение и устранение неполадок позволяют обеспечить безопасность, а также возможность скоростного движения поездов.
Знание физико-механических характеристик материалов рельсов, их природы, предельных пластических показателей, закономерностей изменения этих значений от напряженного состояния рельсов, а также изменение параметров выносливости, надежности их конструкции, выбранной технологии изготовления и условий эксплуатации, не позволяют с высокой достоверностью гарантировать исключение отказов в работе рельсов и нарушение геометрии их взаимного расположения.
Таким образом, создание устройств, для обнаружения нарушения установленных показателей геометрии рельсовой колеи и излома рельсов является современной проблемой и требует своего ускоренного решения.
Целью данной работы является разработка лазерного триангуляционного профилометра, который позволит более быстро и более
точно проводить измерения различных параметров рабочей поверхности рельсов для точного контроля и своевременного обнаружения дефектов. Профилометр должен выполнять следующие основные функции:
- получение информации о параметрах поперечного профиля рабочей поверхности головки рельса;
- снятие и анализ полного профиля рабочей поверхности головки
рельса;
- визуализация на дисплее совмещенных графических изображений фактического и нового поперечных профилей головки рельса.
В данной выпускной квалификационной работе был разработан прибор для бесконтактной регистрации профиля рабочей поверхности головки рельса с погрешностью измерения не более 0,1%, с диапазоном определения износа головки рельсов (-5.. .+18) мм.
Используя лазерный датчик, реализующий метод триангуляции, прибор достаточно быстро и точно определяет геометрию рельсовой колеи.
Точность используемого метода, а также удовлетворительная степень достоверности, позволяют рекомендовать прибор для широкого применения.
