ỨNG DỤNG MÁY KIỂM TRA DÒNG XOÁY EDDY CURRENT ETS2-77 TRONG PHÁT HIỆN NỨT MỎI (ROLLING CONTACT FATIGUE – RCF) TRÊN ĐƯỜNG RAY

GIỚI THIỆU

Ray thép là một trong những cấu kiện quan trọng nhất đồng thời chịu tải trọng lớn nhất trong hệ thống đường sắt và metro. Ray chịu tác động liên tục của tải trọng tĩnh và tải trọng động từ đoàn tàu. Trong những năm gần đây, tốc độ tàu tăng cao và trọng tải toa hàng ngày càng lớn, dẫn đến sự phát triển của các khuyết tật loại mỏi tiếp xúc lăn (Rolling Contact Fatigue – RCF) tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đỉnh ray.

Một trong các dạng khuyết tật xuất hiện tại khu vực tiếp xúc giữa vành bánh và mặt đo của đầu ray được gọi là Gauge Corner Checking (GCC). Vị trí dễ bị hư hỏng nhất là mặt đo của ray ngoài trong đoạn đường cong.

Để tối ưu chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ ray, việc phát hiện sớm các khuyết tật như Gauge Corner Checking là rất quan trọng. Khi phát hiện sớm, ray có thể được xử lý bằng phương pháp mài phục hồi (grinding) trước khi khuyết tật phát triển sâu và dẫn đến gãy vỡ hoàn toàn.

Giải pháp hiệu quả nhất cho nhiệm vụ này chính là thiết bị kiểm tra dòng xoáy (eddy current), cho phép phát hiện và đánh giá mức độ phát triển của khuyết tật RCF một cách chính xác.

KIẾN THỨC CHUNG

Mỏi tiếp xúc lăn (Rolling Contact Fatigue – RCF)

Thuật ngữ RCF dùng để mô tả nhóm khuyết tật phát sinh do ứng suất trượt vượt quá giới hạn tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và đầu ray.

Một dạng phổ biến của RCF là Gauge Corner Checking. Loại khuyết tật này phát triển trên mặt đo của đầu ray, hình thành hệ thống vết nứt song song, cách nhau 2–5 mm, chiều sâu 2–5 mm, và góc nghiêng nứt phát triển vào trong từ 10° đến 30°.

Hình 1 — Khuyết tật Gauge Corner Checking

Figure 1 — Gauge corner checking type defects

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHIỀU SÂU HƯ HỎNG THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG (VERTICAL DAMAGE)

Để đánh giá chiều sâu khuyết tật vuông góc với bề mặt, phương pháp dòng xoáy được áp dụng. Phương pháp này thuộc nhóm kiểm tra điện từ, dựa trên phân tích tương tác giữa trường điện từ biến thiên do đầu dò tạo ra và dòng điện xoáy trong lớp bề mặt vật liệu.

Bằng cách phân tích sự thay đổi của dòng điện xoáy do khuyết tật gây ra, thiết bị có thể ước lượng chiều sâu hư hỏng đứng trên đầu ray.

Vì dòng xoáy truyền theo hướng vết nứt, nên có thể đánh giá chính xác mức độ Gauge Corner Checking khi biết góc phát triển của vết nứt.

Chiều sâu vết nứt được tính toán dựa trên thuật toán trong phần mềm, có xét đến góc nghiêng của nứt và được xác định theo công thức chuyên dụng.

Hình 2 — Minh họa dạng khuyết tật Gauge Corner Checking

MÁY KIỂM TRA DÒNG XOÁY 8 KÊNH ETS2-77

Để giải quyết nhiệm vụ phát hiện khuyết tật RCF, ETS2-77 được thiết kế với hai bộ quét độc lập (scanners):

• Scanner 1: phát hiện Gauge Corner Checking trên mặt đo đầu ray

• Scanner 2: phát hiện khuyết tật trên mặt lăn (running surface)

Hình 3 – Máy kiểm tra khuyết tật ray ETS2-77

Hình 4 – Hai scanner và 8 đầu dò của ETS2-77

Chế độ làm việc của scanner

Để thuận tiện vận hành, mỗi scanner có 2 vị trí:

1. Vị trí làm việc – đầu dò tiếp xúc đúng với ray

2. Vị trí di chuyển – đầu dò được nâng khỏi ray, tránh hư hỏng

ETS2-77 cho phép kiểm tra đường ray và ghi lưỡi (switch) với tốc độ 0,3 – 2,5 m/s.

CHỨC NĂNG PHẦN MỀM ETS2-77

Thiết bị được trang bị phần mềm phân tích mạnh mẽ, bao gồm:

• Nhập thông tin tuyến đường: mã đoạn kiểm tra, bên trái/phải, tọa độ, tên kỹ thuật viên

• Đặt marker để liên kết kết quả với tọa độ thực tế

• Thay đổi góc vết nứt trong khi kiểm tra hoặc trong lúc phân tích hậu kiểm

• Tự động tính chiều sâu hư hỏng đứng của khuyết tật

• Lưu dữ liệu gốc (raw data) của toàn bộ đoạn ray

• Xuất biên bản kiểm tra (test protocol) để in ấn và báo cáo

Hình 6 — Kiểm tra đầu ray bằng ETS2-77 trên đường sắt

Hình 7 — Ứng dụng ETS2-77 trong kiểm tra ray metro

KẾT LUẬN

Việc ứng dụng công nghệ dòng xoáy và các bộ quét chuyên dụng trong ETS2-77 giúp:

• Phát hiện hiệu quả các khuyết tật mỏi tiếp xúc lăn (RCF)

• Đánh giá chính xác chiều sâu hư hỏng đứng

• Tối ưu quy trình mài phục hồi ray, giảm lượng kim loại cần loại bỏ

• Phát hiện sớm giúp kéo dài tuổi thọ ray, giảm chi phí bảo trì

• Nâng cao độ an toàn vận hành và hiệu quả kinh tế trong quản lý đường sắt & metro