Procedimiento y aparato para la inspección in situ ultrasónica de un rail de vía férrea.

Un sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail,

quecomprende:

un carro (40) capaz de desplazarse sobre un rail (12) de vía férrea;

un conjunto (60) de ruedas suspendido del carro (40) y que presenta u 5 n neumático (84) lleno de fluido parasu contacto rodante con una cabeza (18) de un rail subyacente del rail (12) de vía férrea, sobre el cual elcarro (40) se desplaza, formando el neumático (84) una superficie de contacto con la cabeza (18) del railsubyacente; y

un transductor (86, 88) ultrasónico que es soportado dentro del neumático (84) para la propagación de unhaz (B) ultrasónico a lo largo de un eje geométrico (36) del haz a través del fluido (100) y del neumático (84)hasta el interior de la cabeza (18) del rail subyacente, caracterizado por pasar el eje geométrico (36) delhaz hasta el interior del rail (12) en un primer ángulo mayor de 0 (cero) grados con respecto al plano mediolongitudinal vertical del rail y en un segundo ángulo mayor de 0 (cero) grados con respecto al planotransversal vertical del rail , siendo el transductor (86, 88) soportado de tal manera que el eje (36) del hazatraviesa el plano medio longitudinal vertical antes de cruzar la cabeza (18) del rail (12) dentro de lasuperficie de contacto en una posición descentrada respecto del plano medio del rail (12) y sobre el mismolado de la cabeza (18) la cual es penetrada e inspeccionada por el haz (B) ultrasónico.

Procedimiento y aparato para la inspección in situ ultrasónica de un rail de vía férrea Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, a un procedimiento de ensayo no destructivo y a un aparato para ciertos tipos predeterminados de predeterminadas de fallos o defectos no deseables que pueden presentarse en los raíles de un ferrocarril. Más en concreto, la presente invención se refiere a un aparato de tipo móvil y durable que detecta de forma ultrasónica los fallos existentes en el rail, identifica el emplazamiento del fallo cuando se detecta, y registra el emplazamiento de las imperfecciones detectados para una posible reparación futura o, más probablemente, la sustitución del rail. Más en concreto, la presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato relativamente rápidos y sensibles para la detección, identificación y registro del emplazamiento de los fallos que se detectan por el aparato a medida que el aparato se desplaza in situ sobre el rail.

Antecedentes de la invención Es una circunstancia admitida en la industria ferroviaria que, ya sea a causa de los procesos de fabricación o a causa de los procesos del entorno naturales y de su uso normal, los raíles de un ferrocarril desarrollan un determinados fallos perjudiciales. Los fallos pueden incluir tanto defectos críticos como no críticos, por ejemplo, defectos transversales, defectos de la cabeza completos o cuarteados, y defectos de la cabeza horizontales completos o cuarteados.

El funcionamiento sin problemas del rail puede continuar en tanto en cuanto los fallos sigan siendo no críticos. Sin embargo, con el tiempo, incluso los fallos no críticos pueden convertirse o degradarse hasta convertirse en defectos críticos y pueden surgir nuevos fallos. Si los fallos no se atienden, los defectos resultantes podrían producir problemas que incluyan una avería catastrófica y el descarrilamiento del tren. Los fallos catastróficos e incluso los fallos menores representan un riesgo financiero, sanitario y de seguridad para la industria ferroviaria, los productos y el personal transportados así como para las casas particulares y los negocios, dichos fallos pueden ser evitados o al menos puede reducirse su frecuencia mediante una inspección y un mantenimiento rutinarios. Así mismo, el mantenimiento rutinario puede llevarse a cabo de una forma más rentable mediante una reparación selectiva, lo cual, a su vez, resulta facilitado por la detección de los fallos.

Para detectar fallos o defectos de los raíles, se han empleado unos medios de prueba ultrasónicos. Se han construido unos vehículos y unos aparatos de inspección montados en coches de ferrocarril para desplazarse a lo largo de la vía y para llevar a cabo en continuo la inspección ultrasónica de la vía férrea in situ.

En general, el aparato de inspección ha adoptado la forma de trineo y ruedas montadas sobre carros. un diseño de trineo, como por ejemplo el mostrado en la Patente estadounidense No. 4, 700, 574 emplea un transductor ultrasónico sobre un trineo que es traccionado a lo largo de un rail revestido con agua para crear un puente acústico. Un diseño de ruedas, como por ejemplo el mostrado en la Patente estadounidense 6, 055, 862 emplea un transductor ultrasónico contenido dentro de un pequeño neumático de pared delgada que rueda a lo largo de un rail. El neumático está lleno de un fluido, como por ejemplo una solución de agua y solución de agua - anticongelante, para crear un puente ultrasónico entre el transductor y el rail. El documento US 4, 174, 636 divulga un sistema ultrasónico de dos ruedas de prueba de raíles. Una pluralidad de transductores ultrasónicos están dispuestos para emitir unos haces ultrasónicos dentro de un rail sometido a ensayo. Dos transductores de observación lateral están dispuestos para emitir una radiación ultrasónica en sentido transversal con respecto a la dirección de desplazamiento de las ruedas. El documento GB 2383413 divulga un sistema de detección de los defectos de un rail utilizando ondas de superficie acústicas. Una disposición de transductor ejemplar se describe en la que un transductor lateral efectúa una inspección transversal de un rail sometido a ensayo.

Los diseños de la técnica anterior presentan una serie de inconvenientes. Por ejemplo, los diseños de trineos requieren una gran cantidad de agua para un acoplamiento adecuado de trineo con el rail y para un desgaste reducido provocado por un desplazamiento a larga distancia. Así mismo, los trineos son más sensibles a las imperfecciones y fallos existentes en la superficie deslizante del rail. Los diseños de ruedas se resienten de la reverberación (ruido) acústica provocada por las reflexiones acústicas procedentes de las paredes de la superficie del neumático. El ruido reduce la sensibilidad del aparato después de cada emisión acústica.

Así mismo, ambos diseños se resienten de las limitaciones de las técnicas y configuraciones de transductores conocidas. Algunos diseños de transductores acústicos emiten haces ultrasónicos en una dirección sustancialmente vertical, los cuales identifican algunos fallos del alma del rail al tiempo que carecen de sensibilidad respecto de los fallos de las porciones internas de la cabeza del rail. En otros diseños, como por ejemplo el de la Patente estadounidense NO. 4, 700, 574 y la Patente estadounidense No. 6, 055, 862 unos transductores están situados para emitir unos haces ultrasónicos en ángulos con respecto a los plans del rail transversal y longitudinal. El eje geométrico del haz cruza el rail por un lado del plano longitudinal vertical central del rail y se extiende a través del plano longitudinal del rail hasta el otro lado. Los diseños identifican algunos fallos adicionales del rail, especialmente en el lado de la cabeza del rail. Otros diseños de transductores acústicos adicionales incluyen unos conjuntos transductores más elaborados con trayectorias del haz adicionales, pero todavía presentan una capacidad limitada para identificar los fallos de la cabeza del rail.

Sumario de la invención La presente invención, en uno de sus aspectos, proporciona un sistema para la inspección y detección de la localización de determinados tipos de defectos existentes en un rail de una vía férrea. El sistema incluye un carro capaz de desplazarse sobre un rail de una vía férrea. El conjunto de las ruedas está suspendido del carro y presenta un neumático lleno de fluido para el contacto de rodante con una cabeza de un rail subyacente del rail de la vía férrea sobre el cual se desplaza el carro. El neumático forma una superficie de contacto con la cabeza del rail subyacente. Un transductor ultrasónico es soportado dentro del neumático para la transmisión de un haz ultrasónico a lo largo de un eje geométrico del haz a través del fluido y del neumático hasta el interior de la cabeza del rail subyacente. El eje geométrico del haz pasa hasta el interior del rail en un primer ángulo mayor de 0 (cero) grados con respecto a un plano medio longitudinal vertical del rail y en un segundo ángulo mayor de 0 (cero) grados con respecto a un plano transversal vertical del rail. El transductor es soportado de tal manera que el eje geométrico del haz atraviese el plano medio longitudinal vertical antes de cruzarse con la cabeza del rail situada dentro de la superficie de contacto en una posición descentrada respecto del plano medio longitudinal vertical del rail con respecto al mismo lado de la cabeza penetrada e inspeccionada por el haz ultrasónico.

En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento de inspección ultrasónica de una cabeza de un rail de vía férrea. El procedimiento comprende la etapa de dirigir un haz ultrasónico a lo largo de un eje geométrico del haz hasta el interior de una superficie superior de la cabeza de un rail en un primer ángulo mayor de cero (0) grados con respecto a un plano medio longitudinal vertical del rail y un segundo ángulo mayor de cero (0) grados con respecto a un plano transversal del rail. El eje geométrico del haz está dirigido para cruzar la superficie superior de la cabeza del rail en un punto descentrado respecto del plano longitudinal vertical con relación al mismo lado de la cabeza del rail penetrado e inspeccionado por el haz ultrasónico.

Breve descripción de los dibujos En las líneas que siguen se describe la invención con detalle sobre la base de las formas de realización preferentes mostradas en los dibujos adjuntos, en los que:

La FIG. 1 es una vista esquemática de un sistema de inspección ultrasónico de un rail de vía férrea, que ilustra un defecto o fallo transversal en un rail de vía férrea y el sistema de inspección ultrasónica del rail para la detección del fallo;... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail , que comprende:

un carro (40) capaz de desplazarse sobre un rail (12) de vía férrea;

un conjunto (60) de ruedas suspendido del carro (40) y que presenta un neumático (84) lleno de fluido para su contacto rodante con una cabeza (18) de un rail subyacente del rail (12) de vía férrea, sobre el cual el carro (40) se desplaza, formando el neumático (84) una superficie de contacto con la cabeza (18) del rail subyacente; y

un transductor (86, 88) ultrasónico que es soportado dentro del neumático (84) para la propagación de un haz (B) ultrasónico a lo largo de un eje geométrico (36) del haz a través del fluido (100) y del neumático (84) hasta el interior de la cabeza (18) del rail subyacente, caracterizado por pasar el eje geométrico (36) del haz hasta el interior del rail (12) en un primer ángulo mayor de 0 (cero) grados con respecto al plano medio longitudinal vertical del rail y en un segundo ángulo mayor de 0 (cero) grados con respecto al plano transversal vertical del rail , siendo el transductor (86, 88) soportado de tal manera que el eje (36) del haz atraviesa el plano medio longitudinal vertical antes de cruzar la cabeza (18) del rail (12) dentro de la superficie de contacto en una posición descentrada respecto del plano medio del rail (12) y sobre el mismo lado de la cabeza (18) la cual es penetrada e inspeccionada por el haz (B) ultrasónico.

2. El sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail de la reivindicación 1, en el que el conjunto (60) de ruedas está suspendido del carro (40) de manera que puede girar libremente.

3. El sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail de la reivindicación 1, en el que el transductor (86, 88) ultrasónico es un transductor emisor - receptor.

4. El sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail de la reivindicación 1, en el que el transductor (86, 88) está adaptado para producir un haz ultrasónico pulsado y para recibir una reflexión del haz ultrasónico pulsado.

5. El sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail de la reivindicación 1, que comprende así mismo:

otro transductor (86, 88) ultrasónico soportado en el interior del neumático (84) lleno de fluido y la propagación de otro haz (B) ultrasónico a lo largo de un eje geométrico (36) del haz a través del fluido (100) hasta el interior del rail subyacente, pasando el eje geométrico (B) del haz hasta el interior de la cabeza del rail en un tercer ángulo mayor de cero (0) grados con respecto al plano medio longitudinal vertical y en un cuarto ángulo mayor de cero (0) grados con respecto al plano transversal, cruzando el eje geométrico (36) del haz la cabeza (18) sobre un lado del rail subyacente en una posición descentrada con respecto a un plano medio longitudinal del mismo lado de la cabeza (18) penetrada e inspeccionada por el otro haz (B) ultrasónico, pero sobre el lado opuesto del plano transversal.

6. El sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail de la reivindicación 1, en el que el neumático (84) lleno de fluido tiene un diámetro no menor de 20, 32 cm.

7. El sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail de la reivindicación 1, en el que la posición descentrada respecto del plano medio longitudinal no es inferior a 0, 50 cm.

8. El sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail de la reivindicación 1, en el que el primer ángulo oscila entre 18 ± 10 grados.

9. El sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail de la reivindicación 1, en el que el segundo ángulo oscila entre 60 ± 10 grados.

10. El sistema (10) ultrasónico de inspección de un rail de vía férrea para la inspección in situ del rail de la reivindicación 1, en el que el transductor (86, 88) es soportado en un primer ángulo para provocar que el haz (B) ultrasónico existente en la cabeza (18) del rail (12) sea reflejado por el lado o la parte inferior de la cabeza (18) penetrada por el haz (B) ultrasónico.

11. Un procedimiento de inspección ultrasónica de una cabeza de un rail de vía férrea, que comprende la etapa de:

la dirección de un haz (B) ultrasónico a lo largo de un eje geométrico (36) del haz hasta el interior de una superficie superior de una cabeza (18) de un rail (12) en un primer ángulo superior a cero (0) grados con respecto al plano medio longitudinal vertical del rail (12) y en un segundo ángulo mayor de cero (0) grados con respecto al plano transversal del rail (12) , estando el eje geométrico (36) del haz dirigido para atravesar el plano medio longitudinal vertical antes de cruzar la superficie superior de la cabeza (18) del rail (12) en un punto descentrado respecto del plano medio longitudinal vertical con respecto al mismo lado de la

cabeza (18) del rail (12) el cual es penetrado por el haz (B) ultrasónico.

12. El procedimiento de inspección ultrasónica de una cabeza dereivindicación 11, en el que el descentrado no es inferior a 0, 50 cm. un rail de vía férrea de acuerdo con la

13. El procedimiento de inspección ultrasónica de una cabeza de5 reivindicación 11, en el que el haz (B) ultrasónico es un haz pulsado. un rail de vía férrea de acuerdo con la

14. El procedimiento de inspección ultrasónica de una cabeza de un rail de vía férrea de acuerdo con la

reivindicación 11, que comprende así mismo la etapa de:

la detección de un eco de un haz (B) ultrasónico procedente de un defecto (F) existente en la cabeza (18) del rail (12) .