賈銳，張漢武，王遠(yuǎn)新

（中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司嘉峪關(guān)車輛段，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 前言

均衡梁工件運(yùn)用在K16A型礦石車上，是中車長江公司為滿足甘肅省酒泉鋼鐵集團(tuán)在嘉境線上運(yùn)輸鐵礦石而設(shè)計的，因行駛線路條件惡劣，轉(zhuǎn)向架蛇形運(yùn)動嚴(yán)重，直接影響均衡梁疲勞強(qiáng)度，加劇了均衡梁損傷故障，減弱了轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行品質(zhì)，與此同時，也對均衡梁探傷檢測的提出了更高的要求。數(shù)十年來，國內(nèi)生產(chǎn)的同類檢測設(shè)備已經(jīng)領(lǐng)先于國際水平，打破了國外廠商壟斷。不過，仍然存在部分冷門工件，國內(nèi)依然沒有專用設(shè)備，因此，射陽縣無損檢測技術(shù)研究所和嘉峪關(guān)車輛段共同研制了DZS-XII型微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)。因均衡梁工件的結(jié)構(gòu)特殊性，特別是圓銷孔及外部焊縫（如圖1），如均衡梁在探傷檢測時漏探其表面產(chǎn)生的裂紋，將對行車安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。

圖1 16型均衡梁探傷部位示意圖

目前，鐵路車輛檢修單位因均衡梁工件的單一性和不常見性，其探傷檢測仍然使用馬蹄形磁粉探傷儀進(jìn)行檢測，并無專屬配套設(shè)備使用，該檢測方式極易導(dǎo)致工件表面潛在裂紋出現(xiàn)漏檢。曾有部分設(shè)備廠商設(shè)計生產(chǎn)了機(jī)床式均衡梁磁粉探傷機(jī)，但其與便攜式馬蹄磁粉探傷儀原理相同，只設(shè)有一組線圈，每次對工件進(jìn)行檢測時，單次磁化僅能檢測一向，須將工件旋轉(zhuǎn)90°再次磁化，才能檢測出另外一向，這種檢測方式，不僅效率低下，還容易出現(xiàn)漏探現(xiàn)象。目前，國內(nèi)的生產(chǎn)的磁粉探傷機(jī)都是運(yùn)用模擬法來調(diào)節(jié)磁化電流，充磁電流達(dá)到相應(yīng)規(guī)定的值，設(shè)備所在地的電網(wǎng)發(fā)生電壓波動時，比如，常見的“壓降”探傷設(shè)備的磁場強(qiáng)度也會隨之增強(qiáng)或者衰減，探傷靈敏度隨之也會受到極大的影響，一些在正常范圍內(nèi)的細(xì)紋都會顯現(xiàn)，反之，應(yīng)該顯現(xiàn)的裂紋卻不能準(zhǔn)確地顯示，導(dǎo)致裂紋漏探，留存安全隱患。

結(jié)合上述的常見情況，嘉峪關(guān)車輛段與探傷機(jī)生產(chǎn)廠家射陽縣無損檢測技術(shù)研究所合作研制了一臺檢測鐵路貨車K16均衡梁的磁粉探傷機(jī)。能夠滿足K16型礦石車的均衡梁工件的探傷要求，能夠?qū)饬旱膱A銷孔及外部焊縫部位進(jìn)行全面無死角探傷。原理是：將被檢測工件放置于磁粉探傷機(jī)產(chǎn)生的磁場中，工件被磁化。如果工件表面或淺層存在裂紋，該部位會因為磁力線傳導(dǎo)不均產(chǎn)生突變性磁壓差，相當(dāng)于微小的S-N極。探傷機(jī)的周向磁化方式采用直接通電法，縱向磁化采用螺紋線圈感應(yīng)法，對均衡梁工件做復(fù)合磁化作業(yè)，該探傷機(jī)通過可編程序控制器控制相應(yīng)的輸入輸出點(diǎn)完成相關(guān)動作指令，計算機(jī)軟件程控或手動按鈕操作，可以操作完成探傷工件的磁懸液噴淋、探傷工件磁化流程。與同類產(chǎn)品相比，機(jī)械、電路、軟件設(shè)計等方面均達(dá)到了先進(jìn)水平。

2 原理概述

微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)為機(jī)床式結(jié)構(gòu)，探傷機(jī)設(shè)置有機(jī)械手抓取工裝、工件固夾機(jī)構(gòu)、探傷磁懸液噴液循環(huán)系統(tǒng)、探傷照明裝置、磁粉探傷磁化機(jī)構(gòu)、微控圖像機(jī)構(gòu)、探傷觀察暗室機(jī)構(gòu)。設(shè)備具有磁場分布均勻、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，杜絕了漏判、誤判的作業(yè)風(fēng)險，保障了K16型貨車運(yùn)行的安全。

微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)綜合性能方面，微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)結(jié)合了設(shè)備處所占地情況來設(shè)計外形結(jié)構(gòu)和控制外圍尺寸，其磁化電路運(yùn)用閉環(huán)控制原理，見圖2。閉環(huán)控制是指與控制方存在關(guān)聯(lián)的控制電路。為了保持電流能在磁粉探傷機(jī)運(yùn)行中穩(wěn)定輸出，因此，集成一部分測量比較元件用來組成一個閉環(huán)系統(tǒng)。此電路對周、縱向電流完成了閉環(huán)控制，通過直接調(diào)整磁化電流或磁勢數(shù)值，保持穩(wěn)定，磁粉探傷機(jī)上電流設(shè)定的數(shù)值和實際測定的電流的數(shù)值誤差不大于10%，達(dá)到最佳效果，解決了充磁打火問題。探傷機(jī)還可以兼容不同被探工件做磁化兼容，磁化線圈結(jié)構(gòu)還創(chuàng)新采用“圓矩形電極雙磁路開合整體線圈”，磁場分布效果極佳。

圖2 閉環(huán)數(shù)字磁化控制電路原理圖

探傷機(jī)采用自行研發(fā)的可控硅觸發(fā)模塊對其自身導(dǎo)通角控制，內(nèi)核為光電觸擊、過壓自保組件等構(gòu)成，與現(xiàn)役設(shè)備上常規(guī)的觸發(fā)電路板卡相比下，它的占用空間更少，不用接線且熱插熱拔，對磁粉探傷機(jī)磁化電流的恒定控制功不可沒。

配套軟件優(yōu)化方面，此次研發(fā)過程中，微控均衡梁數(shù)字探傷機(jī)運(yùn)用了圖像采集模組，高清相機(jī)在探傷作業(yè)過程中會沿著與工件平行方位線性移動，完成攝像、定拍，將采集的圖像實時傳送到工業(yè)控制計算機(jī)中，經(jīng)過處理軟件完成甄別，替代探傷人員觀察，實現(xiàn)對探傷工件的源頭追溯，見圖3。達(dá)到探傷作業(yè)數(shù)字化操作、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化管理、自動記錄探傷數(shù)據(jù)、對磁粉探傷日常和季度性能校驗、探傷數(shù)據(jù)自動匯總并生成校驗表。

圖3 圖像識別裝置及控制軟件

實操部分，該設(shè)備有手動、自動兩種操作模式。手動方式能完成周向電極、縱向線圈移至定點(diǎn)位置并磁化和退磁并返回初始點(diǎn)、均衡梁工件進(jìn)出、旋轉(zhuǎn)、磁懸液噴淋；自動控制方式時，微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)可自動完成除人工觀察探傷工件以外的所有步驟，降低了現(xiàn)場探傷人員的勞動強(qiáng)度。

使用維護(hù)部分，設(shè)備具有運(yùn)行自診功能，如發(fā)生故障，工控機(jī)將根據(jù)故障診斷模塊的反饋，提示故障單元，得出對應(yīng)的排障建議。電路設(shè)計部分采用模組設(shè)計，達(dá)到熱插熱拔的效果，實現(xiàn)了傳統(tǒng)電路的集成化。

3 技術(shù)性能參數(shù)

（1）周向磁化電流：AC0～2000A連續(xù)可調(diào)；

縱向磁化磁勢：AC0～16000AN連續(xù)可調(diào)；

復(fù)合周向磁化電流：AC0～2000A連續(xù)可調(diào)；

復(fù)合縱向磁化磁勢：AC0～16000AN連續(xù)可調(diào)。

（2）退磁：①退磁方法：縱向電流衰減法；②退磁時間：5s；③退磁效果：剩磁額定值≤0.3mT；

（3）夾距行程：260～640mm。

（4）工件轉(zhuǎn)速：5r/min。

（5）檢測速率：0.5～1min/件。

（6）電流暫載率：滿載時不小于30%。

（7）電源：三相四線380V/100A（瞬時值）、50Hz。

（8）工作氣源：氣壓≮0.45Mpa;流量10-12L/min。

（9）機(jī)體尺寸：長3200mm×寬1020mm×高2570mm。

（10）重量：800kg。

（11）靈敏度：15/50A型試片清晰顯示。

（12）輻照度：＞800uw/cm2。（13）整機(jī)絕緣電阻＞2MΩ。

4 設(shè)備功能以及磁化參數(shù)的確定

4.1 設(shè)備功能的確定

（1）該微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)主要技術(shù)性能符合JB/T8290-2011《磁粉探傷機(jī)》要求。

（2）K16均衡梁工件磁化采用了二路復(fù)合磁化原理，即直接通電法產(chǎn)生周向磁場，螺紋感應(yīng)線圈法產(chǎn)生縱向磁場。

（3）機(jī)械構(gòu)造裝置：采用臥式結(jié)構(gòu)，工件配備機(jī)械手工件抓取裝置運(yùn)行；周向磁化電極、縱向磁化線圈由氣缸驅(qū)動伸縮到位，磁化結(jié)束自行返回；工件轉(zhuǎn)動觀察噴淋通過減速機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和磁懸箱中的潛水泵驅(qū)動。

（4）該磁粉探傷機(jī)采用連續(xù)法濕法熒光磁粉探傷，K16均衡梁工件整體一次性復(fù)合磁化，顯示工件磁痕。

（5）該磁粉探傷機(jī)具有手、自動功能；磁化電路機(jī)構(gòu)采用可控硅模塊控制配合可控硅觸發(fā)模塊，實現(xiàn)電流數(shù)值的連續(xù)可調(diào)。

（6）該磁粉探傷機(jī)采用PLC控制，自動化程度高，工作可靠，操作簡易；配備圖像采集機(jī)構(gòu)，對探傷過程采集存儲，選用高清的相機(jī)，具有數(shù)據(jù)可追溯性。

4.2 磁化原理以及磁化參數(shù)的確定

均衡梁內(nèi)側(cè)前后彎角處的磁化：根據(jù)均衡梁的內(nèi)側(cè)面的形狀，采用螺紋線圈法、直接通電法，進(jìn)行復(fù)合磁化，進(jìn)行周、縱向磁化探傷檢查，見圖4。

圖4 均衡梁感應(yīng)電流法磁化示意圖

圓矩形電極雙磁路開合整體線圈的磁化電流達(dá)到2000A時，均衡梁工件表面形成周向磁場；當(dāng)縱向磁勢達(dá)到16000AN時，均衡梁工件表面會產(chǎn)生縱向磁場。電流數(shù)值與形成的磁場強(qiáng)度成正比例，探傷磁化電流數(shù)值越大，磁場越大。經(jīng)雙方現(xiàn)場聯(lián)合試驗，微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)的周向磁化電流達(dá)到2000A、縱向磁勢達(dá)到16000AN時，對均衡梁工件復(fù)合磁化，粘貼在均衡梁梁工件的圓銷孔及外部焊縫處的兩張A1型15/50試片顯示清晰。

5 嘉峪關(guān)車輛段和射陽縣無損檢測技術(shù)研究所的聯(lián)合測試結(jié)果（表1）

表1

6 設(shè)備使用情況

微控均衡梁數(shù)字探傷機(jī)于2017年3月在嘉峪關(guān)車輛段的修配車間完成了安裝、調(diào)試、試驗、驗收，運(yùn)行至今，設(shè)備性能良好，故障率低、維修方便、兼容性好，使用具體情況如下：

（1）微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)運(yùn)行期間檢測過的K16型均衡梁工件數(shù)量約450余件。

（2）設(shè)備運(yùn)行效率：手操模式為4分鐘每件，自操模式時為3分鐘每件，運(yùn)行狀態(tài)一切正常。

（3）氣動機(jī)構(gòu)、機(jī)械機(jī)構(gòu)、磁化機(jī)構(gòu)、噴液機(jī)構(gòu)、微控圖像機(jī)構(gòu)、電氣機(jī)構(gòu)運(yùn)行正常。

（4）通過日常、季度校驗測試，試片顯示清晰，通過對有裂紋的樣板工件測試時，裂紋均正常完整清晰顯示，圖像采集也同步顯示清晰。

7 結(jié)語

微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)在用戶單位多年的使用過程中，各方面性能得到了充分的論證。微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)依托先進(jìn)的電路設(shè)計、磁化方案、兼容設(shè)計，操作更方便，維修更便捷，故障率更低。歷來由鐵路行車事故導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失有目共睹，DZS-XⅡ型微控均衡梁數(shù)字磁粉探傷機(jī)能夠提供均衡梁工件的安全保證，不放過任何一個影響鐵路行車安全的缺陷，為鐵路行車安全保駕護(hù)航。