朱榮華，辛 月，曹一杰

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210031）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，列車運(yùn)行速度提高及載重、編組數(shù)量和牽引噸位增加，列車高速運(yùn)行過(guò)程中，輪軸受交變載荷的作用，在軸頸根部、輪座鑲?cè)氩恳寻l(fā)生損傷，產(chǎn)生裂紋，從而危及列車的行車安全。

1 輪軸檢修

輪軸檢修按修理程度可分為兩大類：一種為廠修，即車軸與車輪解體后進(jìn)行檢修，全面恢復(fù)輪軸的技術(shù)性能，這種修理一般在車輛工廠或?qū)ｉT的車輪檢修車間進(jìn)行；另一種是段修，車輪與車軸不需要進(jìn)行解體，只檢查輪對(duì)的性能、車輪的踏面等重點(diǎn)部位技術(shù)參數(shù)是否符合車輛運(yùn)用要求，以及對(duì)所用的軸承進(jìn)行檢查或退卸后重新組裝。

目前，輪軸運(yùn)用過(guò)程的檢修主要通過(guò)磁粉、滲透、超聲等無(wú)損探傷技術(shù)來(lái)檢測(cè)輪軸缺陷，如圖1 所示。磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)等方法只能檢測(cè)輪軸表面缺陷，無(wú)法對(duì)車軸內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)控制車軸的質(zhì)量狀態(tài)具有較大的局限性。超聲檢測(cè)技術(shù)具有穿透能力強(qiáng)，對(duì)面積型缺陷如裂紋、夾層等檢出率高，檢測(cè)成本低，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。果小軍等利用磁粉探傷機(jī)對(duì)車軸、輪軸結(jié)合部等位置進(jìn)行了探傷，提出修訂輪對(duì)檢修工藝，增加探傷內(nèi)容等建議[1]。彭朝勇等對(duì)車軸疲勞裂紋進(jìn)行了超聲相控陣探傷技術(shù)及工藝研究，提升了車軸壓裝部位的缺陷檢測(cè)性能，從而保障車軸運(yùn)用的安全性[2-4]。

圖1 輪軸手動(dòng)超聲檢測(cè)

超聲探傷是利用超聲波與工件相互作用，研究反射、透射和散射的波，并對(duì)工件進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)、幾何特性測(cè)量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測(cè)和表征，進(jìn)而對(duì)其特定應(yīng)用性進(jìn)行評(píng)價(jià)的技術(shù)，如圖2 所示?？v波斜探頭作為一種入射角小于第一臨界角的超聲斜探頭，利用小角度入射角產(chǎn)生的折射縱波進(jìn)行缺陷檢測(cè)，或在衰減較大的情況下，利用縱波穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，其在列車輪軸輪座鑲?cè)氩刻絺械玫綇V泛的應(yīng)用，如圖3 所示。但是在輪軸超聲檢測(cè)過(guò)程中，隨著超聲探頭使用時(shí)間的增加，探頭端面磨損較大，造成探頭的檢測(cè)不準(zhǔn)確、誤差較大等結(jié)果。目前探頭校準(zhǔn)主要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行手動(dòng)校核，校測(cè)效率低，準(zhǔn)確度受操作人員經(jīng)驗(yàn)影響較大。本研究設(shè)計(jì)了超聲縱波斜探頭前沿長(zhǎng)度及零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，該裝置采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)代替手工操作進(jìn)行縱波斜探頭的校核，既提高了檢測(cè)效率，又能準(zhǔn)確測(cè)量探頭的參數(shù)變化。

圖2 超聲檢測(cè)原理圖

圖3 輪軸超聲掃查示意圖

2 軌道車輛超聲縱波斜探頭校準(zhǔn)裝置

軌道車輛超聲縱波斜探頭校準(zhǔn)裝置主要由探頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、脈沖超聲波檢測(cè)裝置、激光測(cè)距機(jī)構(gòu)、CSK-IA 標(biāo)準(zhǔn)試塊四部分組成，如圖4 所示。

圖4 超聲縱波斜探頭校準(zhǔn)裝置圖

探頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由左右?jiàn)A頭、左右支撐板、滾珠絲杠、絲杠滑塊、支撐桿、支撐桿滑塊、縱波斜探頭、探頭固定塊、耦合劑芯捻輸送裝置、聯(lián)軸器和電機(jī)組成。探頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)左右?jiàn)A頭夾緊在CSK-IA 標(biāo)準(zhǔn)試塊上，縱波斜探頭由左右旋鈕夾緊在探頭固定塊上，探頭固定塊安裝在絲杠滑塊和支撐桿滑塊上。電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器、滾珠絲杠、絲杠滑塊、探頭固定塊、帶動(dòng)縱波斜探頭做水平方向的超聲掃查運(yùn)動(dòng)。耦合劑芯捻輸送裝置由油杯和芯捻組成，油杯中裝有機(jī)油，芯捻利用毛細(xì)管作用把機(jī)油引到超聲檢測(cè)表面。

脈沖超聲波檢測(cè)裝置由脈沖超聲檢測(cè)儀、縱波斜探頭和探頭線組成。

激光測(cè)距機(jī)構(gòu)由激光測(cè)距傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成。激光測(cè)距傳感器安裝在探頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的探頭固定塊上，隨縱波斜探頭一起水平運(yùn)動(dòng)。激光測(cè)距機(jī)構(gòu)測(cè)量之前，先進(jìn)行標(biāo)定，使激光測(cè)距傳感器距左支撐板右端面的距離等于縱波斜探頭前端面距CSK-1A 標(biāo)準(zhǔn)試塊R100 圓弧端頭的水平距離。

縱波斜探頭校準(zhǔn)前沿和零點(diǎn)時(shí)，探頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)探頭固定塊水平移動(dòng)。耦合劑芯捻輸送裝置由芯捻利用毛細(xì)管作用把機(jī)油引到超聲檢測(cè)表面，使探頭與CSK-1A 標(biāo)準(zhǔn)試塊耦合良好。探頭固定塊帶動(dòng)縱波斜探頭在CSK-1A 標(biāo)準(zhǔn)試塊R100 圓弧圓心附近運(yùn)動(dòng)，并采集縱波斜探頭前端面距左支撐板右端面的距離和超聲反射波幅值，找到脈沖超聲檢測(cè)儀中R100、R50 圓弧的最高反射波對(duì)應(yīng)的縱波斜探頭的位置，激光測(cè)距機(jī)構(gòu)測(cè)量縱波斜探頭前端面距左支撐板右端面的距離L，探頭前沿X=100 mm－L，同時(shí)采用超聲檢測(cè)儀校準(zhǔn)探頭零點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

列車高速重載運(yùn)行時(shí)受交變載荷的作用，輪軸的健康狀態(tài)嚴(yán)重影響列車的運(yùn)行安全。超聲檢測(cè)作為常用的輪軸檢修手段，超聲探頭隨使用時(shí)間增加，探頭磨損較大，造成檢測(cè)參數(shù)發(fā)生變化。為提高探頭校準(zhǔn)效率和準(zhǔn)確度，本研究設(shè)計(jì)了超聲縱波斜探頭校準(zhǔn)裝置，結(jié)果表明，該裝置可提高探頭校準(zhǔn)效率和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確率，從而保障列車運(yùn)行安全。