吳杰偉

（中國鐵路廣州局集團有限公司，廣州 510088）

隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，高速、重載成為機車車輛發(fā)展的趨勢，同時對機車車輛檢修設(shè)備也提出了更高的要求。車輪是機車重要的走行部件，機車在高速重載行駛過程中，輪對需承受復(fù)雜的動態(tài)負載，特別是在啟停過程中，在車輪踏面、輪輞、輪輻等部位易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，造成車輪缺損、剝離、疲勞裂紋等故障的發(fā)生。因此，車輪的質(zhì)量狀況，直接影響行車安全，是保障機車車輛安全行駛的重要環(huán)節(jié)。

目前機車車輪探傷主要分為落輪探傷和不落輪探傷。落輪探傷是將輪對從車體轉(zhuǎn)向架中分解，運輸?shù)焦潭ㄊ教絺麢C上進行探傷作業(yè)，耗時費力，一般應(yīng)用在機車大修的場合。不落輪探傷是指車輪仍在車體轉(zhuǎn)向架上，無需拆卸車輪的探傷作業(yè)，主要分為在線通過式自動探傷和在線人工探傷，如圖1所示。在線通過式自動探傷設(shè)備在軌道兩側(cè)布置大量的常規(guī)探頭，涵蓋整個機車車輪的周長，機車車輪在通過式自動探傷設(shè)備預(yù)置軌道上通過時，車輪踏面直接與探頭接觸，進而完成探傷作業(yè)。人工探傷為探傷人員采用大角度探頭和雙晶直探頭在車輪踏面上規(guī)則地滑動進行探傷，通過人工擦油進行耦合。人工探傷由于受人為因素的影響，其覆蓋范圍不固定，檢測的一致性差，還需要牽車輔助探傷，探傷人員需要邊操作探頭邊觀察探傷儀器，操作條件差，勞動強度高。在線通過式自動探傷設(shè)備的設(shè)備費用高，占用空間大，并且探頭需要經(jīng)常承受機車輪對的碾壓，探頭磨損嚴重，壽命短，維護成本較高，且探頭的耦合狀態(tài)差、靈敏度低、可靠性差。因此需要一種探傷性能穩(wěn)定，檢測靈敏度高，全壽命周期成本低的設(shè)備進行機車車輪的在線探傷作業(yè)。

圖1 在線通過式探傷設(shè)備（左）和在線人工探傷（右）

1 車輪在線自動探傷設(shè)備方案形成

1.1 設(shè)備調(diào)研

我國在動車組引進初期就采用并普及了在線車輪探傷設(shè)備對車輪進行不落輪探傷作業(yè)，以保證動車組行車安全。動車組車輛具有運行速度快、軸重小、車輪直徑小、車輪表面清潔度較高等特點，因此配套的檢測依據(jù)鐵總運〔2013〕190號文《和諧系列動車組超聲波探傷規(guī)定》［1］對超聲檢測工藝、在線自動探傷設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)和檢測系統(tǒng)均有較高的要求，長達450 m的股道兩側(cè)需要布置10余處水源和電源接口，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)、土建相對復(fù)雜且造價高。

機車車輪檢測主要依靠人工采用便攜式超聲檢測設(shè)備、渦流檢測設(shè)備對車輪進行定期檢測。機車車輛具有載荷高、軸重大、車輪直徑大、運行速度低（相對動車組）、由于線路條件差導(dǎo)致車輪內(nèi)側(cè)面經(jīng)常附著油泥、污物等。機車車輪檢測參照的TB/T 3256.1-2011《機車在役零部件無損檢測第1部分：通 用 要求》［2］、TB/T 3256.2-2011《機車在役零部件無損檢測第2部分：輪箍、整體輾鋼車輪輪輞超聲波檢測》［3］等標準。

文中以動車組在線車輪探傷設(shè)備為基礎(chǔ)，通過優(yōu)化超聲檢測系統(tǒng)和超聲檢測工藝，相應(yīng)降低設(shè)備成本，并且機車股道較短，也無需布置很多電源和水源接口，土建施工成本低，可滿足機車車輪在線探傷作業(yè)“物美價廉”的要求。

1.2 改造方案

移動式在線輪輞輪輻探傷機需要在地溝預(yù)鋪小軌道行走并進行探傷作業(yè)，為提高作業(yè)效率，減少調(diào)車作業(yè)，需將同一股道2個獨立檢測位連通，增加探傷檢測范圍。因此需要對現(xiàn)場的基礎(chǔ)進行改造，以適應(yīng)移動式在線輪輞輪輻探傷機的探傷需要。地溝內(nèi)鋪設(shè)小軌道，小軌道內(nèi)側(cè)距800 mm，小軌道頂面到大軌道頂面的距離為1 100 mm。在地溝中間部位預(yù)留水管接頭，用于設(shè)備水箱的供水。地溝中間部位留有配電箱，為設(shè)備供電，整個地溝的側(cè)面鋪設(shè)拖鏈槽，設(shè)備行走時帶動拖鏈在拖鏈槽內(nèi)運動，無需插拔電纜接頭和水管接頭。并將2個股道中間的水泥過道打通，安裝渡板用于人和設(shè)備通過，如圖2所示。為滿足在整條地溝的設(shè)備作業(yè)需求，地溝需滿足設(shè)備的截面圖的界限范圍，如圖3所示。

圖2 地溝改造前和地溝改造后

圖3 設(shè)備截面圖

2 車輪在線自動探傷設(shè)備的應(yīng)用

2.1 探傷流程

2.1.1 檢測前準備

檢測前準備包括設(shè)備校驗、現(xiàn)場情況檢查2大部分，可同時進行。操作流程如圖4所示。

圖4 檢測前操作流程圖

（1）設(shè)備檢查及校驗

首先對檢測設(shè)備進行點檢，檢查是否存在影響作業(yè)的故障點。點檢通過后設(shè)備上電，將用于校驗的對比試樣輪對移動到檢驗位置。

對比試樣輪對到位后，開始靈敏度標定檢測，自動定位選擇試樣輪對定位路徑，定位完成即可開始靈敏度標定（對各檢測通道靈敏度進行校準），合格后打印標定報告，進行開工前校驗（對各檢測通道檢測效果進行確認，要求各檢測通道覆蓋范圍內(nèi)人工缺陷全部檢出）。若校驗不合格，則重新進行靈敏度標定檢測。若檢測合格，則打印校驗報告，準備進行實車檢測。

（2）現(xiàn)場情況檢查

首先緩解被檢車輛制動，然后依次檢查地溝、車底、輪對是否存在影響檢測的情況，如存在，應(yīng)立即聯(lián)系相關(guān)人員解決。

2.1.2 實車檢測

檢測前準備工作均完成后，開始進行實車檢測，整體檢測流程如圖5所示。

圖5 實車檢測流程

實車檢測時，首先錄入被檢實車輪對參數(shù)，控制檢測小車自動定位被檢實車輪對，如圖6所示，定位完成后開始進行探傷掃查，依次對機車的輪對進行檢測。完成所有輪對檢測后，返回試樣輪對位置，進行完工校驗檢測。

圖6 實車輪對檢測

2.1.3 完工后作業(yè)

完工后作業(yè)分為校驗保養(yǎng)、制動恢復(fù)2大部分，可同時進行，如圖7所示。

圖7 完工后作業(yè)流程

（1）校驗保養(yǎng)

檢測完所有實車車輪后，將設(shè)備移動到試樣輪對底下進行完工后校驗。設(shè)備完工后校驗與開工前檢測操作流程相似，檢測完成后，查看并打印完工后校驗報表。為保證檢測結(jié)果的有效性，完工后校驗只能進行一次，如校驗不合格則當天所有檢測全部無效。

校驗結(jié)束后對設(shè)備進行清潔與保養(yǎng)，最后歸檔檢測臺賬、備份檢測數(shù)據(jù)。

（2）制動恢復(fù)

按照操作規(guī)定，恢復(fù)被檢車輛制動。

2.2 設(shè)備優(yōu)點

（1）檢測結(jié)果穩(wěn)定可靠。

設(shè)備為自動化檢測設(shè)備，可實現(xiàn)自動定位被檢車輪、自動定位探頭組件、自動檢測、自動復(fù)位等操作，重復(fù)檢測穩(wěn)定性小于3 dB，相對人工檢測，不會因檢測人員的不同產(chǎn)生差別較大的檢測結(jié)果。

（2）采用雙六軸機械臂可實現(xiàn)單軸雙輪同時探傷，大幅提高探傷效率。

設(shè)備采用雙六軸機械臂及探頭組件裝置，實現(xiàn)同一輪對雙側(cè)車輪同時探傷，探傷過程中不需要拆卸任何車輛配件以及掉頭反向作業(yè)，大幅簡化了操作步驟，相較于人工檢測，提高了探傷作業(yè)效率，單條輪對的探傷時間小于6 min。

（3）創(chuàng)新研發(fā)了基于模式識別的缺陷智能識別系統(tǒng)，應(yīng)用于機車車輪探傷。

降低了對探傷人員的要求，解決了人工數(shù)據(jù)分析時，人為主觀因素造成的誤判、漏判等，提高探傷質(zhì)量，從而快速、準確地實現(xiàn)超聲探傷數(shù)據(jù)的自動化分析，如圖8所示。

圖8 基于模式識別的缺陷智能識別系統(tǒng)前后對比

（4）研發(fā)了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的機車輪軸探傷網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)管平臺。

構(gòu)建了統(tǒng)一數(shù)控中心、數(shù)據(jù)采集終端及專家診斷模塊的層級結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了遠程狀態(tài)監(jiān)控、大數(shù)據(jù)存儲、智能分析、專家遠程診斷等功能，進一步提升了機車車輪探傷智能化、數(shù)字化水平，保障了機車運營安全。

3 總結(jié)

3.1 設(shè)備技術(shù)特點

（1）采用雙向雙頭機械裝置及缺陷智能識別系統(tǒng)等技術(shù)，實現(xiàn)同一輪對雙側(cè)車輪同時探傷與缺陷智能分析報警功能，相較于人工檢測大幅提高了作業(yè)效率。

（2）采用柔性機械手、缺陷智能輔助識別技術(shù)等實現(xiàn)單軸雙輪同時探傷以及探傷結(jié)果的智能分析，降低缺陷漏報率，提高探傷效率，降低了車輛安全運行保障條件的成本，相較于人工檢測有效提高了檢測結(jié)果的一致性。

（3）采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺，實現(xiàn)對探傷數(shù)據(jù)的集中管理，滿足用戶遠程診斷、遠程協(xié)助的需求。

3.2 設(shè)備使用效果

設(shè) 備 已 經(jīng) 在 機 務(wù) 段 現(xiàn) 場 對DF4、DF5、DF7、DF11、SS8、SS9、HXD1C、HXD1D、HXD3C型等機車車輪進行了超聲波探傷作業(yè)，共檢測3 000余條輪對，共發(fā)現(xiàn)踏面表面剝離、內(nèi)部缺陷共計20余次，對比試樣輪不同深度橫孔檢測效果、輪緣缺陷檢測效果、實車檢測效果、踏面表面剝離類型缺陷檢出案例如圖9～圖12所示，通過大量測試，設(shè)備能夠滿足以上測試機車車型的輪輞輪輻超聲檢測，檢測結(jié)果穩(wěn)定可靠。

圖9 對比試樣輪不同深度橫孔檢測效果

圖12 踏面表面剝離類型缺陷檢出案例

3.3 設(shè)備實施的意義

（1）解決了機車車輪探傷效率低、檢測結(jié)果一致性差的關(guān)鍵問題，進一步保障了機車車輛運行安全。

（2）打破傳統(tǒng)運維模式，推動動車組運維檢測行業(yè)的智能化、數(shù)字化、標準化升級。

4 展望

為滿足國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，機車車輛運行速度越來越快，載荷也越來越大，隨著中國鐵路160 km及以上時速機車和CR200J動力集中型動車組的逐步運用，對機車車輪檢修設(shè)備要求也越來越高。本項目采用了機器人、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術(shù)，實現(xiàn)了對在役機車車輪裝機狀態(tài)下的自動檢測、輔助分析，全面替代原有人工手動檢測模式，解決了人工手動檢測結(jié)果一致性差、效率低等問題，使車輪檢測更加智能與高效。

圖10 對比試樣輪輪緣缺陷檢測效果

圖11 實車檢測效果

由于受現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境、技術(shù)發(fā)展水平（智能傳感技術(shù)、機器視覺技術(shù)）等因素影響，在設(shè)備應(yīng)用過程中，我們也發(fā)現(xiàn)仍需要人工干預(yù)，例如放置磁鐵，運輸試樣輪對、操作探傷設(shè)備等操作。今后將繼續(xù)開展相關(guān)技術(shù)的調(diào)研與研究工作，解決技術(shù)屏障，盡早實現(xiàn)全無人化機車車輪在線檢測，提高我國機車車輪探傷整體技術(shù)水平，推動機車運維檢修高質(zhì)量發(fā)展，為機車車輛安全運行保駕護航、保障國家及人民的生命財產(chǎn)安全提供有力支撐和堅實保障。