X 射線工業(yè)檢測車行走制動裝置的改進

吳禹勝， 熊兆軍

（山東勝利鋼管有限公司， 山東 淄博255082）

0 前 言

X 射線工業(yè)電視檢測系統(tǒng)是埋弧焊鋼管焊縫檢測的重要手段， 通常采用工業(yè)檢測車運送鋼管到X 射線檢測位置， 再通過圖像處理系統(tǒng)完成信號的傳輸、 轉(zhuǎn)換和處理， 最終在監(jiān)視器上顯示出相應(yīng)的圖像， 以完成焊縫質(zhì)量的檢測[1]。

在埋弧焊管生產(chǎn)的技術(shù)規(guī)范和標準中， 對于X 射線工業(yè)電視檢測存在的管端盲區(qū)， 要求采用靜態(tài)X 射線工業(yè)電視計算機圖像處理存儲圖像或者X 射線拍片檢查， 目前普遍應(yīng)用的是電子掃描方法 （數(shù)字射線成像） 來進行檢驗[2]。 這就需要對管端盲區(qū)進行準確定位， 要求X 射線工業(yè)檢測車能準確可靠地停位， 使管端焊縫的檢測區(qū)域與發(fā)射X 射線的管頭以及圖像接收裝置保持檢測位置的一致性[3]。 當(dāng)管端需要抓多張連續(xù)圖像時， 更需要檢查車的停位具有良好的可靠性。

一般而言， 在埋弧焊管焊縫X 射線檢測中，如GB/T 9711—2017 和API SPEC 5L （46 版） 標準中要求對每個鋼管至少200 mm 管端范圍內(nèi)的焊縫進行檢查， 射線檢驗的結(jié)果應(yīng)記錄在膠片上或其他成像介質(zhì)上[4-5]。 目前， 各制管廠家基本都采用數(shù)字成像系統(tǒng)進行管端靜態(tài)抓圖， 根據(jù)鋼管管徑及成型角度的不同， 實際焊縫長度也不盡相同， 通常要在鋼管每端抓取1～2 張圖像， 甚至3～4 張圖像。 第1 張圖像應(yīng)能準確顯示檢測到的管端， 其余連續(xù)2 張圖像能有效搭接覆蓋， 以表明焊縫區(qū)域被連續(xù)檢測。 要體現(xiàn)檢測到管端及有效搭接， 則需要對檢測車的行走和停止進行可靠控制， 尤其是可靠停止。 當(dāng)在管端停止位置稍有不合適時， 可采用光柵進行補償處理， 但當(dāng)檢測車停止時出現(xiàn)停位溜車或無法立即停止時， 停止后的相對位置偏差難以采用光柵進行有效補償，則需要操作檢測車反復(fù)前后運行， 以找到滿足要求的抓圖位置。 這一過程嚴重影響了X 射線檢測的效率， 也增大了檢驗人員的工作強度。

本研究通過對X 射線檢測車制動方面的問題進行分析， 提出了一種準確制動的解決方案，并能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要， 為螺旋埋弧焊管生產(chǎn)檢驗提供借鑒。

1 制動問題分析

1.1 檢測車精準制動困難

X 射線檢測車根據(jù)承載能力， 通常其質(zhì)量設(shè)計在6～15 t， 而早期的檢查車的質(zhì)量會更大[1]。當(dāng)鋼管的直徑和壁厚較大時， 載重后檢查車的質(zhì)量甚至能達到20 t 以上。 通常， 為提高檢驗效率， 在進行X 射線檢測時， 經(jīng)常是快進管、 快出管， 中間過程按工藝要求進行檢驗， 速度相對緩慢。 運管至檢測位置以及運出鋼管一般都采用高速運管， 運管接近目標位置時才減緩速度。 即使這樣， 在到達檢測位置時， 檢測車仍具有較大的慣性， 精準制動比較困難。

1.2 檢測車行走與制動方式

現(xiàn)在的大車行走裝置是采用電磁制動電機驅(qū)動擺線針輪減速機， 并通過一對錐齒和一對圓柱斜齒齒輪傳遞扭矩， 圓柱斜齒齒輪與車輪同軸，由此構(gòu)成一套傳動鏈來驅(qū)動大車行走[6]。 由于各個齒輪間的磨損， 使齒輪間的嚙合間隙變得較大， 當(dāng)電磁電機制動器制動時， 通過傳動鏈上的一套減速裝置帶動兩組齒輪給大車制動。 由于大車的慣性太大， 且啟動和制動較為頻繁， 每次電機制動都會對傳動齒輪產(chǎn)生一定的沖擊， 長期運行后， 齒輪磨損變形嚴重， 咬合間隙增大， 容易發(fā)生沖擊疲勞破壞等， 繼而造成整個傳動系統(tǒng)的故障率升高[7-8]。 有的電磁制動電機在制動時對傳動鏈產(chǎn)生的沖擊較大， 后來改成了無制動功能的普通電機驅(qū)動。

1.3 檢查車導(dǎo)軌磨損停車后容易溜車

檢查車導(dǎo)軌長期使用， 由于經(jīng)常啟停的原因， 有的部位磨損嚴重， 有的部位磨損相對較輕， 這樣就形成了因磨損造成的高低不平的情況， 停車后會出現(xiàn)溜車現(xiàn)象。 對于這種情況， 更換全部導(dǎo)軌不經(jīng)濟， 而進行導(dǎo)軌修復(fù)， 則存在修復(fù)面大以及修復(fù)時間長的問題， 而且修復(fù)過的導(dǎo)軌要想達到預(yù)期的要求也比較困難。 另外， 行車導(dǎo)軌在長期使用中， 由于一直重壓和反復(fù)停車啟動造成地基松弛和導(dǎo)軌松動， 也會造成導(dǎo)軌不平， 同樣會造成停車溜車現(xiàn)象。

2 解決方案

載重后檢查車的慣性較大， 是檢查車的固有情況， 只有在鋼管檢查時或停車抓圖前采取相對較低的速度運行才能有效減小其運動慣性， 以有效制動。 這是從操作層面上在有效制動方面的實操要求。 要切實解決制動問題， 則需要從制動手段和方式上進行改進。

目前普遍采用的是電磁制動電機來實現(xiàn)檢測車的制動， 但由于工藝的需要， 大慣性檢查車啟動制動比較頻繁， 從而造成傳動系統(tǒng)故障率高、維修時間長、 維修成本高的問題[9]。 制動的目的是讓行走輪不再滾動， 甚至不滑動， 以達到制動停止。 根據(jù)這一目的， 可以在驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動的同時， 通過附加的手段對檢查車的主動輪和/或被動輪進行制動， 制止其繼續(xù)滾動， 通過滑動摩擦力使檢查車完成制動停止。

根據(jù)上述分析， 可以在工檢大車的主動輪軸或被動輪軸增加一套制動器， 制止行走輪的滾動， 則可以解決檢測車制動的問題。 通常在主動輪軸上進行加裝是最佳的方案， 可以實現(xiàn)電機驅(qū)動斷電停止和車輪滾動制動停止， 但如果主動輪軸的空間位置不足， 也可以在從動輪軸上增加制動器。 在制動器的選擇上， 應(yīng)該考慮有效制動、適當(dāng)緩沖和準確停位三者的兼顧。 其中， 適當(dāng)緩沖能有效延長傳動系統(tǒng)的使用壽命。 因此， 根據(jù)檢測車載重后的參數(shù)和運行速度選擇了制動器為YWZ4 200/E30、 推動器為Ed30/5 的電力液壓鼓式制動器， 通過調(diào)整制動力矩， 在制動時能有一定緩沖， 可以在一定程度上減輕機械傳動的急停沖擊[10]。 通常， 安裝該制動器時應(yīng)使輪軸直徑與制動器的對應(yīng)軸徑相匹配， 但由于現(xiàn)存檢查車的輪軸較細， 要安裝制動器， 則需要更換適宜的輪軸才能匹配。 如在軸上打孔安裝補償軸套則會造成輪軸上結(jié)構(gòu)破壞， 長期使用會因反復(fù)沖擊而造成早期輪軸疲勞損壞。 因此， 我們根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)計了一組輔助耐磨鎖緊軸套， 該軸套是由2 個成對加工的半圓環(huán)耐磨套組成的制動軸套， 半圓環(huán)外部硬度較高， 具有一定的耐磨性， 內(nèi)部具有一定強韌性， 以利于增大摩擦力， 便于鎖緊。 采用4 個M16 螺絲將2 個半圓耐磨套與輪軸鎖定為一體， 制動器通過對耐磨套的制動來間接實現(xiàn)對大車的制動。 車輪軸與輔助耐磨鎖緊軸套的組合如圖1 所示。

圖1 車輪軸與輔助耐磨鎖緊軸套組合示意圖

制動器的液力推動器與大車行走電機采用并聯(lián)控制， 大車行走時推動器得電松開制動器， 大車可以行走； 當(dāng)大車需要停止時， 在行走電機斷電的同時， 推力器失電， 制動器抱住制動輪軸使大車停止。 可以通過調(diào)整制動器上彈簧的松緊來控制制動的響應(yīng)時間和閘皮抱緊程度， 檢查車制動后的滑行距離可進行比較精確的控制， 同時也可兼顧制動緩沖和準確定位制動的問題。 電力液壓鼓式制動器安裝后的現(xiàn)場照片如圖2 所示。

圖2 電力液壓鼓式制動器安裝后的現(xiàn)場照片

3 實際制動效果

在未加裝制動器， 采用普通非制動電機以及未更換傳動齒輪和未修復(fù)導(dǎo)軌的情況下， 檢測車在低速制動時， 由于制動位置不同， 溜車程度也不同， 通常在幾十毫米到十幾厘米， 停止位置不好或?qū)к墵顟B(tài)不好的部位甚至達到幾十厘米的溜車。 根據(jù)現(xiàn)有情況， 直接在從動軸上加裝了輔助制動耐磨套和電力液壓鼓式制動器， 加裝后進行了空車試運行， 然后進行載重約為3 t 的Φ914 mm×12 mm 鋼管負荷試驗， 經(jīng)過多次不同速度、 不同地點的停車試驗， 停車位置準確、 可靠、 平穩(wěn)， 基本上是立即停止，個別位置出現(xiàn)10 mm 左右的偏差， 該制動范圍能夠滿足檢驗的需求， 并得到操作人員的認可。 目前該方案已經(jīng)在山東勝利鋼管有限公司的X 射線檢查車上進行廣泛推廣應(yīng)用。

4 結(jié)束語

通過增加電力液壓鼓式制動器即可實現(xiàn)檢查車的準確制動。 雖然該制動效果達到了使用要求，但仍可通過進行齒輪更換和對導(dǎo)軌進行修復(fù)得到更好的優(yōu)化。 關(guān)于行車導(dǎo)軌的修復(fù)， 通常采用的導(dǎo)軌材料為65Mn 重軌， 以往采用J606 或J607 焊條進行補焊修復(fù)， 正常處理方式為焊前進行250～400 ℃的預(yù)熱， 焊后緩熱， 焊接完成后進行600 ℃回火。 處理完后， 開裂可能性減小了， 但硬度達不到， 很快又會磨損。 可以采用冷焊機配合適當(dāng)?shù)暮覆倪M行冷焊修補， 焊后硬度與導(dǎo)軌相當(dāng)， 無咬邊， 無變形， 無硬點， 可進行修磨處理[12]。 對于65Mn 重軌的修復(fù)還可以采用專用特種合金焊條進行修復(fù)， 如WEWELDING600 特種合金鋼焊條， 根據(jù)對該焊條性能的介紹， 可實現(xiàn)焊后硬度HRC23， 工作硬化后達到HRC47 的效果[13]。 因此，可以在后期的導(dǎo)軌修復(fù)中采用這兩種方法進行嘗試性修復(fù)， 以期取得更好的導(dǎo)軌修復(fù)效果。