鐵路車輛檢修維護運用的檢測技術研究

包麗靜

摘要：為保證列車的高速運行安全，同時提高鐵路檢修部門的檢修效率與檢修能力，常采用無損檢測技術和車輛動態(tài)檢測技術配合使用的方式，為列車運行全過程提供安全保障。

關鍵詞：超聲波檢測;磁粉檢測;車輛動態(tài)檢測

0 引言

鐵路運輸作為我國重要的交通運輸方式，承擔著我國70%的運輸任務。鐵路提速、重載的進一步發(fā)展，尤其是高速鐵路的迅速發(fā)展，對鐵路車輛運行安全提出了更為嚴格的要求。車輛檢修維護應用的檢測方法可以分為兩大類：一是用于車輛靜止狀態(tài)，在車輛分解的前提下應用的無損檢測技術，主要有超聲波檢測和磁粉檢測兩種;二是用于車輛運行過程中的車輛動態(tài)檢測技術。

1 無損檢測技術

鐵路上應用最為廣泛的無損檢測方法是超聲波探傷和磁粉探傷兩種方法。特別是機車、車輛零部件，如車輪、車軸、軸承、齒輪等，需要超聲波檢測和磁粉檢測技術配合使用。

1.1? ? 超聲波檢測技術

1.1.1? ? 車軸的超聲波檢測

利用超聲波檢測車軸缺陷，首先需要確定檢測對象是空心車軸還是實心車軸。檢測對象為空心車軸時，可以將直探頭伸入車軸中心通孔，通過一次掃查實現全面檢測。檢測對象為實心車軸時，分析得出車軸易發(fā)生疲勞缺陷的部位分布在應力較大的位置，如車軸軸頸根部、輪座鑲入部外側（10～30 mm）和內側（5～30 mm），另外傳動齒輪鑲入部內外側也是易產生疲勞裂紋的區(qū)域。若缺陷不易被檢查出來，尤其在不退輪的情況下，需采用多種角度探頭實現全面檢查。探傷中使用的橫波探頭超聲波頻率為2.5 MHz，小角度縱波探頭超聲波頻率為2.5 MHz或4～5 MHz，可檢出缺陷靈敏度為2 mm的人工缺陷。探傷方法主要有直探頭縱波探傷、小角度縱波探傷和橫波探傷。

1.1.2? ? 車輪探傷

按照車輪上產生的裂紋延伸方向可以將裂紋定義為周向裂紋、徑向裂紋和斜裂紋3種。周向裂紋沿車輪圓周方向發(fā)展，發(fā)展到一定程度就會延伸至車輪踏面，容易導致車輪掉塊或車輪崩裂。沿車輪直徑方向擴展的徑向裂紋，是車輪裂紋中危險等級較高的裂紋，可導致車輪崩裂。與直徑方向成一定角度的斜裂紋，相對擴展速度慢、危險性低。利用超聲波雙晶探頭掃查踏面，只能探測到周向裂紋，對徑向裂紋和斜裂紋的檢查能力極低。徑向裂紋和斜裂紋的探測則需要用折射角大于62°的斜探頭進行探測。

1.1.3? ? 輪輞、輪緣探傷

在運用超聲波探測缺陷的過程中，由于沒有合適的探測面且探測角度不易獲取，輪輞、輪緣是車輪上最難檢測的位置。經過長期實踐，得出采用大角度橫波探頭可以在輪輞中獲取其圓周界面的多次反射波。輪緣裂紋的探傷如果采用縱波探傷方法，不管是直探頭還是雙晶探頭，幾乎都無法探測輪緣裂紋，所以對輪緣裂紋的檢測一般使用大角度橫波探傷。

1.2? ? 磁粉探傷

磁粉探傷作為鐵路車輛檢修中運用最廣泛的一種無損檢測手段，檢測對象包括輪對、車鉤、構架、制動梁等重要走形部件。其工作原理是利用電磁場對檢測工件進行磁化，工件表面及其附近存在缺陷時，會在其附近區(qū)域產生漏磁場，施加在工件表面的磁粉就會在此處聚集形成磁痕，顯示鐵磁性材料表面或近表面的不連續(xù)性和缺陷。作為一名磁粉探傷人員，是否能夠正確判斷磁痕極為重要，這直接影響探傷的準確性。

磁粉探傷效果除受探傷工操作水平影響外，還會受到磁懸液濃度、探傷機性能等因素的影響。為保證探傷系統探傷結果的靈敏度，每天開工作業(yè)前以及作業(yè)結束后都需要完成系統綜合性能校驗。性能校驗包括常規(guī)檢查、磁懸液濃度檢查和系統綜合靈敏度試驗。系統綜合靈敏度試驗采用A1型標準試片，粘貼試片時，試片刻槽面應與零部件表面密貼，“+”刻槽中應有一條刻槽與被探測零部件的中心線平行，用膠帶沿試片四周呈“井”字形將試片粘貼牢固、平整，嚴禁膠帶紙遮蓋試片刻槽部位。試片應粘貼在探傷部位磁場較弱或較易產生裂紋的部位。

2 車輛動態(tài)檢測技術

為保證車輛運行安全、穩(wěn)定，同時提高列車運行效率，鐵路部門針對運行列車采取軸溫檢測、運行品質檢測、輪對狀態(tài)檢測、重要走形部件故障狀態(tài)檢測等多種綜合的動態(tài)檢測技術對列車進行綜合檢測。

2.1? ? 軸溫檢測

采用車輛軸溫傳感器實時檢測動車組列車和客車的車軸溫度，監(jiān)督軸溫防止熱軸燃軸事故的發(fā)生。對于貨物列車則采用鐵路車輛軸溫智能檢測設備（THDS），實現定點軸溫檢測。紅外線軸溫檢測基于維恩位移定律，對不同溫度車軸產生的紅外線進行計算反推出車軸溫度。軸溫檢測通過熱敏電阻探測器或光子探測器接受紅外線，并將其轉換為電信號進行計算處理。軸溫檢測準確率高，可以很好地防范列車熱軸切軸事故。

2.2? ? 故障動態(tài)圖像檢測

傳統車輛檢測技術中，由車輛檢車員在車站對站停列車進行整車狀態(tài)檢查，人工作業(yè)不僅工作環(huán)境惡劣，還需要列車長時間站停，影響整體運輸效率。采用車輛故障動態(tài)圖像檢測系統代替?zhèn)鹘y人工檢車作業(yè)可以解決這一問題。TFDS系統是最早的車輛故障動態(tài)圖像檢測系統，應用于貨物列車動態(tài)檢測。故障動態(tài)圖像檢測技術的核心是圖像采集技術，需要以高清攝像頭的成熟運用為基礎，解決大量高清圖片的傳輸問題。隨著圖像檢測系統技術發(fā)展成熟，用于客車的TVDS系統及用于動車組列車的TEDS系統已經在鐵路系統得到全面推廣。

2.3? ? 車輛運行品質檢測

車輛運行品質是車輛性能的重要評價指標。車輛運行品質最直接的體現是列車的振動，直接影響車輛運行平穩(wěn)性、乘客乘坐舒適性以及列車運行安全。TPDS系統通過線路設置整體無砟軌道建立軌道測試平臺，在軌枕與鋼軌之間設置二維板式傳感器，軌腰處設置不打孔剪力傳感器，傳感器采集列車通過測試平臺時的振動數據，經過計算模型分析得出列車通過時兩側承受的垂向振動及橫向振動，從而判定列車是否存在超載、偏載、踏面損傷等影響列車運行品質的缺陷。

2.4? ? 車輛輪對狀態(tài)在線檢測系統

輪對作為列車主要承載結構，若車輪踏面存在損傷，將導致嚴重的行車安全事故。輪對狀態(tài)在線檢測系統可以實現每次入庫時對輪對狀態(tài)的動態(tài)檢查，主要檢測輪緣厚度、輪緣高度、踏面圓周磨耗及擦傷、輪對內側距、車輪直徑、輪輞寬度等車輪基本參數，可以準確檢測車輪踏面表面及近表面缺陷，實現缺陷位置的精確定位，滿足對輪對的測量需求。檢測結果可為車輛維修基地是否對輪對進行鏇切提供數據支撐。

3 結語

隨著動車組列車的快速發(fā)展，鐵路車輛運行的速度更快，貨物列車也實現了重載提速，這對列車運行安全提出了更高的要求，同時也對車輛部門的檢修能力提出更高要求。鐵路車輛檢修部門通過車輛動態(tài)檢測技術與車輛無損檢測技術相配合的方式，對鐵路車輛進行全面檢測。一般從外觀缺陷、運行品質、軸承溫度、輪對狀態(tài)4個方面對運行過程中的車輛進行動態(tài)檢測。轉向架、輪對、軸承等重要走行部部件的細小缺陷和內部缺陷可通過無損檢測技術進行檢測。

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