基于超聲檢測(cè)技術(shù)的輪軸實(shí)訓(xùn)裝置研究

◇南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 曹一杰 朱榮華 華 亮 辛 月 譚遠(yuǎn)林

隨著鐵路向高速、重載的方向發(fā)展，輪軸作為走行部的關(guān)鍵部件，其直接影響著鐵路的運(yùn)行安全，因此輪軸探傷在車輛檢修環(huán)節(jié)中顯得尤為重要?，F(xiàn)役的輪軸超聲自動(dòng)探傷機(jī)因開(kāi)放性差、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，已不能適應(yīng)高校教學(xué)實(shí)訓(xùn)的需求。本文基于超聲檢測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)了輪軸超聲檢測(cè)實(shí)訓(xùn)裝置，其具有開(kāi)放性好、操作簡(jiǎn)便、可實(shí)現(xiàn)缺陷檢測(cè)，適合學(xué)生掌握輪軸超聲檢測(cè)原理和實(shí)際操作實(shí)訓(xùn)。

1 引言

鐵路車輛的走行部對(duì)車輛運(yùn)行性能起著至關(guān)重要的作用，輪軸是走行部的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣，影響著鐵路的運(yùn)行安全。在車輛制造、檢修過(guò)程中采取有效手段發(fā)現(xiàn)輪軸缺陷并及時(shí)處理，對(duì)提高貨車制造、檢修質(zhì)量，保證行車安全起著尤為重要的作用。隨著鐵路的迅速發(fā)展，高速、重載的不斷運(yùn)用，輪軸探傷在車輛檢修環(huán)節(jié)中顯得更加重要。

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(mén)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，只完成輪對(duì)的性能檢查、車輪的踏面等重點(diǎn)部位技術(shù)參數(shù)符合車輛運(yùn)用要求，以及所裝用的軸承進(jìn)行檢查或退卸后重新組裝[1]。

20世紀(jì)50年代，我國(guó)鐵路部門(mén)開(kāi)始采用人工超聲波檢測(cè)方法（如圖1所示）對(duì)車輛輪對(duì)進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測(cè)，1985年問(wèn)世鐵路貨車輪對(duì)專用超聲波自動(dòng)探傷設(shè)備（如圖2所示），20世紀(jì)90年代進(jìn)行了行業(yè)推廣。在實(shí)際輪軸檢測(cè)過(guò)程中，不退輪的情況下，除超聲檢測(cè)技術(shù)，其他檢測(cè)方法不具備對(duì)輪軸軸頸根部、輪座鑲?cè)氩苛鸭y進(jìn)行無(wú)損探傷的足夠靈敏度，超聲探傷法一直是檢測(cè)這些疲勞裂紋的重要手段。但手動(dòng)超聲檢驗(yàn)是相當(dāng)耗時(shí)的，需要有經(jīng)驗(yàn)的工人對(duì)輪軸進(jìn)行探傷，同時(shí)需要應(yīng)用多角度的聲波來(lái)覆蓋所有的檢驗(yàn)區(qū)域、無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)控，對(duì)操作者的責(zé)任心、經(jīng)驗(yàn)、環(huán)境等要求較高，并且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，即便如此，結(jié)果還是主觀臆斷，成為檢驗(yàn)中的一個(gè)瓶頸?？朔@一瓶頸的方法之一是研制自動(dòng)化和高品質(zhì)超聲波探傷系統(tǒng)[2-3]。鐵路總公司各車輛部門(mén)自20世紀(jì)90年代開(kāi)始逐步使用超聲自動(dòng)探傷機(jī)以來(lái)，未進(jìn)行過(guò)較大改進(jìn)，目前各車輛檢修單位都進(jìn)行了裝備，部分車輛檢修單位還按雙套配置[4-5]。超聲波探傷機(jī)運(yùn)用超聲波作為探查手段，可以探查輪軸內(nèi)部缺陷，作為輪軸內(nèi)部缺陷及輪座鑲?cè)氩咳毕莸目厥侄斡衅洫?dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有穿透能力大、無(wú)損傷、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 輪軸人工超聲探傷

圖2 輪軸自動(dòng)超聲探傷

隨著鐵路向高速、重載方向發(fā)展，新車型、新軸型的不斷運(yùn)用，對(duì)鐵路院校相關(guān)教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)備提出了較高的要求，原先的手動(dòng)超聲檢測(cè)設(shè)備已不能完全適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需求。對(duì)目前現(xiàn)役的輪軸超聲波自動(dòng)探傷機(jī)，其具有開(kāi)放性差、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等特點(diǎn)，不適用于鐵路院校相關(guān)課程的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)。

本文基于超聲檢測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)可對(duì)輪軸的輪座鑲?cè)氩?、軸頸根部、軸身大裂紋等實(shí)現(xiàn)超聲波自動(dòng)探傷的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，該設(shè)備適合學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中掌握輪軸超聲檢測(cè)原理和實(shí)際操作流程。

2 輪軸超聲檢測(cè)實(shí)訓(xùn)裝置

輪軸超聲檢測(cè)實(shí)訓(xùn)裝置主要包括輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲掃查機(jī)構(gòu)兩部分組成，如圖3所示。

圖3 輪軸超聲檢測(cè)實(shí)訓(xùn)裝置

輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)，減速器，聯(lián)軸器，左支座，右支座，圓錐滾輪組成。輪軸由左右支座及其上的四個(gè)圓錐滾輪支撐，圓錐滾輪與滾輪軸一體，滾輪軸左右端安裝有軸承，軸承安裝在支撐板的軸承孔內(nèi)。電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器、減速器、圓錐滾輪，帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

超聲掃查機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，液壓伸縮桿，超聲探頭組、支架等組成。超聲探頭組固定在液壓伸縮桿上，超聲檢測(cè)前，在液壓伸縮桿驅(qū)動(dòng)下沿豎直方向向下運(yùn)動(dòng)，使超聲探頭組的楔塊與輪軸接觸；超聲檢測(cè)結(jié)束，在液壓伸縮桿驅(qū)動(dòng)下沿豎直方向向上運(yùn)動(dòng)，與輪軸脫離接觸，完成超聲探頭組的收放；液壓伸縮桿固定在支架的滑軌上，可做水平方向的左右運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)液壓伸縮桿和超聲探頭組沿支架上的滑軌做水平方向的超聲掃查運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)輪軸的輪座鑲?cè)氩?、軸頸根部、軸身大裂紋等缺陷，完成實(shí)際輪軸超聲探傷的實(shí)訓(xùn)。

輪軸超聲檢測(cè)時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)圓錐滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)輪軸作周向轉(zhuǎn)動(dòng)，超聲探頭組先通過(guò)液壓伸縮桿豎直向下與輪軸貼合，再通過(guò)超聲掃查驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)使得滑動(dòng)缸體在水平方向進(jìn)行移動(dòng)，從而帶動(dòng)超聲探頭組做水平方向的超聲掃查運(yùn)動(dòng)，完成輪座鑲?cè)氩?、軸頸根部缺陷的檢測(cè)，完成實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

3 結(jié)語(yǔ)

為順應(yīng)時(shí)代潮流，提升鐵路院校相關(guān)課程實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)與實(shí)際檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的緊密接合，需要設(shè)計(jì)研制輪軸自動(dòng)超聲探傷實(shí)訓(xùn)裝置。本文設(shè)計(jì)的輪軸超聲實(shí)訓(xùn)裝置具有開(kāi)放性好、機(jī)械穩(wěn)定性高、轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)平滑、穩(wěn)定、定位精度高、操作簡(jiǎn)便，可對(duì)輪軸的輪座鑲?cè)氩?、軸頸根部、軸身大裂紋等缺陷實(shí)現(xiàn)超聲波自動(dòng)探傷，適合學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中掌握輪軸超聲檢測(cè)原理和實(shí)際操作流程。