鐵路貨車軸承外圈超聲波探傷機

曲圣賢，馬文，姚成良，趙普民,何春燕

(瓦房店軸承集團有限公司 工程中心裝備部，遼寧 瓦房店 116300)

過去，鐵路貨車軸承外圈探傷采用磁粉探傷，由于探傷原理的制約，該方法只能檢測套圈表層和亞表層存在的材料缺陷或加工制造缺陷，對于套圈深層和內部出現的材料缺陷或加工制造缺陷無法檢測出來。據調查，近年來出現多起由于套圈深層和內部缺陷導致的裝車運行時軸承出現疲勞失效的情況。為了保證鐵路運行安全，鐵道部下發運裝貨車[2008]368號文件《鐵路貨車軸承外圈超聲波探傷技術條件》，據此，設計了鐵路貨車軸承外圈超聲波探傷機。生產中采用磁粉和超聲波探傷相結合的方式，彌補磁粉探傷對工件深層探傷的不足，確保軸承產品出廠質量和可靠性。

1 探傷機結構及參數

1.1 結構組成

如圖1所示，超聲波探傷機由上料道、機體、配電箱、垂直移動機構、左右探傷儀、耦合液裝置、轉動機構、按鈕盒和下料道組成。

1—上料道;2—機體;3—配電箱;4—垂直移動機構;5—左探傷儀;6—右探傷儀;7—耦合液裝置;8—轉動機構;9—按鈕盒;10—軸承外圈;11—下料道圖1 鐵路貨車軸承外圈超聲波探傷機結構簡圖

機體連接所有的部件并承重受載；轉動機構通過調速電動機使工件按一定轉速旋轉，電動機功率為40 W，調速范圍為3～14 r/min；垂直移動機構控制2個探頭的移動方向和速度；耦合液裝置在探傷時為探頭和工件之間澆注必備的溶液，提高探傷效果；探傷儀進行實際探傷操作，對整個探傷過程進行監視、數據處理、顯示和打印[1]。探傷機設有2處按鈕盒：機上按鈕盒和手持按鈕盒(圖中未表示)。機上按鈕盒有啟動、停止、上下、調速和總停按鈕，手持按鈕盒有啟動、停止和上下按鈕，上下按鈕為兩位式，調速按鈕為旋鈕式。

1.2 技術要求

被探傷軸承代表型號為352226X2-2RZ和353130B，工件最小外徑230 mm，最大外徑250 mm，最大寬度160 mm。要求探頭掃查范圍為軸承外圈全部檢測面，相鄰兩次掃查重疊區域應不小于探頭晶片尺寸的10%。掃查時，探頭與工件的相對移動速度不大于100 mm/s。

1.3 參數確定

根據技術要求，352226X2-2RZ及353130B軸承在外徑為250 mm時允許的調速上限為[2]

在軸承外徑為230 mm時允許的調速上限為

實際操作中，根據不同產品及要求，使轉速控制在要求的范圍內。

為保證相鄰兩次掃查重疊區域不小于探頭晶片尺寸的10%，滿足軸承外圈表面掃查全覆蓋，取探頭架絲杠螺距為2 mm，齒輪傳動比i=2。當工件旋轉一圈時，探頭架垂直移動2個螺距，即探頭升降4 mm/r，因晶片尺寸為5 mm，即工件旋轉一圈中相鄰兩次掃查重疊區域尺寸為5-4=1 mm，重疊率為20%，大于10%，滿足要求。

2 探傷機工作原理

超聲波探傷機主機結構如圖2所示。直流調速電動機驅動軸承外圈旋轉并通過主、從動齒輪帶動探頭架垂直移動，外圈與上、下探頭的合成運動使探頭在外圈表面產生螺旋攀升的運動軌跡，保證了探查的連續性。但為了解決探傷初始和結束時螺旋探傷面存在的探傷盲區問題，在結構設計上使外圈在第一圈和最后一圈旋轉時，探頭不作垂直移動，僅外圈做水平旋轉運動，從而使探傷盲區覆蓋，實現全覆蓋探傷。

1—左探傷儀；2—右探傷儀；3—擋鐵1；4—絲杠；5—上從動架；6—下從動架；7—主動架；8—下探頭；9—上探頭；10—調速電動機；11—從動齒輪；12—主動齒輪；13—下開關；14—擋鐵2；15—上開關；16—彈簧；17—彈簧座；18—正反向螺桿；19—外圈；20—傳動螺母；21—連接板圖2 超聲波探傷機主機結構

上、下從動架分別裝有2個超聲波探頭，由2臺超聲波探傷儀控制，實現對外圈中部環形凹槽的探傷。2個從動架可通過與其連接的正反向螺桿進行間距調整，以滿足不同產品的使用要求。探頭具有沿外圈徑向的調整功能，探頭后端設置有2個小彈簧以使其始終和外圈接觸。

開始工作時，外圈在電動機驅動下旋轉，主動齒輪帶動從動齒輪，內裝有傳動螺母的主動架開始上移，因為主動架上的彈簧座上端面與從動架下端面留有一個4 mm的間隙，所以，上、下從動架以及上、下探頭不做垂直移動，這時，上、下探頭在外圈外表面上形成寬度為5 mm的水平環形探傷帶。當繼續工作時，彈簧座上端面與下從動架下端面的間隙被消除，彈簧座就開始推動上、下從動架上移，這時，上、下探頭在外圈外表面上形成螺距為4 mm的螺旋形探傷帶。探傷臨近結束時，擋鐵1靠住連接板，上、下從動架停止上移，探頭不做垂直移動，而外圈在調速電動機的驅動下繼續旋轉，通過齒輪傳動，主動架在絲杠的驅動下壓迫彈簧繼續上移，這時，上、下探頭在外圈外表面上再次形成水平環形探傷帶，直到擋鐵2碰到上開關而停止，完成一個工作循環。在做下一外圈探傷時，手持按鈕置于下行位置，電動機反轉，探傷機進行反向探傷。

3 結束語

設計的鐵路貨車軸承外圈超聲波探傷機原理簡單，結構輕巧，探傷效果可靠。可實現正、反向探傷，操作方便、省時且效果好，在生產實際中得到了較好的應用。實踐證明，探傷檢測效率為每件用時最短2分多鐘，目前已檢測10萬余件外圈，未發現一件漏檢。