鐵路貨車軸承外圈超聲波探傷機(jī)

曲圣賢，馬文，姚成良，趙普民,何春燕

(瓦房店軸承集團(tuán)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(cè)套圈表層和亞表層存在的材料缺陷或加工制造缺陷，對(duì)于套圈深層和內(nèi)部出現(xiàn)的材料缺陷或加工制造缺陷無(wú)法檢測(cè)出來。據(jù)調(diào)查，近年來出現(xiàn)多起由于套圈深層和內(nèi)部缺陷導(dǎo)致的裝車運(yùn)行時(shí)軸承出現(xiàn)疲勞失效的情況。為了保證鐵路運(yùn)行安全，鐵道部下發(fā)運(yùn)裝貨車[2008]368號(hào)文件《鐵路貨車軸承外圈超聲波探傷技術(shù)條件》，據(jù)此，設(shè)計(jì)了鐵路貨車軸承外圈超聲波探傷機(jī)。生產(chǎn)中采用磁粉和超聲波探傷相結(jié)合的方式，彌補(bǔ)磁粉探傷對(duì)工件深層探傷的不足，確保軸承產(chǎn)品出廠質(zhì)量和可靠性。

1 探傷機(jī)結(jié)構(gòu)及參數(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

如圖1所示，超聲波探傷機(jī)由上料道、機(jī)體、配電箱、垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)、左右探傷儀、耦合液裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、按鈕盒和下料道組成。

1—上料道;2—機(jī)體;3—配電箱;4—垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu);5—左探傷儀;6—右探傷儀;7—耦合液裝置;8—轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu);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(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

機(jī)體連接所有的部件并承重受載；轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過調(diào)速電動(dòng)機(jī)使工件按一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)功率為40 W，調(diào)速范圍為3～14 r/min；垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)控制2個(gè)探頭的移動(dòng)方向和速度；耦合液裝置在探傷時(shí)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(jìn)行實(shí)際探傷操作，對(duì)整個(gè)探傷過程進(jìn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理、顯示和打印[1]。探傷機(jī)設(shè)有2處按鈕盒：機(jī)上按鈕盒和手持按鈕盒(圖中未表示)。機(jī)上按鈕盒有啟動(dòng)、停止、上下、調(diào)速和總停按鈕，手持按鈕盒有啟動(dòng)、停止和上下按鈕，上下按鈕為兩位式，調(diào)速按鈕為旋鈕式。

1.2 技術(shù)要求

被探傷軸承代表型號(hào)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(cè)面，相鄰兩次掃查重疊區(qū)域應(yīng)不小于探頭晶片尺寸的10%。掃查時(shí)，探頭與工件的相對(duì)移動(dòng)速度不大于100 mm/s。

1.3 參數(shù)確定

根據(jù)技術(shù)要求，352226X2-2RZ及353130B軸承在外徑為250 mm時(shí)允許的調(diào)速上限為[2]

在軸承外徑為230 mm時(shí)允許的調(diào)速上限為

實(shí)際操作中，根據(jù)不同產(chǎn)品及要求，使轉(zhuǎn)速控制在要求的范圍內(nèi)。

為保證相鄰兩次掃查重疊區(qū)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(dòng)比i=2。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，探頭架垂直移動(dòng)2個(gè)螺距，即探頭升降4 mm/r，因晶片尺寸為5 mm，即工件旋轉(zhuǎn)一圈中相鄰兩次掃查重疊區(qū)域尺寸為5-4=1 mm，重疊率為20%，大于10%，滿足要求。

2 探傷機(jī)工作原理

超聲波探傷機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸承外圈旋轉(zhuǎn)并通過主、從動(dòng)齒輪帶動(dòng)探頭架垂直移動(dòng)，外圈與上、下探頭的合成運(yùn)動(dòng)使探頭在外圈表面產(chǎn)生螺旋攀升的運(yùn)動(dòng)軌跡，保證了探查的連續(xù)性。但為了解決探傷初始和結(jié)束時(shí)螺旋探傷面存在的探傷盲區(qū)問題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上使外圈在第一圈和最后一圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，探頭不作垂直移動(dòng)，僅外圈做水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使探傷盲區(qū)覆蓋，實(shí)現(xiàn)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(dòng)架；6—下從動(dòng)架；7—主動(dòng)架；8—下探頭；9—上探頭；10—調(diào)速電動(dòng)機(jī)；11—從動(dòng)齒輪；12—主動(dòng)齒輪；13—下開關(guān)；14—擋鐵2；15—上開關(guān)；16—彈簧；17—彈簧座；18—正反向螺桿；19—外圈；20—傳動(dòng)螺母；21—連接板圖2 超聲波探傷機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)

上、下從動(dòng)架分別裝有2個(gè)超聲波探頭，由2臺(tái)超聲波探傷儀控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圈中部環(huán)形凹槽的探傷。2個(gè)從動(dòng)架可通過與其連接的正反向螺桿進(jìn)行間距調(diào)整，以滿足不同產(chǎn)品的使用要求。探頭具有沿外圈徑向的調(diào)整功能，探頭后端設(shè)置有2個(gè)小彈簧以使其始終和外圈接觸。

開始工作時(shí)，外圈在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)齒輪帶動(dòng)從動(dòng)齒輪，內(nèi)裝有傳動(dòng)螺母的主動(dòng)架開始上移，因?yàn)橹鲃?dòng)架上的彈簧座上端面與從動(dòng)架下端面留有一個(gè)4 mm的間隙，所以，上、下從動(dòng)架以及上、下探頭不做垂直移動(dòng)，這時(shí)，上、下探頭在外圈外表面上形成寬度為5 mm的水平環(huán)形探傷帶。當(dāng)繼續(xù)工作時(shí)，彈簧座上端面與下從動(dòng)架下端面的間隙被消除，彈簧座就開始推動(dòng)上、下從動(dòng)架上移，這時(shí)，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(jié)束時(shí)，擋鐵1靠住連接板，上、下從動(dòng)架停止上移，探頭不做垂直移動(dòng)，而外圈在調(diào)速電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，通過齒輪傳動(dòng)，主動(dòng)架在絲杠的驅(qū)動(dòng)下壓迫彈簧繼續(xù)上移，這時(shí)，上、下探頭在外圈外表面上再次形成水平環(huán)形探傷帶，直到擋鐵2碰到上開關(guān)而停止，完成一個(gè)工作循環(huán)。在做下一外圈探傷時(shí)，手持按鈕置于下行位置，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，探傷機(jī)進(jìn)行反向探傷。

3 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的鐵路貨車軸承外圈超聲波探傷機(jī)原理簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)輕巧，探傷效果可靠。可實(shí)現(xiàn)正、反向探傷，操作方便、省時(shí)且效果好，在生產(chǎn)實(shí)際中得到了較好的應(yīng)用。實(shí)踐證明，探傷檢測(cè)效率為每件用時(shí)最短2分多鐘，目前已檢測(cè)10萬(wàn)余件外圈，未發(fā)現(xiàn)一件漏檢。