基于超聲檢測技術的輪軸實訓裝置研究

◇南京鐵道職業技術學院 曹一杰 朱榮華 華 亮 辛 月 譚遠林

隨著鐵路向高速、重載的方向發展，輪軸作為走行部的關鍵部件，其直接影響著鐵路的運行安全，因此輪軸探傷在車輛檢修環節中顯得尤為重要。現役的輪軸超聲自動探傷機因開放性差、設備結構復雜，價格昂貴，已不能適應高校教學實訓的需求。本文基于超聲檢測技術，設計了輪軸超聲檢測實訓裝置，其具有開放性好、操作簡便、可實現缺陷檢測，適合學生掌握輪軸超聲檢測原理和實際操作實訓。

1 引言

鐵路車輛的走行部對車輛運行性能起著至關重要的作用，輪軸是走行部的關鍵部件，其質量的優劣，影響著鐵路的運行安全。在車輛制造、檢修過程中采取有效手段發現輪軸缺陷并及時處理，對提高貨車制造、檢修質量，保證行車安全起著尤為重要的作用。隨著鐵路的迅速發展，高速、重載的不斷運用，輪軸探傷在車輛檢修環節中顯得更加重要。

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行檢修，全面恢復輪軸的技術性能，這種修理一般在車輛工廠或專門的車輪檢修車間進行。另一種是段修，車輪與車軸不需要進行解體，只完成輪對的性能檢查、車輪的踏面等重點部位技術參數符合車輛運用要求，以及所裝用的軸承進行檢查或退卸后重新組裝[1]。

20世紀50年代，我國鐵路部門開始采用人工超聲波檢測方法（如圖1所示）對車輛輪對進行內部缺陷檢測，1985年問世鐵路貨車輪對專用超聲波自動探傷設備（如圖2所示），20世紀90年代進行了行業推廣。在實際輪軸檢測過程中，不退輪的情況下，除超聲檢測技術，其他檢測方法不具備對輪軸軸頸根部、輪座鑲入部裂紋進行無損探傷的足夠靈敏度，超聲探傷法一直是檢測這些疲勞裂紋的重要手段。但手動超聲檢驗是相當耗時的，需要有經驗的工人對輪軸進行探傷，同時需要應用多角度的聲波來覆蓋所有的檢驗區域、無法實現機控，對操作者的責任心、經驗、環境等要求較高，并且費時費力，即便如此，結果還是主觀臆斷，成為檢驗中的一個瓶頸。克服這一瓶頸的方法之一是研制自動化和高品質超聲波探傷系統[2-3]。鐵路總公司各車輛部門自20世紀90年代開始逐步使用超聲自動探傷機以來，未進行過較大改進，目前各車輛檢修單位都進行了裝備，部分車輛檢修單位還按雙套配置[4-5]。超聲波探傷機運用超聲波作為探查手段，可以探查輪軸內部缺陷，作為輪軸內部缺陷及輪座鑲入部缺陷的卡控手段有其獨特的優勢，具有穿透能力大、無損傷、效率高等優點。

圖1 輪軸人工超聲探傷

圖2 輪軸自動超聲探傷

隨著鐵路向高速、重載方向發展，新車型、新軸型的不斷運用，對鐵路院校相關教學方法、教學設備提出了較高的要求，原先的手動超聲檢測設備已不能完全適應現場檢測需求。對目前現役的輪軸超聲波自動探傷機，其具有開放性差、設備結構復雜，價格昂貴等特點，不適用于鐵路院校相關課程的實習實訓。

本文基于超聲檢測技術，設計可對輪軸的輪座鑲入部、軸頸根部、軸身大裂紋等實現超聲波自動探傷的實訓設備，該設備適合學生在實訓過程中掌握輪軸超聲檢測原理和實際操作流程。

2 輪軸超聲檢測實訓裝置

輪軸超聲檢測實訓裝置主要包括輪軸轉動機構、超聲掃查機構兩部分組成，如圖3所示。

圖3 輪軸超聲檢測實訓裝置

輪軸轉動機構主要由電機，減速器，聯軸器，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。電機通過聯軸器、減速器、圓錐滾輪，帶動車輪轉動。

超聲掃查機構主要由驅動電機，鉸鏈四桿機構，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，超聲檢測前，在液壓伸縮桿驅動下沿豎直方向向下運動，使超聲探頭組的楔塊與輪軸接觸；超聲檢測結束，在液壓伸縮桿驅動下沿豎直方向向上運動，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動。驅動電機通過聯軸器、鉸鏈四桿機構，帶動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動，檢測輪軸的輪座鑲入部、軸頸根部、軸身大裂紋等缺陷，完成實際輪軸超聲探傷的實訓。

輪軸超聲檢測時，通過驅動電機帶動圓錐滾輪轉動，從而驅動輪軸作周向轉動，超聲探頭組先通過液壓伸縮桿豎直向下與輪軸貼合，再通過超聲掃查驅動電機驅動鉸鏈四桿機構使得滑動缸體在水平方向進行移動，從而帶動超聲探頭組做水平方向的超聲掃查運動，完成輪座鑲入部、軸頸根部缺陷的檢測，完成實訓教學。

3 結語

為順應時代潮流，提升鐵路院校相關課程實習實訓與實際檢測現場的緊密接合，需要設計研制輪軸自動超聲探傷實訓裝置。本文設計的輪軸超聲實訓裝置具有開放性好、機械穩定性高、轉輪運動平滑、穩定、定位精度高、操作簡便，可對輪軸的輪座鑲入部、軸頸根部、軸身大裂紋等缺陷實現超聲波自動探傷，適合學生在實訓過程中掌握輪軸超聲檢測原理和實際操作流程。