动车组车轮探伤技术体系及检测设备运用情况

动车组车轮探伤技术体系及检测设备运用情况

邵永发

南京拓控信息科技股份有限公司

摘要：动车轮对是动车组运行部件的关键部件，其质量状况直接影响动车的行驶安全。因此，在总结国外车辆轮对检测应用技术和质量管理成功经验的基础上，根据中国动车应用标准检测体系的管理模式，中国建立了中国和谐动车组轮对检测技术管理体系。本文介绍了动车组车轮检测技术系统和测试装置使用情况及其检测原理，以供参考。

关键词:动车组;探伤技术;检测设备;运用情况

前言：随着我国高速铁路的发展，越来越多的高速动车组投入运营。中国的高速子弹头列车具有高速、高舒适的优点。因此，轮对的定期探伤也是保证动车运行部分安全的关键措施。

轮对作为列车的关键部件,在世界各地都会对其品质进行严密检查。德国、法国铁路都规定高速列车在每行驶一定千米里数后,必须采用高度自动化的超声波检测系统为轮对进行检测,以保证火车的行驶安全性。

针对当前的动车组,定期地对车轮对进行全方位检测检查是提升运用检修品质、保障运营安全的关键举措,所以,对动车组内轮对的全面探伤检查是至关重要而且紧急性的工作,目前,在各动车组运用场所以及检测基地均有对车轮各个层次的全面探伤检查工作正在开展。

1车轮的结构及材料特点

整体车轮分为踏面、轮辋、轮辋、轮辐、轮毂等部分。火车车轮用铸钢有很多种。按化学成分可分为铸造普通碳钢和低合金铸钢。铸钢车轮的各种缺陷是造成列车轮胎损坏的主要因素之一，这些缺陷的形成与铸造结构设计、熔炼、工艺造型、混凝土浇筑、清砂、精整、焊缝修补和热处理等工艺流程有关。轮胎是由熔融金属冷凝成铸件形状制成的铸件。它具有组织结构不均匀、加工松散、表面粗糙、缺陷类型和形式复杂多变等特点。

2动车车轮探伤检测原理

2.1轮辋部位检测

对车轮钢内部的测量,主要通过常规双晶直探针、相控阵探针实现,探头贴合面一般为轮胎踏面与车轮钢板内侧面[1,2]。

2.2轮辐部位检测

利用相控阵探头配合踏面，对轮辐进行探伤。用两个相控阵探头以一发一收的方式检测轮辐的圆周光刻槽，或用单相控阵探头以自发自收的方式检测轮辐的径向光刻槽[3]。

3动车组车轮检测技术系统和测试装置使用情况

3.1大功率机车轮对缺陷综合检测体系架构

其中,踏面缺陷检测:通过光学高速非踏面磨损测试技术和电磁超声波检测技术,全方位监测轮胎磨损、剥离、断裂和不圆度等踏面缺陷。轮辋轮辐缺陷检查:通过在踏面和车轮钢的侧面组合安装相控阵超声波探头和常规超声波探测器,以实现对轮辋轮辐区域缺陷的全方位扫查。轮轴缺陷检查:利用组合超声探头进行轮轴检查。

3.2日常动态检测

3.2.1日常动态检测方法

日常动态检测是在车轮日常运行状态下无需停车对其进行检测,可及时发现车轮故障,提高检测效率。由于车轮表面及轮辋轮辐内部重大缺陷特征形态多样,采用单一的检测技术难以满足应用需求,所以应结合各种车型的检修应用特点,综合采用多种日常动态故障综合诊断技术,可全面提升对车轮故障的检修能力,有效保障车轮日常运行安全。在实际应用中,根据机车车型及检修应用特点,采用组合日常动态故障诊断技术及对应设备探伤,及时把控车轮日常运行安全。若要监控高速运行下的机车车轮安全,可采用激光位移检测技术及设备,测量车轮踏面擦伤剥离、不圆度及机车载荷状况。同时可在机车入库线上,机车低速运行中使用阵列式组合超声探伤技术检测车轮轮辋轮辐部位的重大缺陷。这样综合采用多种诊断技术,可有效检测车轮表面疲劳缺陷及轮辋轮辐的重大缺陷。在机车入库线上低速运行状态下,综合使用接触式擦伤检测技术、电磁超声检测技术和阵列式组合超声探伤技术及对应设备,同样可达到检测车轮表面疲劳裂纹及轮辋轮辐重大缺陷的目的。车轮的日常动态监测技术分为:激光定位测量技术、电磁超声测量技术、接触式擦伤检测技术、阵列式超声组合探伤检测技术和光截图像测量检测技术。

3.2.2日常动态检测设备

轮对日常动态检测设备主要运用于机车运用维修段、机务段和折返段实施。车轮动态监测系统:装设于机车行驶正线上,当列车以运行高速通过时,动态自动检测车轮踏面磨损、不圆度、轮轨作用力和车轮负荷。轮对故障动态监测管理系统:安装在运用维修段机车入库线上,采用光截图像测量技术动态自动检测车轮外形尺寸和外形轮廓曲线,采用接触法检测踏面擦伤。轮对动态探伤系统:利用组合超声波探伤技术,在线检测入库机车轮对的轮辋和轮辐缺陷。适用于套箍轮、整体轮、和谐型机车轮对的动态深层次探伤。

3.3定期在线检测

3.3.1定期在线检测方法

车轮日常动态探伤,检测频次高,效率高,能够及时发现车轮表面及轮辋轮辐重大缺陷,但是无法对车轮轮辋、轮辐和车轴深层次缺陷进行检测,需要定期在线和定期落轮检修,保障轮对质量安全。定期在线检测主要使用相控阵及常规超声多探头组合探伤技术,结合检修应用周期对车轮轮辋、轮辐和车轴进行超声波探伤,严密监控车轮车轴质量。

3.3.2定期在线检测设备

定期在线检验装置使用在机车运用修理阶段,主要装置分为:移动式轮辋轮辐检测系统、移动式轮轴相控阵检测系统和复核工具便携式相控阵车轮车轴探伤仪移动式轮辋轮辐检测系统:设置在机车运用修理区段和机务段内的机车检测线上,通过沿地沟进行的检测小车自动检测在线车轮的轮辋轮辐缺陷。根据各型和谐型大功率机车车轮特性,应用了相控阵超声波检测技术和常规超声波检测技术。移动式轮轴相控阵检测系统:布置在机车运用检修段和机务段之间的机车检测线上,利用向地面移动的检测小车自动检测在线车轴缺陷,并重点扫查轴颈、轮座、齿轮座等受力部位。应用了相控阵超声检查和常规超声检查,不需拆解轮对和退轴,检测效率高。便携式相控阵轮胎车轴探伤仪:使用相控阵超声波探伤系统技术，,可进行大范围的连续角度自聚焦扫描,作业过程相对简便,不需要经常调换各角度的探头,检测效率较高,对同一缺陷多声束多角度检测,缺陷定位准确。

3.4定期落轮检测

3.4.1定期落轮检测方法

定期落轮探伤检测在大功率机车检修基地进行,而大功率机车检修又分为两年检和六年检,其中,轮对在两年检不需要分解检查,六年检需要轮轴分解检查,因此,宜采用不同探伤设备对不同状态下的轮轴状态探伤检测。定期落轮检测主要使用相控阵及常规超声多探头组合探伤技术,结合检修应用周期对车轮轮辋、轮辐和车轴进行超声波探伤,严密监控车轮车轴质量。

3.4.2定期落轮检测设备

定期落轮检查装置主要使用于北京和谐型汽车高功率测试项目基地,按照二年检和六年检的解体状况不同选择了相关仪器设备,主要分为:定位式轮车轴探伤检测系统、轮式相控阵探伤检测系统、轮轴相控阵探伤检测系统,以及便携式相控阵轮车轴探伤仪装置。定位式轮车轴对探伤检测系统:固定设置于谐和型大功率柴油机车设备检修基座的轮对检测线上,运用相控阵和压电传感超声波探伤检测技术自行检查上落轮镟修后轮对的轮辋、辐条,以及车轴缺陷。适合于各类的谐和式大输出功率内燃式、电力机车的轮对,以满足谐和式大功率柴油机车设备检修基座的布置需要。系统检测时,应允许轮对带抱轴箱、齿轮和电机。车轮相控阵探伤系统:装设于大功率机车检测基地车轮检测线上,运用相控阵和压电传感超声探伤技术自动检测拆卸或镟修后车轮的轮辋、轮辐和轮毂缺陷。适应和谐型大功率机车检修基地的布局要求,在机车六年检状态下检测分解车轮的各项缺陷。车轴相控阵探伤系统:安装在大功率机车检修基地车轴检修线上,在机车六年检状态下检测分解车轴缺陷。LZ设备应用了先进的相控阵超声波检测技术和常规的超声波检测技术,自动扫查轴颈、轴身、防尘板座、轮座、齿轮座等部位。

4研究结论

采用激光位移检测技术对高速、重载正线上运行的列车车轮踏面擦伤、剥离及不圆度等故障做日常动态检测;综合电磁超声技术、接触式擦伤检测技术和阵列式超声组合探伤技术对低速运行(1~15km/h)中的机车车轮踏面擦伤、剥离、不圆度和轮辋辐板重大缺陷进行日常动态探伤检测。将相控阵和常规超声等多探针综合检测技术,运用在对轮胎、车轴的定时在线不落轮和定时落轮状况下的超声检测中,完成了对车轮轮缘、车轮辋面和辐板的综合检测、对轮胎全涂层综合检测和对车轮轮缘、轮辋、辐板和车轴的一体化探伤。

5结语

为加快推进动车轮对综合检测技术体系,国家铁路局配备了当时国外领先的自动车轮检测装置,全面提高了技术装备水平,为动车轮对安全运营做出了积极贡献。在管好、用好仪器设备的过程中,学校培训了一大批中青年的相控阵探伤技术骨干,仪器设备现代化水平也大大提高。

参考文献

[1]彭朝勇，王黎，高晓蓉.基于超声波探伤的车轮动态检测系统研究[J].中国铁路，2010（9）

[2]穆鑫，杨春雷，李貌.国外铁路重载运输对我国铁路货运发展的启示[J].铁道经济研究，2013（1）：31-35

[3]汪春晓，张浩，高晓蓉，等.超声相控阵技术在车轮轮辋探伤中的应用[J].中国铁路，2009（5）：69-71.