基于電磁超聲的列車輪對踏面缺陷在線檢測裝置

基于電磁超聲的列車輪對踏面缺陷在線檢測裝置

基于電磁超聲的列車輪對踏面缺陷在線檢測裝置

作者:米武軍 劉寶泉 袁鵬 馮劍釗 學院:電氣工程及自動化學院 指導教師:王淑娟 教授

一、課題研究目的

輪對是列車運行中極為重要的部件,不僅承受列車及其負載的重量,而且還要通過與鋼軌相接觸的踏面部分傳遞機車與鋼軌間的驅動力和制動力。因此,列車輪對必須保持良好的技術狀態,否則會嚴重影響行車安全。然而,由于裝配不合理、緊急制動等多種因素,輪對踏面在運行一段時間后會產生擦傷、剝離、裂紋等缺陷。這些缺陷中,裂紋的影響最為嚴重。淺層裂紋是導致前兩種缺陷的直接原因,而一旦裂紋深度超過6mm,則將面臨車輪迅速崩裂的危險。1998年6月,一向以安全可靠著稱的德國高速列車ICE發生了轟動世界的列車傾覆事故,造成大量人員傷亡和財產損失。經分析,導致此次事故的主要原因就是列車輪對上產生的疲勞裂紋。

隨著列車運行速度的逐年提高,這些問題日益凸顯。為了適應我國建設現代化鐵路的迫切需求,必須設計一種高效、精確的輪對踏面缺陷檢測裝置。

二、課題背景

我國鐵路部門規定,對運行一定公里數的列車輪對必須進行定期檢修,即在規定期限內集中大量的人力、物力對拆卸后的列車輪對有計劃地檢測和維修。目前,踏面裂紋無損檢測主要包括渦流、超聲和磁粉3種方式。這些方式雖在一定程度上能夠探測踏面表面及近表面裂紋,但存在很多不足之處:如僅能做到靜態檢測 (即對拆卸后的輪對進行檢測)、需要對踏面表面進行預處理 (如清潔或充磁)、多以人工判別為主等等。靜態檢測不僅檢測效率很低,而且精度也較差。同時,目前國內逐步興起的輪對動態檢測 (即列車在線檢測),如基于加速度傳感器、位移傳感器、激光傳感器以及CCD傳感器的檢測方案雖然能夠對列車輪對的幾何參數或擦傷、剝離進行在線測量,但因傳感器的自身特點均無法完成輪對踏面及其近表面處的裂紋檢測,而輪對踏面的淺層裂紋對輪對造成的危害最大。

電磁超聲換能器是一種新型超聲波發射接收裝置,已逐步成為國外較為主流的超聲檢測技術之一。該裝置無需聲耦合劑,無需對試件預處理,能夠方便地產生用于踏面檢測的超聲表面波。將該技術應用于列車輪對的踏面缺陷檢測,不僅精度高,而且無需拆卸輪對,能夠顯著提高檢測效率。

從各國輪對踏面缺陷檢測的研究現狀以及我國鐵路行業的發展需求來看,基于電磁超聲技術的輪對踏面檢測裝置是唯一一種能夠對踏面裂紋做到精確、在線和自動檢測的方式。雖然國際上如美國、德國已有相關產品問世,但引進費用昂貴。因此,研制一種適合我國鐵路發展需要的列車輪對踏面缺陷在線檢測裝置具有極為重要的理論意義和實用價值。

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