基于超声检测技术的轮轴实训装置研究

◇南京铁道职业技术学院 曹一杰 朱荣华 华 亮 辛 月 谭远林

随着铁路向高速、重载的方向发展，轮轴作为走行部的关键部件，其直接影响着铁路的运行安全，因此轮轴探伤在车辆检修环节中显得尤为重要。现役的轮轴超声自动探伤机因开放性差、设备结构复杂，价格昂贵，已不能适应高校教学实训的需求。本文基于超声检测技术，设计了轮轴超声检测实训装置，其具有开放性好、操作简便、可实现缺陷检测，适合学生掌握轮轴超声检测原理和实际操作实训。

1 引言

铁路车辆的走行部对车辆运行性能起着至关重要的作用，轮轴是走行部的关键部件，其质量的优劣，影响着铁路的运行安全。在车辆制造、检修过程中采取有效手段发现轮轴缺陷并及时处理，对提高货车制造、检修质量，保证行车安全起着尤为重要的作用。随着铁路的迅速发展，高速、重载的不断运用，轮轴探伤在车辆检修环节中显得更加重要。

轮轴检修按修理程度可分为两大类，一种为厂修，即车轴与车轮解体后进行检修，全面恢复轮轴的技术性能，这种修理一般在车辆工厂或专门的车轮检修车间进行。另一种是段修，车轮与车轴不需要进行解体，只完成轮对的性能检查、车轮的踏面等重点部位技术参数符合车辆运用要求，以及所装用的轴承进行检查或退卸后重新组装[1]。

20世纪50年代，我国铁路部门开始采用人工超声波检测方法（如图1所示）对车辆轮对进行内部缺陷检测，1985年问世铁路货车轮对专用超声波自动探伤设备（如图2所示），20世纪90年代进行了行业推广。在实际轮轴检测过程中，不退轮的情况下，除超声检测技术，其他检测方法不具备对轮轴轴颈根部、轮座镶入部裂纹进行无损探伤的足够灵敏度，超声探伤法一直是检测这些疲劳裂纹的重要手段。但手动超声检验是相当耗时的，需要有经验的工人对轮轴进行探伤，同时需要应用多角度的声波来覆盖所有的检验区域、无法实现机控，对操作者的责任心、经验、环境等要求较高，并且费时费力，即便如此，结果还是主观臆断，成为检验中的一个瓶颈。克服这一瓶颈的方法之一是研制自动化和高品质超声波探伤系统[2-3]。铁路总公司各车辆部门自20世纪90年代开始逐步使用超声自动探伤机以来，未进行过较大改进，目前各车辆检修单位都进行了装备，部分车辆检修单位还按双套配置[4-5]。超声波探伤机运用超声波作为探查手段，可以探查轮轴内部缺陷，作为轮轴内部缺陷及轮座镶入部缺陷的卡控手段有其独特的优势，具有穿透能力大、无损伤、效率高等优点。

图1 轮轴人工超声探伤

图2 轮轴自动超声探伤

随着铁路向高速、重载方向发展，新车型、新轴型的不断运用，对铁路院校相关教学方法、教学设备提出了较高的要求，原先的手动超声检测设备已不能完全适应现场检测需求。对目前现役的轮轴超声波自动探伤机，其具有开放性差、设备结构复杂，价格昂贵等特点，不适用于铁路院校相关课程的实习实训。

本文基于超声检测技术，设计可对轮轴的轮座镶入部、轴颈根部、轴身大裂纹等实现超声波自动探伤的实训设备，该设备适合学生在实训过程中掌握轮轴超声检测原理和实际操作流程。

2 轮轴超声检测实训装置

轮轴超声检测实训装置主要包括轮轴转动机构、超声扫查机构两部分组成，如图3所示。

图3 轮轴超声检测实训装置

轮轴转动机构主要由电机，减速器，联轴器，左支座，右支座，圆锥滚轮组成。轮轴由左右支座及其上的四个圆锥滚轮支撑，圆锥滚轮与滚轮轴一体，滚轮轴左右端安装有轴承，轴承安装在支撑板的轴承孔内。电机通过联轴器、减速器、圆锥滚轮，带动车轮转动。

超声扫查机构主要由驱动电机，铰链四杆机构，液压伸缩杆，超声探头组、支架等组成。超声探头组固定在液压伸缩杆上，超声检测前，在液压伸缩杆驱动下沿竖直方向向下运动，使超声探头组的楔块与轮轴接触；超声检测结束，在液压伸缩杆驱动下沿竖直方向向上运动，与轮轴脱离接触，完成超声探头组的收放；液压伸缩杆固定在支架的滑轨上，可做水平方向的左右运动。驱动电机通过联轴器、铰链四杆机构，带动液压伸缩杆和超声探头组沿支架上的滑轨做水平方向的超声扫查运动，检测轮轴的轮座镶入部、轴颈根部、轴身大裂纹等缺陷，完成实际轮轴超声探伤的实训。

轮轴超声检测时，通过驱动电机带动圆锥滚轮转动，从而驱动轮轴作周向转动，超声探头组先通过液压伸缩杆竖直向下与轮轴贴合，再通过超声扫查驱动电机驱动铰链四杆机构使得滑动缸体在水平方向进行移动，从而带动超声探头组做水平方向的超声扫查运动，完成轮座镶入部、轴颈根部缺陷的检测，完成实训教学。

3 结语

为顺应时代潮流，提升铁路院校相关课程实习实训与实际检测现场的紧密接合，需要设计研制轮轴自动超声探伤实训装置。本文设计的轮轴超声实训装置具有开放性好、机械稳定性高、转轮运动平滑、稳定、定位精度高、操作简便，可对轮轴的轮座镶入部、轴颈根部、轴身大裂纹等缺陷实现超声波自动探伤，适合学生在实训过程中掌握轮轴超声检测原理和实际操作流程。