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淺談機(jī)車輪對在線深層次探傷系統(tǒng)運(yùn)用效果及改進(jìn)建議論文
1 系統(tǒng)概述
輪對在線深層次探傷系統(tǒng)安裝在機(jī)車入庫線上，采用超聲波陣列探傷技術(shù)在線動(dòng)態(tài)檢測入庫機(jī)車的輪輞及輪箍周向和徑向缺陷、輪緣徑向缺陷。當(dāng)機(jī)車通過檢測區(qū)域時(shí)，軌道兩側(cè)陣列布置的超聲波探頭對輪對進(jìn)行動(dòng)態(tài)超聲波探傷檢測，并自動(dòng)對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和存儲，探傷檢測結(jié)果以報(bào)表的形式供專職操作人員和設(shè)備管理人員查看，為機(jī)車輪對的維護(hù)和檢修提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息。
系統(tǒng)由現(xiàn)場檢測單元、設(shè)備間和控制室3部分組成，其中現(xiàn)場檢測單元對原始超聲波檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和預(yù)處理;設(shè)備間用于對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析處理，獲得檢測結(jié)果并上傳至控制室;控制室內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)專家診斷平臺，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、查詢統(tǒng)計(jì)、分析診斷、管理。
2 檢測系統(tǒng)原理及性能
目前，輪對在線深層次探傷系統(tǒng)常用的檢測方法主要有接觸式超聲波陣列探傷技術(shù)和液浸式超聲波陣列探傷技術(shù)兩種。接觸式檢測相對于液浸式檢測具有更小的維護(hù)量和更好的檢測穩(wěn)定性，被廣泛采用。
2.1 接觸式超聲波探傷原理
傳統(tǒng)的機(jī)車輪對探傷主要采用手工探傷方式，通過探頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)探傷檢測，而接觸式超聲波陣列探傷技術(shù)是將超聲波探頭陣列式地布置在軌道兩側(cè)，超聲波探頭陣列由雙晶直探頭和大角度直探頭組成，當(dāng)機(jī)車通過檢測區(qū)域時(shí)，超聲波探頭與輪對直接動(dòng)態(tài)接觸，完成對輪對的探傷檢測，是一種通過式在線檢測方式
2.3 接觸式與液浸式探傷技術(shù)對比分析以上兩種探傷方法中，接觸式超聲探傷設(shè)備投入市場較早，具有較高的靈敏度，缺陷檢測能力較強(qiáng)，是當(dāng)時(shí)有效的一種機(jī)車輪對在線超聲檢測設(shè)備，運(yùn)用過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn);液浸式超聲波探傷設(shè)備投入市場較晚，設(shè)備原理先進(jìn)、檢測效果突出。
(1)探頭耦合方式，接觸式超聲探傷設(shè)備超聲探頭2.2 液浸式超聲波陣列探傷原理液浸式超聲波陣列探傷技術(shù)同樣是一種通過式輪對在線探傷技術(shù)，與接觸式超聲波陣列探傷技術(shù)不同的是，液浸式技術(shù)是將液浸聚焦探頭陣列式地布置在液槽中。當(dāng)車輪位于探頭上方時(shí)，超聲波探頭并不與輪對直接接觸，聲束通過水的傳導(dǎo)，近似入射到踏面上的一個(gè)固定點(diǎn)。在車輪通過探頭的過程中，聲束沿入射點(diǎn)形成角度掃描，實(shí)現(xiàn)輪輞缺陷探傷檢測
直接與車輪踏面貼合，中間的空隙靠噴射水填充;液浸式超聲波探傷設(shè)備探頭與踏面距離一百多毫米，中間靠流動(dòng)水填充，探頭一次安裝完成后固定不動(dòng)探頭沒有磨損，由于探頭與車輪都在水下，不存在超聲波耦合不良的問題，系統(tǒng)很穩(wěn)定。由于水介質(zhì)帶來一定的能量損耗，所以液浸式超聲探頭較接觸式探頭的發(fā)射能量大些。
(2)檢測方式，接觸式超聲探傷設(shè)備是在車輪與探頭正接觸時(shí)激發(fā)一次檢測;浸式超聲波探傷設(shè)備采用了逐層掃描的工作方式，能穩(wěn)定形成較密檢測超聲覆蓋。
(3)探頭排布方式，接觸式超聲探傷設(shè)備探頭水平排列在軌平面上，用彈性結(jié)構(gòu)支撐。受支撐機(jī)械結(jié)構(gòu)限制，探頭間隙處車輪無法檢測;液浸式超聲波探傷設(shè)備探頭為弧形排列，超聲波到達(dá)車輪踏面時(shí)實(shí)現(xiàn)了無縫隙銜接。
3 運(yùn)用效果
目前，采用接觸式探傷技術(shù)的機(jī)車輪對在線深層次探傷系統(tǒng)已在全路運(yùn)用100余套，累計(jì)檢測各型機(jī)車超過60多萬臺次，共檢出超過600例機(jī)車輪輞缺陷，其中輪輞內(nèi)部缺陷300余例，有效防止了機(jī)車輪對帶病上線，避免了機(jī)車輪對事故。
2015年3月9日南寧機(jī)務(wù)段的機(jī)車輪對在線深層次探傷系統(tǒng)檢測HXD1C-0534機(jī)車I端1軸左輪輪輞內(nèi)部輞裂缺陷：踏面下約6～16mm處多處輪輞周向輞裂缺陷，最大缺陷尺寸為周向5mm 軸向25mm 徑向16mm
2015年10月1日南寧機(jī)務(wù)段的機(jī)車輪對在線深層次探傷系統(tǒng)檢測出HXD3C-0242機(jī)車I端4軸右輪輪輞內(nèi)部輞裂缺陷：踏面下約12～18mm 處，周向220mm軸向50mm徑向7mm
2015年10月20日庫爾勒機(jī)務(wù)段的機(jī)車輪對在線深層次探傷系統(tǒng)檢測出HXD3CA-6033機(jī)車I端5軸左輪輪輞內(nèi)部輞裂缺陷：踏面下約12.5～36.3mm，周向270mm軸向75mm徑向23.8mm
2015年11月3日集寧機(jī)務(wù)段呼和浩特車間的機(jī)車輪對在線深層次探傷系統(tǒng)檢測出HXD3C-1026機(jī)車I段6軸右輪輪輞內(nèi)部輪輞缺陷：踏面下約22.9～61.9mm處，周向170mm軸向10mm徑向39mm
機(jī)車輪對在線深層次探傷系統(tǒng)由于安裝在機(jī)車入段咽喉部位，可對各機(jī)務(wù)段入段的所有機(jī)車輪對進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)檢測，發(fā)揮了輪對質(zhì)量第一道安全屏障作用，減輕了人工作業(yè)勞動(dòng)量，提升了機(jī)車輪對檢修維護(hù)效率。在運(yùn)用過程中，為更好地發(fā)揮該探傷系統(tǒng)的安全保障作用，進(jìn)一步提高輪對檢修維護(hù)效率，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下3點(diǎn)管理經(jīng)驗(yàn)：
(1)采用“狀態(tài)良好”、“跟蹤控制”和“復(fù)查判斷”三級自動(dòng)報(bào)警模式，實(shí)施差異化的報(bào)警管理。其中，“狀態(tài)良好”表明輪對無缺陷，無需關(guān)注;“跟蹤控制”表明輪對存在未超限的小缺陷，無需處理但需重點(diǎn)關(guān)注;" 復(fù)查判斷" 表明輪對存在超限缺陷，需要立即扣車處理。設(shè)備專職操作人員和管理人員需嚴(yán)格按照三級報(bào)警說明對輪對進(jìn)行妥善處理。
(2)為保持設(shè)備始終處于良好的性能狀態(tài)，須配備設(shè)備專職維護(hù)管理人員，定期對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理。
(3)需嚴(yán)格規(guī)范機(jī)車司機(jī)的入段作業(yè)，嚴(yán)禁機(jī)車在檢測區(qū)域內(nèi)撒沙，避免對系統(tǒng)的檢測能力造成影響。
4 改進(jìn)建議
為了更好地發(fā)揮輪對在線深層次探傷系統(tǒng)的作用，針對機(jī)車輪對現(xiàn)場運(yùn)用需求和設(shè)備運(yùn)用中的局限性，提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)建議：
4.1 提升系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化水平輪對在線深層次探傷系統(tǒng)應(yīng)提升模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化水平，形成下述標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)性模塊：
(1)硬件模塊：現(xiàn)場基本檢測單元設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化激勵(lì)和信號、現(xiàn)場設(shè)備間信號處理及數(shù)據(jù)采集模塊、系統(tǒng)控制及管理模塊;
(2)軟件模塊：數(shù)據(jù)采集分析應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)分析軟件、WEB數(shù)據(jù)發(fā)布及用戶應(yīng)用軟件、控制臺軟件;
(3)數(shù)據(jù)模塊：數(shù)據(jù)庫、預(yù)警告警數(shù)據(jù)、特征量數(shù)據(jù)、輔助數(shù)據(jù)信息，為數(shù)據(jù)中心的連續(xù)、長期的數(shù)據(jù)跟蹤分析提供全面、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源。這樣即保證了不同功能子系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性，又為用戶后續(xù)擴(kuò)展和系統(tǒng)維護(hù)、升級提供了方便條件。
4.2 進(jìn)一步提高檢測系統(tǒng)的速度適應(yīng)性為提高機(jī)務(wù)段整備作業(yè)效率，建議采用高精度傳感器，使得檢測時(shí)過車速度能提高到8km/h以上。
4.3 優(yōu)化樣板輪對上下線裝置設(shè)計(jì)，簡化上下線操作 提升校驗(yàn)標(biāo)定作業(yè)效率。
4.4 構(gòu)建專家診斷系統(tǒng)
進(jìn)一步提升檢測系統(tǒng)智能化水平，實(shí)現(xiàn)機(jī)車入庫綜合檢測數(shù)據(jù)平臺化。對系統(tǒng)產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘、統(tǒng)計(jì)建模，對發(fā)現(xiàn)的機(jī)車輪對內(nèi)部缺陷和機(jī)車運(yùn)行區(qū)段、機(jī)車輪對材質(zhì)、機(jī)車輪對生產(chǎn)批次、機(jī)車輪對生產(chǎn)工藝等多個(gè)因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，隨著統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的不斷增加，逐步構(gòu)建由知識庫、推理機(jī)和交互界面構(gòu)成的專家診斷系統(tǒng)，由專家診斷系統(tǒng)給出機(jī)車輪對狀態(tài)和狀態(tài)變化趨勢，逐步實(shí)現(xiàn)由故障報(bào)警向故障預(yù)警轉(zhuǎn)變，節(jié)約過剩維修造成的檢修、運(yùn)用成本，消除由于狀態(tài)突變造成的安全隱患，為確保機(jī)車質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)我國鐵路運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展提供重要的技術(shù)保障。
4.5 研制非直接接觸隨動(dòng)式超聲波探傷裝置目前，接觸式超聲波探傷、液浸式超聲波探傷裝置為機(jī)務(wù)段在線深層次探傷系統(tǒng)的主要形式，但是這兩種探傷方式在應(yīng)用中存在不足：
(1)探頭數(shù)量太多，一般為400～600只，導(dǎo)致設(shè)備規(guī)模龐大，現(xiàn)場設(shè)備使用的長期可靠性有待提高，后期維護(hù)成本較高;
(2)為解決耦合問題，采用水噴淋法或液浸掃描技術(shù)，大量的探頭與運(yùn)動(dòng)的車輪之間難以全部形成良好的聲耦合，開放的工作環(huán)境，也很難保證耦合介質(zhì)的穩(wěn)定性，且在北方地區(qū)，因寒冷冬天也無法正常使用。為此，應(yīng)加快研制解決超聲波探頭數(shù)量多和目前系統(tǒng)存在的耦合問題的非直接接觸隨動(dòng)式超聲波探傷裝置。
5 結(jié)束語
隨著輪對在線深層次探傷系統(tǒng)在機(jī)務(wù)系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用，各型機(jī)車輪輞缺陷的探傷檢測更加方便快捷，提高了輪對探傷檢測效率，有效保障機(jī)車輪對運(yùn)用質(zhì)量和安全。建議進(jìn)一步提升系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化水平，提高檢測時(shí)機(jī)車通過速度，構(gòu)建專家診斷系統(tǒng)，完善信息化平臺建設(shè)，開發(fā)研制南北方均適用的非直接接觸隨動(dòng)式超聲波探傷裝置。更好為機(jī)車安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
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