淺談機車輪對線上深層次探傷系統運用效果及改進建議論文
淺談機車輪對線上深層次探傷系統運用效果及改進建議論文
1 系統概述
輪對線上深層次探傷系統安裝在機車入庫線上，採用超聲波陣列探傷技術線上動態檢測入庫機車的輪輞及輪箍周向和徑向缺陷、輪緣徑向缺陷。當機車透過檢測區域時，軌道兩側陣列布置的超聲波探頭對輪對進行動態超聲波探傷檢測，並自動對檢測資料進行分析、處理和儲存，探傷檢測結果以報表的形式供專職操作人員和裝置管理人員檢視，為機車輪對的維護和檢修提供及時準確的資訊。
系統由現場檢測單元、裝置間和控制室3部分組成，其中現場檢測單元對原始超聲波檢測資料進行採集和預處理;裝置間用於對檢測資料進行自動分析處理，獲得檢測結果並上傳至控制室;控制室內設定有資料專家診斷平臺，實現檢測資料的統一儲存、查詢統計、分析診斷、管理。
2 檢測系統原理及效能
目前，輪對線上深層次探傷系統常用的檢測方法主要有接觸式超聲波陣列探傷技術和液浸式超聲波陣列探傷技術兩種。接觸式檢測相對於液浸式檢測具有更小的維護量和更好的檢測穩定性，被廣泛採用。
2.1 接觸式超聲波探傷原理
傳統的機車輪對探傷主要採用手工探傷方式，透過探頭往復運動實現探傷檢測，而接觸式超聲波陣列探傷技術是將超聲波探頭陣列式地佈置在軌道兩側，超聲波探頭陣列由雙晶直探頭和大角度直探頭組成，當機車透過檢測區域時，超聲波探頭與輪對直接動態接觸，完成對輪對的探傷檢測，是一種透過式線上檢測方式
2.3 接觸式與液浸式探傷技術對比分析以上兩種探傷方法中，接觸式超聲探傷裝置投入市場較早，具有較高的靈敏度，缺陷檢測能力較強，是當時有效的一種機車輪對線上超聲檢測裝置，運用過程中積累了豐富的經驗;液浸式超聲波探傷裝置投入市場較晚，裝置原理先進、檢測效果突出。
(1)探頭耦合方式，接觸式超聲探傷裝置超聲探頭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同樣是一種透過式輪對線上探傷技術，與接觸式超聲波陣列探傷技術不同的是，液浸式技術是將液浸聚焦探頭陣列式地佈置在液槽中。當車輪位於探頭上方時，超聲波探頭並不與輪對直接接觸，聲束透過水的傳導，近似入射到踏面上的一個固定點。在車輪透過探頭的過程中，聲束沿入射點形成角度掃描，實現輪輞缺陷探傷檢測
直接與車輪踏面貼合，中間的空隙靠噴射水填充;液浸式超聲波探傷裝置探頭與踏面距離一百多毫米，中間靠流動水填充，探頭一次安裝完成後固定不動探頭沒有磨損，由於探頭與車輪都在水下，不存在超聲波耦合不良的問題，系統很穩定。由於水介質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射能量大些。
(2)檢測方式，接觸式超聲探傷裝置是在車輪與探頭正接觸時激發一次檢測;浸式超聲波探傷裝置採用了逐層掃描的工作方式，能穩定形成較密檢測超聲覆蓋。
(3)探頭排布方式，接觸式超聲探傷裝置探頭水平排列在軌平面上，用彈性結構支撐。受支撐機械結構限制，探頭間隙處車輪無法檢測;液浸式超聲波探傷裝置探頭為弧形排列，超聲波到達車輪踏面時實現了無縫隙銜接。
3 運用效果
目前，採用接觸式探傷技術的機車輪對線上深層次探傷系統已在全路運用100餘套，累計檢測各型機車超過60多萬臺次，共檢出超過600例機車輪輞缺陷，其中輪輞內部缺陷300餘例，有效防止了機車輪對帶病上線，避免了機車輪對事故。
2015年3月9日南寧機務段的機車輪對線上深層次探傷系統檢測HXD1C-0534機車I端1軸左輪輪輞內部輞裂缺陷：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日南寧機務段的機車輪對線上深層次探傷系統檢測出HXD3C-0242機車I端4軸右輪輪輞內部輞裂缺陷：踏面下約12～18mm 處，周向220mm軸向50mm徑向7mm
2015年10月20日庫爾勒機務段的機車輪對線上深層次探傷系統檢測出HXD3CA-6033機車I端5軸左輪輪輞內部輞裂缺陷：踏面下約12.5～36.3mm，周向270mm軸向75mm徑向23.8mm
2015年11月3日集寧機務段呼和浩特車間的機車輪對線上深層次探傷系統檢測出HXD3C-1026機車I段6軸右輪輪輞內部輪輞缺陷：踏面下約22.9～61.9mm處，周向170mm軸向10mm徑向39mm
機車輪對線上深層次探傷系統由於安裝在機車入段咽喉部位，可對各機務段入段的所有機車輪對進行快速動態檢測，發揮了輪對質量第一道安全屏障作用，減輕了人工作業勞動量，提升了機車輪對檢修維護效率。在運用過程中，為更好地發揮該探傷系統的安全保障作用，進一步提高輪對檢修維護效率，結合現場實際應用經驗，總結了以下3點管理經驗：
(1)採用“狀態良好”、“跟蹤控制”和“複查判斷”三級自動報警模式，實施差異化的報警管理。其中，“狀態良好”表明輪對無缺陷，無需關注;“跟蹤控制”表明輪對存在未超限的小缺陷，無需處理但需重點關注;" 複查判斷" 表明輪對存在超限缺陷，需要立即扣車處理。裝置專職操作人員和管理人員需嚴格按照三級報警說明對輪對進行妥善處理。
(2)為保持裝置始終處於良好的效能狀態，須配備裝置專職維護管理人員，定期對裝置進行維護和管理。
(3)需嚴格規範機車司機的入段作業，嚴禁機車在檢測區域內撒沙，避免對系統的檢測能力造成影響。
4 改進建議
為了更好地發揮輪對線上深層次探傷系統的作用，針對機車輪對現場運用需求和裝置運用中的侷限性，提出以下幾點改進建議：
4.1 提升系統的模組化、標準化水平輪對線上深層次探傷系統應提升模組化、標準化水平，形成下述標準化的系統性模組：
(1)硬體模組：現場基本檢測單元裝置標準化激勵和訊號、現場裝置間訊號處理及資料採集模組、系統控制及管理模組;
(2)軟體模組：資料採集分析應用軟體、資料分析軟體、WEB資料釋出及使用者應用軟體、控制檯軟體;
(3)資料模組：資料庫、預警告警資料、特徵量資料、輔助資料資訊，為資料中心的連續、長期的資料跟蹤分析提供全面、穩定的資料來源。這樣即保證了不同功能子系統的長期穩定性，又為使用者後續擴充套件和系統維護、升級提供了方便條件。
4.2 進一步提高檢測系統的速度適應性為提高機務段整備作業效率，建議採用高精度感測器，使得檢測時過車速度能提高到8km/h以上。
4.3 最佳化樣板輪對上下線裝置設計，簡化上下線操作 提升校驗標定作業效率。
4.4 構建專家診斷系統
進一步提升檢測系統智慧化水平，實現機車入庫綜合檢測資料平臺化。對系統產生的檢測資料進行深度挖掘、統計建模，對發現的機車輪對內部缺陷和機車執行區段、機車輪對材質、機車輪對生產批次、機車輪對生產工藝等多個因素進行關聯性分析，隨著統計資料的不斷增加，逐步構建由知識庫、推理機和互動介面構成的專家診斷系統，由專家診斷系統給出機車輪對狀態和狀態變化趨勢，逐步實現由故障報警向故障預警轉變，節約過剩維修造成的檢修、運用成本，消除由於狀態突變造成的.安全隱患，為確保機車質量，實現我國鐵路運輸的快速發展提供重要的技術保障。
4.5 研製非直接接觸隨動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務段線上深層次探傷系統的主要形式，但是這兩種探傷方式在應用中存在不足：
(1)探頭數量太多，一般為400～600只，導致裝置規模龐大，現場裝置使用的長期可靠性有待提高，後期維護成本較高;
(2)為解決耦合問題，採用水噴淋法或液浸掃描技術，大量的探頭與運動的車輪之間難以全部形成良好的聲耦合，開放的工作環境，也很難保證耦合介質的穩定性，且在北方地區，因寒冷冬天也無法正常使用。為此，應加快研製解決超聲波探頭數量多和目前系統存在的耦合問題的非直接接觸隨動式超聲波探傷裝置。
5 結束語
隨著輪對線上深層次探傷系統在機務系統的廣泛運用，各型機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，有效保障機車輪對運用質量和安全。建議進一步提升系統的模組化、標準化水平，提高檢測時機車透過速度，構建專家診斷系統，完善資訊化平臺建設，開發研製南北方均適用的非直接接觸隨動式超聲波探傷裝置。更好為機車安全執行保駕護航。