淺析動(dòng)車(chē)組車(chē)輪探傷

韓健

摘 要：本文旨在介紹動(dòng)車(chē)組探傷技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)車(chē)組車(chē)輪損傷的形式與分類(lèi)，以及超聲波技術(shù)在動(dòng)車(chē)組運(yùn)用修中的應(yīng)用。通過(guò)介紹動(dòng)車(chē)組超聲波車(chē)輪探傷機(jī)，分析動(dòng)車(chē)組車(chē)輪探傷技術(shù)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車(chē)組；車(chē)輪；探傷；超聲波探傷

隨著高速鐵路的飛速發(fā)展，動(dòng)車(chē)組的配屬數(shù)量不斷增加，對(duì)于動(dòng)車(chē)組的檢修工作變得尤為重要。動(dòng)車(chē)組的日常檢修稱為運(yùn)用修，包含一級(jí)檢修與二級(jí)檢修。其中二級(jí)修的關(guān)鍵項(xiàng)目是對(duì)車(chē)輪、車(chē)軸的檢查，同時(shí)也是技術(shù)要求相對(duì)較高的檢修項(xiàng)目。為了確保動(dòng)車(chē)組安全有效的擔(dān)任客運(yùn)任務(wù)，動(dòng)車(chē)運(yùn)用部門(mén)必須要對(duì)車(chē)輪和車(chē)軸等關(guān)鍵走行部件進(jìn)行周期性檢測(cè)。車(chē)軸是走行部的關(guān)鍵部件，是列車(chē)安全運(yùn)行的基石，對(duì)行車(chē)安全有著直接影響。

我國(guó)研發(fā)的適用于時(shí)速350Km的自主化輪軸搭載在先期考核的前兩列“復(fù)興號(hào)”中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組上，四方股份和長(zhǎng)客股份各一列，每列車(chē)一半裝用自主化輪軸，一半裝用進(jìn)口輪軸。先后在大西、鄭徐、哈大客專進(jìn)行了總里程約60萬(wàn)公里的運(yùn)用考核，考核后自主化輪軸正式投入運(yùn)營(yíng)，最長(zhǎng)服役里程已達(dá)到120萬(wàn)公里。對(duì)于高速度級(jí)車(chē)輪的探傷技術(shù)和設(shè)備要求更高，處置流程也更加復(fù)雜。

1 車(chē)輪傷損

車(chē)輪損傷的原因主要有以下幾種：由于制造缺陷造成的傷損；由于輪軌接觸疲勞或輪軌接觸應(yīng)力過(guò)大造成的傷損；由于外界異物壓入或其它機(jī)械作用造成的車(chē)輪傷損。車(chē)輪損傷失效的形式主要表現(xiàn)為：裂紋、剝離、擦傷、碾邊、異常磨耗、掉塊、劃傷等等。其中尤以裂紋、剝離、擦傷等較為常見(jiàn)。探傷的主要目的是為了找到探測(cè)對(duì)象的故障類(lèi)型與故障位置。

輞列是車(chē)輪故障中較為典型的損傷，是指車(chē)輪內(nèi)部疲勞裂紋，裂紋起源于輪輞內(nèi)部，當(dāng)裂紋拓展到輪輞外側(cè)時(shí)可在車(chē)輪表面上觀察到，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，當(dāng)裂紋拓展出來(lái)發(fā)展成局部大塊脫落，很可能引起列車(chē)切軸、脫軌等惡性行車(chē)事故，危機(jī)列車(chē)安全。車(chē)輪疲勞裂紋的三種趨向：

1）周向裂紋：有時(shí)也稱為水平裂紋，基本上沿著圓周或水平方向發(fā)展，到一定程度會(huì)拐向踏面。

2）徑向裂紋：沿車(chē)輪半徑方向發(fā)展，可直接導(dǎo)致車(chē)輪崩裂。

3）斜裂紋：與車(chē)輪半徑方向呈一定角度的疲勞缺陷。

2 輪對(duì)超聲波探傷

根據(jù)中國(guó)鐵路總公司對(duì)高速鐵路動(dòng)車(chē)組輪輞輪輻探傷的要求，CRH動(dòng)車(chē)組超聲波探傷分為定期在線探傷和定期落輪探傷，主要探測(cè)輪對(duì)在運(yùn)用過(guò)程中輪輞和輪輻部位產(chǎn)生的各類(lèi)疲勞缺陷。

2.1 探傷檢測(cè)原理

組合利用相控陣探傷（PA）技術(shù)和常規(guī)超聲探傷（UT）技術(shù)，其超聲波載體單元部分由相控陣探頭、大角度探頭、TR直探頭按照一定的布局組合，實(shí)現(xiàn)輪輞、輪輻部位周向、徑向、斜向缺陷的全覆蓋。

2.2 探傷檢測(cè)工藝

對(duì)照中國(guó)高鐵和德國(guó)的車(chē)輪檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮了缺陷的類(lèi)型、位置及形狀對(duì)檢出精度的影響，可以檢測(cè)出輪緣區(qū)、輪輞區(qū)、輪輻區(qū)和過(guò)渡區(qū)域的缺陷。

1）探傷當(dāng)量技術(shù)指標(biāo)。輪輞外側(cè)上方倒角裂紋：10mm×5mm（倒角處梯形上下邊長(zhǎng)）； 輪輞外側(cè)下方倒角裂紋：12mm×4mm；輪緣內(nèi)側(cè)：10mm長(zhǎng)×2mm深；輪緣根部：10mm長(zhǎng)×2mm深；內(nèi)部缺陷：≥Φ2mm。

2）輪輻各部位缺陷標(biāo)準(zhǔn)。輪輻周向缺陷：15mm長(zhǎng)×3mm深；輪輻徑向缺陷：15mm長(zhǎng)×3mm深；內(nèi)部缺陷：≥Φ3mm。

3 動(dòng)車(chē)組車(chē)輪探傷技術(shù)

動(dòng)車(chē)組車(chē)輪探傷作業(yè)主要靠探傷機(jī)完成，探傷機(jī)由檢測(cè)車(chē)、頂轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)檢測(cè)單元、系統(tǒng)控制及處理單元、對(duì)比試樣輪、便攜式相控陣探傷儀器等6個(gè)模塊組成。6大模塊的具體功能如下：

1）檢測(cè)小車(chē)負(fù)責(zé)將檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)送到被檢車(chē)輪位置，包括沿地溝運(yùn)行的承重小車(chē)，小車(chē)驅(qū)動(dòng)單元，檢測(cè)設(shè)備升降和旋轉(zhuǎn)單元。

2）頂轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)包括輪對(duì)頂升單元，輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)單元；輪對(duì)探傷前需要將輪對(duì)頂起，輪對(duì)底部踏面需離開(kāi)軌面10mm左右，探傷時(shí)四個(gè)探頭架將探頭貼合于左右兩個(gè)車(chē)輪的踏面和輪輞內(nèi)側(cè)面上。

3）系統(tǒng)檢測(cè)單元負(fù)責(zé)超聲波信號(hào)的發(fā)射與接收。

4）系統(tǒng)控制及處理單元主要功能是將超聲波子系統(tǒng)傳來(lái)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行融合，生成可供探傷人員識(shí)別的圖像，并進(jìn)行檢測(cè)記錄的存儲(chǔ)、查詢、輸出等操作。

5）對(duì)比式樣輪作為實(shí)物對(duì)比試塊，對(duì)系統(tǒng)性能測(cè)試、技術(shù)驗(yàn)收和狀態(tài)標(biāo)定以及實(shí)車(chē)輪缺陷當(dāng)量大小的對(duì)比參考。

6）便攜式相控陣探傷儀器在自動(dòng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)缺陷之后，進(jìn)行復(fù)探，以確定缺陷的具體情況，包括當(dāng)量大小，埋深等信息。

動(dòng)車(chē)組探傷機(jī)技術(shù)特點(diǎn)：1）不拆卸撒砂管和排障器等任何車(chē)輛配件即可完成探傷，有效避免頻繁拆卸導(dǎo)致的部件脫落，探頭組件可根據(jù)轉(zhuǎn)向架底部的輪對(duì)空間情況，智能選擇進(jìn)入探測(cè)區(qū)的方向；2）探傷小車(chē)一次順向通過(guò)即可完成所有車(chē)輪探傷，作業(yè)時(shí)不必間隔車(chē)輪探傷和反向掉頭，極大簡(jiǎn)化了探傷流程，減少了探傷輔助人員工作量；3）采用雙向雙頭機(jī)械和探頭組件裝置，實(shí)現(xiàn)同一輪對(duì)雙側(cè)車(chē)輪同時(shí)檢測(cè)，提高探傷效率；4）自主研發(fā)的操作軟件，訂制化和自動(dòng)化水平更高，擁有完善的動(dòng)車(chē)組數(shù)據(jù)采集、分析、報(bào)告、記錄等管理功能。

4 小結(jié)

動(dòng)車(chē)組的探傷作業(yè)是動(dòng)車(chē)組二級(jí)檢修的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，也是保證動(dòng)車(chē)組安全擔(dān)任客運(yùn)任務(wù)的前提。超聲波探傷技術(shù)的推廣和發(fā)展已趨于成熟，但對(duì)于探傷數(shù)據(jù)的分析和管理工作目前還不夠完善，未來(lái)的研究方向應(yīng)落在此處，通過(guò)與動(dòng)車(chē)組數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)接，儲(chǔ)存足夠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)探傷作業(yè)的大數(shù)據(jù)管理。