輪對檢測系統TSA探傷檢測單元技術改造

黎云 張海

摘要：針對昆明地鐵項目使用時發現的問題，成都主導科技輪對檢測系統中探傷裝置存在的問題提出，并作出整改，對現場輪對踏面缺陷、數據測量有一定作用。

關鍵詞：輪對檢測系統；踏面缺陷；探傷系統；探傷檢測單元

引言：

隨著昆明地鐵開通至今，后續線路之間開通，各場段列車增購，設備也隨之增加，但各設備也根據自身狀況，不斷更新換代，設備性能也逐步完善，改進自身缺點的同時，還適應各線路特點，做出不同改變；隨著電客列車不斷發展，輪對相應故障也相對增多，其中重要的是車輪輪對踏面擦傷，由于正線行駛、過彎、鋼軌表面存在異物、制動抱閘等原因，會導致車輪表面存在缺陷，對踏面的危害極大，輕者會因走行時的抖動影響轉向架各部件松緊度，嚴重時可能會因踏面缺陷導致脫軌。因此在輪對檢測過程中須對踏面進行檢測。每架轉向架上的輪對踏面擦傷痕跡的尺寸、狀態、位置、角度差異較大，導致自動檢測時難度很大，只能通過設備檢測后，人工復測。

1、前提介紹

昆明地鐵首期線路大梨園車輛段在入段線處安裝了輪對動態檢測系統，該檢測系統由成都主導科技有限責任公司研發，采用“光截圖像測量技術（尺寸檢測單元）”、“電磁超聲探傷技術EMAT（以下簡稱TSA踏面探傷單元）”、“高精度位移測量技術”、“踏面擦傷檢測單元”，在線動態自動檢測輪對外形尺寸參數和輪對踏面缺陷狀況。

目前尺寸檢測單元及擦傷單元使用情況較為穩定，但踏面探傷單元存在測量不精確、標定復雜、備件難采購等問題，基于此，需對其進行升級改造，滿足現場使用，下面首先介紹目前首期在用TSA踏面探傷單元。

將電磁超聲探頭（EMAT）嵌入到測量軌道中，車輪通過EMAT時，EMAT直接在車輪的踏面表面上激發出相向傳播的兩束超聲表面波（始發波）。車輪表面沒有缺陷時，激發出的表面波聲束將沿著車輪表面及近表面內周向自行傳播，從而形成對車輪表面及近表面的全覆蓋檢測；當車輪表面有缺陷時，在缺陷處，超聲表面波的一部分將被反射，沿原路返回，被EMAT接收，形成缺陷波，另一部分超聲表面波將透過缺陷沿車輪表面周向繼續傳播，繞行一周后回到EMAT，形成一次回波。通過分析始發波和一次回波之間的缺陷波信息，就能探測出車輪表面、近表面缺陷。由于超聲表面波的傳播速度遠遠大于車輪速度，車輪通過EMAT的瞬間，表面波已沿車輪表面傳播數周，因此EMAT不需在踏面上掃查即可探測到整個踏面及近踏面區域的缺陷。如圖1所示

從使用情況來看，通過超聲波來探測輪對狀態，探測時車輛處于運行狀態，且系統要求車輛通過速度為≤15km/h，設備安裝于入段線處，同車其它輪對經過鋼軌時會產生震動，導致探測結果不準確。

2.技改原因：

昆明首期工程，大梨園車輛段段內使用的輪對故障動態檢測系統，該系統里的踏面缺陷動態探傷子系統（以下簡稱“輪對探傷系統”），是TSA探傷檢測單元，能夠對輪對踏面缺陷自動檢測。主要由現場檢測設備、現場控制設備和服務控制設備三部分組成，現場檢測設備安裝有4只探頭。

3.目前面臨問題：

1.使用過程受其他輪對震動影響較大，測量結果不準確；

2.TSA探傷檢測單元所有配件已經停產，在需更換備件時，僅能通過拆裝同一型號設備的備件進行更換，備件補充困難；

3.在對其進行保養時，不便于開展模擬作業來驗證功能完好性；

4.系統檢驗標定時，不能精確模擬各種車輪缺陷，無法確定其穩定性。

4.改造升級

結合實際情況，有必要對其進行更新改造，現應用于昆3項目的LVT車輪踏面缺陷動態圖像檢測系統，能夠查看到輪對一周的所有圖像，能夠查看出踏面的擦傷和剝離的情況，并且能夠打印所需圖片；自動識別車輪踏面缺陷，包含踏面擦傷、踏面剝離和踏面磕傷；拍攝的踏面圖像精度在0.6mm以內；

LVT系統由四部分組成，包括：現場控制中心、現場基本檢測單元、遠程主機、數據中心，其中遠程主機和數據中心依托現有LY系統。現場檢測單元主要包括是現場數據采集單元、觸發單元、現場控制箱等，分別包括16個面陣相機、16個補光燈、16個車輪傳感器及現場控制箱構成。現場控制中心主要功能是現場設備控制（系統上電，開關罩之類），圖像采集儲存，數據共享，由系統控制箱、踏面檢測主機等構成。遠程控制室主要功能是提供BS報表查看、篩選以及編組信息下發等。

其工作原理為：采用16個采集單元連續采集輪對踏面圖片，實現4張圖片覆蓋一個整圓周踏面；16個采集單元分成4組，每組采集單元覆蓋長度為660mm*4=2.64m；當一個車輪經過檢測區時，系統共采集8張圖片；根據閘瓦呈對稱分布在轉向架內側方式，篩選轉向架外側的無遮擋圖片。

相較于TSA探傷檢測單元，測量精度更高，允許通過的速度快，備件多為市面上主流電氣部件，在對其保養過程可人工模擬過車工況，通過查看照片來確認正確性；在系統檢驗標定時，精確模擬各種車輪踏面缺陷，具有可靠的穩定性。

結論：

就目前使用及維護保養情況來看，LVT車輪踏面缺陷動態圖像檢測系統各方面性能及實用性均優于TSA探傷檢測單元，結合軟件及硬件狀態，故可對其進行選擇性升級改造。

參考文獻

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[6]TB/T 3070-2002 鐵路機車車輛自動識別設備技術條件.

作者簡介：黎云（1992.05-），男，云南省曲靖市人，當前職務：專業技術員，當前職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：地鐵設備技術；

張海（1985.10-），男，云南省楚雄市人，當前職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：地鐵設備。