X 射線工業(yè)檢測車行走制動裝置的改進(jìn)

吳禹勝， 熊兆軍

（山東勝利鋼管有限公司， 山東 淄博255082）

0 前 言

X 射線工業(yè)電視檢測系統(tǒng)是埋弧焊鋼管焊縫檢測的重要手段， 通常采用工業(yè)檢測車運(yùn)送鋼管到X 射線檢測位置， 再通過圖像處理系統(tǒng)完成信號的傳輸、 轉(zhuǎn)換和處理， 最終在監(jiān)視器上顯示出相應(yīng)的圖像， 以完成焊縫質(zhì)量的檢測[1]。

在埋弧焊管生產(chǎn)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中， 對于X 射線工業(yè)電視檢測存在的管端盲區(qū)， 要求采用靜態(tài)X 射線工業(yè)電視計算機(jī)圖像處理存儲圖像或者X 射線拍片檢查， 目前普遍應(yīng)用的是電子掃描方法 （數(shù)字射線成像） 來進(jìn)行檢驗[2]。 這就需要對管端盲區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確定位， 要求X 射線工業(yè)檢測車能準(zhǔn)確可靠地停位， 使管端焊縫的檢測區(qū)域與發(fā)射X 射線的管頭以及圖像接收裝置保持檢測位置的一致性[3]。 當(dāng)管端需要抓多張連續(xù)圖像時， 更需要檢查車的停位具有良好的可靠性。

一般而言， 在埋弧焊管焊縫X 射線檢測中，如GB/T 9711—2017 和API SPEC 5L （46 版） 標(biāo)準(zhǔn)中要求對每個鋼管至少200 mm 管端范圍內(nèi)的焊縫進(jìn)行檢查， 射線檢驗的結(jié)果應(yīng)記錄在膠片上或其他成像介質(zhì)上[4-5]。 目前， 各制管廠家基本都采用數(shù)字成像系統(tǒng)進(jìn)行管端靜態(tài)抓圖， 根據(jù)鋼管管徑及成型角度的不同， 實際焊縫長度也不盡相同， 通常要在鋼管每端抓取1～2 張圖像， 甚至3～4 張圖像。 第1 張圖像應(yīng)能準(zhǔn)確顯示檢測到的管端， 其余連續(xù)2 張圖像能有效搭接覆蓋， 以表明焊縫區(qū)域被連續(xù)檢測。 要體現(xiàn)檢測到管端及有效搭接， 則需要對檢測車的行走和停止進(jìn)行可靠控制， 尤其是可靠停止。 當(dāng)在管端停止位置稍有不合適時， 可采用光柵進(jìn)行補(bǔ)償處理， 但當(dāng)檢測車停止時出現(xiàn)停位溜車或無法立即停止時， 停止后的相對位置偏差難以采用光柵進(jìn)行有效補(bǔ)償，則需要操作檢測車反復(fù)前后運(yùn)行， 以找到滿足要求的抓圖位置。 這一過程嚴(yán)重影響了X 射線檢測的效率， 也增大了檢驗人員的工作強(qiáng)度。

本研究通過對X 射線檢測車制動方面的問題進(jìn)行分析， 提出了一種準(zhǔn)確制動的解決方案，并能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要， 為螺旋埋弧焊管生產(chǎn)檢驗提供借鑒。

1 制動問題分析

1.1 檢測車精準(zhǔn)制動困難

X 射線檢測車根據(jù)承載能力， 通常其質(zhì)量設(shè)計在6～15 t， 而早期的檢查車的質(zhì)量會更大[1]。當(dāng)鋼管的直徑和壁厚較大時， 載重后檢查車的質(zhì)量甚至能達(dá)到20 t 以上。 通常， 為提高檢驗效率， 在進(jìn)行X 射線檢測時， 經(jīng)常是快進(jìn)管、 快出管， 中間過程按工藝要求進(jìn)行檢驗， 速度相對緩慢。 運(yùn)管至檢測位置以及運(yùn)出鋼管一般都采用高速運(yùn)管， 運(yùn)管接近目標(biāo)位置時才減緩速度。 即使這樣， 在到達(dá)檢測位置時， 檢測車仍具有較大的慣性， 精準(zhǔn)制動比較困難。

1.2 檢測車行走與制動方式

現(xiàn)在的大車行走裝置是采用電磁制動電機(jī)驅(qū)動擺線針輪減速機(jī)， 并通過一對錐齒和一對圓柱斜齒齒輪傳遞扭矩， 圓柱斜齒齒輪與車輪同軸，由此構(gòu)成一套傳動鏈來驅(qū)動大車行走[6]。 由于各個齒輪間的磨損， 使齒輪間的嚙合間隙變得較大， 當(dāng)電磁電機(jī)制動器制動時， 通過傳動鏈上的一套減速裝置帶動兩組齒輪給大車制動。 由于大車的慣性太大， 且啟動和制動較為頻繁， 每次電機(jī)制動都會對傳動齒輪產(chǎn)生一定的沖擊， 長期運(yùn)行后， 齒輪磨損變形嚴(yán)重， 咬合間隙增大， 容易發(fā)生沖擊疲勞破壞等， 繼而造成整個傳動系統(tǒng)的故障率升高[7-8]。 有的電磁制動電機(jī)在制動時對傳動鏈產(chǎn)生的沖擊較大， 后來改成了無制動功能的普通電機(jī)驅(qū)動。

1.3 檢查車導(dǎo)軌磨損停車后容易溜車

檢查車導(dǎo)軌長期使用， 由于經(jīng)常啟停的原因， 有的部位磨損嚴(yán)重， 有的部位磨損相對較輕， 這樣就形成了因磨損造成的高低不平的情況， 停車后會出現(xiàn)溜車現(xiàn)象。 對于這種情況， 更換全部導(dǎo)軌不經(jīng)濟(jì)， 而進(jìn)行導(dǎo)軌修復(fù)， 則存在修復(fù)面大以及修復(fù)時間長的問題， 而且修復(fù)過的導(dǎo)軌要想達(dá)到預(yù)期的要求也比較困難。 另外， 行車導(dǎo)軌在長期使用中， 由于一直重壓和反復(fù)停車啟動造成地基松弛和導(dǎo)軌松動， 也會造成導(dǎo)軌不平， 同樣會造成停車溜車現(xiàn)象。

2 解決方案

載重后檢查車的慣性較大， 是檢查車的固有情況， 只有在鋼管檢查時或停車抓圖前采取相對較低的速度運(yùn)行才能有效減小其運(yùn)動慣性， 以有效制動。 這是從操作層面上在有效制動方面的實操要求。 要切實解決制動問題， 則需要從制動手段和方式上進(jìn)行改進(jìn)。

目前普遍采用的是電磁制動電機(jī)來實現(xiàn)檢測車的制動， 但由于工藝的需要， 大慣性檢查車啟動制動比較頻繁， 從而造成傳動系統(tǒng)故障率高、維修時間長、 維修成本高的問題[9]。 制動的目的是讓行走輪不再滾動， 甚至不滑動， 以達(dá)到制動停止。 根據(jù)這一目的， 可以在驅(qū)動電機(jī)停止轉(zhuǎn)動的同時， 通過附加的手段對檢查車的主動輪和/或被動輪進(jìn)行制動， 制止其繼續(xù)滾動， 通過滑動摩擦力使檢查車完成制動停止。

根據(jù)上述分析， 可以在工檢大車的主動輪軸或被動輪軸增加一套制動器， 制止行走輪的滾動， 則可以解決檢測車制動的問題。 通常在主動輪軸上進(jìn)行加裝是最佳的方案， 可以實現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動斷電停止和車輪滾動制動停止， 但如果主動輪軸的空間位置不足， 也可以在從動輪軸上增加制動器。 在制動器的選擇上， 應(yīng)該考慮有效制動、適當(dāng)緩沖和準(zhǔn)確停位三者的兼顧。 其中， 適當(dāng)緩沖能有效延長傳動系統(tǒng)的使用壽命。 因此， 根據(jù)檢測車載重后的參數(shù)和運(yùn)行速度選擇了制動器為YWZ4 200/E30、 推動器為Ed30/5 的電力液壓鼓式制動器， 通過調(diào)整制動力矩， 在制動時能有一定緩沖， 可以在一定程度上減輕機(jī)械傳動的急停沖擊[10]。 通常， 安裝該制動器時應(yīng)使輪軸直徑與制動器的對應(yīng)軸徑相匹配， 但由于現(xiàn)存檢查車的輪軸較細(xì)， 要安裝制動器， 則需要更換適宜的輪軸才能匹配。 如在軸上打孔安裝補(bǔ)償軸套則會造成輪軸上結(jié)構(gòu)破壞， 長期使用會因反復(fù)沖擊而造成早期輪軸疲勞損壞。 因此， 我們根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)計了一組輔助耐磨鎖緊軸套， 該軸套是由2 個成對加工的半圓環(huán)耐磨套組成的制動軸套， 半圓環(huán)外部硬度較高， 具有一定的耐磨性， 內(nèi)部具有一定強(qiáng)韌性， 以利于增大摩擦力， 便于鎖緊。 采用4 個M16 螺絲將2 個半圓耐磨套與輪軸鎖定為一體， 制動器通過對耐磨套的制動來間接實現(xiàn)對大車的制動。 車輪軸與輔助耐磨鎖緊軸套的組合如圖1 所示。

圖1 車輪軸與輔助耐磨鎖緊軸套組合示意圖

制動器的液力推動器與大車行走電機(jī)采用并聯(lián)控制， 大車行走時推動器得電松開制動器， 大車可以行走； 當(dāng)大車需要停止時， 在行走電機(jī)斷電的同時， 推力器失電， 制動器抱住制動輪軸使大車停止。 可以通過調(diào)整制動器上彈簧的松緊來控制制動的響應(yīng)時間和閘皮抱緊程度， 檢查車制動后的滑行距離可進(jìn)行比較精確的控制， 同時也可兼顧制動緩沖和準(zhǔn)確定位制動的問題。 電力液壓鼓式制動器安裝后的現(xiàn)場照片如圖2 所示。

圖2 電力液壓鼓式制動器安裝后的現(xiàn)場照片

3 實際制動效果

在未加裝制動器， 采用普通非制動電機(jī)以及未更換傳動齒輪和未修復(fù)導(dǎo)軌的情況下， 檢測車在低速制動時， 由于制動位置不同， 溜車程度也不同， 通常在幾十毫米到十幾厘米， 停止位置不好或?qū)к墵顟B(tài)不好的部位甚至達(dá)到幾十厘米的溜車。 根據(jù)現(xiàn)有情況， 直接在從動軸上加裝了輔助制動耐磨套和電力液壓鼓式制動器， 加裝后進(jìn)行了空車試運(yùn)行， 然后進(jìn)行載重約為3 t 的Φ914 mm×12 mm 鋼管負(fù)荷試驗， 經(jīng)過多次不同速度、 不同地點的停車試驗， 停車位置準(zhǔn)確、 可靠、 平穩(wěn)， 基本上是立即停止，個別位置出現(xiàn)10 mm 左右的偏差， 該制動范圍能夠滿足檢驗的需求， 并得到操作人員的認(rèn)可。 目前該方案已經(jīng)在山東勝利鋼管有限公司的X 射線檢查車上進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用。

4 結(jié)束語

通過增加電力液壓鼓式制動器即可實現(xiàn)檢查車的準(zhǔn)確制動。 雖然該制動效果達(dá)到了使用要求，但仍可通過進(jìn)行齒輪更換和對導(dǎo)軌進(jìn)行修復(fù)得到更好的優(yōu)化。 關(guān)于行車導(dǎo)軌的修復(fù)， 通常采用的導(dǎo)軌材料為65Mn 重軌， 以往采用J606 或J607 焊條進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)， 正常處理方式為焊前進(jìn)行250～400 ℃的預(yù)熱， 焊后緩熱， 焊接完成后進(jìn)行600 ℃回火。 處理完后， 開裂可能性減小了， 但硬度達(dá)不到， 很快又會磨損。 可以采用冷焊機(jī)配合適當(dāng)?shù)暮覆倪M(jìn)行冷焊修補(bǔ)， 焊后硬度與導(dǎo)軌相當(dāng)， 無咬邊， 無變形， 無硬點， 可進(jìn)行修磨處理[12]。 對于65Mn 重軌的修復(fù)還可以采用專用特種合金焊條進(jìn)行修復(fù)， 如WEWELDING600 特種合金鋼焊條， 根據(jù)對該焊條性能的介紹， 可實現(xiàn)焊后硬度HRC23， 工作硬化后達(dá)到HRC47 的效果[13]。 因此，可以在后期的導(dǎo)軌修復(fù)中采用這兩種方法進(jìn)行嘗試性修復(fù)， 以期取得更好的導(dǎo)軌修復(fù)效果。