LU移動(dòng)式輪輞輪輻探傷設(shè)備優(yōu)化及應(yīng)用研究

王群華 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司車輛部

輪對(duì)是列車走行部的關(guān)鍵部件，在高速和高負(fù)載運(yùn)行情況下，受車輪制動(dòng)、道岔沖擊及車輪制造過程中的材質(zhì)問題等容易產(chǎn)生疲勞裂紋，危及行車安全。為保證高鐵動(dòng)車組安全運(yùn)行，各型動(dòng)車組運(yùn)行里程達(dá)18-25萬公里時(shí)，需要采用LU移動(dòng)式輪輞輪輻探傷設(shè)備（簡稱“LU設(shè)備”）進(jìn)行精細(xì)化探傷，確保動(dòng)車組輪對(duì)質(zhì)量安全。

隨著我集團(tuán)公司動(dòng)車組配置數(shù)量的不斷增多，既有檢查庫在線不落輪輪輞輪輻探傷作業(yè)能力已近飽和趨勢。為確保各型動(dòng)車組的上線效率，圍繞鐵路“強(qiáng)基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效”工作主題，亟需補(bǔ)強(qiáng)LU設(shè)備探傷能力。

1 既有設(shè)備檢測現(xiàn)狀

LU設(shè)備作為動(dòng)車組輪對(duì)的輪輞輪輻超聲自動(dòng)化探傷設(shè)備，應(yīng)具有高效、可靠的檢測能力，圖1為原單機(jī)器人版LU設(shè)備：

圖1 單機(jī)器人LU設(shè)備

通過結(jié)合相控陣技術(shù)和常規(guī)超聲檢測方法，LU探傷系統(tǒng)能有效覆蓋輪輞輪輻典型缺陷。單機(jī)器人LU探傷設(shè)備車輪檢測時(shí)間為10 min/輪對(duì)，實(shí)車檢測時(shí)，設(shè)備需要回轉(zhuǎn)檢測端位來滿足不同輪對(duì)的檢測要求，檢測一列短編動(dòng)車組庫停時(shí)間為2~3天。探傷作業(yè)時(shí)還需對(duì)頭車頭軸撒砂管、掃石器等部件進(jìn)行拆卸再安裝，存在因安裝不當(dāng)而引起的行車安全隱患。

除此之外，在行車過程中因車輪圓周方向出現(xiàn)波狀磨損引起的車輪多邊形化現(xiàn)象變得愈發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致車輛故障增加，影響動(dòng)車運(yùn)行性能。對(duì)此，常通過手工方式采用接觸式位移傳感器借助液壓千斤頂完成轉(zhuǎn)輪，對(duì)問題輪對(duì)進(jìn)行多邊形測量。此方法不僅工作量大，人員繁多，檢測效率低下，且使用千斤頂作業(yè)存在安全隱患（圖2）。

圖2 手工檢測車輪多邊形

2 單改雙設(shè)備升級(jí)

為提升動(dòng)車車輪探傷效率，從以下三方面考慮：采購新設(shè)備替換既有單機(jī)器人LU探傷系統(tǒng)，該方法成本較高，需對(duì)新設(shè)備探傷準(zhǔn)確性及安全性等重新評(píng)估，周期較長；或通過布置導(dǎo)軌，由電機(jī)控制既有LU機(jī)器人沿導(dǎo)軌方向移動(dòng)檢測左右輪對(duì)，此方法對(duì)探傷系統(tǒng)穩(wěn)定性及適應(yīng)性提出了挑戰(zhàn)；或?qū)⒓扔袉螜C(jī)器人設(shè)備升級(jí)為雙機(jī)器人，左右輪對(duì)同時(shí)檢測，該方法可延續(xù)既有設(shè)備的穩(wěn)定性，也能顯著提升探傷效率。

綜合考慮，對(duì)單機(jī)器人LU設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，升級(jí)改建后的雙機(jī)器人設(shè)備采用兩套六軸智能機(jī)器人部件，分別獨(dú)立控制兩套踏面小型化超聲載體進(jìn)行實(shí)車在線自動(dòng)化檢測，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備不回轉(zhuǎn)條件下，沿一個(gè)方向，對(duì)整列編組所有輪對(duì)進(jìn)行順序探傷，省去在作業(yè)過程中，探傷工對(duì)適應(yīng)設(shè)備方向的輪對(duì)選擇性操作和設(shè)備回轉(zhuǎn)操作，提升探傷效率。

較原單機(jī)器人LU系統(tǒng)，升級(jí)后的雙機(jī)器人LU系統(tǒng)組成包括（圖3）：

（1）地溝內(nèi)檢測小車+地面隨動(dòng)小車；

（2）檢測小車采用主車+兩拖車；

圖3 雙機(jī)器人LU設(shè)備布局示意圖

探傷工在輸入編組型號(hào)、輪對(duì)序號(hào)后，設(shè)備可自動(dòng)識(shí)別輪對(duì)，選擇雙機(jī)器人或單機(jī)器人檢測模式進(jìn)行探傷，無需人工干預(yù)。

功能升級(jí)后的雙機(jī)器人LU設(shè)備，其結(jié)構(gòu)和設(shè)備布局相應(yīng)調(diào)整，新增功能見表1：

表1 雙機(jī)器人LU系統(tǒng)新增內(nèi)容

輪對(duì)多邊形問題在普速鐵路即已存在，由于車輪自身不平順狀態(tài)激發(fā)出輪對(duì)一階彎曲共振，導(dǎo)致車輪多邊形磨損慢慢形成，使車體振動(dòng)響應(yīng)增大，影響乘坐舒適性，情況嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車安全事故發(fā)生。因此，需要對(duì)車輪多邊形狀態(tài)進(jìn)行檢測、維護(hù)，保障列車安全運(yùn)行。

目前國內(nèi)常用的車輪多邊形檢測設(shè)備主要有德國進(jìn)口MULLER-BBM不圓度測試儀、國產(chǎn)BST不圓度測試儀，以及鏇輪機(jī)床加裝多邊形檢測。檢測效率普遍偏低，且耗費(fèi)大量人力物力，操作過程中使用千斤頂時(shí)存在安全隱患。

對(duì)比既有檢測手段，LU加裝多邊形檢測裝置依靠LU設(shè)備頂轉(zhuǎn)輪平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪的自動(dòng)升降及轉(zhuǎn)動(dòng)，代替千斤頂轉(zhuǎn)輪方式，利用非接觸式激光位移傳感器替代現(xiàn)有接觸式位移傳感器對(duì)車輪滾動(dòng)圓處的波動(dòng)幅值進(jìn)行高效、快速檢測，達(dá)到主動(dòng)預(yù)防和測量車輪多邊形的目的（圖4）。

圖4 LU頂轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)

根據(jù)定位加裝方式不同，多邊形檢測裝置分為便攜分體式與自動(dòng)一體式。便攜分體式利用磁力座將數(shù)據(jù)采集單元固定于鋼軌上進(jìn)行定位，兼容性高；自動(dòng)一體式利用LU設(shè)備機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)定位，操作更便捷（圖5、圖6）。

圖5 便攜分體式

圖6 自動(dòng)一體式傳感器定位整合

現(xiàn)場檢測根據(jù)輪型不同可選擇相應(yīng)定位加裝方式。

3 應(yīng)用與分析

3.1 雙機(jī)器人LU設(shè)備

圖7 雙機(jī)器人LU系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用

升級(jí)后雙機(jī)器人設(shè)備在保證探傷性能不減的情況下，與既有單機(jī)器人LU設(shè)備對(duì)比具有以下優(yōu)勢（圖7）：

（1）取消設(shè)備在軌道下的大回轉(zhuǎn)；

（2）在不拆動(dòng)車組任何部件情況下，除磨耗達(dá)到835后的CRH6型車，所有車型均可實(shí)現(xiàn)待檢輪對(duì)左右兩側(cè)輪對(duì)同時(shí)檢測；

（3）智能選擇探傷流程，無需人工干預(yù)；

（4）效率大大提升，對(duì)各型車短編組車型的探傷時(shí)間對(duì)比如表2：

表2 不同車型單、雙機(jī)器人LU系統(tǒng)探傷時(shí)間對(duì)比

（5）其它功能補(bǔ)強(qiáng)：增加一鍵探傷功能；固化探頭安裝位置，超聲硬件免調(diào)試；超聲通道數(shù)據(jù)融合技術(shù)運(yùn)用，提高數(shù)據(jù)分析效率，主要檢測技術(shù)參數(shù)如表3：

表3 雙機(jī)器人LU設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

3.2 LU加裝多邊形檢測系統(tǒng)

基于LU移動(dòng)式輪輞輪輻探傷設(shè)備擴(kuò)展加裝車輪多邊形檢測功能，利用LU設(shè)備頂轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車輪自動(dòng)轉(zhuǎn)輪，由原有的人工作業(yè)4人次，20min/軸減少至1人次，5min/軸，有效減少人工作業(yè)量，人工成本節(jié)約3/4，檢測效率比基于千斤頂方式可提升約4倍，從而減少動(dòng)車組的維護(hù)成本，提升動(dòng)車組上線率。同時(shí)，能夠定期監(jiān)控并研究車輪多邊形的變化趨勢，對(duì)于提升列車運(yùn)行安全運(yùn)行具有重要意義。

圖8 LU設(shè)備加裝多邊形檢測系統(tǒng)運(yùn)用情況

LU設(shè)備加裝車輪多邊形檢測系統(tǒng)從2017年開始部署運(yùn)用，檢測過程中采集傳感器定位正常，機(jī)器人路徑無干涉。檢出多例車輪高階多邊形案例，與鏇輪機(jī)床檢測結(jié)果基本一致，檢測結(jié)果可靠。各運(yùn)用檢修單位對(duì)LU加裝多邊形系統(tǒng)缺陷檢出能力給予了高度認(rèn)可和評(píng)價(jià)（圖8）。

LU加裝車輪多邊形檢測與LU探傷軟件集成，互不干涉。當(dāng)列車走形里程達(dá)10萬公里時(shí)，可利用多邊形檢測裝置獨(dú)立進(jìn)行檢測；當(dāng)里程達(dá)20萬公里時(shí)，針對(duì)每個(gè)車輪，可先進(jìn)行車輪多邊形檢測，再進(jìn)行探傷作業(yè)。

4 結(jié)束語

通過對(duì)LU設(shè)備單改雙升級(jí)，雙機(jī)器人LU系統(tǒng)具備智能選擇探傷流程功能，無需拆卸動(dòng)車組任何部件，雙輪探傷可大幅提高檢測效率。同時(shí)，加裝車輪多邊形檢測裝置，進(jìn)一步縮短檢修時(shí)間，減少動(dòng)車組的維護(hù)成本，并達(dá)到主動(dòng)預(yù)防測量車輪多邊形的目的。

升級(jí)后的LU設(shè)備探傷作業(yè)更加安全，檢測效率顯著提高，有效緩解了動(dòng)車組在線探傷作業(yè)壓力。