車軸磁粉探傷機許用徑向尺寸計算及應用

宋一楹 張弓

摘要：本文簡要闡述了CJW-3000Z車軸磁粉探傷機的基本原理，重點描述了根據探傷機結構計算探傷車軸許用徑向尺寸的方法和根據通電線圈匝數和直徑計算許用徑向尺寸的方法，通過科學判斷CJW-3000Z車軸磁粉探傷機的探傷能力，保證了探傷機各部狀態良好和車軸探傷生產的連續性。

關鍵詞：計算;探傷機;車軸;尺寸;

前言：目前本單位采用的CJW-3000Z型車軸熒光磁粉探傷機是我國鐵路貨車新造、檢修車軸磁粉探傷的首選設備，其設備性能和技術指標完全滿足以RE2B為主型軸的在役國鐵車軸的表面熒光磁粉探傷。隨著出口車型的增多，國內鐵路貨車向提速重載方向發展的趨勢，大軸重、大徑向尺寸車軸生產和試制工作一次次挑戰現有設備的許用極限。為了消除冒險“試著干”產生的不必要設備損耗，避免試探過程中發生探傷機線圈環合機構與車軸干涉，導致環合機構損壞、設備停臺維修和車軸表面損傷，應用理論計算、提前謀劃后再探傷大軸重、大徑向尺寸車軸具有實際意義。

1車軸探傷許用徑向尺寸計算

車軸磁粉探傷時，充磁線圈處于張開狀態，車軸吊入探傷機，軸身與滾輪接觸，啟動環合按鈕，線圈環合，如圖1所示。分析知，線圈環合良好與線圈內徑D1、車軸軸身直徑D2、車軸輪座直徑D3、滾輪直徑D4、兩滾輪中心距L1、線圈內徑頂點至滾輪頂點垂直距離L2等因素有關。設輪座頂點至滾輪中心點垂直距離為L3，則線圈環合良好須滿足下式：

L2>L3-D4/2

設車軸中心至滾輪中心點垂直距離為L4，則上式可化為：

L2>L4+（D3/2）-（D4/2）

式中L4=（D2/2+D4/2）cos（∠O3O1O4/2）

=（D2/2+D4/2）

= /2

故L2> /2+（D3/2）-（D4/2）

筆者認為每種車軸探傷前，依據上式的計算結果，可以有效確定現有探傷機是否具有探傷能力，取代盲目的試驗，相比之下前者更為科學、客觀、合理。

2基于尺寸計算后的局部改造及相關規范

2.1局部改造線圈機構與車軸不干涉后，還需考慮是否因改造導致車軸探傷機的設備性能和技術指標受到影響。

2.1.1CJW-3000Z型車軸熒光磁粉探傷機的磁化方法主要是采用復合磁化法，即周向磁化和縱向磁化相結合，它的周向磁化采用軸通電法;縱向采用可開合的長螺管線圈法，具有磁化均勻，全方位顯示，有較好的磁化效果。在車軸被置于設備中部的磁化區，電極夾緊兩軸端，開合線圈在軸身上閉合，噴淋磁懸液，周、縱向磁場發生器開始工作，在車軸上建立一感應磁場，當工件表面存在缺陷（裂紋）時感應磁場的磁力線便不會連續而在工件表面形成一漏磁場，在缺陷兩側形成磁極，磁極吸附磁粉，磁粉的堆積形成磁痕。磁痕的外觀顯示出缺損的長度、走向、輪廓等一系列圖像，從而顯示出缺陷所在。

2.2以徑向尺寸改造為例，增大線圈直徑后須考慮用連續法檢測的線圈法磁化規范的改變。一般，線圈法的有效磁化區是從線圈兩端向外延伸150mm的范圍內，超過150mm之外區域，磁化強度應采用標準試片確定。分段磁化應有一定的重疊區。重疊區應不小于分段檢測長度的10%，檢測時，磁化電流應根據標準試片實測結果來確定。

首先應確定待測車軸的填充系數，即線圈橫截面積與被檢車軸橫截面積的比值，比值大于10時為低填充系數線圈，比值大于2小于10時為中填充系數線圈，比值小于等于2時為高填充系數線圈。

國內外試驗研究證明：為改善車軸與車輪過盈配合引起的“微動磨損”現象，車軸輪座與軸身過渡處的斷面階梯比取1.12～1.15時疲勞強度最好。因而，軸頸、防塵板座、輪座、軸身可能因直徑不同而與線圈形成不同的填充系數。

當其為低填充系數時：IN=1690R/（6（L/D）-5）

當其為高填充系數時：IN=35000/（L/D+2）

當其為中填充系數時：IN=（IN）h（10-Y）/8+（IN）l（Y-2）/8

式中N——為線圈匝數;

L——為車軸長度，mm;

D——為工件直徑或橫截面上任意兩點之間的最大距離，mm;

（IN）h——為高填充系數時算出的安匝數;

（IN）l——為低填充系數時算出的安匝數。

完成磁化過程后，車軸滾動檢查，再退磁，交流退磁采用電容放電衰減法，直流退磁采用瞬時反向電流衰減法。在不退磁時縱向磁化會在工件兩端產生磁極，所以縱向磁化較周向磁化產生的剩磁有更大的危害性。而改造線圈后，易導致退磁不凈。

車軸上保留剩磁，會對車軸下一步的組裝和使用造成很大的影響：車軸上的剩磁會影響壓裝過程中，在車軸附近的儀表精度;車軸上的剩磁會吸附肉眼不易發現的磁粉，在輪對壓裝時燒軸，在軸承組裝運用時熱軸;車軸上的剩磁會給清除磁粉帶來困難。

由于上述影響，故改造線圈機構后，應保證車軸的剩磁減小到不影響后續使用的程度。

另外，技術改造后，易出現靈敏度試片顯示不清的情況。如果不加重視，不徹底排除故障，將造成工件的成批漏檢，后果極其嚴重。筆者在此簡要介紹三種情況的排除方法。

當車軸一側三個試片顯示不清如圖2（c）所示，而另一側三個試片顯示清晰完整如圖2（b）所示時，若本機電流表指示正常，根據右手定則判斷周向磁化回路接地，可先檢查線纜外觀狀態再檢測回路對地絕緣電阻排除故障。

當輪座試片橫向顯示不清如圖2（c）所示，其余試片顯示清晰完整時，可先將周向磁化電流調高500A，若試片顯示清晰完整，先校核電流表有無故障。若電流表示數準確則可判定為周向磁化相序錯接。因本機電源引自380V三相交流電，周向磁化變壓器在閥側獨立接在BC相上。故可通過依次改變串接在主變壓器相序，改變初級回路中周向磁化模塊的導通角直至排除故障。

當所有試片均有橫向顯示細小，圓周一個方向顯示不清時如圖2（a）所示，可直接判定為磁化電流相序錯接，進行故障排除。

結束語：綜上所述，應用理論計算、提前謀劃后再探傷大軸重、大徑向尺寸車軸具有保證生產進度，保護固有設備的積極意義。同時為固有探傷機滿足鐵路車軸的升級試制提供了較為經濟的改造思路。

參考文獻：

[1]劉吉遠，陳雷.鐵路貨車輪軸技術概論[M].北京：中國鐵道出版社，2010：417-419

[2]王春山，陳雷.鐵路重載提速貨車技術[M].北京：中國鐵道出版社，2010：84-89.

[3]萬升云.磁粉檢測[M].北京：中國鐵道出版社，2015：25-26，64-66，125-129