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淺談機車(chē)輪對在線(xiàn)深層次探傷系統運用效果及改進(jìn)建議論文
1 系統概述
輪對在線(xiàn)深層次探傷系統安裝在機車(chē)入庫線(xiàn)上，采用超聲波陣列探傷技術(shù)在線(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測入庫機車(chē)的輪輞及輪箍周向和徑向缺陷、輪緣徑向缺陷。當機車(chē)通過(guò)檢測區域時(shí)，軌道兩側陣列布置的超聲波探頭對輪對進(jìn)行動(dòng)態(tài)超聲波探傷檢測，并自動(dòng)對檢測數據進(jìn)行分析、處理和存儲，探傷檢測結果以報表的形式供專(zhuān)職操作人員和設備管理人員查看，為機車(chē)輪對的維護和檢修提供及時(shí)準確的信息。
系統由現場(chǎng)檢測單元、設備間和控制室3部分組成，其中現場(chǎng)檢測單元對原始超聲波檢測數據進(jìn)行采集和預處理;設備間用于對檢測數據進(jìn)行自動(dòng)分析處理，獲得檢測結果并上傳至控制室;控制室內設置有數據專(zhuān)家診斷平臺，實(shí)現檢測數據的統一存儲、查詢(xún)統計、分析診斷、管理。
2 檢測系統原理及性能
目前，輪對在線(xiàn)深層次探傷系統常用的檢測方法主要有接觸式超聲波陣列探傷技術(shù)和液浸式超聲波陣列探傷技術(shù)兩種。接觸式檢測相對于液浸式檢測具有更小的維護量和更好的檢測穩定性，被廣泛采用。
2.1 接觸式超聲波探傷原理
傳統的機車(chē)輪對探傷主要采用手工探傷方式，通過(guò)探頭往復運動(dòng)實(shí)現探傷檢測，而接觸式超聲波陣列探傷技術(shù)是將超聲波探頭陣列式地布置在軌道兩側，超聲波探頭陣列由雙晶直探頭和大角度直探頭組成，當機車(chē)通過(guò)檢測區域時(shí)，超聲波探頭與輪對直接動(dòng)態(tài)接觸，完成對輪對的探傷檢測，是一種通過(guò)式在線(xiàn)檢測方式
2.3 接觸式與液浸式探傷技術(shù)對比分析以上兩種探傷方法中，接觸式超聲探傷設備投入市場(chǎng)較早，具有較高的靈敏度，缺陷檢測能力較強，是當時(shí)有效的一種機車(chē)輪對在線(xiàn)超聲檢測設備，運用過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗;液浸式超聲波探傷設備投入市場(chǎng)較晚，設備原理先進(jìn)、檢測效果突出。
(1)探頭耦合方式，接觸式超聲探傷設備超聲探頭2.2 液浸式超聲波陣列探傷原理液浸式超聲波陣列探傷技術(shù)同樣是一種通過(guò)式輪對在線(xiàn)探傷技術(shù)，與接觸式超聲波陣列探傷技術(shù)不同的是，液浸式技術(shù)是將液浸聚焦探頭陣列式地布置在液槽中。當車(chē)輪位于探頭上方時(shí)，超聲波探頭并不與輪對直接接觸，聲束通過(guò)水的傳導，近似入射到踏面上的一個(gè)固定點(diǎn)。在車(chē)輪通過(guò)探頭的過(guò)程中，聲束沿入射點(diǎn)形成角度掃描，實(shí)現輪輞缺陷探傷檢測
直接與車(chē)輪踏面貼合，中間的空隙靠噴射水填充;液浸式超聲波探傷設備探頭與踏面距離一百多毫米，中間靠流動(dòng)水填充，探頭一次安裝完成后固定不動(dòng)探頭沒(méi)有磨損，由于探頭與車(chē)輪都在水下，不存在超聲波耦合不良的問(wèn)題，系統很穩定。由于水介質(zhì)帶來(lái)一定的能量損耗，所以液浸式超聲探頭較接觸式探頭的發(fā)射能量大些。
(2)檢測方式，接觸式超聲探傷設備是在車(chē)輪與探頭正接觸時(shí)激發(fā)一次檢測;浸式超聲波探傷設備采用了逐層掃描的工作方式，能穩定形成較密檢測超聲覆蓋。
(3)探頭排布方式，接觸式超聲探傷設備探頭水平排列在軌平面上，用彈性結構支撐。受支撐機械結構限制，探頭間隙處車(chē)輪無(wú)法檢測;液浸式超聲波探傷設備探頭為弧形排列，超聲波到達車(chē)輪踏面時(shí)實(shí)現了無(wú)縫隙銜接。
3 運用效果
目前，采用接觸式探傷技術(shù)的機車(chē)輪對在線(xiàn)深層次探傷系統已在全路運用100余套，累計檢測各型機車(chē)超過(guò)60多萬(wàn)臺次，共檢出超過(guò)600例機車(chē)輪輞缺陷，其中輪輞內部缺陷300余例，有效防止了機車(chē)輪對帶病上線(xiàn)，避免了機車(chē)輪對事故。
2015年3月9日南寧機務(wù)段的機車(chē)輪對在線(xiàn)深層次探傷系統檢測HXD1C-0534機車(chē)I端1軸左輪輪輞內部輞裂缺陷：踏面下約6～16mm處多處輪輞周向輞裂缺陷，最大缺陷尺寸為周向5mm 軸向25mm 徑向16mm
2015年10月1日南寧機務(wù)段的機車(chē)輪對在線(xiàn)深層次探傷系統檢測出HXD3C-0242機車(chē)I端4軸右輪輪輞內部輞裂缺陷：踏面下約12～18mm 處，周向220mm軸向50mm徑向7mm
2015年10月20日庫爾勒機務(wù)段的機車(chē)輪對在線(xiàn)深層次探傷系統檢測出HXD3CA-6033機車(chē)I端5軸左輪輪輞內部輞裂缺陷：踏面下約12.5～36.3mm，周向270mm軸向75mm徑向23.8mm
2015年11月3日集寧機務(wù)段呼和浩特車(chē)間的機車(chē)輪對在線(xiàn)深層次探傷系統檢測出HXD3C-1026機車(chē)I段6軸右輪輪輞內部輪輞缺陷：踏面下約22.9～61.9mm處，周向170mm軸向10mm徑向39mm
機車(chē)輪對在線(xiàn)深層次探傷系統由于安裝在機車(chē)入段咽喉部位，可對各機務(wù)段入段的所有機車(chē)輪對進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)檢測，發(fā)揮了輪對質(zhì)量第一道安全屏障作用，減輕了人工作業(yè)勞動(dòng)量，提升了機車(chē)輪對檢修維護效率。在運用過(guò)程中，為更好地發(fā)揮該探傷系統的安全保障作用，進(jìn)一步提高輪對檢修維護效率，結合現場(chǎng)實(shí)際應用經(jīng)驗，總結了以下3點(diǎn)管理經(jīng)驗：
(1)采用“狀態(tài)良好”、“跟蹤控制”和“復查判斷”三級自動(dòng)報警模式，實(shí)施差異化的報警管理。其中，“狀態(tài)良好”表明輪對無(wú)缺陷，無(wú)需關(guān)注;“跟蹤控制”表明輪對存在未超限的小缺陷，無(wú)需處理但需重點(diǎn)關(guān)注;" 復查判斷" 表明輪對存在超限缺陷，需要立即扣車(chē)處理。設備專(zhuān)職操作人員和管理人員需嚴格按照三級報警說(shuō)明對輪對進(jìn)行妥善處理。
(2)為保持設備始終處于良好的性能狀態(tài)，須配備設備專(zhuān)職維護管理人員，定期對設備進(jìn)行維護和管理。
(3)需嚴格規范機車(chē)司機的入段作業(yè)，嚴禁機車(chē)在檢測區域內撒沙，避免對系統的檢測能力造成影響。
4 改進(jìn)建議
為了更好地發(fā)揮輪對在線(xiàn)深層次探傷系統的作用，針對機車(chē)輪對現場(chǎng)運用需求和設備運用中的局限性，提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)建議：
4.1 提升系統的模塊化、標準化水平輪對在線(xiàn)深層次探傷系統應提升模塊化、標準化水平，形成下述標準化的系統性模塊：
(1)硬件模塊：現場(chǎng)基本檢測單元設備標準化激勵和信號、現場(chǎng)設備間信號處理及數據采集模塊、系統控制及管理模塊;
(2)軟件模塊：數據采集分析應用軟件、數據分析軟件、WEB數據發(fā)布及用戶(hù)應用軟件、控制臺軟件;
(3)數據模塊：數據庫、預警告警數據、特征量數據、輔助數據信息，為數據中心的連續、長(cháng)期的數據跟蹤分析提供全面、穩定的數據源。這樣即保證了不同功能子系統的長(cháng)期穩定性，又為用戶(hù)后續擴展和系統維護、升級提供了方便條件。
4.2 進(jìn)一步提高檢測系統的速度適應性為提高機務(wù)段整備作業(yè)效率，建議采用高精度傳感器，使得檢測時(shí)過(guò)車(chē)速度能提高到8km/h以上。
4.3 優(yōu)化樣板輪對上下線(xiàn)裝置設計，簡(jiǎn)化上下線(xiàn)操作 提升校驗標定作業(yè)效率。
4.4 構建專(zhuān)家診斷系統
進(jìn)一步提升檢測系統智能化水平，實(shí)現機車(chē)入庫綜合檢測數據平臺化。對系統產(chǎn)生的檢測數據進(jìn)行深度挖掘、統計建模，對發(fā)現的機車(chē)輪對內部缺陷和機車(chē)運行區段、機車(chē)輪對材質(zhì)、機車(chē)輪對生產(chǎn)批次、機車(chē)輪對生產(chǎn)工藝等多個(gè)因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，隨著(zhù)統計數據的不斷增加，逐步構建由知識庫、推理機和交互界面構成的專(zhuān)家診斷系統，由專(zhuān)家診斷系統給出機車(chē)輪對狀態(tài)和狀態(tài)變化趨勢，逐步實(shí)現由故障報警向故障預警轉變，節約過(guò)剩維修造成的檢修、運用成本，消除由于狀態(tài)突變造成的安全隱患，為確保機車(chē)質(zhì)量，實(shí)現我國鐵路運輸的快速發(fā)展提供重要的技術(shù)保障。
4.5 研制非直接接觸隨動(dòng)式超聲波探傷裝置目前，接觸式超聲波探傷、液浸式超聲波探傷裝置為機務(wù)段在線(xiàn)深層次探傷系統的主要形式，但是這兩種探傷方式在應用中存在不足：
(1)探頭數量太多，一般為400～600只，導致設備規模龐大，現場(chǎng)設備使用的長(cháng)期可靠性有待提高，后期維護成本較高;
(2)為解決耦合問(wèn)題，采用水噴淋法或液浸掃描技術(shù)，大量的探頭與運動(dòng)的車(chē)輪之間難以全部形成良好的聲耦合，開(kāi)放的工作環(huán)境，也很難保證耦合介質(zhì)的穩定性，且在北方地區，因寒冷冬天也無(wú)法正常使用。為此，應加快研制解決超聲波探頭數量多和目前系統存在的耦合問(wèn)題的非直接接觸隨動(dòng)式超聲波探傷裝置。
5 結束語(yǔ)
隨著(zhù)輪對在線(xiàn)深層次探傷系統在機務(wù)系統的廣泛運用，各型機車(chē)輪輞缺陷的探傷檢測更加方便快捷，提高了輪對探傷檢測效率，有效保障機車(chē)輪對運用質(zhì)量和安全。建議進(jìn)一步提升系統的模塊化、標準化水平，提高檢測時(shí)機車(chē)通過(guò)速度，構建專(zhuān)家診斷系統，完善信息化平臺建設，開(kāi)發(fā)研制南北方均適用的非直接接觸隨動(dòng)式超聲波探傷裝置。更好為機車(chē)安全運行保駕護航。
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