BLC-8Z型铁路机车车辆车轴超声波自动探伤系统

　　1　引言

　　车轴作为机车车辆主要的承力结构件,是保证机车车辆安全运行的重要部件,一旦产生损伤并扩大发展将会折损而导致脱轨事故[1-3]。为此,国家在TB/T 1618-2001《机车车辆车轴超声波检验》中规定,对新制机车车轴不仅需要进行轴向透声探伤检测,还要进行径向超声探伤检测。目前,大部分车轴超声探伤还处于人工手动探伤阶段,由于超声探伤对探头耦合要求较高,人工手动探伤不仅劳动强度大,探伤效率低,而且探伤的准确性和可靠性都难以保证,容易造成漏探和误探。铁路机车车辆生产企业迫切需要装备具有探头扫查、回波记录、缺陷诊断、数据存储、报表打印等诸多功能的机车车辆车轴超声波自动探伤设备。

　　基于上述背景,在中国北车集团的大力支持下,2003年清华大学和北京博力加机电技术发展中心开始合作研制开发新一代BLC-8Z型铁路机车车辆车轴超声波自动探伤系统系列产品。2004年9月底,第1套2通道8探头探伤系统在北京二七机车厂投入使用,并于2005年元月通过北京二七机车厂级鉴定,同年12月通过了中国北车集团的成果鉴定。随后,为大同电力机车有限责任公司、长春轨道客车股份有限公司、大连机车车辆有限公司和资阳机车有限公司等大型骨干铁路机车车辆生产企业研制的2通道10探头探伤系统也陆续交付使用。本文重点介绍该系统的自动探伤方案、电气控制原理、软件设计、主要技术特点和参数等。

　　2　自动探伤方案

　　如图1所示,机车车轴由轴径和长度不一的若干轴段组成。

　　为提高工作效率,系统采用2个步进电机分别带动2组探头架(2通道8探头探伤系统采用1个步进电机同时带动2组探头架)分别从车轴一端和半长处开始探伤。

　　为满足不同直径轴段的需要,每个探头组安装4～5个不同弧面的探头。在PLC的控制下,同一组探头在某一时刻仅有一个探头在气缸带动下伸出至工作位置。探伤时探头弧面与轴段弧面间保持约0.5mm的间距,中间充满耦合液。

　　被检测车轴与超声探头之间存在两个相对运动:一个是被检车轴在三相异步电机的带动下围绕轴线作匀速旋转运动,另一个是探头随探头架在丝杠的带动下沿轴线作水平移动。这两个运动的合成使得探头在车轴外圆的运动轨迹形成一条螺旋线,当螺距足够小的时候,认为探头扫查了整个车轴。

　　3　电气控制原理

　　如图2所示,探伤系统的电气控制部分以工控机、PLC和超声发射接收电路为核心,辅以操作面板、继电器组、交流电机变频器、步进电机驱动器等构建而成。

　　其基本工作原理为:全轴扫查的动作控制是由工控机控制PLC实现的。工控机将整套探伤操作分解为若干单步动作之后,通过串行通讯端口以字符指令的形式下达给PLC执行;同时,PLC把执行中的某些关键信息通过串口上报给工控机,如探头当前的轴向位置、气缸的伸缩状态、指令执行错误代码等。这些从工控机到PLC的下行指令以及从PLC到工控机的上行报告由ASCII字符组成,是自定义的应用层协议。工控机与PLC的通讯通过串口实现,工控机端是RS232协议,PLC端是RS485协议,二者通过PLC附带的通讯电缆(PPI电缆)连接并转换。