整修轨在线探伤系统的研制

上海铁道科技２００６年第５期　文章编号ＣＮ　３１—１５０２／ｕ（２００６）０５—０４９—０３　整修辄在线撬伤系统硇砜制　陈志远上海铁路局技术中心　■．■一　　一■誓的有效探伤问题亟待解决。　机床前整形后；整台设备包括探　架、钢轨驱动系统、探伤系统和　１问题的提出　可能造成漏检。　③探伤方法可操作性差。　工线函【２ｏｏ３】１９号文规定“凡下道　由于人站在钢轨上推行仪器，难以　２技术方案　根据上海铁路局工务机械　伤未发现伤损的钢轨（简称整修轨）”，以　检查探头的位置、注意探头的耦合状况。　确保铺设整修轨线路的行车安全（下图　对于出现的疑难波形不能进行有效地排　修流水线当前的工位布局和作　必须要得到另外一人的　情况，在线探伤系统安装位置　左侧是整形机、右图为待探伤整修轨）。　除，要做到放心，轨经整修后重新铺设上道的必须是经探　帮助，实际上就需要二人作业。　④探伤存在较大区域的盲区。　由于没有引轨放置仪器进行过渡，　辅助装置、探伤耦合系统（见图一　每根钢轨的前后端各约一米的距离不能　有效探测（如图２）。　由于仪器通道受限，线路上对钢轨　轨头不同趋向的核伤进行探伤是通过周　期性改变探头方向栾ｌ解决　（觅钢轨小车　探头布局）而整修鞔的探伤是一次性探　伤，根据酱前探头布Ｊ葛Ｉ形式　；存＿在精检的　可能。２００５年３．且蟪赣线整恪轨折断的　教训是极其深刻的（伤损位置见图３）。　一＿　图４　图５　探头安装机架由机座、探　置及其升降机构、钢轨导向装ｊ　机架上的探头安装装置，　头耦合面形成相对钢轨踏面ｊ　实现组合探头与被探钢轨面动　耦合，从轨端进入第一个探头　应钢轨高度的变化（１０ｎｕｎ范匪　图１　图２　钢轨走行驱动系统，通过　器控制流水线中待探钢轨的　（２）整修轨探伤存在的问题。根据上　述作业流程，我们可以发现：　分别控制前后各输送马达，走　调节范围０ｍ／ａｒｉｎ到３０ｍ／ａｒｉｎ；　线采用５个１．５ＫＷ电机作为蟊　３个为送轨电机，２个为出轨电　电机可选择变频运行、工频运　图３　１２００５年皖赣线芜湖工务段管内整修轨　因轨底伤损折断情况　①探伤工的作业安全难以保障。　人行走在一根钢轨上，要注意仪器　显示波形，还要推行仪器，很难兼顾脚　下，容易失足或脚落进轨缝里，扭伤脚的　三种方式。　探伤系统包括探伤仪、探　情况时有发生。　上述四个问题的产生归根结底是因　②探伤质量难以保证。　耦合系统。　为目前整修轨的探伤方式造成的，在发　正是由予安全问题的存在，探伤工　探伤耦合系统：耦合剂采　生皖赣线整修轨折断时间以后，整修轨　难以全心全意注意仪器的显示波形，极　组合探头布局：不低予目　维普资讯 http://www.cqvip.com

５０　上海铁道科技２００６年第５期　钢轨探伤仪检查能力，可以检查整个轨　个滚道线采用５个１．５ＫＷ电机作为滚　到一定高度（此时６个探头能与钢轨踏　头部位和轨腰及轨底投影区范围，可以　道动能，３个为送轨电机，２个为出轨电　探测轨头核伤、轨底横向裂纹，轨腰水平　机。为了有效解决生产效率与探伤速率　裂纹和轨腰螺孔裂纹，仪器共使用。６个　之间的矛盾，本系统采用变频装置（如图　通道：前３７ｏ和后３７。共同使用６通道，　７、图８），滚道线正常状态下以工频匀速　面充分耦合，利用探头自身弹簧使耦合　力达２￣３ｋｇ），机架上的探头安装装置，　通过使探头耦合面与相钢轨踏面形成　３０。倾角（如图９），实现组合探头与被探　左前７０ｏ使用ｌ通道，右前７０。使用２　运行，当进入探伤装置前以变频减速运　钢轨面动态下充分耦合，从轨端进入第　通道，左后７０。使用３通道，右后７０。　行。采用选择按钮给变频控制器开关信　个探头起即刻适应钢轨高度的变化　一使用４通道，０。使用５通道。　３具体实施方案殛原理　（１）探头安装机架ｆ图６）　整体机架固定在地面上。６个探头　安装在一块探头安装装置上，其升降机　构采用丝杆传动，导杆定位，确保安装装　置运行不发生倾斜，保证探头同时耦合，　整个装置由电机驱动，钢轨进入前，探头　架整体下降到位，其上安装多通道转换　盒、耦合水流量控制开关，其下方安装耦　合水回收箱；升降电机的功率０．２ｋ￣ｖ，转　速为１３８０ｔｒ／ｍ，速比１／６０，升降速度为　１４ｍｍ／ｍ￣电机工作采用点动控制，安装　２只限位开关上进行保护。其电器控制　与其宅羟制部分结合成　个控制箱。　机座两侧各安鹱３个导向轮，．确保　钢轨沿流水线中心线直线走行，钢轨进　入探伤区后横向摆动不超过ｌＯｍｍ。　幽６　（２）耦合水：　在机架附近一定高度内安装１只水　箱，直接用自来水接入，水位由浮球控　制，开关安装在操作台上，通过１接６转　换接口分别引入６个探头。耦合水经水　箱回收后从地面排水沟流出。　（３）钢轨走行驱动系统：　设计思想及原理：在线探伤装置是　将探伤设备安装在滚道流水线上，钢轨　在运行的过程中自动完成探伤过程。整　号，从而控制变频器输出频率，最终达到　（１０ｍｍ范围内），使钢轨全长范围均通　控制滚道电机的转速，实现快速或慢速　过６个探头；且探头安装装置下降到高　运行。滚道电机可选择变频运行、工频运　度确定后，以后每根钢轨进入探伤区时，　行和停车三种方式。　其高度无需变动，而且却能适应钢轨高　按下上电按钮后，系统处于待机状　度的变化（幅度为ｌＯｍｍ）；当探头与探　态。如果将转换开关置于快速位置，板动　测面接触时，与钢轨踏面充分耦合，不接　前进、后退按钮，变频器输出频率为　触时恢复相对钢轨踏面成３０。倾角。　５０ＨＺ，滚道电机按５０ＨＺ频率运转。当需　要低速运行时，只要将转换开关置于慢　速位置，按下启动按钮，变频器输出频率　为１５ＨＺ，滚道电机按１５ＨＺ频率运转，　由于变频器设置成线性加速，输出频率　按照恒定斜率递增，．电机将缓慢加速到　图９（探头耦合时情况）　设定值，这样保证钢轨自动进入探伤探　头。　■一　图１０（探头非耦台时情况）　探头耦合面相对钢轨端面成３０ｏ以　图７【按钮布局）　图８【变频系统）　上倾角，依靠小弹簧来实现。　在自动运行期间如果发现异常情　（５）探头布局、设计思想、具体解决　况，可以按下停止或急停按钮停止电机。　方案　本系统有比较完善的保护装簧，电机有　①布局（图ｌ１）：　过压、过流保护、热保护。变频器也具有　不低于目前使用的钢轨探伤仪检查　比较完善的保护功能，在运行过程中，如　能力，可以检查整个轨头部位和轨腰及　果发生异常，则变频器立即封锁ＰＷＭ　轨底投影区范围，可以探测轨头核伤、轨　输出，进入故障保护状态。由闪烁显示的　底横向裂纹，轨腰水平裂纹和轨腰螺孔　故障代码，指示当前故障信息。不论是否　裂纹。　发生故障，只要变频器工作在参数设定　状态，用户就可以通过键盘，进行故障查　询。所以本系统操作、检查维护非常方　便。　（４）原来探伤小车对轨端一米的距　左翦　；　前７０　垢７０　右后∞’　后３７’＋０　曹升‘　＿　＿－　离内不能有效探测的解决方案　图１１　原探伤小车对轨端一米的距离内进　仪器共使用６个通道，前３７。和后　行探伤时，６个探头不能全部对其探伤。　３７。共同使用６通道，左前７Ｏ。使用１通　本项目解决方案是：探头安装装置下降　道，右前７Ｏ。使用２通道，左后７Ｏ。使　维普资讯 http://www.cqvip.com 上海铁道科技２００６年第５期　５１　用３通道，右后７０。使用４通道，０。使用　５通道　②设计思想：　②仪器的ｌ一４通道距离增益从　于１．５大格．有的近２格：符合满足检测　Ｉ　ｈｌｈ降为５ｄｂ，减少仪器远区的干扰影　灵敏度的要求。五通道０。探头检测螺孔　响。　水平裂纹（３ｍｍ）。底波孔波裂纹波交替　③仪器电源从市网电压改为电瓶供　清晰，无杂渡．探伤灵敏度余量３８ｄｂ　六　旧轨整治长轨条的检测主要是检测　通道：井接２只３７。探头．检测螺孔向　轨头棱伤，轨底划痕，横裂还有水平裂　电，减少动力设备的用电干扰．　伤　纹。刚ＧＴ一６Ｂ璎钢轨探伤仪．原本为６　④仪器探头，从普通的路轨探头改　上．向下３７。的斜向裂纹（３ｍｍ长度）．个通道，ＣＨｌ，ＣＨ２为７０。通道．用于检测　为聚稀亚安的高灵敏度探头。增加仪器　波强烈满幅，无杂波出现．灵敏度余量　轨头核伤。ＣＨ３．ＣＨ４为３７　通道，用与榆　的抗干扰性。　３８ｄｂ左右。　（２）在线长轨试验检测：　测螺孔斜向裂纹和轨底横裂检测　ＣＨ５，　⑤钢轨行进的动力没备加强接地措　此乃Ｌ述措施中最重要的一条．是减　各通道一Ｅ作正常．在正常轨腰内　ＣＨ６为０。通道．用与检测水平裂纹　，整　施。修轨探伤需要一次就要完成对钢轨垒断　少对仪器电磁干扰的措施中从源头解决　７０。探伤无杂波出现　０。探头底波正常，　该系统结构新颖、实用．解决钢轨探　丽探伤。　的方法。　降低了　上述五条措施采取后，电磁渡干扰　伤盲区，且基本实现自动化作业．从３８ｄｂ下降至２５ｔｉｂ．而仪器在正常探　劳动强度．确保了人生和设备安全；更主　要的是严格执行了工线函【２００３】１９号　测的情况下探测灵敏度为３４ｄｂ左右．故　完全满足使用要求，在正常探测时不发　文规定“凡下道轨经整修后重新铺设上　生电磁场干扰波　符合现场使用要求。　道的必须是经探伤未发现伤损的钢轨　（２）对钢轨无间断探伤，并杜绝探伤　（简称整修轨）”之规定，为整修轨无缝线　加强轨头核伤的检测。这主要考虑　肓区　原设想拟采用带开关的磁铁钢轨　路提供了安全保障。　安装在轨端．使探头顺利过渡到钢　该体统从２００６年４月调试结束后．　到轨头的内外侧、向前和向后倾斜的核　导向．伤检测．（如图所示。）这样则需要拥有４　轨踏面上．但此方法存在两个问题：一是　投入试用．深受职工和其他兄弟单位欢　　个７０。通道。故ＣＨ３，ＣＨ４要改成７０。通　需人＾ｒ＝安装或拆卸磁铁钢轨导向．如果　迎。试用以来已发现３５根各类伤损钢轨。道，考虑到原来３７。通道与７０ｏ通道距幅　吸力小则１　作不可靠．吸力大则不容易　拆卸：二是钢轨探伤不连续　不一样．所以３７。改成７０。探头　作距离　责任编辑：徐峰　收稿日期：２００６．９　幅度也要等同改进。同时为了现伤探工　通过分析Ａ、Ｂ类不磨耗钢轨在滚　作的操作方便．观察的直观，现将ＣＨ３，　导线Ｅ运行时钢轨踏面高度的变化规律　ＣＨ４的回波显示改成向上的显示．使之　及变化幅度，及对探头本身结构分析．提　４个７０。工作回波均为向上显示　朦仪器　出“通过使探头耦合面形成相剥钢轨端　的ＣＨ５仍维持为０度通道　原仪器上的　面成３０　角．实现组合探头与被探钢轨　ＣＨ６则需要改成双３７。通道。由于ＣＨ６　面动态下充分耦合，从轨端进人第一个　０ｒａｍ　原来是０。探头纵波探伤．现要用双３７。　探头起即刻适应钢轨高度的变化（１横波探伤同时一Ｉ：作．则需要加大发射强　范围内）”的解决方案　度．由原来的一级发射改成二级串联发　（３）目前流水线钢轨走行速度是　ａｉｒｎ．而探伤工况下的钢轨走行速度　射．满足双３７ａ探头同步工作的发射强　２４ｍ／度。　则根据钢轨探伤工艺确定．在研制阶段．　其速度有较大不确定性：因此提出通过　４重点技术攻关情况　变频器实现对走行速度的无级．阋节。这　（Ｉ】在试验的过程中，发现钢轨行进　样利于探伤Ｔ艺调试．还能满足该流水　的动力设备启动时．产生电磁干扰波．电　线快速运送Ｃ类轨和入库钢轨　磁干扰波呈草状出波。尤其在各通道的　远区刻度８一ｌ０尤其严重。干扰波在　５最统可靠性验证　３８ｍ　左右．为解决干扰问题采取了以下　几条措施：　照机完工后即进行了探伤试验。　（Ｉ）在线测试轨检测：　二．三．四通道检测轨头中４平　一．①仪器对接电缆从五米缩短为一　米．以减少干扰的长度　底　Ｌ，灵敏度余龃在伤渡位移动量均大