新前端电子技术在铁道轮对无损检测中的应用

摘要:新前端电子技术的迅速发展和进步，给工业中对铁道轮对的无损检测提供了基础。针对新装固定AURA系统和地下检测站的新要求,前端超声波和涡流检测设备须朝微型化方向发展。起声波和-满流前端系统尺寸小，很容易安装在靠近超声波探头和涡流传感器的地方，利用这种结构,检测系统和检测设备的简单化是完全可以实现的。本文中对ICE列车轮对超声波探伤检测进行了分析，使用的第二代 AURA的模块，它是针对 ICE列车轮对的超声波检测而专门设计的。 小型化前端模块对轮对的检测是具有优越性的。

关键词:铁道车辆;轮对;无损检测;检则系统;原理。

1.前端技术

1.1 超声波前端

如今的自动超声检测系统市场,需要价格合适, 且能在短时间内完成各种检测任务的通用型电子模块。为了满足这些要求, IZFP公司已经开发了16 通道超声波前端模块,由于16/24通道( 16输出、24输入)线路板的紧凑设计,允许在最小的空间内安置复杂的检测系统。它可以通过以太网进行网上操作,经任一通道提供检测。 这种前端技术能应用于化学管道和容器、石油化工、电站、生产线的检测和钢铁产品的前期检查等等 。

1.2 起声波和-满流前端系统的共同特性

由于超声波和涡流前端模块尺寸小,检测电路能很容易安装在靠近超声波探头和涡流传感器的地方。 利用这种结构,检测系统和检测设备的简单化是完全可以实现的。特别是用短电缆进行探头/传感器与前端模块之间模拟信号的传输,在同样的外界环境下, 对减少额外的电磁感应或干扰是很有意义的。 通过以太网连接可以将数据远距离传送到主机。

2.起声波和-满流前端系统的共同特性

2.1  ICE列车轮对检测

对于单个轮对的检测,考虑到已有的 AURA系统,位于 Krefeld的德国铁路工厂近来开发了装有第二代 AURA的模块。它是针对 ICE列车轮对的超声波检测而专门设计的 。 这些设备是Krefeld工厂提供维修服务必不可少的部分,在这套维护设备上可对 ICE列车轮对进行直接检查并实施检修 。

可以检査出轮辐和轮盘的表面裂纹和缺陷。 用于轮辐和车轮检测的传感器由2个固定模块和热交换模块组成,其中固定模块适用于所有的轮对产品,而热交换模块用于特定结构辐板的检测 。

对于每一个固定模块,分离的 UT 前端电路集成于几乎封闭的传感器中 。 每个热交换模块有一个集成的 UT前端,取决于被测车轮的结构,处理单元采用包含 uT前端的通用模块,探头架与固定模块一起考虑,放在被测车轮的适当位置 。模块的连接是通过工具交换装置实现的,它提供耦合剂和数字超声信号的传输,3个l6通道的前端模块在轮对的检测中是有效的 。 现代化的网络技术能确保将数字超声渡数据传输,给负责数据采集和分析的工作站 。

超声波探伤是通过轮对运动表面对超声波的反射实现的。多达34个传输器用于车轮的轮相和辐板的检测,前端电子和测试软件能完成 A型扫描的记录。 这一点,对于区分内部裂纹信号和非相关几何示值之间的不同是很重要的,这也是由车轮辐板过渡区的几何反射造成的 。 为了进一步降低检测成本,只采用一种传感器设备和接口,对轮对进行2个步骤的检测。第一步,轮对的左側轮检测。传感器放在被测轮对上后,旋转轮对并使被测表面潮湿以获得优化的偶合条件。 实际检测中要求旋转车轮一 整圈以上。

采集信号完成以后,短时间内可获得超声波数据,并可得到检测结果。数据评估过程自动化和超声波数据处理的显示,可以帮助操作人员确定检测结果及其可接受性。

检测的第二步,将从被检测车轮上卸下的传感器水平转动l80度后,传感器系统定位在轮对的右车轮,进而完成整副轮对的检测。 对于整副轮对的检测,包括数据显示,只需要5 min的时间即可完成。额外的数据分析和结果评估,对于经验丰富的操作人员来说也只需要几分钟。

2.2货车轮轴组合检测站

在大修过程中,轮对的更新是一项非常重要的工作。下面是关于轮調残余应力的测量,这是使用由 IZFP公司提供的应力测量系统完成的。轮对的能修工可在加工车床上完成。 最后,使用由 IZFP 和 TEG公司提供的检测系统,完成对轮網及轮轴缺陷(裂纹)的检测还第一次完成了超声波和涡流技术的结合,这些都是针对使用相控阵技术对轮相的检测和对实心车轴的超声检测而采取的新方法。2004年秋,SRS公司授权检测站配备了上述系统。

整个系统由中央主机控制,对于轮網和实心车轴的检測功能集成在一个高级测试程序中 。

整个检测过程是全自动的,对于轮細0检测,超声波传感器和涡流传感器被固定在踏面或轮網的背面。相控阵搜索单元置于轴身的限定区域。相控阵传输器的轴向位置与范围,取决于被检测轴的型号和结构。

超声波技术已被广泛用于轮網裂纹和缺陷的检测,涡流技术则被应用于滚动表面裂纹的检测 。 对于每个车轮,需要用12只超声波传感器和4只涡流传感器进行检测。

货车车轴是实心的,对于车轮上横向裂纹的超声检测,包括轮座、轴颈、防尘座和所有圆弧部位,要求选择很多不同的入射角.为了减少轴检测总的用时,采用由 GE检测技术有限公司提供的相控阵系统。入射角从25°一75°不等。

2个l6多通道超声波前端模块和1个8通道涡流前端已用于轮辐的检测,并安装在靠近超声波和涡流传感器的地方。       .

检测数据都是以数字形式传送到主机,网络技术提供与主机之间的数据传送和数据共享。 COM- PAS系统,对于超声波检测,在轴体的每一面,可确定带有14个参变量的相控阵搜索单元。

为了降低总费用和对空间的要求,轮对检测站也就是运行相控阵搜索单元,也连接到主机上,从而实现了数据的传输和共享。

在轮網检测过程中,自动处理检测数据,由于数据已经被处理过,所以检测结果可能相对直观。 当检测车轴的数据采集在现场进行时,超声波和涡流的数据信息可能达到或超出阈值,由检测人员进行评估,因为来自横截面的图形变化不允许自动分析,这就需要通过检测人员来评定。 尽管如此,有一种定制的评估程序,它是 COMPAS软件包的一部分,在数据评估过程中,可以给检测人员以很大的帮助。

2.3  ICE车轮的地下检测

为了用装在列率轮对上的超声波检测仪检测ICE高速列车的轮对,德国铁路维修工厂建立了地下检测系统。第一代地下检测系统是由 DB、BAM、IZFP和TEG联合完成的,并且很快应用在一些德国铁路工厂中。 为了检测列车轮对,需要将其吊离铁轨,还要用适当的机械设备将其转动 。 这样,才可以检测主动轮对和从动轮对。

对于地下检测,考虑到减少检测时间、提高可靠性、维护及管理工作最小化,提出了一个新的理念 。 这个理念包括 IZFP前端电子装置的应用，这个装置靠近传感器。 通过以太网,可将超声波检测数据传到用于轨道维护的主机上。这个过程要避免噪声和错误的电缆连接。检测完成以后,检测设备必须移至下一个要检测的轮对,因为不需电缆，所以可以减少检测设置的时间它最重要的特点就是，该软件将数据采集、数据显示应用到了已拆卸的ICE轮对评估当中。

总结：

通过对这门课程的学习和编写这篇论文，我深刻了解了无损检测技术在工业发展的重要性，现在的常用的检测装置里链接探头和传感器的电缆通常要跨越很长的距离，但工业中的电磁干扰会引起信号强度的损失和信号质量的减弱，所以就需要完成本篇文献描叙的IZFP的前端技术来使超声波和涡流电路与数据收集通道分开，来与探测系统靠近。IZEP对动车无损检测提供巨大的帮助，让动车更安心快捷的出行，人们也会更乐于搭乘动车出游。学习本门课我也认识到了我今后在社会工作的责任，我会更加努力的学习来贡献社会。

参考文献

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