本发明专利技术公开一种实心车轴的相控阵超声检测装置及方法，适用于各型实心车轴的检测，分别在车轴端面和轴颈部位布置相控阵超声波探头，在车轴端面的相控阵探头中心距车轴端面圆心的距离为35mm~60mm，发射和接收角度为-40°到40°；轴颈部位相控阵探头中心与车轴端面间的距离为55mm~252mm，发射和接收角度为30°到70°。与现有技术相比，本发明专利技术能够对车轴轴颈、轮座、齿轮座、抱轴颈、轴身等部位全覆盖检测，使用相控阵探头数量少，探头无需来回移动，检测效率高，适应多种不同的轴型，不需要人工干预。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车轴探测领域，确切地说是指。
技术介绍
随着铁路运输向高速、重载方向发展以及机车段维修公里的延长，对机车走行部质量提出更高的要求。车轴是机车机械走行部关键部件之一，在运行中起着向钢轨传递静载荷、牵引力和制动力的作用，另外还刚性承受来自钢轨接头、道岔、线路不平的垂直和水平作用力，是一个受力复杂、工作条件恶劣的部件，迫切需要对车轴内部和外部缺陷进行检测。因此为避免有缺陷的车轴在运行时发生事故，确保列车行驶的安全，需要对车轴轴颈、轮座、齿轮座、抱轴颈、轴身部分进行探伤。目前，国内外对车轴的缺陷进行无损检测的方法主要是电涡流检测、磁粉探伤、超声波检测。利用涡流检测变换器来实现车轴表面的非接触检测，但受工况条件制约，无法检测距离轴端面较远声程的区域。磁粉探伤也适用于车轴的检测，但是检测前需要对车轴表面进行清洁，一般情况下需要将轮对拆卸下来检测，如果不拆卸轮对进行检测，则轮座部位无法被检测到，检测效率极低。检测效率大大降低会影响正常的运营效率，且涡流检测和磁粉探伤无法满足检测车轴内部缺陷的要求。超声检测原理为如果介质中有气孔、裂纹、分层等缺陷中有气体或夹杂，超声波传播到介质与缺陷的界面处时，就会全部或部分被反射。反射回来的超声波被探头接收，可以根据接收波形的变化特征判断工件中缺陷的深度、位置和形状。超声波探伤优点有穿透性强、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害等，能对缺陷进行定位和定量，适合车轴的无损探伤。车轴轴身较长，其基本结构包括轴端面,轴颈,轮座,齿轮座,抱轴颈,轴身，卸荷槽。实际在役检测过程中，车轴不拆卸车轮，齿轮，抱轴箱，车轴上可放置探头的空间有限。不同轴型的轴端面孔数量和分布不同，车轴轴身结构复杂，车轴轴身的缺陷较容易检测到，但最易出现缺陷的部位为轮座，齿轮座，卸荷槽等部位。既有的常规超声手工探伤方法，需要在不同位置放置多个不同角度的超声波探头检测，检测过程中，需更换多个不同角度的探头，工作量大且极易造成漏检，且在检测过程中，探头需来回移动超声结果稳定性差。利用相控阵超声技术的自动化检测装置可以有效弥补常规超声探头数量大，声束可达性差，无法偏转和聚焦等缺点。通过少量的相控阵探头就可以覆盖车轴的绝大部分区域，且在检测过程中探头无需来回移动，保证超声检测的稳定耦合。目前，国内还没有出现对车轴整体进行超声相控阵在线自动化检测的简单有效方法。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术解决的技术问题在于提供，采用相控阵超声检测方法，该检测方法检测范围广，检测效率高，能实现对各型实心车轴的全范围检测，缺陷检出率高；检测方法简单，图像化检测结果更可靠。本专利技术提供的实心车轴的相控阵超声检测装置，包括电气控制单元、与电气控制单元相连的探头支架、相控阵探头、定转轮装置、超声电子单元及系统主控计算机；所述的车轴端面相控阵探头与轮对车轴端面相控阵探头支架相连，所述轮对车轴端面相控阵探头在车轴端面的范围平移；所述车轴轴颈相控阵探头与轴颈探头支架相连；所述的相控阵探头在检测时被置于轮对车轴轴颈和端面上，轮对的轮缘顶端置于转轮装置上；超声电子单元与系统主控计算机连接。优选地，所述车轴端面探头与轴颈探头配合，如果待检轮对已退轴承，则该装置所述的轴端面探头和轴颈探头同时使能；如果待检轮对未退轴承，轴端面探头使能。优选地，所述的车轴端面相控阵探头与探头支架相连，当待检轮对未退轴承检测车轴时，仅使能端面探头，所述车轴端面探头在端面距轴心的位置可移动，距离范围为35mm 60mmo优选地，所述超声电子单元对超声信号进行放大滤波预处理，并将预处理后的数据传输给主控计算机；所述主控计算机控制装置的启动、停止、运行、分析显示超声回波信 号、存储超声波数据。另外，本专利技术还提供一种实心车轴的相控阵超声检测方法，包括如下步骤I相控阵探头的超声波发射和接收由相控阵电子单元控制；2所述的相控阵探头各阵元依次触发产生超声波束从车轴端面或轴颈圆弧面进入车轴内部；3所述的相控阵超声换能器发射超声波束以一次波和多次波方式检测；4所述的相控阵探头发射波束和接收波束可以近似的表示为具有一定方向的直线，所述的车轴端面相控阵探头对称分布在车轴两端面上，其发射和接收角度从-40°到40°连续变化；所述的轴颈相控阵探头对称分布在车轴的两端轴颈上，其发射和接收角度从30°到70°连续变化；5相控阵电子单元激发和接受并进行数据预处理。优选地，所述的相控阵探头的频率范围为2MHz 5MHz。优选地，所述的相控阵探头的阵列晶元数量为16 128。优选地，所述的相控阵探头晶元顺序激发超声波，形成的波阵面具有偏转和聚焦作用。本专利技术的工作原理和工作过程是首先使用探头支架将相控阵探头定位于车轴端面、轴颈部；通过转轮装置的转动使车轴相对于探头作圆周运动；完成车轴端面和相对应轴颈部表面的湿润后，相控阵探头通过偏转和聚焦特性一次性的完成对车轴整个区域不同深度、不同区域的缺陷检测；车轴端面的相控阵探头发射和接收角度范围为-40°到40°，车轴轴颈相控阵探头发射和接收角度范围为30°到70°，超声探头覆盖范围广，检测过程中探头无需来回移动，即可实现对车轴轴颈，轮座，齿轮座，抱轴颈，轴身等部位的全面检测。相控阵超声检测装置可视工况，车轴轴端相控阵探头和轴颈相控阵探头配合工作。当检测轮对未退轴承可包括未退齿轮、抱轴箱时，该装置只激活轴端面探头并进行检测，使用端面探头平移装置，改变相控阵探头在轴端上的检测位置，通过相控阵探头的偏转扫查和聚焦功能，并配合一次声波和多次声波的检测方式，可以实现车轴部分的全覆盖检测。当检测轮对已退轴承可包括未退齿轮、抱轴箱时，轴端面相控阵探头和轴颈相控阵探头同时激发，轴端面和轴颈相控阵探头通过相控阵探头的偏转扫查和聚焦功能，并配合一次声波和多次声波的检测方式，可以实现车轴部分的全覆盖检测。通过使用二次波或多次波的方式不仅可以检测一次波检测时不能覆盖的区域，还可以用于检测使用常规探头或一次波的方法无法检测的车轴个别部分的难检测缺陷，如轮座镶入部外侧卸荷槽区域、轮座镶入部内侧卸荷槽区域、抱轴颈外侧卸荷槽区域。使用顶转轮机构能够自动化地完成360度范围的车轴检测，并系统软件自动生成检测结果而不需要人工干预。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是在检测轮对实心车轴时，解决了受工况限制不能在轴身布置探头而导致超声对车轴检测不全面的客观难题；只需在车轴两端的轴端面和轴颈上共布置4只相控阵超声波探头即可对车轴的缺陷进行全面检测；通过旋转轮对，自动化地完成车轴的检测，提高了检测的效率；适应各型实心车轴，为我国轮对的运行 安全提供保障；使用相控阵超声技术的偏转和聚焦特性，以极少数的探头，通过一次波和多次波复合检测的模式，在较小的空间需求下完成车轴缺陷检测；通过旋转车轮一圈，自动完成车轴缺陷检测，检测覆盖率、分辨力、信噪比和灵敏度高。总之，本专利技术解决了大功率机车车轴手工探伤效率低下和检测覆盖范围不全的难题；可对车轴各部位进行检测，适应于带轴承套和拆卸轴承套的机车车轴，为我国列车的运行安全提供了保障。附图说明图I是本专利技术实施例中转轮机构示意图。图2是本专利技术实施例中实心车轴的相控阵超声检测方法及装置的部分示意图3a是本专利技术实施例中轴端上的相控阵探头分别通过多次波的检测方式进行检测时的超声声束本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种实心车轴的相控阵超声检测装置，其特征在于，包括电气控制单元、与电气控制单元相连的探头支架、相控阵探头、定转轮装置、超声电子单元及系统主控计算机；所述的车轴端面相控阵探头与轮对车轴端面相控阵探头支架相连，所述轮对车轴端面相控阵探头在车轴端面的范围平移；所述车轴轴颈相控阵探头与轴颈探头支架相连；所述的相控阵探头在检测时被置于轮对车轴轴颈和端面上，轮对的轮缘顶端置于转轮装置上；超声电子单元与系统主控计算机连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭朝勇，王黎，高晓蓉，赵波，彭建平，杨凯，赵全轲，王泽勇，宋舒婷，武冬冬，
申请(专利权)人：成都主导科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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