铁路货车轴承外圈超声波探伤机

曲圣贤，马文，姚成良，赵普民,何春燕

(瓦房店轴承集团有限公司 工程中心装备部，辽宁 瓦房店 116300)

过去，铁路货车轴承外圈探伤采用磁粉探伤，由于探伤原理的制约，该方法只能检测套圈表层和亚表层存在的材料缺陷或加工制造缺陷，对于套圈深层和内部出现的材料缺陷或加工制造缺陷无法检测出来。据调查，近年来出现多起由于套圈深层和内部缺陷导致的装车运行时轴承出现疲劳失效的情况。为了保证铁路运行安全，铁道部下发运装货车[2008]368号文件《铁路货车轴承外圈超声波探伤技术条件》，据此，设计了铁路货车轴承外圈超声波探伤机。生产中采用磁粉和超声波探伤相结合的方式，弥补磁粉探伤对工件深层探伤的不足，确保轴承产品出厂质量和可靠性。

1 探伤机结构及参数

1.1 结构组成

如图1所示，超声波探伤机由上料道、机体、配电箱、垂直移动机构、左右探伤仪、耦合液装置、转动机构、按钮盒和下料道组成。

1—上料道;2—机体;3—配电箱;4—垂直移动机构;5—左探伤仪;6—右探伤仪;7—耦合液装置;8—转动机构;9—按钮盒;10—轴承外圈;11—下料道图1 铁路货车轴承外圈超声波探伤机结构简图

机体连接所有的部件并承重受载；转动机构通过调速电动机使工件按一定转速旋转，电动机功率为40 W，调速范围为3～14 r/min；垂直移动机构控制2个探头的移动方向和速度；耦合液装置在探伤时为探头和工件之间浇注必备的溶液，提高探伤效果；探伤仪进行实际探伤操作，对整个探伤过程进行监视、数据处理、显示和打印[1]。探伤机设有2处按钮盒：机上按钮盒和手持按钮盒(图中未表示)。机上按钮盒有启动、停止、上下、调速和总停按钮，手持按钮盒有启动、停止和上下按钮，上下按钮为两位式，调速按钮为旋钮式。

1.2 技术要求

被探伤轴承代表型号为352226X2-2RZ和353130B，工件最小外径230 mm，最大外径250 mm，最大宽度160 mm。要求探头扫查范围为轴承外圈全部检测面，相邻两次扫查重叠区域应不小于探头晶片尺寸的10%。扫查时，探头与工件的相对移动速度不大于100 mm/s。

1.3 参数确定

根据技术要求，352226X2-2RZ及353130B轴承在外径为250 mm时允许的调速上限为[2]

在轴承外径为230 mm时允许的调速上限为

实际操作中，根据不同产品及要求，使转速控制在要求的范围内。

为保证相邻两次扫查重叠区域不小于探头晶片尺寸的10%，满足轴承外圈表面扫查全覆盖，取探头架丝杠螺距为2 mm，齿轮传动比i=2。当工件旋转一圈时，探头架垂直移动2个螺距，即探头升降4 mm/r，因晶片尺寸为5 mm，即工件旋转一圈中相邻两次扫查重叠区域尺寸为5-4=1 mm，重叠率为20%，大于10%，满足要求。

2 探伤机工作原理

超声波探伤机主机结构如图2所示。直流调速电动机驱动轴承外圈旋转并通过主、从动齿轮带动探头架垂直移动，外圈与上、下探头的合成运动使探头在外圈表面产生螺旋攀升的运动轨迹，保证了探查的连续性。但为了解决探伤初始和结束时螺旋探伤面存在的探伤盲区问题，在结构设计上使外圈在第一圈和最后一圈旋转时，探头不作垂直移动，仅外圈做水平旋转运动，从而使探伤盲区覆盖，实现全覆盖探伤。

1—左探伤仪；2—右探伤仪；3—挡铁1；4—丝杠；5—上从动架；6—下从动架；7—主动架；8—下探头；9—上探头；10—调速电动机；11—从动齿轮；12—主动齿轮；13—下开关；14—挡铁2；15—上开关；16—弹簧；17—弹簧座；18—正反向螺杆；19—外圈；20—传动螺母；21—连接板图2 超声波探伤机主机结构

上、下从动架分别装有2个超声波探头，由2台超声波探伤仪控制，实现对外圈中部环形凹槽的探伤。2个从动架可通过与其连接的正反向螺杆进行间距调整，以满足不同产品的使用要求。探头具有沿外圈径向的调整功能，探头后端设置有2个小弹簧以使其始终和外圈接触。

开始工作时，外圈在电动机驱动下旋转，主动齿轮带动从动齿轮，内装有传动螺母的主动架开始上移，因为主动架上的弹簧座上端面与从动架下端面留有一个4 mm的间隙，所以，上、下从动架以及上、下探头不做垂直移动，这时，上、下探头在外圈外表面上形成宽度为5 mm的水平环形探伤带。当继续工作时，弹簧座上端面与下从动架下端面的间隙被消除，弹簧座就开始推动上、下从动架上移，这时，上、下探头在外圈外表面上形成螺距为4 mm的螺旋形探伤带。探伤临近结束时，挡铁1靠住连接板，上、下从动架停止上移，探头不做垂直移动，而外圈在调速电动机的驱动下继续旋转，通过齿轮传动，主动架在丝杠的驱动下压迫弹簧继续上移，这时，上、下探头在外圈外表面上再次形成水平环形探伤带，直到挡铁2碰到上开关而停止，完成一个工作循环。在做下一外圈探伤时，手持按钮置于下行位置，电动机反转，探伤机进行反向探伤。

3 结束语

设计的铁路货车轴承外圈超声波探伤机原理简单，结构轻巧，探伤效果可靠。可实现正、反向探伤，操作方便、省时且效果好，在生产实际中得到了较好的应用。实践证明，探伤检测效率为每件用时最短2分多钟，目前已检测10万余件外圈，未发现一件漏检。