轮对检测系统TSA探伤检测单元技术改造

黎云 张海

摘要：针对昆明地铁项目使用时发现的问题，成都主导科技轮对检测系统中探伤装置存在的问题提出，并作出整改，对现场轮对踏面缺陷、数据测量有一定作用。

关键词：轮对检测系统；踏面缺陷；探伤系统；探伤检测单元

引言：

随着昆明地铁开通至今，后续线路之间开通，各场段列车增购，设备也随之增加，但各设备也根据自身状况，不断更新换代，设备性能也逐步完善，改进自身缺点的同时，还适应各线路特点，做出不同改变；随着电客列车不断发展，轮对相应故障也相对增多，其中重要的是车轮轮对踏面擦伤，由于正线行驶、过弯、钢轨表面存在异物、制动抱闸等原因，会导致车轮表面存在缺陷，对踏面的危害极大，轻者会因走行时的抖动影响转向架各部件松紧度，严重时可能会因踏面缺陷导致脱轨。因此在轮对检测过程中须对踏面进行检测。每架转向架上的轮对踏面擦伤痕迹的尺寸、状态、位置、角度差异较大，导致自动检测时难度很大，只能通过设备检测后，人工复测。

1、前提介绍

昆明地铁首期线路大梨园车辆段在入段线处安装了轮对动态检测系统，该检测系统由成都主导科技有限责任公司研发，采用“光截图像测量技术（尺寸检测单元）”、“电磁超声探伤技术EMAT（以下简称TSA踏面探伤单元）”、“高精度位移测量技术”、“踏面擦伤检测单元”，在线动态自动检测轮对外形尺寸参数和轮对踏面缺陷状况。

目前尺寸检测单元及擦伤单元使用情况较为稳定，但踏面探伤单元存在测量不精确、标定复杂、备件难采购等问题，基于此，需对其进行升级改造，满足现场使用，下面首先介绍目前首期在用TSA踏面探伤单元。

将电磁超声探头（EMAT）嵌入到测量轨道中，车轮通过EMAT时，EMAT直接在车轮的踏面表面上激发出相向传播的两束超声表面波（始发波）。车轮表面没有缺陷时，激发出的表面波声束将沿着车轮表面及近表面内周向自行传播，从而形成对车轮表面及近表面的全覆盖检测；当车轮表面有缺陷时，在缺陷处，超声表面波的一部分将被反射，沿原路返回，被EMAT接收，形成缺陷波，另一部分超声表面波将透过缺陷沿车轮表面周向继续传播，绕行一周后回到EMAT，形成一次回波。通过分析始发波和一次回波之间的缺陷波信息，就能探测出车轮表面、近表面缺陷。由于超声表面波的传播速度远远大于车轮速度，车轮通过EMAT的瞬间，表面波已沿车轮表面传播数周，因此EMAT不需在踏面上扫查即可探测到整个踏面及近踏面区域的缺陷。如图1所示

从使用情况来看，通过超声波来探测轮对状态，探测时车辆处于运行状态，且系统要求车辆通过速度为≤15km/h，设备安装于入段线处，同车其它轮对经过钢轨时会产生震动，导致探测结果不准确。

2.技改原因：

昆明首期工程，大梨园车辆段段内使用的轮对故障动态检测系统，该系统里的踏面缺陷动态探伤子系统（以下简称“轮对探伤系统”），是TSA探伤检测单元，能够对轮对踏面缺陷自动检测。主要由现场检测设备、现场控制设备和服务控制设备三部分组成，现场检测设备安装有4只探头。

3.目前面临问题：

1.使用过程受其他轮对震动影响较大，测量结果不准确；

2.TSA探伤检测单元所有配件已经停产，在需更换备件时，仅能通过拆装同一型号设备的备件进行更换，备件补充困难；

3.在对其进行保养时，不便于开展模拟作业来验证功能完好性；

4.系统检验标定时，不能精确模拟各种车轮缺陷，无法确定其稳定性。

4.改造升级

结合实际情况，有必要对其进行更新改造，现应用于昆3项目的LVT车轮踏面缺陷动态图像检测系统，能够查看到轮对一周的所有图像，能够查看出踏面的擦伤和剥离的情况，并且能够打印所需图片；自动识别车轮踏面缺陷，包含踏面擦伤、踏面剥离和踏面磕伤；拍摄的踏面图像精度在0.6mm以内；

LVT系统由四部分组成，包括：现场控制中心、现场基本检测单元、远程主机、数据中心，其中远程主机和数据中心依托现有LY系统。现场检测单元主要包括是现场数据采集单元、触发单元、现场控制箱等，分别包括16个面阵相机、16个补光灯、16个车轮传感器及现场控制箱构成。现场控制中心主要功能是现场设备控制（系统上电，开关罩之类），图像采集储存，数据共享，由系统控制箱、踏面检测主机等构成。远程控制室主要功能是提供BS报表查看、筛选以及编组信息下发等。

其工作原理为：采用16个采集单元连续采集轮对踏面图片，实现4张图片覆盖一个整圆周踏面；16个采集单元分成4组，每组采集单元覆盖长度为660mm*4=2.64m；当一个车轮经过检测区时，系统共采集8张图片；根据闸瓦呈对称分布在转向架内侧方式，筛选转向架外侧的无遮挡图片。

相较于TSA探伤检测单元，测量精度更高，允许通过的速度快，备件多为市面上主流电气部件，在对其保养过程可人工模拟过车工况，通过查看照片来确认正确性；在系统检验标定时，精确模拟各种车轮踏面缺陷，具有可靠的稳定性。

结论：

就目前使用及维护保养情况来看，LVT车轮踏面缺陷动态图像检测系统各方面性能及实用性均优于TSA探伤检测单元，结合软件及硬件状态，故可对其进行选择性升级改造。

参考文献

[1]郭伟，超声检测，机械工业出版社，2014

[2]楊雪荣，《机械工程学报》，2008

[3]李波，《装备制造技术》，2013

[4]邓立，《铁道技术监督》，2004

[5]TB/T3182-2007 机车车辆车轮动态检测系统

[6]TB/T 3070-2002 铁路机车车辆自动识别设备技术条件.

作者简介：黎云（1992.05-），男，云南省曲靖市人，当前职务：专业技术员，当前职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：地铁设备技术；

张海（1985.10-），男，云南省楚雄市人，当前职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：地铁设备。