车轴磁粉探伤机许用径向尺寸计算及应用

宋一楹 张弓

摘要：本文简要阐述了CJW-3000Z车轴磁粉探伤机的基本原理，重点描述了根据探伤机结构计算探伤车轴许用径向尺寸的方法和根据通电线圈匝数和直径计算许用径向尺寸的方法，通过科学判断CJW-3000Z车轴磁粉探伤机的探伤能力，保证了探伤机各部状态良好和车轴探伤生产的连续性。

关键词：计算;探伤机;车轴;尺寸;

前言：目前本单位采用的CJW-3000Z型车轴荧光磁粉探伤机是我国铁路货车新造、检修车轴磁粉探伤的首选设备，其设备性能和技术指标完全满足以RE2B为主型轴的在役国铁车轴的表面荧光磁粉探伤。随着出口车型的增多，国内铁路货车向提速重载方向发展的趋势，大轴重、大径向尺寸车轴生产和试制工作一次次挑战现有设备的许用极限。为了消除冒险“试着干”产生的不必要设备损耗，避免试探过程中发生探伤机线圈环合机构与车轴干涉，导致环合机构损坏、设备停台维修和车轴表面损伤，应用理论计算、提前谋划后再探伤大轴重、大径向尺寸车轴具有实际意义。

1车轴探伤许用径向尺寸计算

车轴磁粉探伤时，充磁线圈处于张开状态，车轴吊入探伤机，轴身与滚轮接触，启动环合按钮，线圈环合，如图1所示。分析知，线圈环合良好与线圈内径D1、车轴轴身直径D2、车轴轮座直径D3、滚轮直径D4、两滚轮中心距L1、线圈内径顶点至滚轮顶点垂直距离L2等因素有关。设轮座顶点至滚轮中心点垂直距离为L3，则线圈环合良好须满足下式：

L2>L3-D4/2

设车轴中心至滚轮中心点垂直距离为L4，则上式可化为：

L2>L4+（D3/2）-（D4/2）

式中L4=（D2/2+D4/2）cos（∠O3O1O4/2）

=（D2/2+D4/2）

= /2

故L2> /2+（D3/2）-（D4/2）

笔者认为每种车轴探伤前，依据上式的计算结果，可以有效确定现有探伤机是否具有探伤能力，取代盲目的试验，相比之下前者更为科学、客观、合理。

2基于尺寸计算后的局部改造及相关规范

2.1局部改造线圈机构与车轴不干涉后，还需考虑是否因改造导致车轴探伤机的设备性能和技术指标受到影响。

2.1.1CJW-3000Z型车轴荧光磁粉探伤机的磁化方法主要是采用复合磁化法，即周向磁化和纵向磁化相结合，它的周向磁化采用轴通电法;纵向采用可开合的长螺管线圈法，具有磁化均匀，全方位显示，有较好的磁化效果。在车轴被置于设备中部的磁化区，电极夹紧两轴端，开合线圈在轴身上闭合，喷淋磁悬液，周、纵向磁场发生器开始工作，在车轴上建立一感应磁场，当工件表面存在缺陷（裂纹）时感应磁场的磁力线便不会连续而在工件表面形成一漏磁场，在缺陷两侧形成磁极，磁极吸附磁粉，磁粉的堆积形成磁痕。磁痕的外观显示出缺损的长度、走向、轮廓等一系列图像，从而显示出缺陷所在。

2.2以径向尺寸改造为例，增大线圈直径后须考虑用连续法检测的线圈法磁化规范的改变。一般，线圈法的有效磁化区是从线圈两端向外延伸150mm的范围内，超过150mm之外区域，磁化强度应采用标准试片确定。分段磁化应有一定的重叠区。重叠区应不小于分段检测长度的10%，检测时，磁化电流应根据标准试片实测结果来确定。

首先应确定待测车轴的填充系数，即线圈横截面积与被检车轴横截面积的比值，比值大于10时为低填充系数线圈，比值大于2小于10時为中填充系数线圈，比值小于等于2时为高填充系数线圈。

国内外试验研究证明：为改善车轴与车轮过盈配合引起的“微动磨损”现象，车轴轮座与轴身过渡处的断面阶梯比取1.12～1.15时疲劳强度最好。因而，轴颈、防尘板座、轮座、轴身可能因直径不同而与线圈形成不同的填充系数。

当其为低填充系数时：IN=1690R/（6（L/D）-5）

当其为高填充系数时：IN=35000/（L/D+2）

当其为中填充系数时：IN=（IN）h（10-Y）/8+（IN）l（Y-2）/8

式中N——为线圈匝数;

L——为车轴长度，mm;

D——为工件直径或横截面上任意两点之间的最大距离，mm;

（IN）h——为高填充系数时算出的安匝数;

（IN）l——为低填充系数时算出的安匝数。

完成磁化过程后，车轴滚动检查，再退磁，交流退磁采用电容放电衰减法，直流退磁采用瞬时反向电流衰减法。在不退磁时纵向磁化会在工件两端产生磁极，所以纵向磁化较周向磁化产生的剩磁有更大的危害性。而改造线圈后，易导致退磁不净。

车轴上保留剩磁，会对车轴下一步的组装和使用造成很大的影响：车轴上的剩磁会影响压装过程中，在车轴附近的仪表精度;车轴上的剩磁会吸附肉眼不易发现的磁粉，在轮对压装时烧轴，在轴承组装运用时热轴;车轴上的剩磁会给清除磁粉带来困难。

由于上述影响，故改造线圈机构后，应保证车轴的剩磁减小到不影响后续使用的程度。

另外，技术改造后，易出现灵敏度试片显示不清的情况。如果不加重视，不彻底排除故障，将造成工件的成批漏检，后果极其严重。笔者在此简要介绍三种情况的排除方法。

当车轴一侧三个试片显示不清如图2（c）所示，而另一侧三个试片显示清晰完整如图2（b）所示时，若本机电流表指示正常，根据右手定则判断周向磁化回路接地，可先检查线缆外观状态再检测回路对地绝缘电阻排除故障。

当轮座试片横向显示不清如图2（c）所示，其余试片显示清晰完整时，可先将周向磁化电流调高500A，若试片显示清晰完整，先校核电流表有无故障。若电流表示数准确则可判定为周向磁化相序错接。因本机电源引自380V三相交流电，周向磁化变压器在阀侧独立接在BC相上。故可通过依次改变串接在主变压器相序，改变初级回路中周向磁化模块的导通角直至排除故障。

当所有试片均有横向显示细小，圆周一个方向显示不清时如图2（a）所示，可直接判定为磁化电流相序错接，进行故障排除。

结束语：综上所述，应用理论计算、提前谋划后再探伤大轴重、大径向尺寸车轴具有保证生产进度，保护固有设备的积极意义。同时为固有探伤机满足铁路车轴的升级试制提供了较为经济的改造思路。

参考文献：

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