CN107719413A - 基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置及方法，包括含有支撑并驱动列车轮对转动的成对支撑轮的支撑结构、动力机构、分析与存储***，所述动力机构通过减速机构与所述支撑结构连接，其特征在于，还包括多通道磁信号感应装置，所述多通道磁信号感应装置设置于支撑结构的成对的支撑轮之间；多通道磁信号感应装置包括与轮对踏面贴合的计步轮，还包括对向轮对踏面并保持扫描距离的磁感应探头，所述分析与处储存***与多通道磁信号感应装置相连接。本发明能够及时高效的对轮对早期故障做出识别与告警，有效节约轮对检测成本，克服传统检测装置操作复杂、效率低下、探测能力弱等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种轮对检测装置，尤其涉及一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障快速检测装置及方法。
背景技术
在铁路***中，车轮轮对是影响列车安全运行的一个重要部件，在实际运行过程中，轮对不仅承受着列车的全部重量和自身的重量，还要传递列车与钢轨间的驱动力和制动力。另外，轮对需要承受很大的静载荷和动作用力、组装应力、旋转向心力等。所以要求轮对必须保持良好的技术状态，否则会严重影响行车安全。因此，对轮对故障的检测在保证轮对保持良好状态中起到十分重要的作用。
传统的轮对故障检测手段很多，主要有超声波探伤、磁粉检测和渗透检测等方式。传统的检测手段都需要一定的前处理，如除锈、清洗、涂油和磁化等；检测结束后还需要一定的后处理，如清洗和退磁等操作。整个检测过程操作复杂，效率低下。并且传统的检测手段对轮对早期缺陷没有识别能力，仅能对已经发展为宏观裂纹的缺陷进行识别。这些检测手段操作复杂，检测效率低下，提高了检测过程的经济成本与时间成本。
现有技术中用于列车轮对踏面故障的检测装置大多利用激光探伤等手段对探测装置进行改进：如专利号为ZL200420018702.4的中国实用新型专利公开了一种铁路客车和货车的轮对检测装置。它包括光电编码器(1)、测量控制电路(2)、激光传感器(3)、伺服电机(4)、滚珠丝杠(5)、滑动导轨(6)和滑座(7)，滑座(7)镶在滑动导轨(6)中并且与滚珠丝杠(5)旋合，伺服电机(4)与滚珠丝杠(5)相连接以驱动滚珠丝杠(5)，光电编码器(1)设置在伺服电机(4)上，激光传感器(3)固定在滑座(7)下，测量控制电路分别与(3)、(4)和(1)相连接。其原理是依据激光传感器，进行激光探伤的方法，但其设备体积较大，不利于担任手持作业，操作即为不方便。专利号为CN106143531A的发明专利将上述缺陷进行改进，包括安装在支架上的探测传感器及电机，在支架的固定板上固定安装有丝杠和工作杆，在所述丝杠上可移动的固定安装有探测传感器，所述探测传感器通过固定安装在支架的固定板上的电机驱动；所述电机通过线路与安装在固定板上的锂电池电性连接，探测传感器为红外激光探测传感器。该轨道轮对检测装置结构简单，机身轻便，能够单人进行手持对轮对进行检测，提供了良好的测量稳定性，检测精度较高。但是上述装置其原理仍是采用激光探测传感器，利用激光探伤来进行轮对的探测。上述技术手段对物体内部缺陷的灵敏度，取决于物体内部的缺陷在外力作用下能否造成物体表面的相应形变，如果物体内部的缺陷过深或过于微小，这种方法则无能为力，另外激光探伤技术大多语需要采取严格的隔振措施，实际操作比较困难、繁琐。
另外现有的列车轮对踏面故障的检测装置，还包括图像采集手段，如专利号为CN106124521A的中国专利提供了一种列车轮对检测装置及方法，利用图像采集部件，实现了对列车轮对完整圆周的踏面图像检测，保证了检测精准度，且无需人工校核。
但是，综上现有技术中用于列车轮对踏面故障检测的激光探伤、图像采集等技术手段存在的共同的难以解决的技术问题是：对轮对早期缺陷没有识别能力，仅能对已经发展为宏观裂纹的缺陷进行识别，上述检测手段操作复杂，检测效率低下。如何解决上述难题一直困扰着使用者和发明人。
磁记忆检测技术是依靠处于地磁场环境下的铁磁性材料受力后产生的不可逆的力-磁效应工作的。在应力集中区域和结构损伤区域均会出现明显的漏磁场变化。通过对工件表面的漏磁场强度信号进行采集与分析，可以准确定位轮对踏面的危险位置。经过发明人大量的试验研究，解决了上述现有技术中存在的技术问题，此种检测手段不需要进行任何前处理与后处理，检测过程简单快捷，并且对早期故障具有独特的识别能力，能够大大节省轮对检测成本。目前还没有专利文献对基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的快速检测装置进行公开，本发明的填补了上述技术应用的空白。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的快速检测装置，能够及时高效的对轮对早期故障做出识别与告警，来有效节约轮对检测的成本，克服传统的检测装置操作复杂、效率低下、探测能力弱及成本较高等缺点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置，包括含有支撑并驱动列车轮对转动的成对支撑轮的支撑结构、动力机构、分析与存储***，所述动力机构通过减速机构与所述支撑结构连接，其特征在于，还包括多通道磁信号感应装置，所述多通道磁信号感应装置设置于支撑结构的成对的支撑轮之间；多通道磁信号感应装置包括与轮对踏面贴合的计步轮，还包括对向轮对踏面并保持扫描距离的磁感应探头，所述分析与处储存***与多通道磁信号感应装置相连接。
优选的，所述磁感应探头和计步轮安装在多通道磁感应小车车体上，所述多通道感应小车车体上还装有高度可调节的弹性调节托架，可调节磁感应小车的高度保证计步轮贴紧轮对踏面同步转动。
优选的，所述弹性托架由平行四边形结构作为支撑臂，所述支撑臂包括两个上臂、两个下臂，所述弹性托架还包括固定基座，所述支撑臂之间、所述支撑臂与所述固定基座之间均为铰接，拉力弹簧交叉连接所述下臂与所述固定基座，以提供向下顶的弹力。
平行四边形结构支架支承，可保证磁记忆感应探头具有横向自由度并约束纵向自由度，拉力弹簧可以保证感应小车的计步轮紧密贴合轮对踏面，感应探头处与距轮对的最佳检测距离，可以快速采集轮对踏面近表面的结构信息。
优选的，所述支撑结构包括固定部分和可动部分，所述固定部分为两个有缺口的钢轨，所述可动部分包括底部与钢轨等宽的辅助支架和安装于所述辅助支架上两个相同的碾钢支撑轮。
优选的，所述支撑轮直径小于钢轨高度，所述支撑轮轮廓与钢轨顶部轮廓相同。
支撑结构固定部分在钢轨上设置特殊缺口，与钢轨轨头轮廓完全一样的整体碾钢支撑轮被安装在钢轨缺口处，可以直接将转向架整体牵引至支撑结构上，轮对恰好坐落于支撑轮处，由动力机构传出的动力使支撑轮匀速转动，轮对实现随动检测。
优选的，所述动力机构包括无刷电动机、一个直齿-蜗轮蜗杆二级减速器、传动轴、两个并联齿轮二级减速器和三个联轴器。
优选的，所述无刷电动机通过直齿-蜗轮蜗杆二级减速器同步驱动所述两对支撑结构，保证轮对同步转动。
优选的，所述直齿-蜗轮蜗杆二级减速器的第一级减速机构为直齿齿轮，第二级减速机构为蜗轮蜗杆，所述直齿齿轮输入轴与电机相连，所述蜗轮蜗杆的输出轴与所述并联齿轮二级减速器相连。
所述并联齿轮二级减速器由一根输入轴输入所述直齿-蜗轮蜗杆第二级减速器的转矩，由两个斜齿齿轮将转矩传递到前后两个输出轴。两个特殊的并联齿轮减速器将动力均匀的传递到支撑结构的四个支撑轮，带动轮对匀速转动，使感应装置扫过轮对整周踏面。
本发明提供了一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测方法，其特征在于，利用所述磁感应探头扫描轮对踏面，采集地磁场环境下轮对踏面的漏磁场强度信号，根据其强度和分布所述确定踏面故障，所述计步轮记录下与轮对相对运动的距离，确定轮对故障具***置。
本发明提供的，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本检测装置利用磁记忆检测技术应用于列车轮对踏面故障的快速检测装置上，磁记忆检测技术不需要进行任何前处理与后处理，检测过程简单快捷，并且对早期故障具有独特的识别能力，能够有效节约轮对检测的成本，并保证列车运行的安全稳定，保障人民的生命财产安全。
2、多通道感应装置弹性托架由平行四边形结构支架支承，可保证磁记忆感应探头具有横向自由度并约束纵向自由度，拉力弹簧可以保证感应小车的计步轮紧密贴合轮对踏面，感应探头与测量位置保持一定的扫描距离，可以快速采集轮对踏面近表面的结构信息，提高了信息采集的准确度与效率。
3、支撑结构的碾钢支撑轮两轮直径略小于钢轨高度，轮缘轮廓与钢轨顶部轮廓相同，可保证轮对所受支撑效果与在实际轨道上相同，不会产生干扰应力，保证了测量的精确度。
4、采用独特的动力机构，采用两种不同的二级减速器，其中，直齿-蜗轮蜗杆二级减速器将直齿齿轮与蜗轮蜗杆相结合，涡轮蜗杆减速机构能够改变动力传播方向，实现较大传动比的减速增距，并且具有单向传动能力，保证轮对产生的反作用力不会传到电动机转轴。
附图说明
图1为本发明一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测装置的支撑结构示意图；
图2-1为本发明一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测装置的动力机构示意图；
图2-2为本发明一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测装置的部件5的结构示意图；
图2-3为本发明一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测装置的部件4的结构示意图；
图3为本发明一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测装置的磁信号感应装置结构示意图；
图4为本发明一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测装置的磁信号感应装置与支撑结构的配合示意图；
图5为本发明一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测装置的磁信号感应装置与轮对的配合示意图；
图6为本发明一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测装置的检测装置整体效果示意图；
图7-1、7-2、7-3为本发明一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测装置的检测装置的检测流程示意图。
图中：
1.固定部分 2.辅助支架 3.碾钢支撑轮 4.无刷电动机 5.直齿-蜗轮蜗杆二级减速器 6.传动轴 7.并联齿轮二级减速器 8.联轴器 9.直齿齿轮 10.蜗轮蜗杆 11.输入轴12.中间轴 13.输出轴 14.多通道磁记忆感应小车 15.托架 16.磁感应探头 17.计步轮18.上臂 19.下连接臂 20.固定基座 21.拉力弹簧 22.车轮轮对。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，以助于理解本发明内容。
本发明实施例部分提供了一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测装置。包括支撑结构、动力机构、分析与存储***，所述支撑结构和轨道串联为一体，所述动力机构可通过输出轴13输出转矩至所述支撑结构，带动轮对22匀速转动，还包括多通道磁信号感应装置，多通道磁信号感应装置设置于支撑结构之间，与轮对22踏面保持适当的扫描距离，所述多通道磁信号感应装置与分析与处储存***相连接。分析与存储***能够实时分析接收到的踏面信息，及时发现踏面上的应力集中区域和微观缺陷并发出警报，最后将故障信息存储起来以备后期维修及更换轮对。
参照图1支撑结构示意图所示，支撑结构由固定部分和可动部分组成，固定部分为两个有特殊缺口的钢轨1，由60kg/m的钢轨切割而成，可以和任意轨道串联，使转向架可以直接拖行至检测装置上。可动部分由底部和钢轨等宽的辅助支架2和安装于支架上的两个完全相同的整体碾钢支撑轮3组成，两轮直径略小于钢轨高度，轮缘轮廓与60kg/m的钢轨顶部轮廓相同，可保证轮对所受支撑效果与在实际轨道上相同，不会产生干扰应力。
如图2-1所示动力机构示意图，动力机构由一个无刷电动机4、一个直齿-蜗轮蜗杆二级减速器5、一根贯穿减速器的传动轴6、两个并联齿轮二级减速器7和三个联轴器8组成。图2-2所示为部件5的结构示意图，该减速器的第一级减速机构为直齿齿轮9，第二级减速机构为蜗轮蜗杆10。涡轮蜗杆减速机构能够改变动力传播方向，实现较大传动比的减速增距，并且具有单向传动能力，保证轮对产生的反作用力不会传到电动机转轴。图2-3所示为部件4的结构示意图，该减速器为双联斜齿齿轮二级减速器，从部件5输出的转矩由部件7的输入轴11输入，同时传导到两个中间轴12，进而由两个输出轴13输出至支撑结构的一对支撑轮3上，实现由一个无刷电机4带动两对支撑轮3同步转动，从而驱动轮对匀速转动。
如图3所示为磁信号感应装置结构示意图。磁信号感应装置由多通道磁记忆感应小车14和弹性调节托架组成。多通道磁记忆感应小车的车体14上装有一个可调节托架15，托架上装有多个磁感应探头16，托架铰接在小车车体14上，通过调节机枢托架可以调节与感应小车的夹角角度，保证磁感应探头16在能够感应轮对面的情况下保持适当的扫描距离，小车的车体上还装有四个计步轮17，用来记录磁记忆感应探头扫过的长度。弹性调节托架由四个连接臂组成，两个上臂18与两个下连接臂19及固定基座20顺序铰接，从而保证感应小车有一定的横向自由度，并限制了其纵向自由度。两个相互交叉的拉力弹簧21将下臂与基座拉紧，保证感应小车的计步轮17与轮对踏面之间的紧密贴合。由于在沿轨道的纵向方向上，托架自由度为零，保证在轮对转动的时候感应小车不会产生前后方向的移动。使计步轮17计算的距离出现误差。
如图4所示为磁信号感应装置与支撑结构的配合示意图。磁感应装置托架通过固定基座20安装在支撑结构的辅助支架2上，位于两支撑轮之间的空间内，彼此不会产生干涉。
如图5所示为磁信号感应装置与轮对22的配合示意图。磁感应小车的计步轮17与踏面直接接触，磁感应探头16保持与踏面的适当距离。当轮对22转动时，多通道磁记忆感应小车14与踏面产生相对运动，磁感应探头16扫过踏面整周，同时计步轮17记录下相对运动的距离。
本发明实施例部分提供了一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障的检测方法。如图7所示为检测流程示意图。列车轮对22由牵引装置沿轨道牵引至检测装置上，检测装置启动，磁记忆检测***采集并识别踏面结构信息，检测结束后由牵引装置将轮对22移走。利用所述磁感应探头16扫描轮对踏面，采集地磁场环境下轮对踏面的漏磁场强度信号，根据其强度和分布所述确定踏面故障，所述计步轮17记录下与轮对相对运动的距离，确定轮对故障具***置。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置，包括含有支撑并驱动列车轮对转动的成对支撑轮的支撑结构、动力机构、分析与存储***，所述动力机构通过减速机构与所述支撑结构连接，其特征在于，还包括多通道磁信号感应装置，所述多通道磁信号感应装置设置于支撑结构的成对的支撑轮之间；多通道磁信号感应装置包括与轮对踏面贴合的计步轮，还包括对向轮对踏面并保持扫描距离的磁感应探头，所述分析与处储存***与多通道磁信号感应装置相连接。
2.根据权利要求1所述的基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置，其特征在于，所述磁感应探头和计步轮安装在多通道磁感应小车车体上，所述多通道感应小车车体上还装有高度可调节的弹性调节托架，能够调节与所述多通道磁感应感应小车的夹角角度。
3.根据权利要求2所述的基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置，其特征在于，所述弹性托架由平行四边形结构作为支撑臂，所述支撑臂包括两个上臂、两个下臂，所述弹性托架还包括固定基座，所述支撑臂之间、所述支撑臂与所述固定基座之间均为铰接，拉力弹簧交叉连接所述下臂与所述固定基座。
4.根据权利要求1-3中之一所述的基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置，其特征在于，所述支撑结构包括固定部分和可动部分，所述固定部分为两个有缺口的钢轨，所述可动部分包括底部与钢轨等宽的辅助支架和安装于所述辅助支架上两个相同的碾钢支撑轮。
5.根据权利要求4所述的基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置，其特征在于，所述支撑轮直径小于钢轨高度，所述支撑轮轮廓与钢轨顶部轮廓相同。
6.根据权利要求5所述的基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置，其特征在于，所述动力机构包括无刷电动机、一个直齿-蜗轮蜗杆二级减速器、传动轴、两个并联齿轮二级减速器和三个联轴器。
7.根据权利要求6所述的基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置，其特征在于，所述无刷电动机通过所述直齿-蜗轮蜗杆二级减速器同步驱动所述两对支撑结构，保证轮对同步转动。
8.根据权利要求7所述的基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置，其特征在于，所述直齿-蜗轮蜗杆二级减速器的第一级减速机构为直齿齿轮，第二级减速机构为蜗轮蜗杆，所述直齿齿轮输入轴与电机相连，所述蜗轮蜗杆的输出轴与所述并联齿轮二级减速器相连。
9.根据权利要求8所述的基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测装置，其特征在于，所述并联齿轮二级减速器为双联斜齿齿轮二级减速器，由一根输入轴输入所述直齿-蜗轮蜗杆第二级减速器的转矩，由两个斜齿齿轮将转矩传递到前后两个输出轴。
10.一种基于磁记忆检测技术的列车轮对踏面故障检测方法，其特征在于，利用磁感应探头扫描轮对踏面，采集地磁场环境下轮对踏面的漏磁场强度信号，根据其强度和分布所述确定踏面故障，利用计步轮记录下与轮对相对运动的距离，确定轮对故障具***置。
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