【文章內(nèi)容簡介】 方面分別詳細(xì)介紹。輪的受力分析，輪軸的軸徑向參數(shù)， 軸承的選擇以及詳細(xì)計算和校核，控制系統(tǒng)的電路實(shí)現(xiàn)等。并把這幾個部分貫通在一起構(gòu)成車輪探傷機(jī)的設(shè)計。 本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)是 :機(jī)車車輪輪輛無損探傷控制系統(tǒng)的研究 ， 改變了鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)手工探傷作業(yè)方式 ， 由機(jī)車輪對固定、移動探頭改為機(jī)車輪對轉(zhuǎn)動、探頭 固定，引入了自動控制技術(shù) ， 達(dá)到超聲波探測的完全覆蓋，節(jié)約了作業(yè)時間，提高了探傷作業(yè)的精度。 本文第一章介紹了課題實(shí)際的背景緒論。 本文第二章給出了系統(tǒng)總體設(shè)計方案，基本原理以及整體考慮。 本文第三章設(shè)計了主動軸，從動軸的尺寸參數(shù)以及其他部件的尺寸參數(shù)，并且進(jìn)行了詳細(xì)的校核。 本文第四章進(jìn)行了控制系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)計了電控系統(tǒng)硬件組成以及軟件組成，介紹了進(jìn)出輪控制系統(tǒng)原理。輪惘 無損探傷系統(tǒng)安裝與調(diào)試 :重點(diǎn)介紹了執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械部分設(shè)計和自動探傷控制柜設(shè)計，解決了探傷執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成、配件選型、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作、安裝與調(diào)試、探傷控制柜組成等問題 。利用探傷儀與工業(yè)控制計算機(jī)的連接，實(shí)現(xiàn)了探傷儀數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C(jī)，方便的在工控機(jī)界面實(shí)現(xiàn)了自動探傷的控制。 2 總體方案的確定 系統(tǒng)整體設(shè)計考慮 本文設(shè)計采用機(jī)、電、液和微控系統(tǒng)，可以比較容易的實(shí)現(xiàn)輪對的進(jìn)出輪，而采用超聲檢測和信號分析探測輪輞的缺陷信號，則需要比較復(fù)雜的技術(shù)，應(yīng)成為重點(diǎn)。 可靠性要求：采用強(qiáng)電驅(qū)動和方案，保證誤判率和漏判率等指標(biāo)。 緊急狀態(tài)應(yīng)對處理要求：在突發(fā)事件的情況下，必須保證故障導(dǎo)致安全的結(jié)果，保證檢修線路的通暢。 環(huán)境因素方面，我們還要考慮在實(shí)際的現(xiàn)場工況，微控系統(tǒng)的干擾等問題。 原理與系統(tǒng)組成 一般輪輞探傷系統(tǒng)的原理如下： 傳統(tǒng)的手工作業(yè)探傷，機(jī)車車輪在軌道檢修線上，整個探傷過程大部分處于靜止?fàn)顟B(tài) ， 中間移動一次從而完成和軌道線最初接觸部分的探傷 。探傷人員先用小刷涂刷禍合劑，再手持探頭和機(jī)車輪輛接觸，按照一定的速率移動，一部分一部分的探測，直到全部完成整個輪輛 踏面的探傷 。在移動探頭的同時，探傷人員要注意觀察和探頭相連的超聲波探傷儀，觀察是否出現(xiàn)缺陷波形，如發(fā)現(xiàn)缺陷則標(biāo)記缺陷位置，并對該部位重新復(fù)測，如全部探測完成后沒發(fā)現(xiàn)缺陷，登記為良好車輪。在全部探測完成的基礎(chǔ)上，按照有關(guān)規(guī)定做好相應(yīng)記錄 [7]。 通過對鐵路部門無損探傷相關(guān)規(guī)章、標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)，結(jié)合現(xiàn)場探傷人員操作的觀摩，初步形成了“由輪對固定、移動探頭改為輪對轉(zhuǎn)動、探頭固定，引入自動控制”的思路。能否設(shè)計一種裝置，能夠承載被檢測車輪，并且能夠?qū)崿F(xiàn)車輪的轉(zhuǎn)動，在車輪旋轉(zhuǎn) 360 度。后使探測達(dá)到超聲波探傷的完全覆蓋。同 時，探頭變成相對固定的方式，在探頭平面布置上能夠達(dá)到對一個截面的完全探測，和被探測車輪的接觸程度上能夠滿足超聲波探傷的要求。力爭達(dá)到的要求：探測時間上，把原來一個車輪輪輛探傷約三十分鐘作業(yè)時間，壓縮到 5 分鐘以內(nèi)；探測精度上，設(shè)定探測零點(diǎn)，連續(xù)使被探測車輪旋轉(zhuǎn) 360。 ，實(shí)現(xiàn)一次性完全探測，大大降低人工探傷時分步搭接探傷而出現(xiàn)的漏探可能性 [1]。 機(jī)車車輪輪輛無損探傷控制系統(tǒng)利用超聲波探測機(jī)車車輪輪輛疲勞裂紋，要自動完成機(jī)車車輪輪 輛超聲波探傷過程，識別缺陷車輪，保存、打印探傷結(jié)果。根據(jù)初步設(shè)計思路，車輪的承載、轉(zhuǎn)動和探頭的固定由探傷執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，用電子儀表實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射、回收及波形判斷，用 PLC 控制器實(shí)現(xiàn)對探傷執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的控制，從而完成整個機(jī)車車輪輪輛無損探傷自動控制 [4]。 根據(jù)探傷執(zhí)行機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)的功能，探傷執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械部分可由 :探頭驅(qū)動裝置、輪對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、輪對橫向限位裝置等組成。其主要工作原理為 :被探測的機(jī)車車輪，沿機(jī)車車輪檢修線由人工推入探傷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作平臺，受到緩沖裝置的阻礙停在旋轉(zhuǎn)輪之間，緩沖裝置回位，車輪停在龍 門架下方 。龍門架上兩垂直氣缸同時向下運(yùn)動，至探頭小車接觸車輪輪輛踏面停止 (探頭小車裝置底部固定于龍門架上，可上下自由浮動，由 PLC 控制器控制下降、接觸、返回等動作過程 )，側(cè)向氣缸開始運(yùn)動推動側(cè)向探頭裝置使之與輪輛側(cè)面貼合，氣缸停止運(yùn)動，此時側(cè)面探頭受到彈簧的壓力使之于輪輛側(cè)面貼緊且處于橫向浮動狀態(tài)。禍合液開始溢出，聲禍合水充斥探頭與輪對踏面之間，形成薄薄的水膜，保證了超聲波的良好禍合。在 PLC 的控制下，機(jī)車車輪被驅(qū)動裝置帶動，機(jī)車車輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時和車輪輪輛接觸的探頭及和探頭連接的的超聲波探傷儀開始工作，當(dāng) 輪對轉(zhuǎn)過 3600 時，就實(shí)現(xiàn)了組合探頭對輪對踏面的 100%的聲束掃描。當(dāng)探傷完畢后，機(jī)車輪對在驅(qū)動裝置控制下停止旋轉(zhuǎn)，隨后禍合液停止溢出，側(cè)向氣缸使側(cè)面探頭與輪輛側(cè)面脫離，然后主探頭氣缸帶動探頭機(jī)構(gòu)返回，最后翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將輪對推出。除一開始需要由人工把被探測車輪推入工作平臺外，車輪的緩沖、靜止、轉(zhuǎn)動、推出，探頭的下落、接觸、返回，均實(shí)現(xiàn)了自動控制，基本達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計功能 [8]。 根據(jù)系統(tǒng)需要達(dá)到的功能，結(jié)合探傷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要工作原理，探傷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制可分別由液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。液壓控制系統(tǒng)主要根 據(jù)微機(jī)系統(tǒng)的要求，控制轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)、軸身探頭油缸、端面探頭油缸、輪箍探頭油缸、輪心探頭油缸及自動對中油缸的動作，實(shí)現(xiàn)各種需要的功能，同時液壓系統(tǒng)還提供探傷需要的藕合液，保證探頭與接觸面的良好禍合，液壓控制系統(tǒng)主要由液壓泵、油缸、控制閥、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng) 115]主要由強(qiáng)電拖動 (控制油泵電機(jī)、禍合液電機(jī)、探頭移動電機(jī)等 )、到位信號控制（主要元件是接近開關(guān)，用于提供油缸到位信號、確定輪徑中心等）、電磁閥動作控制等部分組成。控制信號由 PLC 可編程序控制器根據(jù)操作人員或微機(jī)的指令提供。液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組 成的控制器完成了探傷作業(yè)的動作控制電子儀表的主要設(shè)備是數(shù)字化超聲波探傷儀 [5]、工控機(jī) 121潤。數(shù)字式超聲波探傷儀完成超聲波的發(fā)射、接受和缺陷波形判斷，并將探測信號傳輸?shù)焦た貦C(jī) 。工控機(jī)運(yùn)用一定的軟件程序，發(fā)出控制指令，接收探傷儀傳輸?shù)奶綔y信號，分析后完成探傷結(jié)果的儲存、打印。數(shù)字化超聲波探傷儀是計算機(jī)技術(shù)和超聲波探傷儀技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它承襲了常規(guī)超聲波探傷儀的基本工作方式，即 A 型顯示的脈沖反射式超聲波探傷儀 。保留了常規(guī)模擬超聲波探傷儀的發(fā)射電路、接收電路具有常規(guī)超聲波探傷儀的基本功能。利用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)探傷過 程中的缺陷定位、定量和輔助定性；實(shí)現(xiàn)探傷回波和數(shù)據(jù)的存儲、回放 [8]。 圖 11 鐵路超聲輪輞系統(tǒng)組成 系統(tǒng)有機(jī)械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成，如圖 11 所示。 其中，機(jī)械系統(tǒng)中的進(jìn)輪緩沖機(jī)構(gòu)是減少輪對進(jìn)入超聲成像系統(tǒng)時的沖擊；出輪機(jī)構(gòu) 自動推出輪對；轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)使輪對按順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，可以變速。探頭伸縮機(jī)構(gòu)使車輪踏面探頭陣列和車輪側(cè)面探頭陣列伸出或縮回；耦合液噴射回收機(jī)構(gòu)噴射耦合也并且回收過濾；缺陷標(biāo)記機(jī)構(gòu)在缺陷與輪輞外表面的投影出標(biāo)記其坐標(biāo)位置。 電控系統(tǒng)裝在機(jī)柜中，主要包括以下部件： 強(qiáng)電控制單元。能實(shí)現(xiàn)手動的各種功能，并可以應(yīng)對微控系統(tǒng)失靈時的緊急情況，實(shí)現(xiàn)安全出輪，從而保證檢修線路的通暢；強(qiáng)電控制單元和工業(yè) PC 的邏輯接口，并提供電器隔離；車輪踏面探頭陣列，復(fù)合式探頭組；超聲信號發(fā)射和接收單元及保護(hù)電路，產(chǎn)生超聲波信號；通道選擇器， 選擇數(shù)字卡通道； 高速數(shù)據(jù)采集卡，采用雙通道數(shù)據(jù)采集方式，有獨(dú)立的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換及內(nèi)存并同步工作，它的選擇盡可以在程序中設(shè)定 。 探傷執(zhí)行機(jī)構(gòu)是可以埋設(shè)在機(jī)車車輪檢修線上的機(jī)械傳動裝置。地下部分是 一個轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu) ,有一對主動輪、一對從動輪、一對緩沖輪、驅(qū)動電機(jī)及