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1、机电一体化系统设计论文题目：铁路车辆轮辋探伤机的机电一体化设计学号：姓名：专业：机械工程导师：学院：自动化学院2015年1月30日摘要随着世界高速铁路的迅猛发展，为适应国民经济发展，满足广大人民的需求，我国铁路事业蓬勃发展。近年来，我国铁路行车速度不断提高，这就要求对机车车辆走形部件进行严格而精密的检修与监控。尤其是高速动车组的开行给铁路安全检测部门提出了新的考验。目前，德国、法国等铁路发达国家均设计研发了先进的超声车轮探伤设备，我国也自主研发了移动式轮辋轮辐探伤系统，该设备采用先进的相控阵超声探伤技术和常规探伤技术，对各型动车组车轮进行在线的轮辋轮辐探伤，实现对各类疲劳缺陷及材质缺陷的检测。
2、但检测结果中缺陷的定位，还需现场操作员手动拖动标定框实现，这就不可避免的造成人为误差，限制了探伤效率，难以适应我国高速列车迅猛发展的要求1。本文设计的系统采用底下卧式紧凑型机身，整个设备处于轨道面以下，同时在不工作室盖上盖板即可使轮对通过。能够自动实现轮对的进轮及缓冲，出轮功能等。系统设计分为机械系统，控制系统与伺服系统几部分。采用机、电、液和微控系统，可以比较容易的实现轮对的进出轮2。关键词机械控制设计轮对ABSTRACTWith the rapiddevelopment ofhigh-speed railwayin the world， to meet the economic devel
3、opment，to meet theneeds of the majorityof the people，Chinas railwayindustry to grow. In recent years， Chinas railway trafficspeed continues toincrease， which requires to take shapepartsforlocomotivesstrict andprecisemaintenanceand monitoring.EspeciallyCDBEMUtorailway safetyinspection departmentpropo
4、seda new test.Currently，Germany， France and other countriesare designedrailwaydevelopmentof advancedultrasonicwheelinspection equipment，our countryhasindependently developedtherimspokesmobileinspection system，the device usesan advancedphased array ultrasonicflaw detectiontechnologyand conventionalte
5、stingtechniquesforeachEMUwheelrimsspokesonlinetesting，to achievethe detection ofvarious types offatiguedefectsand materialdefects.But thelocationof defects inthe test results， the need to manuallydrag thecalibrationsite operatorto achievebox，which inevitablycausehuman errors， limiting the detectione
6、fficiency，difficult to adapt tothe rapid developmentof Chinashigh-speed trains.This design ofthe system usesa compactbodyunder thehorizontal， the entire device isbelowthe orbital plane， while the studiois notcoveredbythe covercan makewheel. Canautomaticallyfeedwheeland bufferwheel， and aroundfunctio
7、n.Systemdesign is divided intomechanical systems，controlsystems andservosystemsof several parts. Usingmechanical， electrical，hydraulicandmicro-controlsystem，can be relatively easyto achieveand out ofthe wheelon thewheel.KEY WORKSmechanicalcontrol designwheel目录1 绪论41.1研究对象41.2研究意义41.3 研究现状51.4 本文主要内容
8、52总体方案的确定72.1系统整体设计考虑72.2原理与系统组成73机械结构设计103.1受力分析103.2电机以及减速器的选择103.3轴的设计与校核123.3.1 主动轴的设计与校核123.3.2从动轴的设计与校核153.4轴承的选择164控制系统的设计174.1 电控系统硬件组成174.2 进出轮控制系统原理174.3 电控系统软件185总结与展望201 绪论1.1 研究对象车轮作为火车走形部位的关键部件，其质量好坏直接影响列车运行的安全，车轮在高速和高负荷运行情况下，铸造和加工过程的残留物会造成轮福轮辋产生纵向深度裂纹，在福板孔及轮毂部位产生应力集中的环带，容易萌生径向、周向裂纹。此外
9、车轮在长期使用后，会由于材质疲劳、擦伤、磨损诸多原因产生裂纹、剥离等缺陷，这些缺陷会造成火车在运行过程中的危险事故2。1.2 研究意义一例例国内外车轮事故的深刻教训警示我们，一旦出现车轮故障，将会直接危机行车安全，甚至造成列车脱轨和颠覆事故，给人民的财产及人身安全造成不可弥补的伤害。因此，必须对车轮疲劳区域进行有周期性地探伤，预防并及时发现车轮是否产生疲劳裂纹，关注其发展情况，掌握轮对状态并釆取相应措施，确保铁路运输安全。减轻铁路轮辋损坏对乘客生命财产安全的危害3。据德铁ICE列车车轮检测统计结果显示，2008年共检测9794条轮对。在我国，机车车辆专家、中国两院院士沈志云在西南交大115年校
10、庆中发表的相期同造最高峰-谈中国高铁的发展中指出，到2010年，我国铁路的客运量为17亿人次，同时，货物运输的缺口也达到13亿吨。目前我国引进和研制开发的和谐号高速列车共1000多列。这种形势无疑给一直坚持“安全第一”理念的中国铁路带来了重大的考验。也给铁路无损检测领域提出了更加严格的技术要求。如检测时间间隔变小，检测过程速度加快，检测范围扩大。目前国内外都已经形成了比较完善的车轮检测体系。我国西南交通大学无损检测中心自主研发的移动式轮辋轮福探伤系统，利用相控阵超声和常规超声组合探伤技术，通过沿地沟轨道移动的检测小车自动检测在线轮对的轮辋和轮福部位缺陷。能自动完成轮辋、轮福区域缺陷各类疲劳缺陷
11、及材质缺陷的检测。但检测缺陷还需数据分析人员拖动标定框进行人工判伤，这就不可避免的造成人为误差，限制了探伤效率，难以适应我国高速列车迅猛发展的要求4。为了能让操作人员直观的辨认出缺陷，简化分析缺陷的难度，提高分析准确率和效率，应用特定的数字图像处理技术，实现探伤过程自动判伤、自动读出和显示缺陷位置及当量值、存储探伤报告。在车轮相控阵超声缺陷分析中运用图像处理技术，实现对多通道检测数据进行直观实时监测，不仅解决了超声探伤可记录的问题，减少了人为误差，提高了探伤结果的可信性，而且大大提高了检测效率，有效保障了我国高速铁路动车的安全运行。自动化探伤是指自动的移动探头或工件，在移动过程中通过不同的方式
12、激发的超声波对工件中的缺陷进行自动的检查。就其自动化程度可分为在线自动和不在线自动两类:在线自动是指生产自动线上的检验程序，不但对被检材料的判废和分选由设备自动进行，而且其检验速度、设备的连续工作时间以及对高温状态的适用性和设备的自动保险等装置，都应适合自动线上高速、稳定的要求;不在线自动又分为全自动和半自动两种，全自动是指除灵敏度调整和整机维护外，从进料、出料、缺陷的报警和记录、被检材料的判废和分选全部依靠设备本身自动进行的装置，半自动是指在上述自动探测装置的各工作程序中，有一或几部分仍需由人来完成。自动化探伤与手动探伤相比，声祸合性能稳定，它不是检查工件的某一部分，而是对成批工件进行全面的
13、检查，因此，自动化探伤具有检查面大、速度快、效率高的特点5。1.3 研究现状铁路发展的几十年，在车轮探伤方面发展了一批探伤系统，尤其以德国DB为代表的欧洲国家自1998年ICE列车颠覆灾难后，开发了一批重要的轮对探伤系统，覆盖新造车轮、在役车轮，应用在不同的检修层次和应用领域6。在德铁，AURAPA系统安装在列车入库线上，采用EMAT电磁超声表面波、外形尺寸实现动态快速车轮踏面浅层裂纹检测;LASCA安装在列车运行正线轨道上，在高速通过时对于车轮的踏面擦伤、剥离及裂纹等缺陷、轮轨作用力等进行检测;UFPE系统采用常规超声组合方式，安装在检修地沟内，每24万公里在线移动方式实现车轮轮辋轮福的综合
14、探伤;AURA系统与UFPE探伤原理类似，固定安装在轮对检修线上，每120万公里对落轮轮对实现车轮的轮辋轮福综合探伤。相关设备已有多套分别在德国Munich、Wittenberge、Krefeld、Kaiserslautem等地的车辆厂、轮对检修厂应用。法国的TGV则采用配套不落轮镟模式的轮辋探伤系统;西班牙taglo采用了类似AUROPA系统的动态探伤系统保障车轮安全;英国釆用在役车轮的轮辋缺陷探伤;GE检测科技也为检测火车车轮开发了高效的超声解决方案;美国Dapco公司研制了随动式超声轨边车轮裂纹检测系统;意大利Gilardoni生产了可用于新造和在役车轮检测设备;除此之外像以色列Scan
15、Master、捷克的Starmans、澳大利亚的Atlas Rail、加拿大NDT、乌克兰URINDT也都有涉及车轮超声检测设备的研制与开发7。1.4本文主要内容本文设计了一种铁路车轮探伤机，从机械结构和控制系统，伺服系统几个方面分别详细介绍。轮的受力分析，轮轴的轴径向参数，轴承的选择以及详细计算和校核，控制系统的电路实现等。并把这几个部分贯通在一起构成车轮探伤机的设计。本文的主要创新点是:机车车轮轮辆无损探伤控制系统的研究，改变了铁路机务系统手工探伤作业方式，由机车轮对固定、移动探头改为机车轮对转动、探头固定，引入了自动控制技术，达到超声波探测的完全覆盖，节约了作业时间，提高了探伤作业的精度
16、。本文第一章介绍了课题实际的背景绪论。本文第二章给出了系统总体设计方案，基本原理以及整体考虑。本文第三章设计了主动轴，从动轴的尺寸参数以及其他部件的尺寸参数，并且进行了详细的校核。本文第四章进行了控制系统的设计，设计了电控系统硬件组成以及软件组成，介绍了进出轮控制系统原理。轮惘无损探伤系统安装与调试:重点介绍了执行机构机械部分设计和自动探伤控制柜设计，解决了探伤执行机构组成、配件选型、执行机构的操作、安装与调试、探伤控制柜组成等问题;利用探伤仪与工业控制计算机的连接，实现了探伤仪数据传输到工控机，方便的在工控机界面实现了自动探伤的控制。2 总体方案的确定2.1系统整体设计考虑本文设计采用机、电
17、、液和微控系统，可以比较容易的实现轮对的进出轮，而采用超声检测和信号分析探测轮辋的缺陷信号，则需要比较复杂的技术，应成为重点。可靠性要求：采用强电驱动和方案，保证误判率和漏判率等指标。紧急状态应对处理要求：在突发事件的情况下，必须保证故障导致安全的结果，保证检修线路的通畅。环境因素方面，我们还要考虑在实际的现场工况，微控系统的干扰等问题。2.2原理与系统组成一般轮辋探伤系统的原理如下：传统的手工作业探伤，机车车轮在轨道检修线上，整个探伤过程大部分处于静止状态，中间移动一次从而完成和轨道线最初接触部分的探伤;探伤人员先用小刷涂刷祸合剂，再手持探头和机车轮辆接触，按照一定的速率移动，一部分一部分的
18、探测，直到全部完成整个轮辆踏面的探伤;在移动探头的同时，探伤人员要注意观察和探头相连的超声波探伤仪，观察是否出现缺陷波形，如发现缺陷则标记缺陷位置，并对该部位重新复测，如全部探测完成后没发现缺陷，登记为良好车轮。在全部探测完成的基础上，按照有关规定做好相应记录7。通过对铁路部门无损探伤相关规章、标准的学习，结合现场探伤人员操作的观摩，初步形成了“由轮对固定、移动探头改为轮对转动、探头固定，引入自动控制”的思路。能否设计一种装置，能够承载被检测车轮，并且能够实现车轮的转动，在车轮旋转360度。后使探测达到超声波探伤的完全覆盖。同时，探头变成相对固定的方式，在探头平面布置上能够达到对一个截面的完全
19、探测，和被探测车轮的接触程度上能够满足超声波探伤的要求。力争达到的要求：探测时间上，把原来一个车轮轮辆探伤约三十分钟作业时间，压缩到5分钟以内；探测精度上，设定探测零点，连续使被探测车轮旋转360。，实现一次性完全探测，大大降低人工探伤时分步搭接探伤而出现的漏探可能性1。机车车轮轮辆无损探伤控制系统利用超声波探测机车车轮轮辆疲劳裂纹，要自动完成机车车轮轮辆超声波探伤过程，识别缺陷车轮，保存、打印探伤结果。根据初步设计思路，车轮的承载、转动和探头的固定由探伤执行机构实现，用电子仪表实现超声波的发射、回收及波形判断，用PLC控制器实现对探伤执行机构动作的控制，从而完成整个机车车轮轮辆无损探伤自动控
20、制4。根据探伤执行机构要实现的功能，探伤执行机构机械部分可由:探头驱动装置、轮对旋转驱动装置、轮对横向限位装置等组成。其主要工作原理为:被探测的机车车轮，沿机车车轮检修线由人工推入探伤执行机构的操作平台，受到缓冲装置的阻碍停在旋转轮之间，缓冲装置回位，车轮停在龙门架下方;龙门架上两垂直气缸同时向下运动，至探头小车接触车轮轮辆踏面停止(探头小车装置底部固定于龙门架上，可上下自由浮动，由PLC控制器控制下降、接触、返回等动作过程)，侧向气缸开始运动推动侧向探头装置使之与轮辆侧面贴合，气缸停止运动，此时侧面探头受到弹簧的压力使之于轮辆侧面贴紧且处于横向浮动状态。祸合液开始溢出，声祸合水充斥探头与轮对
21、踏面之间，形成薄薄的水膜，保证了超声波的良好祸合。在PLC的控制下，机车车轮被驱动装置带动，机车车轮进行旋转，同时和车轮轮辆接触的探头及和探头连接的的超声波探伤仪开始工作，当轮对转过3600时，就实现了组合探头对轮对踏面的100%的声束扫描。当探伤完毕后，机车轮对在驱动装置控制下停止旋转，随后祸合液停止溢出，侧向气缸使侧面探头与轮辆侧面脱离，然后主探头气缸带动探头机构返回，最后翻转机构将轮对推出。除一开始需要由人工把被探测车轮推入工作平台外，车轮的缓冲、静止、转动、推出，探头的下落、接触、返回，均实现了自动控制，基本达到了系统的设计功能8。根据系统需要达到的功能，结合探伤执行机构的主要工作原理
22、，探伤执行机构的控制可分别由液压控制系统和电气控制系统来实现。液压控制系统主要根据微机系统的要求，控制转轮机构、轴身探头油缸、端面探头油缸、轮箍探头油缸、轮心探头油缸及自动对中油缸的动作，实现各种需要的功能，同时液压系统还提供探伤需要的藕合液，保证探头与接触面的良好祸合，液压控制系统主要由液压泵、油缸、控制阀、油箱等组成。电气控制系统115主要由强电拖动(控制油泵电机、祸合液电机、探头移动电机等)、到位信号控制（主要元件是接近开关，用于提供油缸到位信号、确定轮径中心等）、电磁阀动作控制等部分组成。控制信号由PLC可编程序控制器根据操作人员或微机的指令提供。液压控制系统和电气控制系统组成的控制器
23、完成了探伤作业的动作控制电子仪表的主要设备是数字化超声波探伤仪5、工控机121润。数字式超声波探伤仪完成超声波的发射、接受和缺陷波形判断，并将探测信号传输到工控机;工控机运用一定的软件程序，发出控制指令，接收探伤仪传输的探测信号，分析后完成探伤结果的储存、打印。数字化超声波探伤仪是计算机技术和超声波探伤仪技术相结合的产物，它承袭了常规超声波探伤仪的基本工作方式，即A型显示的脉冲反射式超声波探伤仪;保留了常规模拟超声波探伤仪的发射电路、接收电路具有常规超声波探伤仪的基本功能。利用计算机实现探伤过程中的缺陷定位、定量和辅助定性；实现探伤回波和数据的存储、回放8。轨道执行机构及接口电路探头阵列及喷液
24、机构耦合液回收机构转轮及出轮机构轮对图1-1 铁路超声轮辋系统组成系统有机械系统和电控系统组成，如图1-1所示。其中，机械系统中的进轮缓冲机构是减少轮对进入超声成像系统时的冲击；出轮机构自动推出轮对；转轮机构使轮对按顺时针或逆时针旋转，可以变速。探头伸缩机构使车轮踏面探头阵列和车轮侧面探头阵列伸出或缩回；耦合液喷射回收机构喷射耦合也并且回收过滤；缺陷标记机构在缺陷与轮辋外表面的投影出标记其坐标位置。电控系统装在机柜中，主要包括以下部件：强电控制单元。能实现手动的各种功能，并可以应对微控系统失灵时的紧急情况，实现安全出轮，从而保证检修线路的通畅；强电控制单元和工业PC的逻辑接口，并提供电器隔离；
25、车轮踏面探头阵列，复合式探头组；超声信号发射和接收单元及保护电路，产生超声波信号；通道选择器，选择数字卡通道；高速数据采集卡，采用双通道数据采集方式，有独立的模拟数字转换及内存并同步工作，它的选择尽可以在程序中设定。探伤执行机构是可以埋设在机车车轮检修线上的机械传动装置。地下部分是一个转轮机构,有一对主动轮、一对从动轮、一对缓冲轮、驱动电机及减速器、缓冲汽缸和翻轮汽缸。驱动电机及减速器驱动主动轮转动,轮对转速约每分钟一周。缓冲轮抬起，使轮对推入时自动停下，然后缓冲汽缸驱动缓冲轮落下，让轮对落到主动轮和从动轮上。翻轮汽缸驱动从动轮翻起，将轮对推出机器。初步选定此机构整机功率2kw，转轮速度12r
26、/min，外形尺寸：1945mm*1938mm*496mm。3 机械结构设计3.1受力分析主要计算转轮系统的受力情况。受力分析如图所示：GNN图2-1 受力分析以机车车轮为研究对象，D=300mm，R=440mm，r=85mm.=式中，r为主动轮半径，mm。R为车轮半径，mm。D为主动轮与从动轮中心距，mm。为主动轮与车轮中心连线与竖直方向的夹角。计算如下：G=5000N2N式中，G为机车车轮总重，单位N。N为主动轮与车轮之间的压力，单位N。3.2 电机以及减速器的选择运动学分析如图2-2所示：F1F3图2-2 运动学分析摩擦力计算已知：f1=0.05，f2=0.01F1=NF1F1=2608
27、*0.05=130N式中，F1为主动轮与车轮的滚动摩擦力单位牛顿；f1为钢与钢之间的滚动摩擦系数。F2=NF2F2=2608*0.01=26N式中，F2为从动轮与车轮的滚动摩擦力，单位牛顿；f2为淬火钢珠与钢之间的滚动摩擦系数。F3=F1+F2=130+26=156N式中，F3为总的圆周力，单位牛顿。主动轮转矩的计算T=F3r=156*0.085=13Nm式中，T为主动轮转矩，单位为Nm。选择Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，这种类型电动机用于空气中不含易燃易爆或者腐蚀性气体的场所；而且价格便宜，容易购买，更换方便。电动机额定电压为380V，额定功率为2.2kw，同步转速为1500r/m
28、in，满载时转速为1420r/min。当选择电机转速为1500r/min时，计算出的角速度为=157rad/s，则功率：P=T=13*157=2041W式中，P为电动机输出的有用功功率，单位kw；为电动机转速，单位rad/s。减速器的选择：由于电动机为三相异步电动机，因此，电源要求额定电压为380V，额定频率为50hz，由于空间的限制，因此，安装形式必须为卧式安装，而且，传动比i需要在300以上。查资料可得，电动机可选择形式为异步电动机直连卧式安装型号代号为BWY 3927-59*17-2.2KW其中，3927表示针齿中心直径，低速级为27cm，高速级为15cm；59*17表示，传动比中，低速
29、级为59，高速级为17；配电机功率为2.2kw。3.3 轴的设计与校核3.3.1 主动轴的设计与校核由于两个主动轴尺寸基本一致，故选主动轴二为研究对象，轴的材料选用45钢处理，轴的计算步骤如下：首先计算主动轮受力，如图2-3所示：图2-3水平方向：主动轮所受圆周力在水平方向的分力FX=主动轮所受压力在水平方向上的分力NX=主动轮所受水平方向上的合力为FH=NX-FX=373-62=311N垂直方向：主动轮所受圆周力在垂直方向的分力FY=主动轮所受压力在垂直方向的分力NY=主动轮所受垂直方向的合力FV=FY+NY=18+1250=1268N计算支撑反力水平方向FAH=FBH=垂直方向FAV=画轴
30、弯矩图水平方向弯矩图如图2-4所示，垂直方向弯矩图如图2-5所示，合成弯矩图如图2-6所示：图2-4图2-5图2-6水平方向最大弯矩处的弯矩MH=190*124=23560Nmm垂直方向最大弯矩处弯矩MV=774*124=95976Nmm合成弯矩M=98825Nmm画轴转矩图，如图2-7所示：图2-7轴转矩T=13Nm=13000Nmm计算折合系数对于不变的转矩a=0.3轴径的设计如以上各图所示，可得出危险界面为C，根据第三强度理论，其强度条件为出于安全角度，取d=55mm，其他各处直径如图2-8所示。图2-8 主动轴危险截面的校核：对称循环疲劳极限。轴材料选用45钢调制处理，b=650mpa
31、，a=360mpa，则疲劳极限为：-1=0.44b=0.44*650=286Mpa-1=0.30b=0.30*650=195Mpa脉动循环疲劳强度0=1.6-1=1.6*195=312Mpa等效系数=0.25Mpa弯曲应力幅a=弯曲平均应力幅为0.弯曲应力计算得出=0.39Mpa，弯曲平均应力为0.2Mpa，弯曲安全系数为35.88.扭转安全系数为580.29.符合安全系数取1.5.根据校核，截面C足够安全，其他界面费危险界面，当C安全时其他截面必定安全，最后轴的各部分尺寸图2-8.3.3.2 从动轴的设计与校核轴材料选择45钢调制处理，轴的计算步骤如下：计算从动轮受力从动轮所受圆周力为F2=
32、26N，很小此处忽略不计。从动轮所受压力N=1304N，支承反力为1304N。水平方向弯矩图如图2-9所示。垂直方向最大弯矩处弯矩为1304*347=452488Nmm。图2-9直径d应在42.25mm以上。3.4 轴承的选择选择主动轴轴承时，根据主动轴的轴径，载荷性质，初选轴承型号为6108，基本额定载荷C=13200N。由于其内部轴向力和轴向载荷很小，故忽略不计。当量动载荷P=797N。查机械手册，算得寿命系数为fp=1，则Lh=2243478h，完全符合要求。此外，主动轴轴承要润滑与密封。润滑剂采用全损耗系统用油；润滑装置采用直通压柱式油杯；采用半粗羊毛毡做密封件1。由于两主动轴存在震动
33、，而且轴向距离较大，故选择万向联轴器。这种联轴器结构紧凑维护方便，广泛应用于汽车等传动系统中5。4 控制系统的设计4.1 电控系统硬件组成硬件主要装在机柜中。强电控制单元主要包括控制元件（交流接触器、热继电器、中间继电器、时间继电器、熔断器、按钮开关、行程开关等），控制面板，计算机以及打印机。工业PC的接口单元采用研华的16路双向接口卡，实现强电控制单元和工业PC逻辑接口，并提供电气隔离。超声波检测单元，探头时实现电信号与省心哈相互转换的器件，时超声探伤仪的重要组成部分。目前所用到的探头绝大多数是利用压电效应原理制作的。探头中的核心元件是压电晶片，它的作用时发射和接受脉冲超声波。压电晶片是探头
34、的关键元件，其性能好坏直接关系大探头的质量，因而各种探头的压电晶片都是精心制作而成的2。通道选择单元，通道选择单元为PCL724数字I/O卡，它工作在8255的0工作模式，直接插到计算机的总线扩展槽上。它的端口C的高四位作为踏面组和侧面组超探单元的选通信号和触发信号，而端口A，B用于外围控制，通过光耦隔离输出至外围设备。高速数据采集单元为20MHz双通道数据采集卡，采集卡每一通道有独立的A/D及内存并同步工作，其采集速率、触发方式分为立即触发、提前触发和延迟触发，它的选择均可在程序中设定10。4.2 进出轮控制系统原理控制原理如图3-1所示，由按钮SW控制。图3-1 控制系统电路图4.3 电控
35、系统软件软件部分是该系统的核心之一，其总体要求时既要完成系统的各项功能要求，又要具有操作使用简单，人机界面友好，可扩展性强，便于维护等特点。该系统的整体软件系统功能多，结构复杂，并且有很好的使用性。现将有关问题说明如下。机车轮辋探伤与以往的人工超声波探伤本质区别在于其具有智能化的特点，既不需要现场工作人员的参与就能缜密地分析出探伤结果。机车轮对由机械系统、电气控制等系统实现探伤过程的自动化，超声波探伤系统由若干探头、数字式超声波探伤仪以及探头切换装置组成，微机控制系统控制探头的选通与断开，其测得的数据以文件的形式实时传入计算机，由软件部分对其进行分析处理4。诊断标准的文档化，在试验阶段建立起的
36、完整的诊断标准数据库，缺陷的孔径值与回波位置、回波高度、增益等条件相关联，在软件设计阶段要做的工作就是如何将传输过来的文件转化为可用数据，将数据带入诊断标准数据库，对伤情作出正确判断。为了能够更加主观的观测到缺陷的具体位置，需要在视图上绘制出轮对的三维视图，为了保存数据结果，还需要建立一个探伤结果数据库，再出现伤情的情况下，软件自动报警，缺陷显示在轮对的三位示意图上，探伤结果存入数据库1。逻辑控制部分的接口电路初始化模块采用C语言，实现采集通道选通、设定触发方式、触发采集卡工作的功能。参数输入模块提供输入各种参数如轮对号、日期等信息的人机界面1。成像部分的数据采集模块：主要是对通道信号和回波脉
37、冲信号进行实时采集。由于系统采用高频超声波信号作为探伤信号源，软件对该信号采集采样频率必须满足采样定律，既系统采样频率必须大于5MHz，选用单通道工作模式，采样频率为20MHz，可以尽可能提高采样精度，降低信号失真。高频超声信号的实时采集，要求系统对外部触发做出实时响应，系统响应时间必须要达到数十微秒11。5 总结与展望该课题具有很大的使用价值，投入生产后，能够极大地减少作业人员的劳动量，又可避免一些人为因素，提高工作效率，使检测达到更高的精度，全国铁路系统现有2万多台机车，运输长交路的推行势必对检测工作提出更高的要求，课题应用前景广阔。机车无损探伤系统的研究，改变了铁路机务系统手工探伤作业方
38、式，由轮对固定、移动探头改为轮对转动、探头固定，引入自动控制技术，达到超声波探测的完全覆盖，节约了作业时间，提高了探伤作业的精度。随着自动控制技术和超声波探伤工艺的结合，逐步提高了铁路机车探伤的自动化水平，为这一传统作业的改进做出一定的探索3。论文中设计的机车车轮无损探伤控制系统存在的不足体现在:为保证探测的准确性，探头和被测轮对表面的接触程度需加强;未考虑祸合剂的循环利用，以致节能方面未完全符合要求，进而无法采用性能更符合要求但费用较高的其他耦合剂。铁路部门对车轮探伤工艺分得很细，本文主要对机车车轮轮辆探伤做了一定的研究，尚有许多领域需要进一步的研究和探索。新制轮箍探伤、在役机车轮箍探伤、整
39、体辗钢车轮轮辆探伤、内燃机车车轴不解体探伤、内燃机车柴油机气门探伤、内燃机车柴油机连杆探伤、内燃机车柴油机车轴箱弹簧探伤、内燃机车柴油机传动轴花键轴探伤等超声波探伤工艺，机车零部件磁粉探伤工艺，还大量的依靠探伤人员手工作业，还需要在自动探伤方面做很多的工作。随着科学技术的发展，新技术、新方法不断出现，如在机车车轮探伤过程中采用，必能大大提高检测的精度，更好的保证铁路行车安全。如:利用全息照相技术查看缺陷在车轮中存在的情况;利用频谱分析方法、聚焦超声等方法进行缺陷定性定量分析;此外，还有电磁超声这一非接触的、低损耗的探伤方法。可以预见的是，机车车轮自动探伤水平必将逐步提高，使用的广阔背景必将给科
40、学技术提供更大的应用舞台4。移动式轮辋轮福系统在现场应用时，不仅要求对缺陷进行定位操作，还要对定位后的缺陷进行定量评价，确定缺陷对车轮造成损伤程度是否达到上报要求。除此之外，本文研究的定位算法，也存在着一些难题尚待进行一步研究，因此本课题的后期可以开展的工作还有很多，主要涉及到以下几个方面:(1)定位算法具有学习能力，会随着后期检测数据量的增加，算法准确率有所改善，因此还需要利用大量现场数据对算法进行训练。(2)PC检测定位算法还存在算法盲区，需要结合具体情况对算法进行改进，提高定位准确率。(3)定位框大小不能自动适应缺陷大小，后期希望改进此项功能。(4)自动定量评价定位后的缺陷，确定缺陷损伤
41、程度。参考文献1徐贺，王经甫，王桐.机械电子系统的整合.哈尔滨工业大学出版社.20082尹志强.机电一体化系统课程设计指导书北京:机械工业出版社.2007.3王祯.轮对超声探伤系统缺陷自动定位算法研究.学位论文.重庆.20094张建民. 机电一体化系统设计北京.机械工业出版社.20075孙小美.超声波轮辋应力检测关键技术研究.学位论文.重庆.20116徐瀛主编. （第5卷）.机械工业出版社.19927王述泰.机车车轮无损探伤控制系统设计.学位论文.山东.20078矫宝法，王祯，高晓蓉，赵波.德国车轮轮辋超声应力检测技术J.铁道技术监督，2011 (01): 31-359Lu Hao， Liu Xuesong. Rapid and nondestructive measurement system for weldingresidual stress by ultrasonic methodJ， CHINESE JOURNAL OF MECHANICALENGINEERING. Vol.21，No.6，2008:91-9310R.E.Schramm.轮辋热致残余应力的超声波检测.无损探伤J，1999(02): 22-2911高静涛，戴立新，王泽勇.轮对状态动态检测系统应用综述J.铁道技术监督，2009(7): 10-12附件：系统装配图
