转辙机零部件超声无损检测系统开发课件

转辙机零部件超声无损检测系统开发

Contents五、计划进度、预期进展和预期成果四、课题的创新性三、拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可行性分析二、课题研究目标、研究内容和拟解决的关键性问题一、课题意义及国内外研究现状综述

铁路作为国家交通运输的大动脉，长期处于一种超负荷的运行状态，特别是随着列车运行速度和承载重量的提高，列车的运行安全问题显得更加突出。课题意义

电动转辙机是铁路系统中一种重要的电气信号设备,加强转辙机使用的可靠性对提高铁路运输效率和保证行车安全起着至关重要的作用。随着我国铁路运输量的日益增长，列车通过道岔的速度不断提高，密度不断加大，并且开通了重载列车和采用了重型钢轨道岔，使道岔转换设备的工作环境发生了显著变化。因此，为保证铁路的行车安全，对转辙机零部件内部裂纹的检测进行研究具有重要的意义。

而作为转辙机主要的承力部件，动作杆是保证铁路车辆安全运行的重要部件，也是检测工作中的重点对象,依据动作杆的结构特点,一般采用超声波探伤系统来检测其出厂时的内部缺陷。

传统的超声检测仪存在检测效率低、评定缺陷难等不足，研究一种专对转辙机零部件内部缺陷进行检测的超声检测系统具有十分重要的意义。目前我国铁路部门对于铁轨及车轮的检测大多采用超声波检测，即工人手持模拟探伤仪进行探伤检测，探伤仪器只能提供A扫描(显示的是时间一幅度波形)结果。

虽然数字式探伤仪的研究已经形成规模，虚拟式探伤仪也在研究中，但是还没有广泛的应用于铁路部门进行探伤工作。

只能提供反映缺陷大小和位置的波形，要准确的判断出缺陷的大小十分困难检测结果的准确性在很大程度上依赖于工作人员的技术水平和经验，对于操作员的要求很高。

国内研究现状模拟探伤系统

数字化探伤系统

以计算机软件为核心的虚拟探伤系统由超声探伤和超声检测向超声评价过渡

向自动超声无损评价(ANDE)和定量超声无损评价(QNDE)的方向发展和应用。国外研究现状国外对于铁路方面的检测比国内先进一点，其超声仪器和检测系统的开发，现在正趋于自动化、智能化和多种成像技术方面的研究。

.国外对于铁路方面的检测比国内先进一点，其超声仪器和检测系统的开发，现在正趋于自动化、智能化和多种成像技术方面的研究。迄今为止，国外超声波探伤发展过程可分为三个阶段:模拟探伤系统、数字化探伤系统、以计算机软件为核心的虚拟探伤系统。国外工业发达国家的无损检测技术，已逐步由超声探伤和超声检测向超声评价过渡，并且向自动超声无损评价(ANDE)和定量超声无损评价(QNDE)的方向发展和应用。国外研究现状国内外己经有很多公司和单位推出自己的商品化系统，国外方面比较典型的产品和特点如下：德国的K-K公司研制的自动化超声检测系统和专用自动化超声检测设备可以广泛应用于对管材、棒材、钢轨等材料的超声检测；英国SONOMATCI公司研制出基于微机的快速实时检测系统；日本佳能公司推出了数字化、多功能的超声探伤成像系统(C扫描)；加拿大路赛尔技术有限公司研制出针对管道检测的机器人系统；美国物理声学公司(APC)推出了超声C扫描图像系统和各种声发射检测设备；美国泛美公司生产的ARGUS级大型超声波自动扫描检测系统可以用于大型复合材料零部件的自动化检验、管道储罐的原位检测等，采用全数字化高性能超声波采集分析系统，采样频率在100MHZ以上，多达32通道，可实现A扫描、B扫描、C扫描，并通过软件进行分析处理，达到了一定的智能化。国外研究现状国内方面比较典型的产品和特点如下：哈尔滨工业大学盛朝阳、刚铁针对焊接结构中对裂纹类缺陷定位定量检测的需要，开发了便携式TOFD缺陷检测及定位系统，该系统由系统软件及便携式装置两部分组成。清华大学孙振国、黄操等研制开发了新一代BLC–8Z型铁路机车车辆车轴超声波自动探伤系统，该系统采用螺旋轨迹扫查方式，由8～10通道分设2个探头组，同时扫查车轴径面。采用PLC(探伤过程控制)、高速数据采集卡(超声信号采集)和工控机(缺陷诊断和人机交互)有机结合的方式实现了探伤过程自动化。系统具有轴型参数输入、探伤流程自动生成、回波实时记录和动态显示、缺陷波阅值判据和DAC判据诊断、报表打印输出等功能。上海宝钢工业检测公司已经研究成功轧辊自动超声波检测系统,实践证明该系统不但可以对缺陷进行准确定性，还可以对缺陷进行精确定量，有效弥补了国内在该领域的技术空白。国内研究现状检测的仿真快速无损检测系统软件开发

研究目标

本研究以转辙机的动作杆、锁闭块和锁闭轴为超声检测的研究对象,结合对转辙机零部件超声无损检测系统项目的实际需求,针对目前超声无损检测系统存在的问题进行改进，拟从超声检测系统总体结构开发设计、超声检测模型建立与仿真和定量分析的软件设计的相关问题展开研究，开发与研究一种专门适用于解决转辙机关键部位零部件内部裂纹的检测问题的超声无损检测系统。研究内容

（1）基于脉冲反射法的基本原理，针对转辙机零部件超声检测要求给出超声检测系统整体结构设计方案；（2）对超声无损检测系统的电路模型和数学模型进行研究，建立脉冲回波超声无损检测系统模型；（3）上位机接收到回波信号以后，用MATLAB中的Simulink可视化工具平台来实现超声检测部分模型，并且利用该模型对超声卡激励模块进行仿真实验，确定系统模型的相关参数，进而优化系统模型和整体结构；（4）基于可视化技术，声成像的处理与超声图像的模式识别技术的研究，使系统更加精确的实现超声检测缺陷的识别。关键性问题

（3）缺陷的模式识别一定程度上还依赖于人的参与，将模式识别和人工智能相结合确定缺陷的类型是检测中的难点，建立和完善专家知识库，以实现被检件的完全自动定量定性分析。（1）考虑各方面因素优化检测系统的整体结构，使检测更容易进行，检测结果更加精确。（2）在超声无损检测系统模型的建立和参数的计算过程中，研究传递过程中耦合剂的使用会产生误差等问题，尽量全面考虑和模拟真实的检测过程，使模型参数达到最优化。技术路线研究方法

本研究拟通过超声波回波反射法为理论基础采用理论分析、系统开发、仿真设计﹑实体实验相结合的研究方法。技术路线

（1）理论分析：基于超声波回波反射法缺陷检测的基本原理，并结合对转辙机零部件超声无损检测系统项目的实际需求,从而为系统开发遇到的问题提供依据。（2）系统开发：对超声无损检测系统的电路模型和数学模型进行研究，建立各个环节的子模型，而后将这些模型组合起来，从而建立超声检测系统的模型。（3）仿真设计：在建立好超声无损检测系统模型基础上，用MATLAB中的Simulink可视化工具平台来实现前边所述的超声检测部分模型，开发出适合于转辙机主要零部件超声检测仿真系统。（4）实体实验：设计缺陷试块，对开发出的仿真系可统进行实验验证。实验方案

并将这些确定好的参数代入到模型中，得到系统超声发射部分参数的调节趋势及最佳值，进而应用到实际系统的设计和实现中。

系统结构设计和模型建立以后，利用建立好的系统模型对超声卡激励模块进行计算机仿真，来确定超声系统发射电路中器件的参数；对传输导线及换能器关键参数的测量方法进行研究，通过现有的超声探伤仪获得其相关参数；实验方案

可行性分析

（1）近几十年来，国内外进行了大量的超声检测系统理论方面的研究，其中关于超声检测技术的各种方法及系统的开发与改进都在研究过程中，并且各种超声检测系统开始进入实际应用阶段。（2）在充分掌握现有的超声波无损检测方法及超声检测系统原理的基础上，积极阅读相关文献和书籍资料，扩充自己的理论知识，经过检验和论证发现问题。（3）对本课题涉及到的一些知识和软件进行了充分的学习，另外自己在系统仿真技术等学科方面也有一定的经验积累，为进一步研究提供了基础保障。（4）研究生具有良好的学习环境，并且可以查阅大量相关文献的资源，加上个人的积极进取与导师的引导，转辙机零部件超声波检测系统的研究在预期的时间内可以完成。课题的创新性

（1）在改进的电声测量模型的基础上，将接触式脉冲回波超声无损检测系统的仿真模型应用于对转辙机主要零部件的缺陷检测。（2）用建模的方法对超声无损检测系统进行定量分析，用模式识别和人工智能相结合的方法对探伤数据进行智能化分析处理,使转辙机主要零部件的探伤过程可以软件化。五、计划进度、预期进展和预期成果五、计划进度、预期进展和预期成果5.1计划进度、预期进展序号项目内容和要求起止时间１查阅文献搜集资料查阅、收集与课题有关的国内外文献和资料，并整理、分析2011.9-2011.11２调查研究调查研究国内高校、科研院所和大型企业类似研究课题，对研究方向进行初步的可行性论证2011.11-2011.12３选题报告撰写选题报告2011.12-2012.1４实验和上机前的准备工作根据所选课题，学习相关知识和软件2012.1-2012.4５实验工作建立实验平台，对开发的超声检测系统进行实验分析2012.5-2012.8６上机计算（包括理论分析及理论计算）对试验结果及理论方面的数据进行分析，据此对实现方案进行细化和具体的理论推导，并理清设计思路。2012.9-2012.11７撰写毕业论文对以上各阶段的研究进行总结，按要求撰写毕业论文2012.11-2013.3８学位（毕业）论文答辩进一步完善论文，准备硕士论文答辩2013.3-2013.5备注本计划在实际实施过程中根据具体情况可能会有所调整24写在最后成功的基础在于好的学习习惯