车辆检测与监控技术

封面设计:崔丽芳

责任校对:王杰

责任印制:郭向伟

出版发行:中国铁道出版社北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

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版次:年月第版年月第次印刷

201841201841

开本:印张字数千

787mm×1092mm1/16:18:460

书号:

ISBN978-7-113-23772-1

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本书为高等职业教育校企合作系列教材之一。随着铁路的飞速发展,铁路运输安全压

力日益增加,针对铁路车辆的检测与监控工作也越来越重要,这就需要先进的技术装备来支

撑,以保障铁路运输的安全。

本书根据高职铁道车辆专业培养目标,重点阐述车辆无损检测技术和动态监控技术。

无损检测技术是在工件无损的条件下,检查工件宏观缺陷或测量工件特征的各种技术方法

的统称。无损检测的意义在于保障零件、组件的安全使用,节约材料,在零件无损的条件下

检测零件、部件、组件、设备、材料和大型工程项目,使之安全有效地生产和工作。无损检测

技术在铁路运输部门发挥着重要的作用,用以对重要的钢制零部件进行定期检查,以发现使

用中所产生的疲劳裂纹等缺陷,防止设备在继续使用中发生灾害性事故。本书重点介绍磁

粉探伤、超声波探伤技术。车辆动态监控技术简称:车辆轴温智能探测系统()、货

5TTHDS

车运行状态地面安全监测系统()、货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统

TPDS

()、货车运行故障动态图像检测系统()、客车运行状态安全监测系统()。

TADSTFDSTCDS

如今,系统还扩充出动车组运行故障图像检测系统()、客车故障轨边图像检测系统

5TTEDS

()、轮对尺寸动态检测系统()等。车辆动态监控技术部分重点阐述系统的

TVDSTWDS5T

功能、原理、运用管理、设备维修等内容。

本书由辽宁铁道职业技术学院王婷、翟士述任主编,辽宁铁道职业技术学院赵柏阳、辽

宁轨道交通职业学院谢禄济、吉林铁道职业技术学院关洪亮任副主编,吉林铁道职业技术学

院包丽静参编。本书项目由赵柏阳、关洪亮编写,项目由王婷、翟士述编写,项目由翟

123

士述编写,项目、项目由谢禄济编写,项目由赵柏阳编写,项目由翟士述、包丽静编

4567

写。本书由中国铁路沈阳局集团有限公司锦州车辆段赵连刚、施一宁任主审。在编写过程

中,还得到了中国铁路沈阳局集团有限公司锦州车辆段孟闯、王刚、徐放、高超、乔鑫路、沈阳

动车段安剑等同志的大力支持,编者在此表示衷心感谢。

限于作者的水平,书中难免有疏漏和不妥之处,敬请广大读者批评指正。

编者

2018年1月

第一篇无损检测技术…………………

001

项目1磁粉探伤……………

003

背景知识磁粉探伤技术………………

003

任务车轴表面探伤…………………

1009

任务车辆配件表面探伤……………

2021

拓展知识罐车卡带渗透探伤…………

030

项目2超声波探伤…………

042

背景知识超声波探伤技术……………

042

任务轮轴超声波探伤………………

1099

任务客车车轮超声波探伤…………

2115

任务动车组车轮超声波探伤………

3123

第二篇车辆动态监控技术……………

131

项目3货车运行故障动态图像检测系统………

(TFDS)132

背景知识认知系统……………

TFDS132

任务系统运用与管理………

1TFDS138

任务系统设备检修…………

2TFDS148

项目4车辆运行品质轨边动态监测系统………

(TPDS)155

背景知识认知系统……………

TPDS155

任务系统运用与管理………

1TPDS167

任务系统设备维护…………

2TPDS181

项目5货车滚动轴承故障轨边声学诊断系统…………………

(TADS)191

背景知识认知系统…………

TADS192

100

任务系统运用与管理………

1TADS205

任务系统设备维护…………

2TADS216

项目6车辆轴温智能探测系统…………………

(THDS)225

背景知识认知系统…………

THDS225

任务系统的运用与管理……………………

1THDS242

任务探测站设备检修……………………

2THDS-A244

项目7拓展知识———客车及动车组动态监测系统………

250

拓展知识客车运行状态安全监测系统…………………

1(TCDS)250

拓展知识动车组运行故障动态图像检测系统…………

2(TEDS)266

参考文献………………………

280

200

第一篇无损检测技术

无损检测简称技术是在工件无损的条件下检查工件

(NondestructiveTesting,NDT),

宏观缺陷或测量工件特征的各种技术方法的统称无损检测的意义在于保障零件组件的

。、

安全使用节约材料在零件无损的条件下检测零件部件组件设备材料和大型工程项

,,、、、、

目能使之安全有效地生产工作

,、。

科学技术发展至今无损检测的方法已经很多可分为大类约余种但在实际应用

,,670,

中比较常见的有以下几种超声波检测电磁检测射线检测渗透检测涡流检测声发射

:、、、、、、

泄漏检测光全息照相红外热成像微波检测等无损检测技术在铁路运输部门同样发挥

、、、。

着重要作用用以对重要的钢制零部件如轮对转向架构架钩舌等进行定期检查以发现

,(、、),

使用中所产生的疲劳裂纹等缺陷防止设备在继续使用中发生灾害性事故其中以电磁探

,,

伤超声波探伤以及渗透探伤应用最为广泛本书主要介绍这三种探伤方法

、,。

无损检测技术的特点

1.

在对材料或构件进行检测时其目的是检测材料或构件中的缺陷和异常因此必

(1),。,

须首先搞清楚要检测的对象随后才能确定应该采用什么检测方法和检测规范来达到预定

,

的目的为此必须预先分析被检测工件的材料及其成型方法加工过程使用经历等即预

。,、、,

先分析缺陷的可能类型部位方向和性质然后再选择适当的检测方法

、、,。

关于无损检测结果的可靠性一般来说不管采用哪一种检测方法要完全检查出

(2)。,,

结构的异常部分是不可能的虽然经过检测得到了没有缺陷的信息也不能认为完全没

。“”,

有缺陷另外检测得出的缺陷的种类形状大小和方向等信息很可能由于所用的检测方

。,、、,

法不同而有所差异

。

必须将无损检测的结果与一定数量的破坏性检测结果相比较才能对检测结果做出

(3),

可靠合理的评价而这种比较的时间必须是评定质量的最合适的时间例如当考虑热处

。。,

理所引起的质量变化时必须在热处理前后分别进行无损检测而对高强度钢焊缝延迟裂纹

,;

的检査必须在焊接以后放置一昼夜以上才能进行另外有时还要采用不同的检测方法

。,。

所以必须明确规定在什么时间用什么方法进行检测

,、。

无损检测的结果只应作为对材料或构件的质量和寿命评定的依据之一而不应该

(4),,

作为材料或构件的质量和寿命评定的唯一依据当然同时采用几种检测方法以便综合各

。,,

种方法互相取长补短从而得到更多的信息也是很重要的但还应该利用有关材料焊接和

,,;、

加工工艺等知识综合起来进行判断总之无损检测与评价技术是有关物理化学机械冶

。,、、、

金材料科学及断裂力学等高度综合性的技术

、。

无损检测的应用范围非常广泛被检测的对象千差万别缺陷的位置也不一样为

(5),,。

了达到各种不同的检测目的人们研究出了各种不同的检测方法这些检测方法都是很重要

,,

100

的不同的方法有不同的特点也各有其局限性因此很难互相替代

,,,。

根据被检测对象的重要性需要用来描述材料和构件中缺陷状态的数据相应地有多

(6),

有少而且任何一种无损检测方法都不可能给出所需要的全部信息因此应同时使用两种

,。,

以上的无损检测方法对材料和构件进行检测才能得出合理的结论达到检测的目的对于

,,。

大型复杂设备的检测更是如此

。

无损检测技术的基本要素

2.

任何一种无损检测方法都包括以下个基本要素

5:

源它能提供适当的探测介质或激励被检测物体产生某种特殊的运动

(1),。

探测介质或特殊运动方式它会受到被检测物体的结构异常不连续或某种变异的

(2),()

影响而引起变化

。

探测器它能检测出探测介质或特殊运动方式的变化

(3),。

记录和显示装置能指示或记录由探测器发出的信号

(4),。

解释这些信号的方法

(5)。

以上个基本要素是所有无损检测方法所共有的由源所提供的检测介质与被检测物

5。

体相互作用形成多种物理场如声场热场电场磁场和电磁辐射场等目前对这些信号

,、、、。,

中所包含的信息只有少部分被利用和认识这不仅是由于使用的仪器不够完善而且在很大

,,

程度上是由于理论的缺乏和对信号本身带有的信息认识不足所致进一步充分利用这些信

,

息正是今后无损检测技术发展和努力的方向

。

200

磁粉探伤也称电磁探伤是材料的无损检测方法之一主要用于发现金属表面的裂纹

(),。

电磁探伤是通过磁粉在缺陷附近漏磁场中的堆积以检测铁磁性材料表面或近表面处缺陷

,

的一种无损检测方法即将钢铁等磁性材料制作的工件磁化利用其缺陷部位的漏磁能吸

。,

附磁粉的特性依磁粉分布显示被探测物件表面缺陷和近表面缺陷该探伤方法的特点是

,。

简便显示直观并且有较高的检测灵敏度

、,。

在工业生产中磁粉探伤可用来做最后的成品检验以保证工件在经过各道加工工序

,,

如焊接金属热处理磨削后在表面上不产生有害的缺陷它也能用于半成品和原材料

(、、),。

如棒材钢坯锻件铸件等的检验以发现原来就存在的表面缺陷在铁路运输部门设备

、、、,。,

定期检修时对重要的钢制零部件如轮对转向架构架钩舌等也常采用磁粉探伤以发现

,(、、),

使用中所产生的疲劳裂纹等缺陷防止设备在继续使用中发生灾害性事故

,。

背景知识磁粉探伤技术

为了全面了解磁粉探伤技术的相关知识,学生以小组为单位汇报磁粉探伤的应用、工作

原理、磁化方法、退磁方法和一般工作程序,为后续任务的实施奠定理论基础。

知识目标

()掌握磁粉探伤的基本原理;

1

()掌握磁粉探伤的磁化方法和退磁方法;

2

()掌握磁粉探伤的一般程序。

3

技能目标

具备磁粉探伤技术的应用能力。

素质目标

培养学生严谨认真的工作作风。

300

一、磁粉探伤基本原理

铁磁性材料和工件被磁化后由于不连续性的存在使工件表面和近表面的磁力线发生

,,

局部畸变而产生漏磁场吸附施加在工件表面的磁粉形成在合适光照下目视可见的磁痕

,,,

从而显示出不连续性的位置形状和大小

、。

如图所示以马蹄形磁铁为例进行解释说明

1-1-1,。

图马蹄形磁铁

1-1-1

马蹄形磁铁如图所示具有极和极磁铁外部磁力线从极出发穿过

1-1-1(a),NS。,N,

空气进入极磁铁内部磁力线从极出发到极闭合它的两极能吸引铁磁性材料

S,SN,。

若将磁铁弯曲使两磁极靠得很近如图所示磁力线离开极穿过空气重新

,,1-1-1(b),N,

进入极产生漏磁场

S,。

若将磁铁两端继续弯曲使两极融合成圆环如图所示此时磁铁内既无磁极

,,1-1-1(c),

又不产生漏磁场因而不能吸引铁磁性材料但在磁铁内部包容了一个圆周磁场

,,。

若圆环形磁铁某处存在裂纹如图所示则在裂纹两侧立即产生极和极

,1-1-1(d),NS,

形成漏磁场漏磁场能强烈地吸附磁粉形成磁痕显示出裂纹缺陷

,,。

由于空气的磁导率材料被磁化的难易程度远远低于铁磁性材料的磁导率那么如果

(),,

在磁化了的铁磁性工件上存在着不连续性或裂纹则磁力线优先通过磁导率高的工件这就

,,

迫使一部分磁力线从缺陷四周绕过形成磁力线的压缩此时如果缺陷处在工件表面或近

,。,

表面则磁力线便会从工件表面进入空气中绕过缺陷再折返回工件中形成漏磁场进而吸

,,,

附磁粉显示出缺陷位置

,。

如图所示漏磁场的形成和大小取决于磁力线与缺陷的相对位置

1-1-2,:

磁力线与缺陷垂直漏磁场最强最易检出缺陷

(1),,;

图漏磁场的形成

1-1-2

400

磁力线与缺陷平行或夹角小于不能检出缺陷

(2)20°,;

磁力线与缺陷夹角大于可以检出缺陷但灵敏度降低

(3)20°,,。

从磁粉探伤实践中得到如下结论

:

磁导率越小漏磁场强度越强

(1),;

外加磁场足以磁化零件才能吸引磁粉呈现缺陷磁痕

(2),,;

缺陷越深深宽比越大漏磁场强度越大磁粉堆积越多缺陷显示越清晰如图

(3)(),,,,1-1-3

所示

;

仅能检查表面和近表面缺陷

(4);

磁力线与缺陷趋于垂直漏磁通越强趋于平行不产生漏磁通

(5),,,;

工件表面覆盖层会影响磁痕显示如图所示

(6),1-1-4。

图缺陷宽度图工件表面覆盖层对磁痕显示的影响

1-1-31-1-4

二、工件磁化

在磁粉探伤中通过外加磁场使工件具有磁性的过程称为工件磁化常用的磁化方法

,。

有周向磁化法纵向磁化法和多向磁化法

、。

周向磁化法

1.

周向磁化是指给工件直接通电或者使电流流过贯穿空心工件孔中的导体

,。

目的在工件中建立一个环绕工件并与工件轴线垂直的周向闭合磁场用于发现与工件

:,

轴线平行的纵向缺陷即与电流方向平行的缺陷

,。

根据被检工件的形状和大小周向磁化方法又可分为轴向通电法中心导体法触头法

,、、

和平行电缆法等多种

。

轴向通电法

(1)

轴向通电法是将工件直接通以电流使工件周围和内部产生周向磁场如图所示

,,1-1-5。

图轴向通电法

1-1-5

工件电流磁力线电极

中心导体法1—;2—;3—;4—

(2)

对于管件和环形工件的纵向缺陷可采用中心导体法如图所示

,,1-1-6。

500

图环形工件的中心导体法

1-1-6

工件电流磁力线电极心杆

1—;2—;3—;4—;5—

触头法

(3)

触头法是一种局部磁化法如图所示它使用一对圆锥形的铜棒作为两个通电电

,1-1-7,

极铜棒的一端通过电缆与电源连接另一端与工件接触通电后电流通过两个触头施加

,,。,

在工件表面形成以触头为中心的周向磁场

,。

平行电缆法

(4)

平行电缆法常用来对焊缝作周向磁化以探测工件上的纵向裂纹如图所示

,1-1-8。

图触头法图平行电缆法

1-1-71-1-8

纵向磁化法

2.

纵向磁化是指在被检工件中建立起沿其轴向分布的纵向磁场的磁化方法其目的是为

,

了检测取向基本与工件轴向垂直的缺陷

。

线圈法

(1)

如图所示线圈法对工件进行磁化后所产生的磁力线与工件的轴线平行常用来

1-1-9,,,

检测与工件或焊缝轴线垂直的缺陷

。

图线圈磁化法

1-1-9

600

磁轭法

(2)

磁轭法用于检测焊缝中的纵向缺陷适合于焊接件及各种大中型工件的局部检测如

。、,

图所示

1-1-10。

多向磁化法

3.

多向磁化法是指通过复合磁场在工件中产生一个大小和方向随时间成圆形椭圆形或

,、

螺旋线变化的磁场因为磁场的方向在工件上不断地变化所以可发现工件上所有方向的缺

,,

陷如图所示

,1-1-11。

图磁轭磁化法图交叉磁轭的结构

1-1-101-1-11

三、工件退磁

退磁

1.

退磁就是将工件内的剩磁减少到零或最小的操作过程使剩磁对工件的使用性能不产

,

生不利影响

。

下述几种情况必须进行退磁

:

需要再次进行磁粉检测的工件而前一次检测留下的剩磁对工件以后的磁化有

(1),

影响

。

工件上的剩磁对以后的机械加工会造成困难

(2)。

工件上的剩磁对测量仪器的操作或精度会造成不良影响

(3)。

轴承轴套齿轮等配合良好的运动件如有剩磁存在会吸引金属微粒加快工件的

(4)、、,,,

磨损

。

退磁原理

2.

退磁就是使构件内的剩磁减为零也就是打乱构件内由于磁化而取向一致排列的磁畴

,,

从而使之恢复到未磁化前的杂乱无章的状态最终使工件对外不再显示磁性退磁的方法

,。

是加以反向外磁场并交替变化且逐渐减弱至零于是剩余磁场被逐步减弱直至变为零总

,,。

的来说退磁后剩磁场的磁感应强度不大于

,3Gs。

700

退磁方法

3.

交流退磁法

(1)

常用的交流退磁法是把工件放入通以交流电的退磁线圈中然后将工件通过并逐渐离

,

开线圈至外或者将工件放入退磁线圈中不动而逐渐将电流降低到零即可实现

1.5m,,,

退磁

。

直流退磁法

(2)

用直流电产生的磁场对工件进行退磁的方法称为直流退磁法直流电退磁时既要不

,。,

断变换电流的方向同时又要逐渐减小电流强度

,。

四、磁粉探伤程序

磁粉探伤程序是指从磁粉探伤的预处理磁化工件施加磁粉或磁悬液磁痕分析包括

、、、(

磁痕分析和记录退磁和后处理的全过程

)、。

预处理

1.

用化学或机械方法彻底清除工件表面的油污铁锈毛刺氧化皮金属屑和砂粒等

(1)、、、、。

有非导电覆盖层的工件通电磁化时必须将与电极接触部位的非导电覆盖层打磨

(2)