车辆车轮轮辋裂纹自动检测系统的研制

主要介绍车轮轮辋裂纹自动检测系统的组成，超声波探头的装配方式，信号采集、数据处理分析系统的构成及计算机控制处理系统，通过计算机数据处理使车轮轮辋内部出现的裂纹以直观的裂纹图像呈现给操作人员判断。     

HXD_(3C)型电力机车车轮轮辋裂纹原因分析及扩展研究

轮辋裂纹故障扩展源头往往存在于车轮踏面表面以下的一定深度,不易通过检测手段被发现。其发生的规律、扩展方向、扩展速度等因素均具有一定的不确定性,使在线服役车轮的运用存在一定程度的不安全性。本文以出现轮辋裂纹扩展或缺陷的HXD_(3C)型大功率电力机车整体辗钢车轮为样本,通过故障车轮检验与滚动疲劳扩展试验相结合的手段开展轮辋裂纹扩展的相关研究,通过金相检验确认车轮轮辋裂纹的真实原因,通过轮辋裂纹扩展研究试验研究车轮缺陷在试验载荷条件下,随机车运用里程增加的发展规律。研究的结果对存在轮辋裂纹缺陷车轮的安全运用提供一定指导。     

铁道车辆车轮轮辋裂纹的原因和防止措施

本文从现场轮辋裂纹故障入手，分析了轮辋裂纹的特点及其形成原因，并提出了可行的防止措施。     

提速前后客车轮辋裂纹故障浅析

通过提速前后郑州铁路局发现的客车轮辋故障统计，引入轮辋故障损伤率为分析参数，对轮辋裂纹故障的形成及主要影响因素进行了分析，得出提高列画速度和使用闸瓦对轮辋裂纹故障的形成有密切关系。     

车轮钢II型裂纹的疲劳及断裂试验研究

通过试验测定了车轮钢Ⅱ型裂纹的疲劳扩展速率、断裂韧性ＫⅡＣ和应力强度因子范围门槛值ΔＫｔｈ，绘制了ｄａ／ｄＮ－ΔＫ；曲线，确定了Ｐａｒｉｓ公式，计算了轮辋裂纹的临界尺寸，根据轮辋裂纹的失效尺寸，计算了车轮的疲劳扩展寿命。为研究轮辋裂纹的扩展规律提供了重要的理论依据。     

客车轮辋裂纹检查,分析与防范

运用客车中经常发生轮辋裂纹，危及行车安全，本文对轮辋裂纹及形成原因进行初步分析，探讨，从检修运用角度上提出防范措施和检查方法。     

铁路客车轮对轮辋裂纹常见故障特征及原因分析

通过对现场铁路客车轮对轮辋裂纹故障的调查研究,根据轮辋裂纹故障的常见特征,总结出简要的检查判断方法。并分析轮对轮辋裂纹故障的特点及其形成原因,同时进一步提出几点可行性的防范措施。     

货车车轮轮辋裂纹扩展特征分析

通过进行有限元计算和车轮轮辋材料疲劳裂纹扩展试验,研究了货车车轮轮辋裂纹扩展的主要控制因素和扩展规律。结果表明,轮辋深部裂纹尖端Ⅰ型应力强度因子为负值,即裂纹为闭合型;裂纹扩展主要受Ⅱ、Ⅲ型及其复合应力强度因子控制。在Ⅰ型(负值)应力强度因子及裂纹面间的摩擦力共同作用下,裂纹尖端的Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子幅值较低,裂纹不易发生偏折或分叉,一般会沿着轮辋踏面切线方向扩展,直至扩展到踏面。     

简析高速重载工况对车轮轮辋疲劳裂纹萌生的影响

研究了在重载列车和高速列车车轮实际使用工况下,轮轨接触应力提高后车轮轮辋内部应力增加对轮辋疲劳裂纹萌生的影响。对普通列车、重载列车、高速列车上实际运用过程中发生辋裂的车轮进行失效分析和研究,结果表明:列车轴重增加和运行速度提高,导致车轮轮辋内部萌生裂纹的"临界夹杂物尺寸"减小,使车轮轮辋中原本处于安全尺寸范围的脆性夹杂物越过"临界夹杂物尺寸"成为疲劳裂纹萌生的主要发源点,最终导致车轮轮辋疲劳裂纹的形成。     

轮辋厚度对货车车轮辐板孔裂纹萌生时间的影响研究

车轮温度和应力的分布对车轮寿命有重大影响。分析轮辋厚度与车轮使用年限、辐板孔裂纹率的关系。采用有限元法模拟长大坡道制动热应力和轮轨机械应力随轮辋厚度变化的规律,建立考虑轮辋厚度的辐板孔裂纹萌生时间预测模型。结果表明:坡道制动工况与机械载荷工况的组合作用是车轮辐板孔边产生高应力的主要因素;车轮辐板孔应力随轮辋厚度的减小而增大;机械应力与热应力叠加是导致辐板孔裂纹萌生的主要原因。预测的疲劳裂纹萌生时间与实际情况比较接近。     

铁路机车车轮辋裂特征分析与对策研究

机车车轮在运用过程中常见的损伤主要有踏面损伤及轮辋内部裂纹(简称辋裂)两大类。由于内部裂纹极具隐蔽性,初期很难发现,故上述两类损伤中又以辋裂的危害性最大。对辋裂的特征进行总结,通过分析车轮辋裂产生的原因、机理及发生规律,提出在目前高速、重载条件下针对此类车轮失效模式的对策。     

铁路车轮轮辋疲劳裂纹和踏面剥离掉块的微观伤损因素分析

以某型铁道车辆装用的3组(20个为1组)车轮(其中,1组车轮的轮辋出现疲劳裂纹,1组车轮的踏面存在剥离掉块,1组车轮运行30万km未出现伤损)为研究对象,采用ASPEX自动扫描电镜系统研究3组车轮轮辋中非金属夹杂物的组成、性质及定量关系,并采用扫描电子显微镜和金相显微镜,研究轮辋疲劳裂纹、踏面剥离的伤损形貌和特征,分析导致轮辋疲劳裂纹和踏面剥离的微观伤损因素。结果表明:辋裂车轮中的非金属夹杂物以脆性夹杂物为主,约占非金属夹杂物总数的85%,并且断口中存在的毫米级脆性氧化物类夹杂物属于冶炼或浇注过程中混入的耐材或熔渣等外来物,这是轮辋疲劳裂纹形成的主要原因;在踏面剥离掉块车轮和未损伤车轮中,塑性非金属夹杂物占绝对多数,分别约占非金属夹杂物总数的84%和93%,踏面剥离掉块车轮的踏面塑性变形层平均厚度约为1mm,为未伤损车轮踏面塑性变形层的10倍,说明踏面塑性变形层的相对变形量较大是导致车轮踏面剥离掉块的主要原因。     

列车轮辋超声相控阵成像质量分析

为解决超声相控阵检测列车轮辋易出现的成像质量低和缺陷识别困难等问题,分析相控阵换能器声压特性,获取合适的缺陷检测深度,讨论轮辋界面及耦合情况对成像质量的影响,开展轮辋试块相控阵检测实验。以水平孔和管穿槽缺陷为例,研究不同深度缺陷的回波幅值变化特点及成像质量,并通过与平面试块对比分析,获得轮辋相控阵成像质量的主要影响因素和影响规律,为改进轮辋超声相控阵检测工艺和提高缺陷检测精度提供参考。     

基于超声检测技术的车轮轮辋探伤

采用无损检测技术的方法,分析车辆车轮轮辋缺陷的分布特点。针对车轮轮辋中缺陷出现的主要部位,进行探伤方案的理论分析、实验验证和误差分析。结果表明,检测方案灵敏度高,检测方便,操作简单,受外界环境因素影响小,可以较准确地测定车轮轮辋缺陷的位置和深度,及时准确掌握车轮轮辋的损伤状况。     

整体车轮踏面裂损的断裂力学疲劳抗力分析

在使用踏面制动的条件下，由于过度制动的结果，在踏面上形成“蟾蜍皮”状的热裂纹。该裂纹达到临界状态将导致车轮的破损，对行车安全构成威胁。本文借助于线弹性断裂力学理论。分析了在不同运用工况下轮辋及踏面裂纹的特点及扩展机理，并用疲劳抗力分析方法确定了周期性制动力作用下，不致使“蟾蜍皮”裂纹扩展的许用裂纹深度及相应的许用周向残余拉应力值，从而使按现行热变色方法而判废的车轮，经适当处理后能重新投入运用。     

夹杂物对轮辋裂纹萌生的影响

列车速度的提高和车辆轴重的增加导致轮轨接触应力加大,引起车轮轮辋内部应力分布的变化。根据铸钢车轮轮辋金相分析结果,应用Goodier方程对轮辋处夹杂物和空穴周围的应力状态进行分析。在轮轨接触应力作用下,Al2O3球形夹杂物在其球体的"极点"位置产生应力集中,而空穴处于"赤道"位置,其应力更大。根据Murakami公式,以轴重为25 t的车轮为例,计算在不同运行速度下,距铸钢车轮踏面一定深度的夹杂物临界尺寸。其结果显示,在一定车速下,夹杂物的临界直径随距踏面深度的增加而增大;若深度一定,夹杂物的临界直径则随车速的提高而变小。当轮辋中夹杂物的尺寸大于该临界直径时,轮辋疲劳裂纹就可能萌生。     

840D车轮辐板孔边裂纹扩展机理分析

利用有限元法对840D货车车轮在长坡道制动工况下产生的温度场、热应力场进行分析,进而得到裂纹在扩展过程中应力强度因子的变化规律。分析表明:裂纹在穿透辐板厚度之前,裂纹的扩展以内侧周向扩展为主,并且稳定扩展;裂纹在穿透辐板厚度时,由于沿辐板厚度方向的裂纹尖端Ⅱ型应力强度因子存在突变,可能导致裂纹产生不稳定扩展突变;裂纹在穿透辐板厚度之后,由于内侧裂纹的Ⅱ型裂纹应力强度因子持续增加,外侧裂纹的Ⅱ型裂纹应力强度因子大于Ⅰ型裂纹应力强度因子,但都小于内侧裂纹的Ⅰ型裂纹应力强度因子,因而裂纹仍以辐板周向扩展为主,但裂纹扩展的方向稳定性变差,裂纹可能向轮辋扩展。     

北美铁路公司对轮辋裂纹问题的研究

近年来,美国和加拿大的货运铁路在车轮方面存在一系列问题,特别是车轮的贯通性垂向轮辋裂纹(VSR),随着轴重的增加变得更为明显。问题的原因和解决方法尚不明确,美国Amsted Rail公司对车轮失效进行了轴向残余应力研究。     

基于机器视觉的车轮裂纹识别与提取

针对列车车轮轮缘及轮辋裂纹图像特点,提出根据裂纹图像特征结合Fisher法判别的车轮裂纹识别算法,同时针对图像分割后提取出的图像裂纹线断裂不连续且不完整的问题,提出交互式裂纹线点采集提取结合曲线拟合生成裂纹线的方法;算法首先在图像预处理基础上,利用局部统计可变阈值法分割图像,用小面积阈值初筛去斑,结合形态学操作后,计算面积、平均宽度、外接矩形长宽比和圆形度4个特征量,然后计算连续性筛选图像中这些特征量的极值,再利用Fisher判别法对图像中的裂纹进行识别,并提取图像裂纹线坐标,用多项式最小二乘曲线拟合出完整裂纹线。实验结果表明本文方法具有较好的鲁棒性。     

基于超声波探伤的车轮动态检测系统研究

轮对作为机车车辆关键走行部件其状态备受关注,尤其是高速和重载情况。车轮通常是在停车检修时或从车体上解体后进行超声波或磁粉无损探伤。基于超声波探伤的车轮动态检测系统(以下简称"系统")能够在列车低速运行过程中动态检测车轮轮辋和直线辐板缺陷。系统通过特殊设计的检测线路,使车轮在通过检测区时空出踏面滚动圆区域,由轮辋外侧约30mm区域承载车体质量,依靠布置在承力钢轨和导向护轨间的压电超声波探头组合对车轮实施无损探伤。测试结果表明,系统能够在3～5km/h行车速度下检测轮辋和直线轮辐轴向Φ3mm横孔缺陷。