铁路车轮裂纹在线检测方法研究
黄成祥，侯 力*，蒲 茜，周自波，李耀东
（四川大学 制造科学与工程学院， 四川 成都 610065 ）
摘 要：早期发现车轮的初始疲劳裂纹是避免铁路车辆行车事故的最有效的方法。采用弹性力学的理论，分析了疲劳裂纹产生时弹性波的主要传播形式及声发射现象，分析了疲劳裂纹信号与噪声信号在波形、频率和幅度上的明显区别，提出了测量点位的确定原则和用宽带声发射传感器接收疲劳裂纹信号采取的措施及硬软件去噪的方法。建立了应变能与疲劳裂纹信号之间的数学模型。通过高保真宽带传感器实时真实地获取被测材料结构中产生的宽带声发射信号，并分析研究源产生的超声波模式，找出对应模式波的内在持征，即可进行缺陷的参数识别和定位。为车轮早期疲劳裂纹的识别提供了一种新方法。
关键词：铁路车轮；疲劳裂纹；在线检测；声发射
中图分类号：TP33 文献标识码：A
Study on Online Measure Method for Flaw of Train Wheel
HUANG Cheng-xiang, HOU Li, PU Qian, ZHOU Zi-bo, LI Yao-dong
(School of Manufacturing Sci. and Eng. , Sichuan Univ. , Chengdu 610065, China)
Abstract: It' s an effective method to avoid the rupture of the train wheels that finding the initial tired flaws at earlystage. The main transmitting styles of elastic waves and acoustic emissions when tired flaws bring are analyzed in this paper using the theory of elastic mechanics. Obvious differentiation of the tired flaw signals from the noises signals inwaveforms, frequency and amplitude are analyzed when the broadband acoustic emission sensors are adopted to collect acoustic emission signals. The certainty principles to measure the point position, the measurements adopted in receivingtired flaw signals using broadband acoustic emission sensors and the methods to remove noises with hardware and softwareare brought forward. Mathematic model between strain energy and tired flaw signals is established . Broadband acousticemission signals produced in the measured materials are acquired real time and really by the high fidelity broadbandacoustic emission sensors . Ultrasonic modes brought at the source are analyzed and inherent characters of correspondingmode waves are found out, by which parametric recognition and orientation of the disfigurement could be processed. A new method to identify the initial tired flaws is provided.
Key words: train wheel; tired flaw; online measure; acoustic emissions
车轮是影响铁道车辆运行安全的一个重要部件。一般铁道客货车辆使用的是碾钢车轮，车轮在使用中受力情况较为复杂。碾钢车轮在碾制过程中形成的制造缺陷，易在使用过程中不断发展和扩大，最终发生车轮部分的开裂和脱落，造成行车事故。特别是当车辆运行速度提高以后，这种可能性更会增加。1997年上海铁路局共计处理轮对故障1211件，其中车轮裂纹63件，比提速前高了许多。车轮
内部裂纹和车轮辐板裂纹都有较大幅度的提高，若不能及时发现，会使车轮碎裂。直接造成车辆脱轨、列车颠覆等一系列恶性事故。由于车轮疲劳裂纹引起的事故，大多数是由于车轮内、外侧裂纹形成的。对于车轮产生的裂纹进行检测并准确地确定裂纹位置是铁道运输非常关注的问题。为了能准确地检测车轮内部缺陷，向检测人员提供其直观的图像和数据，克服人工外观检测和经验判断的随机性，减少车辆行车事故。因此，铁路车轮裂纹早期检测方法的研究是十分必要的[1]。
近年发展起来的声发射技术是根据结构件内部发出的应力波来判断内部损伤程度的一种动态无损检测方法。它可以在结构件处于运动变化的过程中进行检测。这正是它与x 射线、超声波等常规无损检测方法的主要区别。
