成果名稱

動車組空心軸超聲探傷儀器

單位名稱

北京新聯(lián)鐵科技股份有限公司

聯(lián)系人

王迎寬

聯(lián)系郵箱

wangyingkuan@shenzhou-gaotie.com

成果成熟度

□正在研發(fā) □已有樣機 □通過小試 □通過中試 √可以量產

合作方式

□技術轉讓 □技術入股 □合作開發(fā) √其他 自主研發(fā)

成果簡介： ? ? ? ?

?
? ? ?1.關鍵技術
? ? ?動車組空心車軸超聲探傷儀器，主要由超聲檢測系統(tǒng)、數(shù)據處理和顯示子系統(tǒng)、定位子系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及機械整體構架等組成，其關鍵技術主要有以下幾點。
? ? ?（1）高速多通道嵌入式超聲控制器及超聲換能器 ? ? ?

? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1前置電子處理單元
? ? ?前置電子處理單元是動車組空心車軸超聲波探傷設備的核心部件，該單元由硬件檢測電路、嵌入式CPU、A/D轉換器、具備半導體散熱的防護殼體及檢測軟件組成。其主要功能是發(fā)射脈沖激勵晶片產生超聲波、接收超聲波信號同時對信號進行處理和數(shù)字轉換，識別探頭移動的三維距離，并把超聲波數(shù)字信號、探頭位置等檢測與控制信息通過網絡上傳給控制計算機。采用多處理器技術、大容量緩存技術，可實時進行數(shù)據的壓縮，數(shù)據傳輸速度快。該單元性能先進、結構緊湊、搞干擾能力強，達到國際先進水平。

? ??

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖2不同型號的超聲波換能器
? ? ?完成了超聲換能器的自主研制，其性能達到國外進口水平，部分參數(shù)優(yōu)于國外探頭，目前國內超聲換能器完全能夠取代進口產品。同時，為了解決檢測空心車軸內表面缺陷的要求及30孔車軸須檢測的縱向缺陷及內表面缺陷的要求，研制了專用的爬波探頭和組合探頭。
? ? ?（2）超聲耦合技術
? ? ?本項目對超聲耦合劑使用時的環(huán)境溫度與耦合性能的關系作了大量研究，成功解決了因我國地域遼闊南北溫差大帶來的超聲耦合問題。創(chuàng)新的耦合劑回收，既使得探頭與空心車軸內表面的耦合壓力穩(wěn)定，又回收盈余的耦合劑，節(jié)省了檢測成本。
? ? ?新型動車組空心車軸超聲波探傷設備采用動態(tài)耦合技術，在保證耦合效果的同時，極大的減小了耦合液的使用量，降低作業(yè)成本。動態(tài)耦合技術包含耦合液供給部分、耦合液回收部分、耦合液存放裝置、密閉耦合部分。經過實際驗證動態(tài)耦合技術耦合效果良好，滿足動車組空心車軸超聲波探傷需要，周向耦合能夠控制在3dB以內。
? ? ?（3）探傷軟件
? ? ?我公司經過兩年時間的自主研發(fā)，完成了用于控制和監(jiān)控動車組空心車軸超聲波檢測的軟件系統(tǒng)，該軟件基于.net開發(fā)，具有直觀的圖形控制界面，操作符合MW習慣，由多種不同的程序和動態(tài)鏈接庫組成，可以在任何一臺PC進行全功能操作。
? ? ?探傷人員可以根據探傷過程中的A型顯示方式的波形特征，對車軸上存在的缺陷的類型進行定性分析。A型顯示是一種實時的顯示方式，設備在掃查過程中無法滿足探傷人員分析的需要，為此我們專門設計了探傷掃描圖像的離線A顯示，將探傷掃查過程的數(shù)據存儲到上位機中，在探傷掃查完成之后，可以通過調用存儲的數(shù)據實現(xiàn)A型顯示的再現(xiàn)，滿足探傷人員分析的需要，同時數(shù)據可以永久的存儲在數(shù)據存儲介質中，隨時供探傷人員調取、分析。

? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖3 探傷軟件的開發(fā)
? ? ?（4）高速旋轉探桿系統(tǒng)

? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖4 60mm—65mm探桿系統(tǒng)
? ? ?第一、獨創(chuàng)的密封式旋轉油腔技術，使耦合油存儲在密閉的空間內，保證了極佳的耦合效果，并且能夠很好的保護探頭，有效解決了原有探桿系統(tǒng)耦合不良的問題。
? ? ?第二、在探桿旋轉油腔內創(chuàng)新設計了耦合油回收系統(tǒng)，使該探桿具備供油和吸油雙油路系統(tǒng)，耦合壓力穩(wěn)定，確保耦合油液一直停留在旋轉密封油腔內，探桿的其他部分與油液分離。解決了原來整體探桿浸泡在油液中，導致部分電子部件因漏油失靈的故障。
? ? ?第三、創(chuàng)新設計了探桿進給運動導向滑輪，保證探桿和空心軸內孔的同心度，使探傷過程運行平穩(wěn)，確保探頭在周向運動過程中耦合的穩(wěn)定性。
? ? ?第四、更加高效的完成空心車軸缺陷的掃查工作。探桿前端旋轉部分采用全新的探頭布局技術,具有平衡性好、回轉定心準確等優(yōu)點。獨創(chuàng)的密封式旋轉油腔技術，使耦合油存儲在密閉的空間內，保證了極佳的耦合效果，并且能夠很好的保護探頭，解決了國外其它廠家探桿系統(tǒng)普遍存在的耦合問題。探桿采用耦合油回收技術，設置有供油和吸油雙系統(tǒng)，耦合壓力恒定，密封性好，可保證探桿不進油。
? ? ?（5）集成化的控制系統(tǒng)
? ? ?控制系統(tǒng)是集數(shù)字I/O、模擬I/O、電機及其位置控制于一體的控制單元，具有體積小、高抗震性、安裝方便等優(yōu)點，可滿足移動設備的特殊要求。
? ? ?新型動車組空心車軸超聲波探傷設備的設計、研發(fā)是一個系統(tǒng)的工程，其包括機械、電氣、軟件、超聲波各方面知識。針對設備的研制，項目組設計了專用的實驗平臺并根據各測試項目的不同，制定了全面、有效的評價方案。實驗平臺涵蓋機械、電氣、軟件、超聲波等各方面的實驗內容，評價技術科學有效能夠客觀的反映出各子系統(tǒng)的真實狀態(tài)。
? ? ?目前投入使用的平臺有行走機構跑合實驗平臺、連續(xù)檢測實驗平臺、探桿綜合性能測試平臺、油路系統(tǒng)實驗平臺等
? ? ?（6）連掛傳動系統(tǒng)
? ? ?新型設計的助力平衡機構，結構科學、操作簡單、大大的降低了操作人員的勞動強度，一個操作人員即可完成探傷掃查作業(yè)?？焖冁i緊裝置可以迅速的將進給連掛系統(tǒng)連接到被檢測的空心車軸上。與車體采用一體化設計，重量輕、效率高，方便使用人員操作。能兼容不同規(guī)格的探桿系統(tǒng)，滿足不同車型探傷作業(yè)需求。
? ? ?該機構由探桿的推進及旋轉系統(tǒng)、鏈條傳動系統(tǒng)、機械平衡臂和連掛裝置組成。該設計能夠保證耦合油液回到車體油箱，一體化結構使探桿系統(tǒng)由車體機械平衡臂支撐，懸掛后車軸軸端所受的懸掛重力非常小，能有效避免軸端壓蓋及軸端螺紋的損壞。采用快速鎖緊裝置，能將設備連接盤與適配器快速連掛、鎖緊，人工連掛非常輕便，有效減輕了勞動強度，提高作業(yè)效率。
? ? ?該機構可兼容30～110毫米直徑探桿系統(tǒng)，可分別檢測不同內孔直徑的動車組空心車軸。通過更換不同的探桿系統(tǒng)放置筒并借助定位機構方便的進行切換，很好的解決了設備的兼容性問題。

? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖5快速鎖緊裝置

?? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖6進給裝置及助力平衡機構
? ? ?2.技術先進性
? ? ?該成果為為國內首創(chuàng)，與國外同類設備相比，在兼容性、探傷掃查時間、探傷精度、適用范圍等方面均有顯著優(yōu)勢，為國際領先水平，關鍵參數(shù)對比情況見下表。

本項目是唯一通過鐵路總公司（原鐵道部）技術評審的成果。我公司通過本成果的實施，獲得了中國鐵路總公司2項技術標準立項，為《動車組空心車軸超聲波探傷設備 ? ?第1部分：自動式》、《動車組空心車軸超聲波探傷設備 第2部分：便攜式》，目前報批稿已完成，預計2016年發(fā)布。
? ? ? ?3.技術創(chuàng)新點
? ? ? ?（1）兼容性創(chuàng)新
? ? ? ?本成果針對CRH系列各型動車組從Ф30mm到Ф110mm的空心車軸探傷需求，研發(fā)了多種探頭陣列系統(tǒng)和多種車軸適配器，可以兼容不同孔徑，滿足不同型號的動車組的使用需求，填補了國內空白。
? ? ? ?（2）高分辨力探頭
? ? ? ?采用壓電復合材料晶片，具有高靈敏度、高分辨力、高機電耦合系數(shù)和高介電常數(shù)的特點，有效提高了外圍電路阻抗匹配率，具有較高的能量轉換效率，主要技術指標達到國際先進水平。
? ? ? ?（3）高精度探頭組合
? ? ? ?采用多個不同聲束方向、位置排布的探頭，可對動車組的整根車軸進行無盲區(qū)掃查并發(fā)現(xiàn)車軸外表面的橫向、縱向及材質缺陷，檢測缺陷類型和精度達到國際先進水平。
? ? ? ?（4）高集成度精密探桿
? ? ? ?自主設計制造了全世界第一根Ф30mm八通道探桿，滿足國產新造CRH380系列空心車軸檢測要求，在長客和青島龐巴迪使用良好，填補了國際空白。
? ? ? ?（5）數(shù)據管理與遠程診斷
? ? ? ?開發(fā)了動車組空心車軸探傷管理信息數(shù)據平臺，可從探傷設備收發(fā)數(shù)據并存儲到數(shù)據中心，實現(xiàn)探傷數(shù)據統(tǒng)一管理與遠程診斷，提高了動車組空心車軸探傷的智能化水平。
? ? ? ?4.性能指標
? ? ? ?（1）適應環(huán)境溫度：0℃～＋45℃；
? ? ? ?（2）系統(tǒng)檢測靈敏度：1mm深度周向缺陷可檢出，體積缺陷Ф2mm平底孔當量可檢出；
? ? ? ?（3）單軸掃查時間：4分鐘；
? ? ? ?（4）超聲波通道數(shù)量：8通道；
? ? ? ?（5）探頭頻率：4MHz；
? ? ? ?（6）可測軸孔徑：可檢測Ф30mm、Ф39mm、Ф40mm、Ф60mm、Ф65mm、Ф80mm、Ф110mm空心車軸；
? ? ? ?（7）最大檢測長度：2705mm；
? ? ? ?（8）探傷掃查探頭轉動速率：20～150rpm可調；
? ? ? ?（9）檢測螺距：1～10mm可調；
? ? ? ?（10）最大功率：1.49kw。
? ? ? ?5.應用研發(fā)
? ? ? ?本成果已經形成了批量生產工藝，具備了產業(yè)化條件，目前銷量已達150余臺/套，在全國北京、上海、廣州、濟南等18個鐵路局進行推廣應用，占據了動車組空心車軸檢修領域90%的市場份額，客戶反映良好。
? ? ? ?隨著項目產業(yè)化的實施，我公司開發(fā)了動車組空心車軸探傷管理信息數(shù)據平臺，可以適用于全國各鐵路局、動車檢修基地、動車所對動車組空心車軸探傷數(shù)據進行統(tǒng)一管理，為鐵路局各級人員提供決策數(shù)據支持、檢修預警、臺帳管理、作業(yè)監(jiān)控、作業(yè)質量評價等功能。
? ? ? ?我公司還在本成果的技術基礎上，研發(fā)適用于機車、地鐵等其他軌道交通車輛的車軸超聲探傷設備，擬將產品推廣到軌道交通的更多領域。

應用前景：
? ? ?1.成果主要用途
? ? ?本成果針對我國動車組運行密度大、里程長、環(huán)境復雜多樣，車軸型式多樣、速度等級不一、運用質量及檢測要求高等特點，研發(fā)了兼容各型動車組空心車軸超聲波探傷關鍵技術，能夠滿足目前所有車型空心車軸的裂紋和材質缺陷檢測的需求，兼顧CRH系列各型動車組空心車軸的檢測應用，形成了我國軌道列車空心車軸無損探傷體系，解決了我國動車組空心車軸無在役運行缺陷檢測的重大問題。
? ? ?2.適用領域
? ? ?本成果屬于軌道交通領域，適用于動車組空心車軸的出廠檢驗及在役檢修，主要應用在動車檢修基地、動車運用所、主機廠等單位。
? ? ?3.市場預測
? ? ?本成果是軌道交通行業(yè)的配套產業(yè)，近幾年，我國軌道交通行業(yè)投資規(guī)模巨大，一大批動車檢修基地、動車運用所的建設及改造工程正在進行。未來我國鐵路行業(yè)仍將保持高速發(fā)展態(tài)勢，預計在“十三五”期間，我國還將新建27個動車運用所，2個動車檢修基地，2個和諧型大功率檢修基地。伴隨城際鐵路的發(fā)展也將有一批檢修所建設。
? ? ?鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，路網規(guī)模的進一步擴大，將推動18個路局對車輛段、機務段的更新改造，檢修設備的投入是車輛段、機務段的更新改造的重點，這就推動了本行業(yè)的快速發(fā)展，預計2016—2020年，鐵路機車車輛檢修設備市場規(guī)模約177億元。
? ? ?按照鐵道部運輸局制定的運裝管驗[2011]175號文件中關于公布《動車運用所關鍵設備技術條件》的《空心車軸超聲波探傷設備技術條件》的要求，以及TG/CL 127-2013《鐵路動車組運用維修規(guī)程》，動車運用檢修必須進行空心軸超聲探傷。截止2014年底，中國CRH系列動車組擁有量1411組、13696輛，未來3-5年CRH系列動車組將很快達到2000組、約20000輛，對項目產品的需求量會更多。我國有52個動車運用所，對空心軸探傷機的需求量很高，按照每個運用所配套10臺項目產品，項目產品需求量約為520臺/套。

知識產權及項目獲獎情況：
? ? ?1.知識產權
? ? ?本成果申請國內發(fā)明專利4項，授權2項；獲得實用新型專利授權22項，外觀設計專利授權1項，取得軟件著作權2項。已取得知識產權情況如下：
? ? ?1 一種空心車軸探傷機的遠程監(jiān)控系統(tǒng)? 發(fā)明專利 201110243207.8?? 授權
? ? ?2 采用活動軌段的軌道車輛車輪探傷系統(tǒng)和方法? 發(fā)明專利?? 201310030813.0?? 授權
? ? ?3 空心軸探傷探桿?? 實用新型 201020167088.3?? 授權
? ? ?4 超聲波探傷用適配器? 實用新型 201020296334.5?? 授權
? ? ?5 便攜式空心車軸超聲波探傷儀? 實用新型 201120317637.5?? 授權
? ? ?6 空心軸超聲波探傷用對比試樣軸?? 實用新型 201120317632.2?? 授權
? ? ?7 空心軸探傷探桿耦合劑工作狀態(tài)觀察裝置 實用新型?? 201120300835.0?? 授權
? ? ?8 空心車軸超聲波探傷機探桿防撞保護裝置 實用新型?? 201120300843.5?? 授權
? ? ?9 一種防止空心車軸探傷探桿進油的密封結構 實用新型?? 201120270160.X?? 授權
? ? ?10?? 一種空心車軸超聲波探傷校驗體?? 實用新型 201120269956.3?? 授權
? ? ?11?? 確保探傷機進給機構與空心車軸同心連接的連接裝置? 實用新型 201120269978.X?? 授權
? ? ?12?? 空心軸內部缺陷距離深度補償定量檢測試塊 實用新型?? 201220118848.0?? 授權
? ? ?13?? 一種用于動車空心軸超聲波探傷機適配連接裝置?? 實用新型?? 201320705173.4?? 授權
? ? ?14?? 一種探傷機進給鏈條? 實用新型 201320705314.2?? 授權
? ? ?15?? 一種能夠改善探頭耦合性能的探頭支架裝置 實用新型?? 201520173657.8?? 授權
? ? ?16?? 旋轉油腔式探桿?? 實用新型 201520173382.8?? 授權
? ? ?17?? 格萊圈安裝工具?? 實用新型 201520173696.8?? 授權
? ? ?18?? 一種探傷機行走傳動裝置和探傷機行走裝置 實用新型?? 201520367334.2?? 授權
? ? ?19?? 用于空心車軸超聲波探傷的適配器 實用新型 201520431630.4?? 授權
? ? ?20?? 空心車軸探傷裝置 實用新型 201520602798.7?? 授權
? ? ?21?? 探桿的密封聯(lián)接裝置? 實用新型 201520586904.7?? 授權
? ? ?22?? 空心軸探傷機線纜收集裝置 實用新型 201520532309.5?? 授權
? ? ?23?? 動車組空心車軸超聲波探傷探頭?? 實用新型 201520589322.4?? 授權
? ? ?24?? 移動式動車組空心車軸超聲波探傷車? 外觀設計?? 201130285883.2?? 授權
? ? ?25?? XHAT-M系列空心軸探傷信息化接口軟件? 軟著? 2010SR054488?? 授權
? ? ?26?? SUN-1型動車組空心車軸超聲波探傷機檢測軟件[簡稱：SUN]V1.1.3 軟著? 2014SR088883? 授權
? ? ?2.所獲獎勵及科技計劃
? ? ?本成果所獲榮譽獎勵情況詳見下表。
? ? ?1 首都科技條件平臺儀器開發(fā)培育項目 ? ?新型動車組空心軸超聲探傷儀器的產業(yè)化培育
? ? ?2 北京市科學技術二等獎? 兼容各型動車組空心車軸超聲波探傷關鍵技術研究及應用
? ? ?3 上海鐵路局科學技術進步一等獎?? 動車組空心車軸超聲波探傷專用探頭國產化
? ? ?4 國家火炬計劃產業(yè)化示范項目? 兼容各型動車組車軸超聲波探傷機產業(yè)化項目
? ? ?5 國家重點新產品?? 空心車軸超聲波探傷機