高铁轮对踏面应力超声无损检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107490446A(43)申请公布日2017.12.19(21)申请号201710535279.7(22)申请日2017.07.04(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人徐春广吴凯田海兵宋剑峰(51)Int.Cl.G01L1/25(2006.01)G01L5/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称高铁轮对踏面应力超声无损检测方法(57)摘要本发明提出了一种用于测量高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，该方法适用于轮对踏面残余应力无损测量。通过超声应力测量系统、超声换能器、楔块的结合，激发出对应力最敏感的LCR波。通过LCR波在踏面附近有无应力时的声时差来精确计算该区域残余应力的大小。该方法可以准确、快速、无损的检测出残余应力值。CN107490446ACN107490446A权利要求书1/1页1.本发明提出了一种高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，其特征在于它包括：轮对、超声应力测量系统、残余应力超声检测换能器、声楔块。2.根据权利要求1所述的高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，本发明创新性的在轮对侧面实现应力无损检测，以应对由于轮对踏面曲率变化和璇轮引起的检测不便，简化检测流程。3.根据权利要求1所述的高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，进行特殊声楔块设计，使超声检测换能器通过楔块激发和接收临界折射纵波。4.根据权利要求1所述的高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，选择在轮对靠近踏面的侧面放置声楔块，楔块倾斜角度为探头的第一临界角，保证超声波声束能够传播到轮对踏面。5.根据权利要求1所述的高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，使用频率为1M～2.5M的探头，以保证超声波入射足够深度，满足轮对踏面的应力检测。6.根据权利要求1所述的高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，选取两探头间距为100mm～120mm。7.根据权利要求1所述的高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，在楔块设计时需要与轮对侧面有较好的耦合，故楔块底面要做成与轮对侧面相吻合的平面。8.根据权利要求1所述的高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，根据轮对特殊的结构尺寸，选择声速比齿轮材料声速慢的材料为声楔块材料。9.根据权利要求1所述的高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，在测量应力时先进行零应力标定，记录零应力波形。2CN107490446A说明书1/3页高铁轮对踏面应力超声无损检测方法一、技术领域[0001]本发明提出了一种用于测量高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，该方法适用于轮对踏面残余应力的无损测量。二、背景技术[0002]随着铁路运输在国民经济发展中的作用日益显著，人们对铁路运输安全的要求也越来越高，列车轮对是承载列车运行的重要部分，在运行过程中易产生磨损、裂纹和剥离等伤损，严重影响列车运行安全。因此，无论是在轮对制造过程中产生的应力，还是在轮对工作中产生的应力，都是人们进行研究的重要课题。[0003]文献检索发现，机械工程与自动化第4期(邸荣，连晋华《火车轮残余应力测试》)提到了用切割法和贴应变片来测量轮对踏面的残余应力，但是这种方法需要破坏在役轮对的结构，很大程度上将导致轮对报废，而且需要将轮对从机车上拆解下来，对于本来就很紧张的时间窗口增加了难度。欧洲标准EN13262:2004—“确定轮缘内残余应力的超声波方法”一文中提到根据声波反弹效应，利用双衍射指数来评估车轮轮缘的残余应力分布，由于其所使用的超声波是横波，鉴于横波对残余应力不够敏感因此会导致得到的检测数据准确度不高。[0004]本文提出的是一种利用超声波技术实现高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，该方法对残余应力敏感度高，测量操作方便、速度快，完全可以测量轮对踏面周向残余应力，非常适合现场使用。三、发明内容[0005]本发明的目的是提供一种用于高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，用来准确快速的进行轮对踏面残余应力的检测。实现准确、无损、快速检测的目的。[0006]本发明的具体技术方案如下：[0007](1)根据轮对的尺寸和结构设计了可以在轮对侧面检测踏面残余应力的声楔块，该特殊设计的声楔块材料声速低于被测轮对材料的声速。[0008](2)根据Snell定律，当超声纵波从波速较慢的介质传播到波速较快的介质当中时(如，从该声楔块入射到轮对)会发生折射现象，当纵波折射角度等于90°时对应的入射角度称为第一临界角，折射纵波将沿轮对踏面周向的表面传播，即临界折射纵波(英文：Longitudinalcriticallyrefractedwave—英文简称LCR波)。根据LCR波的理论特点，通过实验验证了LCR在轮对踏面这种特殊曲面的传播规律。四、附图说明[0009]图1轮对踏面应力测量