应用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪的研制.pdf

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1、机械设计与制造第2期88MachineryDesign&Manufacture2010年2月文章编号：1001—3997(2010)02—0088—03应用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪的研制马旺宇刘栋赵文博(长安大学，西安710001)AportableeddycurrentflawdetectorforrailwaytestingMAWang-yu，LIUDong，ZHAOWen—bo中图分类号：TH16文献标识码：A现阶段铁路运输在我国运输体系中占主体地位，铁道部迄今有反磁场磁力线通过检测线圈，没有电信号输出；有裂纹时，反磁为止进行了六次提速。在提高运输量和效率的

2、同时，对列车的安场发生变化，磁力线通过检测线圈，输出电信号，从而反映缺陷的全稳定提出了更高的要求。钢轨损伤是影响铁路运输安全的主情况。要因素，钢轨检测包括定期检测和13常检测。定期检测已具备了较为成熟的手段和措施，如超声钢轨探伤车等。但是受各种条件限制，目前我国对钢轨的检测还依赖于巡道工人的日常检测，尤其在疲劳裂纹和焊缝的检测中，还停留在手动检测和人工目测结合的阶段。受巡道工人经验及天气状况等因素的影响，检测质量不高。图1传感器结构示意图因此，在钢轨的日常检测中，有必要采用现代化检测技术，开1撒励2．激励线圈3．U型磁心4测量线圈5．磁心发便携式探伤仪，以辅助人工检查

3、，减少劳动强度，提高工作效1．2系统总体结构率，及时发现损伤，消除安全隐患。系统工作时，函数发生器产生一定频率的正弦信号，经过功1工作原理率放大后作为激励信号通人传感器的激励线圈，在钢轨表面产生1．1涡流检测的一般原理涡流。当表面存在裂纹时，涡流的分布和大小会发生相应的改变，传感器由一个u形激励线圈和一个I型检测线圈组成，如图相应的磁场也会发生变化。传感器检测线圈感应到变化的磁场，1所示。两线圈的相对位置为正交取向，检测线圈放置在U型激并转化为变化的电信号，经处理后再对有无裂纹进行指示(显示励线圈的开口中点处。在激励线圈上通以一定频率的正弦波，当器读数和报警)。传感器

4、沿着试件表面移动时，试件表面在交变磁场作用下会产生2传感器参数研究一定分布和大小的涡流，此涡流产生一个反磁场。当无裂纹时，没传感器的研究包括激励线圈和检测线圈两部分，可通过理论-k来稿日期：2009～04—15第2期马旺宇等：应用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪的研制89分析或试验确定各个主要参数。的种类和位置。在本次试验中，相位角调定为Oo。具体试验方案⋯⋯⋯⋯⋯及结果，如表4所示。衰衰L一一一一一一一一一一一一j图2系统总体设计框图2．1工作频率厂的确定由半无限大平面导体中电磁场的麦克斯韦方程，导出距离表面深度处的涡流密度为：：蚋(1)式中：，¨半无限大导体表面的涡流

5、密度，单位是A；，．_交流电流的频率，单位是Hz；—距表面的深度，单位是m；得募验条件激励线圈匝数激励线圈南径两线圈距离一钢轨的磁导率，单位足H／m；r，一钢轨的电导牢，单位足S／m。由公式可得结论：涡流密度随检测深度的增加而减小。由于裂纹多分布于钢轨表面3llnl以内区域，为更好地检测该区域内的裂缝缺陷，应控制3mm深度处的涡流密度为表面密度的20％。由于第7号试验中，孔伤及槽伤的示值幅度皆为最高，可以由以上分析可得评定为10分；4号次之，可评定为8分；5号评定为7分。1～9号0．2／o：(2)试验的综合评定结果，如表4所永。(1n．(3)表4传感器最优参数表由于钢

6、轨参数o-．／x，以及已定，求出f=64kHz。2．2正交试验确定激励线圈匝数、激励线圈直径、激励测量线圈匝数有300匝、400匝和500【币三种，分别设定为线圈与检测线圈的距离条件4、A和，。从表4中可以得出，在条什下，试验得分之试验方案安排，如表1所。和为6+6+5．5=17．5，其平均分为5．83分；4条件下的平均得分表1试验方案K：为6．43分；43条件下的平均得分为7．16分；R为各分数值中相差最大的两值之差。同样激励线圈直径B和两线圈距离C也有三种组合，其具体得分，如表5所示。通过表5中的极差分析(值结果)，可确定三个影响因素的主次，即激励线圈直径曰对灵敏

7、度的影响最大，是主要因素，两线圈距离c次之，激励线圈匝数4排在最后。从实验结果数据可以看出，在本试验巾，第7号试验灵敏度最高。它的试验条件是A1B3C1，即激励线圈匝数为300匝，激励线圈直径为9mm，两线圈问距为2mm，即传感器最优参数，如表6实验指标为灵敏度，在示波器上表现为相位、衰减及示值幅所示。度，实际上是多指标试验。囚而应按多指标试验方法处理试验结2．3检测线圈电感量的分析果，采用综合评分法进行分析。实验方案及结果，如表2所示。试检测线圈的电感量可由下式估算：验结果评分，如表3所示。20"ndnKo试验选用表面光洁的A3钢板制作钢轨试样，分