摘 要：HXD1型大功率重载交流机车二年检和六年检车轴不完全解体，限制了探伤条件，但是，采用现有的马蹄形探伤器探伤效率较低。主要研制了HXD1型电力机车车轴专用探伤机，介绍了探伤机的组成、功能、技术指标和运用情况。

关键词：HXD1型大功率重载交流机车；车轴；磁粉探伤机；磁化装置

中图分类号：U269.32 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.068

HXD1型大功率重载交流机车是利用内重联环节将两节完全相同的4轴电力机车连接起来组成的8轴重载货运电力机车。车轴是机车的关键部件，根据《HXD1型电力机车二年检规程》中提出的要求，对车轴进行磁粉探伤。由于它是新型机车，车轴结构与既有机车不同，所以，在二年检检修过程中，只解体车轮，不解体传动齿轮和抱轴箱。这样就对车轴磁粉探伤提出了更高的要求。

目前，机车车轴磁粉探伤有两种模式：①采用湿法磁粉探伤机对车轴进行整体磁化探伤；②采用马蹄形探伤器对车轴进行分段局部磁化探伤。但是，这两种探伤机要求彻底解体车轴，不然就不能对HXD1型机车车轴进行探伤。为此，重点研制了HXD1型大功率重载交流机车车轴磁粉探伤机（以下简称车轴磁粉探伤机），应用这种设备便可对二年检HXD1型交流机车的车轴进行磁粉探伤。

1 车轴磁化方式和车轮磁化规范

1.1 车轴磁粉探伤原理

用铁磁性材料制成的车轴被磁化后，车轴就会有磁力线通过。如果车轴本身没有缺陷，那么，磁力线在其内部是均匀连续分布的。当车轴内部存在缺陷时，比如裂纹、夹杂、气孔等非铁磁性物质，其磁阻会非常大，磁导率较低，这必将会使磁力线的分布发生变化。在车轴缺陷处，磁力线不能通过，否则就会产生一定程度的弯曲。当缺陷位于或接近车轴表面时，磁力线不但会在车轴内部产生弯曲，而且还会穿过车轴表面漏到空气中，形成一个微小的局部磁场。由于介质磁导率的变化而使磁通泄漏到缺陷附近的空气中所形成的磁场，被称作漏磁场。如果将导磁性良好的磁粉（通常为磁性氧化铁粉）施加在车轴上时，缺陷附近的漏磁场就会吸住磁粉，堆集成可见的磁粉迹痕，然后将相关的缺陷显现出来。

1.2 磁化方式

采用二路复合磁化技术，即车轴轴向直接通电法，会产生车轴周向磁场；而采用沿轴向分布的线圈法，会产生车轴纵向磁场，以满足车轴不同部位探伤的要求。二路磁化电路均采用可控硅控制，以达到磁化电流连续可调和断电相位控制的功能。

采用荧光磁悬液，并严格控制磁悬液喷洒压力和覆盖面，做到缓流、均匀、全面覆盖，可以有效地提高检测效率。

1.3 磁化规范

周向磁化电流≥3 500 A，纵向磁势≥18 Kat。根据踏面的A1型15/50标准试片显示效果调整匹配两向磁化参数，直至试片人工缺陷清晰、完整地显示出来。

2 车轴磁粉探伤机组成和功能

2.1 探伤机组成

探伤机采用卧式床身结构，它是由床身、升降缓冲装置、产生车轴周向磁场的电极传动夹紧机构、产生车轴纵向磁场的开合线圈机构、车轴驱动机构、磁悬液喷淋系统、挡水板、操

作面板、暗室、微机操作系统和电器控制柜等组成的。

探伤机的电路主要包括磁化电路和操作控制电路两大部分。磁化电路包括车轴周向磁化电路、车轴纵向磁化电路；磁化主电路均采用晶闸管控制，通过可控硅触发电路改变可控硅导通角，改变输出变压器次级电压，以达到调节激磁电流的目的。

2.2 设备原理

该设备为机电一体化设备，如图1所示。探伤检测的车轴上、下料采用天车吊进、吊出，适合单机使用。根据车轴结构的特殊性，磁化原理采用了二路复合磁化技术，即轴向直接通电法和可开合式线圈法。一次性通电即可全方位复合磁化车轴的表面或近表面的裂纹，检测介质采用的是荧光磁粉，这样就能有效地提高检测的灵敏度。

图1 磁化装置

2.3 各部功能

2.3.1 床身构架

整体床身构架是由型钢、钢板焊接而成的，具有足够的刚性和强度。在油漆之前，全结构都要作抛丸除锈防腐处理。

2.3.2 升降缓冲装置

升降缓冲装置主要是由构架、升降气缸和缓冲升降托板组成的。它能起到缓冲的作用，使滚动支撑轮和设备在吊装时，抗砸、经久耐用，所以说，该装置是探伤机中必不可少的组成部分。

2.3.3 支撑、滚动驱动机构

合理、创新的设计是将滚动机构与支撑机构设计为一体，由减速器、4个滚轮和通轴等组成。支撑滚轮与整个设备和车轴是绝缘分开的，其材料为聚甲醛，支撑部位为车轴的轮座部位，滚动顺畅、平稳。在检测车轴时，它可以对车轴检测面进行全面的磁悬液喷淋滚动，并能方便地滚动观察检测面的情况。

2.3.4 产生车轴周向磁场的电极机构

周向磁化电极机构是由导电板（通过加大直径来兼容直径大小不同的车轴）、电极体和电极夹紧推动气缸组成。周向电极采用的是内置气缸结构，通过加大行程来提高夹持的长短兼顾性。它主要是把磁化变压器输出的电流通过电极夹持方式传导到车轴，并在车轴上形成周向磁场，以完成车轴纵向方向裂纹（缺陷）检测。导电铜板与电极体连接在一起便有了自动万向调整功能的球头，它可以保证电极与车轴端面密贴接触。电极夹紧传动机构采用的是气动传动方式（气动系统主件选用台湾Airtac），

在保证最大夹持力的前提下，又能节约能耗，保护环境。

2.3.5 产生车轴纵向磁场的线圈机构

纵向线圈机构是由滚动驱动气缸、滚动轴、基座、开合线圈、卡夫和锁紧风缸等组成的。为纵向开合线圈加大直径，直到能包容抱轴箱，且在齿轮对称两侧位置放宽线圈间距，以满足磁化工艺的要求。纵向开合线圈为我公司独有的专利。

2.3.6 磁悬液喷淋机构

磁悬液喷淋机构主要是由磁悬液箱、污水泵、管系、气动控制阀、喷淋头、挡板和回流槽等组成的。喷淋管和喷头分布并固定在磁化线圈的两边。喷淋系统可控制喷洒压力和覆盖面，能做到缓流、均匀、全面覆盖。

2.3.7 紫光灯具

为了便于操作者观察检测结果，在距车轴检测面460 mm左右的侧面水平安装了2组紫外线灯（每组各安装6支60 W的紫外线灯）。灯具采用冷光源和反光罩，既增加了辐照度，又有效避免了紫外光对操作者造成的辐射和散发的热量。

2.3.8 暗室

暗室主要是由铝合金骨架、门帘、门帘传动机构、白光照明灯具和排风扇等组成。设计科学、结构合理的暗室便于工件的进出和设备维修，并能准确、清晰地观察检测结果。

3 主要技术指标

该设备适用于对国产铁路机车分解后车轴（动齿轮、抱轴箱）的湿法荧光磁粉检测作业。它适合单机使用或与检修流水线配套使用。

3.1 输入电源

电源电压为三相交流380 V±10%，50 Hz；输入电流的额定电流为120 A；配电功率为45 kW。

3.2 输出电源

周向磁化电流为0～5 000 A（有效值）；纵向磁化电流为0～3 000 A（有效值）；纵向磁化磁势为0～24 Kat（有效值）。

3.3 检测灵敏度

检测灵敏度的判定标准是其能清晰地显示A1型15/50标准试片存在的缺陷。

3.4 退磁方式

退磁方式是自动衰减的，由纵向最大值变为零；退磁效果（剩磁）≤0.2 mT。

3.5 工作效率

该设备的工作效率≤5 min/件。

3.6 工作面辐照度

荧光灯直接照射观察工作面的辐照度，其辐照度≥800 μw/cm2。

3.7 风源

风源的压力≥0.45 Mpa；容量≥2 m3/h。

3.8 整机绝缘电阻

整机的绝缘电阻>2 MΩ。

3.9 设备的外形尺寸

设备的外形尺寸（长×宽×高）为4 500 mm×1 200 mm×1 600 mm。

3.10 质量

该设备的质量为2 000 kg。

4 试验

4.1 试片试验

按照TB/T 3256.3—2011《机车在役零部件无损检测第3部分：轮对磁粉检测》中提出的，将A1-15/50型标准试片分别粘贴在车轴的轴颈、轴身、齿轮齿面和齿轮侧面，经过喷淋磁化观察试片，多次调整电流和相续，直至试片人工缺陷清晰显示出来。A型试片显示完整、清晰，反复擦掉试片上磁痕多次喷淋磁化，综合考核其稳定性。

4.2 磁场强度试验

用特斯拉计测量车轴检测各部位的磁场强度，磁场强度达到了2 840 A/m。

4.3 软件测试

测试微机控制系统实时采集探伤机的工作电压、磁化等主要技术参数的准确性。同时，它还测试并打印探伤机日常、季度性能检查记录和探伤结果。其中，主要包括操作者编号、探伤日期、周向磁化电流、纵向磁化电流和探伤结果，查看其是否能按时间或按工件编号模糊地查询探伤记录。

5 关键技术和创新点

车轴磁化原理采用的是二路复合磁化技术。利用车轴轴向直接通电法可产生车轴周向磁场，沿轴向分布的线圈法会产生车轴纵向磁场，以满足不同部位的检测要求。采用工件在磁化的原位置交流自动衰减方式的退磁，其性能稳定，效果良好。在轴端部检测剩磁量≤0.2 mT。为了便于操作者观察检测结果，在距车轴检测面460 mm左右的侧面安装紫外线灯。灯具采用了冷光源和反光罩，既增加了辐照度，又避免了紫外光对操作者造成的辐射和散发大量的热量。

6 结论

HXD1型大功率交流机车车轴探伤作业顺利完成，原来探伤一条车轴需要2 h，但现在只需8 min，极大地提高了工作效率。设备采用了多种先进、成熟的技术，与其他同类产品相比，它具有一定的技术领先优势，完全满足HXD1型大功率交流电力机车车轴磁粉探伤。它不仅能对各型机车光轴进行探伤，还能对HXD1大功率交流机车不退齿轮和抱轴箱组装状态进行探伤。由于机车车轴尺寸大、型号多、结构复杂，齿轮箱位置、抱轴箱几何形状和尺寸多样化，为了兼顾众多型号机车车轴的磁粉检测，周向电极采用内置气缸结构，用加大行程的方法来提高夹持的长短兼顾性；纵向磁化采用传统的轴向等距环形分布式开合线圈，无法满足磁粉检测工艺的要求。加大纵向采用开合线圈的直径，直到其能包容抱轴箱，并且在齿轮对称两侧位置放宽线圈的间距，以满足磁化工艺。微机与PLC可编程序控制器联合控制，微机控制系统与PLC 系统组成上、下位机形式，工作全过程在PLC控制系统下能够通过操作面板独立运行，也可以通过微机操作来实现。微机系统的操作界面为中文的，具有良好的人机对话功能。微机控制系统能实时采集探伤机的工作电压、磁化等主要技术参数，并能以报表的形式输出打印和存储探伤机的日常性能校验、季度性能校验、检查记录和探伤作业者编号、探伤日期、周向磁化电流、纵向磁化参数、探伤结果等内容。

参考文献

[1]宋志哲.磁粉检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

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作者简介：杨春（1974—），女，山西大同人，工程师，主要从事机车技术管理工作。

〔编辑：白洁〕