作者：姜禹桐, 熊乐超, 张统伟, 于润桥, 傅萍

作者单位：南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063

关键词：火车轮踏面;弱磁技术;裂纹检测;裂纹深度

摘要：

针对火车轮踏面易萌生细小裂纹的问题，提出一种无需励磁，利用地磁场磁化的无损检测方法。根据火车轮踏面结构设计探头工装，利用弱磁检测仪器采集车轮踏面磁感应强度信号，分析预制裂纹缺陷的磁异常信号特征，对比不同深度裂纹的磁异常信号幅值，通过傅里叶最小二乘拟合得到缺陷深度的定量算法，根据极值差法与拉依达准则对火车轮踏面进行智能识别。试验结果表明：裂纹处磁感应强度信号特征明显，利用磁感应强度幅值可有效判别火车轮踏面裂纹。裂纹深度与磁感应强度幅值成正相关，利用拟合算法对裂纹的深度定量相对准确，误差在±0.11 mm以内。弱磁检测技术在火车轮踏面裂纹缺陷的检测评价中具有可行性。

Crack detection of train wheel tread based on weak magnetic technology
JIANG Yutong, XIONG Lechao, ZHANG Tongwei, YU Runqiao, FU Ping
Key Laboratory of Nondestructive Testing Technology, Ministry of Education, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China
Abstract: Aiming at the problem that the train wheel tread is easy to generate fine cracks, a nondestructive testing method using geomagnetic field magnetization without excitation is proposed. According to the train wheel tread structure design probe fixtures, using the weak magnetic detection instrument to collect the wheel tread magnetic induction intensity signal, analyze the magnetic anomaly signal characteristics of prefabricated crack defects, compare the magnetic anomaly signal amplitude of different depth cracks, obtain the quantitative algorithm of defect depth by Fourier least square fitting, and conduct intelligent identification of fire wheel tread according to the extreme difference method and pauta Criterion. The test results show that the magnetic induction intensity signal at the crack has obvious characteristics, and the magnetic induction intensity amplitude can be used to effectively identify the crack on the tread surface of the train wheel. The crack depth was positively correlated with the amplitude of magnetic induction intensity. The fitting method was relatively accurate in quantifying the crack depth, and the error was within ±0.11 mm. The weak magnetic detection technique is feasible in the detection and evaluation of crack defects on train wheel tread.
Keywords: train wheel tread;weak magnetic technology;crack detection;crack depth
2021, 47(1):29-35  收稿日期: 2020-06-12;收到修改稿日期: 2020-07-29
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51765048，51967014)
作者简介: 姜禹桐(1996-),男,辽宁铁岭市人,硕士研究生,专业方向为电磁无损检测技术研究
参考文献
[1] 郭蕾, 崔珺, 刘邱祖. 火车轮加工工艺及组织性能分析[J]. 铸造技术, 2016, 37(2): 389-392
[2] 庞智辉, 于润桥, 胡诚, 等. 微磁检测在火车轮轮对检测中的应用研究[J]. 失效分析与预防, 2017, 12(2): 94-100
[3] 周玉, 安涛, 沈晓辉, 等. 火车轮模锻成形工艺及热处理换热系数测算[J]. 锻压技术, 2020, 45(3): 146-151
[4] AKAMA M, KIMATA T. Numerical simulation model for the competition between short crack propagation and wear in the wheel tread[J]. Wear, 2020: 448-449
[5] 殷俊, 雷鹏程, 崔浩蕾, 等. 车轮踏面凹形磨耗对动车组车辆运行性能的影响[J]. 铁道科学与工程学报, 2020, 17(2): 297-305
[6] 范军, 王鹏, 刘孟奇, 等. 标准动车组车轮磨耗特征研究[J]. 噪声与振动控制, 2019, 39(6): 112-116+158
[7] 付建鹏, 刘锡顺, 田树坤. 西安地铁车辆轮对踏面异常磨耗原因及解决措施[J]. 铁道机车车辆, 2019, 39(3): 104-109
[8] 王川, 邓旭辉. 火车轮裂纹自动在线无损检测系统研究[J]. 科技创新导报, 2015, 12(1): 58
[9] 李耀东. 火车轮裂纹自动在线无损检测系统研究[D]. 成都：四川大学, 2004.
[10] 徐凯, 李芾, 安琪, 等. 高速动车组车轮踏面磨耗特征分析[J/OL]. 西南交通大学学报: 1-10[2020-06-02].
[11] 史海滨, 蒋齐密, 康宜华, 等. 开发火车轮自动在线检测系统的紧迫性[J]. 无损探伤, 2001(3): 21-23
[12] 蒋齐密, 史海滨, 康宜华, 等. 火车轮踏面在役自动检测技术研究[J]. 计算机自动测量与控制, 2001(1): 39-40
[13] 周贤全, KRISTAN J. 用EMAT装置检测铁路车轮[J]. 国外机车车辆工艺, 1999(5): 38-40
[14] 小田博基, 李文. 车轮踏面擦伤检测装置[J]. 国外机车车辆工艺, 1992(5): 43-48
[15] 孙国平, 沈志坚. 国外机车车辆走行部件无损检测的现状和发展[J]. 国外机车车辆工艺, 1998(6): 1-5
[16] 齐英豪. 基于电磁超声换能器的火车轮探伤研究[J]. 应用声学, 2015, 34(2): 102-106
[17] 丛明, 高军伟, 张震, 等. 基于机器视觉的矿车踏面磨耗检测设计[J]. 测控技术, 2018, 37(8): 111-116
[18] 侯继良, 刘卫东. 火车轮面磨损检测系统中图像处理的应用研究[J]. 科技展望, 2016, 26(31): 139
[19] 程宏钊, 王培俊, 潘璇, 等. 采用三维检测技术的火车轮检测与维修[J]. 机械制造与自动化, 2013, 42(6): 66-68
[20] 藤村隆志, 彭惠民. 铁道车辆车轮的锻造及热处理技术[J]. 国外机车车辆工艺, 2019(2): 11-16