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(完整版)研究意义,国内外现状和发展趋势

发布时间：2020-05-23 来源：文档文库

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课题研究的意义；国内外研究现状和发展趋势

本课题要研究一种用于铁路动车轮对滚动轴承外圈的涡流探伤机械装置。该装置采用涡流技术实施对动车轴承外圈表面质量的检测，从而将一改轴承外圈传统的人工磁粉探伤方法所带来的探伤结果受人为因素影响较大及很难实现探伤自动化等缺点。采用该装置对轴承外圈进行有效探伤的同时，能极大地提高无损探伤评价的客观性，而且具有自动化程度高（配以合适的上、下料机构就能接入轴承生产和在线检测流水线）、探伤效率高及探伤检测质量好等优点。近年来，随着铁路和轨道交通的快速发展，各种型式的轨道交通工具层出不穷，如高速列车、动车、地铁、城轨加上传统的铁路列车，都无一例外在其轮对上使用滚动轴承。因而滚动轴承的性能和质量将直接影响列车运行的安全性及舒适性，为此滚动轴承及其主要零件（包括内外圈、滚动体）的质量及其检测越来越受到各方的重视。在欧美一些发达国家及日本的轴承生产厂家，尤其是世界十大著名轴承生产商，为了抢占世界铁路轴承市场，都对铁路轴承的开发、检测投入了大量的财力和人力，如世界最大的轴承生产商瑞士的SKF，在全球拥有90个独资生产厂家，2008年销售额为50亿美元，在国际轴承市场的产品占有率达20%。目前中国的大部分动车轮对进口滚动轴承均使用SKF轴承；此外日本的NSK、NTN等轴承株式会社生产的轴承，国际市场产品占有率也达20%左右。轨道交通尤其是高速列车（时速≥200公里）所采用的滚动轴承，在列车高速运行时所受各种因素的影响更严重，为达到同样的使用寿命，对轴承的质量提出了更高的要求，所以要求对新制出厂的轴承及其主要零件进行较为严格的探伤检测，以确保轴承品质优良。同时轴承在运行时由于受列车交变应力的作用也易产生疲劳缺陷，甚至发展成裂纹。这对轨道交通车辆的安全运行将造成严重威胁，因此滚动轴承缺陷的检测也就成了是一项非常必要而又关键的工作。
长期以来，随着探伤检测技术及其他相关技术的不断发展，轴承及其主要零件的探伤检测已经成为一种较为成熟的工艺技术。无论对于新制出厂的轴承还是在役使用的轴承（所产生的疲劳缺陷主要表现为表面缺陷），对其表面质量的检测最为有效的方法是磁粉探伤，不仅检测方法简单、磁痕显示直观，而且检测灵敏度高，能非常高效地检出轴承零件如外圈的表面缺陷。尤其是在役使用的轴承零件，由于大多为表面疲劳缺陷，因而采用磁粉探伤的方法更是优势凸现，所以一直以来磁粉探伤都作为检测表面缺陷的首选方法。但是受多方面因素的限制，直至目前，几乎所有的磁粉探伤均采用人工探伤，该方法的关键工序之一———观察磁痕，由于采用肉眼观察法，从而导致难以实现探伤检测的自动化，使探伤评价的客观性大大降低。如何实

现动车轴承外圈探伤的自动化一直是一个困扰无损探伤界的难题，其根本原因在于：磁粉探伤的原理是通过在被探伤零件表面产生磁场，如果零件表面存在缺陷则通过零件内（主要是表面及近表面）的磁力线会发生畸变而从被探件表面逸出，从而在缺陷附近形成漏磁场，吸附磁介质（磁粉）在缺陷漏磁场处形成磁痕（基本反映缺陷走向和尺寸大小的磁粉堆积成的痕迹），该磁痕一般由探伤人员通过肉眼观察识别，从而确认是否真实的缺陷。依赖人工肉眼识别判断缺陷就不可避免地造成探伤结果受探伤人员的人为因素的影响，如探伤人员的技术水平、工作态度将直接影响探伤结果。为了避免探伤的主观臆断，提高探伤质量，同时提高探伤自动化程度及探伤效率，最有效的手段是采用其他探伤方法取代磁粉探伤方法，而行之有效的方法即为涡流探伤方法。该方法与磁粉探伤方法类似，也主要用于检测零件表面和近表面的缺陷。其原理是将被探零件看成一个电桥的电阻，与探伤系统中设定的三个电阻组成一个电桥，检测时调节系统相关参数使电桥平衡，当被检测零件表面某处出现缺陷时，则该处的电阻值会发生变化，使电桥失去平衡，据此检出零件表面的缺陷。与磁粉探伤方法相比，涡流探伤方法最大的优点在于缺陷的检测结果依赖于机器的判断从而避免了人为因素的影响，因而探伤结果的客观性得到了大大的提高，有力地保证了探伤质量，而且可实现自动化探伤。缺点是对检测的要求较高，如被检测工件必须是导电材料、形状规则、工件表面状况较好、涡流检测探头的走行及探伤装置的传动精度要求较高等。
多年来，国外一些主要的轴承生产商一直致力于研究轴承零件的自动化探伤，尤其是从上世纪八十年代至今，已先后开发成功轴承零件涡流探伤自动化检测系统及设备，如瑞士SKF公司研制的系列化轴承涡流自动探伤检测（包括轴承其他性能和尺寸检测）设备已经用于轴承生产流水线，并已出口世界上四十多个国家作为轴承生产检测工具；日本的NSK、NTN等轴承株式会社也相继研制出轴承自动探伤检测系统及相应的探伤标准和试块，对其新出厂的新制铁路轴承（如新干线高速列车轮对轴承）进行无损探伤，并取得了较好的效果，有力地保障了行车安全。
我国的列车在上世纪八十年代前，轮对轴承大多使用滑动轴承。随着列车速度的提高，尤其是进入新世纪以来轨道交通的超常规发展，才开始大量使用滚动轴承，因而轨道交通轮对用滚动轴承及其检测技术相对发展较晚，时至今日国内一些主要的铁路轴承生产厂家，如哈尔滨、洛阳、瓦房店、西北及上海联合滚动轴承有限公司等均无一例外地采用传统的人工磁粉探伤。一些铁路轴承的用户，如中国南车、中国北车及铁路车辆段也均采用传统的人工磁粉探伤。并执行统一的的探伤标准（TB／T1987-2003机车车辆轮对滚动轴承磁粉探伤方法），虽然已达到探伤的目的，但其探伤的可靠性受探伤人员人为因素的影响，也就容易对探伤质量造成一定的

影响；同时探伤效率较低，为此本研究意在通过对动车用滚动轴承涡流探伤工艺技术的进一步研究，解决动车滚动轴承外圈表面缺陷的自动检测问题。
随着基础工业特别是机械制造业以及高速列车和轨道交通的迅猛发展，对滚动轴承及专用轴承（如轮对滚动轴承）的需求量日益增大和质量要求的进一步提高，相应的涡流探伤工艺技术和自动化设备的研究也将具有十分重要的学术价值和社会、经济效益。
同时，由于我国的铁路滚动轴承的使用和检测探伤起步较晚，时至今日采用涡流探伤对轴承零件进行自动在线检测的国内企业几乎为零。但随着科技及现代工业的迅猛发展，以及广大人民群众对物质生活质量要求的日益提高，大力发展高速列车及各种类型的快速轨道交通已被各级政府确定为极为重要的工作，滚动轴承作为轨道交通的重要零件，同时也是基础工业和机械工业（尤其是国防、航空、航天业对基础件的质量要求更高等）的重要基础件，其质量必将受到广泛的重视。作为其安全运行的有效监测手段之一的涡流探伤技术及自动探伤必将得到广泛的应用。国外如瑞士SKF公司、日本的一些公司等一直都在积极地筹划进入中国市场，但进口设备价格高，而且备品也得依赖进口，从而不可避免地带来周期长、费用高等问题。因此及早进行一些新技术、新方法的基础理论研究，进而研究国产的、新型高效、可靠的滚动轴承磁粉自动探伤检测系统迫在眉睫。同时中国巨大的机械工业、铁路及轨道交通市场也提供了一个巨大的滚动轴承涡流自动检测系统及备件备品市场，因此具有很好的应用前景和较强的市场竞争力。

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