CN107686882B - 高铁轮对踏面残余应力高能声束消除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高铁轮对踏面残余应力高能声束消除装置，本装置无需借助支撑架等复杂辅助装置，仅通联接板、支撑环、套筒、拧紧螺栓和永磁铁，就可以在轮对侧面固定残余应力调控装置，完成对轮对踏面残余应力调控工作。装置贴合程度可由拧紧螺杆控制，便于现场操作。利用特定的超声换能器完成超声波残余应力调控，从而最大程度地保证残余应力调控结果的可靠性。

Description

高铁轮对踏面残余应力高能声束消除装置
一、技术领域
本发明提出一种高铁轮对踏面残余应力高能声束消除装置，该装置适用于残余应力超声波无损调控系统的现场调控。
二、背景技术
高铁轮对在制造和使用过程中产生残余应力，轮对承受载荷所引起的工作应力与工件内部的残余应力叠加，将导致构件的二次变形和残余应力的重新分布，从而降低构件的刚性和尺寸稳定性。在工作温度、工作介质和残余应力的共同作用下，构件的抗疲劳强度、抗脆断能力、抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂的能力都将大大下降。
近年来，高铁运行速度逐年提高，这种趋势将轮对这一重要的车辆部件置于比以往更苛刻的条件，容易出现因铁轨与轮对踏面之间的摩擦而造成的重要问题，轮对踏面上出现热裂纹并不断扩展最终引起轮对的疲劳断裂。1998年6月3日10时58分，一辆运载287人的德国城际特快列车(ICE)从德国慕尼黑开往汉堡，在途经小镇艾雪德附近的时候突然脱轨，事故造成101人死亡，88人重伤，106人轻伤。事后专家们从现场找到一块破损的车轮钢圈，研究后发现，该趟高铁使用的064型双层车轮的金属车轮因相互间的挤压和自动伸缩产生疲劳，导致逐步老化直至最终爆裂，引发连锁反应，造成部分车厢脱轨及与建筑物相撞。
残余应力的无损检测一直受到广泛的关注，超声波法是主要检测方法之一，超声波法的理论已经较为成熟，在残余应力检测后需要对工件进行调控，削减残余应力。但是要想实现对轮对踏面残余应力的消除，需要研制超声波轮对踏面残余应力消除的磁吸装置。
1.文献检索发现，专利：(徐春广等.基于高能声磁耦合原理的残余应力消除装置[P].中国专利:CN103866112A,2014-06-18.)，(顾晓波等.一种用于消除焊接残余应力的便携式振动处理装置[P].中国专利:CN2592332,2003-12-17)公开了一种利用超声波消除残余应力的方法。以上两篇文献所用到的方法都较为复杂，且都是无法实现轮对踏面残余应力的调控。国内外目前还没有文献针对超声波轮对踏面残余应力消除的磁吸装置进行研究。
2.通过旋紧螺母，可以在套筒与换能器底部区域产生不同大小的应力值，用于超声波应力调控的现场操作。该试样制备简单，操作简便，不需要借助应变仪等辅助装置，可以最大程度地保证残余应力检测结果的可靠性。
三、发明内容
本发明的目的是提供了一种用于高铁轮对踏面残余应力消除的磁吸装置，仅通过调节螺母使得换能器、套筒和永磁体紧密结合，可以将装置牢固固定在轮对侧面，从而利用该装置在轮对侧面对踏面进行调控来削减残余应力。
本发明的目的是这样实现的，选取满足一定尺寸要求的永磁铁，将联接板板固定在永磁铁上，拧紧螺栓。并将换能器与套筒、支撑环通过螺栓连接在一起，固定在待调控轮对侧面。通过调节螺母，使得换能器紧密的压紧在轮对侧面，最后施加高能超声即可完成残余应力的调控。
四、附图说明
图1联接板装置平面图
图2支撑环装置平面图
图3永磁铁装置平面图
图4换能器装置平面图
图5套筒装置平面图
图6提环图
图7换能器保护套图
图8整体装置图
五、具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：
如图1所示，压板材料应当选取铝合金材料，材料要求质量轻、不易变形。
联接板长度的范围为100～110mm，具体值可根据超声检测传感器的检测距离来定，只要不影响传感器标定应力值即可。
联接板宽度的范围为50～60mm，具体值可根据被检测对象的宽度来确定，如被检测材料是50mm宽度，则可选择50mm宽度的联接板。
联接板厚度的范围为10～15mm，具体值可根据超声检测传感器的检测距离来定，只要不影响传感器标定应力值即可。
联接板上的四个螺纹孔M6与螺栓配合即可。螺栓和螺母在满足强度要求的情况下，其尺寸大小和材料可以根据标准件来定。
联接板上的两个螺纹孔M5与螺栓配合即可。螺栓和螺母在满足强度要求的情况下，其尺寸大小和材料可以根据标准件来定。
如图2所示，支撑环上的3个M6螺纹孔与联接板上的3螺纹孔对应，用螺栓一起固定到永磁铁上。螺栓和螺母在满足强度要求的情况下，其尺寸大小和材料可以根据标准件来定。
如图2所示，支撑环上的四个通孔φ6与螺栓配合即可。螺栓和螺母在满足强度要求的情况下，其尺寸大小和材料可以根据标准件来定。
如图3所示，永磁铁长度范围为200～350mm，宽度的范围为60～100mm，高度的范围为100～130mm。具体值可根据超声检测传感器的检测距离来定，只要不影响传感器标定应力值即可。
如图4所示，换能器的直径范围为50～70mm，具体值可根据被检测对象的宽度来确定，如被检测材料是60mm宽度，则可选择60mm直径的换能器。
换能器的高度范围为150～220mm，具体值可根据被检测对象的宽度来确定。
如图5所示，套筒上的四个螺纹孔M6与支撑环对应，用螺栓固定。螺栓和螺母在满足强度要求的情况下，其尺寸大小和材料可以根据标准件来定。
如图6所示，提环上的两个通孔与永磁体的两个孔配合即可，其他尺寸满足强度要求的情况即可。
如图7所示，装置质量轻、体积小、易于现场操作、免去了复杂的附属装置，确保了系统的良好工作状态。

Claims (9)

1.一种高铁轮对踏面残余应力高能声束消除装置，其特征在于，包括激励装置、磁吸固定装置，连接装置；
其中，所述激励装置与磁吸固定装置分离且均设置在高铁轮对靠近踏面的侧面，并通过连接装置连接；
其中，所述激励装置包括换能器和换能器保护套，所述换能器保护套套在换能器周边；所述换能器轴线与高铁轮对侧面法线夹角范围30～45度；
其中，所述连接装置包括联接板、支撑环、套筒和用于固定各部件的螺栓及螺母，套筒内放置激励装置，固定在支撑环的环内，支撑环设置的延伸部分与联接板连接，联接板固定在磁吸固定装置上。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述磁吸固定装置包括永磁铁或电磁铁。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述磁吸固定装置长度范围为200～350mm，宽度范围为60～100mm，高度范围为100～130mm。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述联接板长度范围为100～110mm，宽度范围为50～60mm，厚度的范围为10～15mm。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述支撑环长度的范围为160～200mm，宽度的范围为80～100mm，厚度的范围为10mm。
6.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述套筒长度范围为100～150mm，宽度的范围为60～100mm，厚度的范围为5～10mm。
7.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述换能器直径范围为50～70mm，高度的范围为150～220mm。
8.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述磁吸固定装置还包括提环，提环通过设置的通孔与永磁铁或电磁铁连接，其宽度基于永磁铁或电磁铁的尺寸确定。
9.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述换能器保护套尺寸基于换能器的尺寸确定。
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