CN112097981A - 一种用于检测车轮残余应力的检测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：包括定位机构、打点机构、测量机构和支撑架，定位机构安装在支撑架上，测量机构的两端部分别连接在定位机构上，打点机构安装在支撑架上，且打点机构的一端与定位机构连接，检测装置平行放置在车轮轮辋上，定位机构与车轮外辋面接触。定位机构包括打点锥Ⅰ和打点锥Ⅱ，支撑架设置在打点锥Ⅰ与打点锥Ⅱ之间，打点锥Ⅰ与打点锥Ⅱ之间的距离为100mm。该装置可将车轮两点测量、标记、定位、打点、再检测等工序连为一体，明显降低了检测工作强度，提高了检测效率及测量精度，使车轮残余应力过程实现简单化、统一化、标准化。本发明还公开了一种用于检测车轮残余应力的检测装置的使用方法。

Description

一种用于检测车轮残余应力的检测装置及其使用方法

技术领域

本发明属于铁道车辆用车轮的检测技术领域，具体涉及一种用于检测车轮残余应力的检测装置及其使用方法。

背景技术

随着铁路车辆的高速化、重载化，对车轮的质量要求越来越高，而热处理是车轮制造中最关键的质量控制工序，其热处理后的车轮组织性能及内部的应力产生及分布，直接决定了车轮在铁路上的运行服役情况。特别是产品内部的残余应力状态对车轮运行过程中可能出现的车轮踏面裂纹形成、扩展及金属剥落有着重要的影响。

车轮产品的残余应力主要是在车轮压轧成形后的淬火及回火热处理过程中形成的。在车轮踏面下的一定深度范围内分布残余压应力，残余压应力将会抵消车轮运行过程中出现的拉应力。国内外车轮标准对车轮产品内部的残余应力有着明确的规定，把残余应力作为衡量车轮质量的重要标准之一。在中国、欧洲、澳洲、独联体、印度等各个国家的车轮制造标准中还附有详细的残余应力测试方法。绝大多数标准的残余应力测量及标准如下：用切割法进行残余应力检验时，应在轮辋外侧面上位于轮辋厚度的中心处做两个相距100mm的标记，然后从轮缘顶部开始直达轮毂孔进行径向切割，切缝应在两个标记中间，通过测量两个标记之间距离的减缩来检验压应力的存在。内部应力释放后，两个标记之间距离的缩小值应在1mm～5mm范围内(欧洲标准要求≥1mm)。

在车轮大批量生产取样时，都需检测取样轮的残余应力收缩值，目前常规的残余应力检测过程为：测量100mm定位点、标记、敲击打点、测量应力释放后收缩值，此项检测工序非常繁琐、且人为打点测量时，极易产生误差，而且会经常因打点及测量失误而返工。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、使用方便的用于检测车轮残余应力的检测装置，该装置可将车轮两点测量、标记、定位、打点、再检测等工序连为一体，明显降低了检测工作强度，提高了检测效率及测量精度，使车轮残余应力过程实现简单化、统一化、标准化；本发明还提供了一种用于检测车轮残余应力的检测装置的使用方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：包括定位机构、打点机构、测量机构和支撑架，定位机构安装在支撑架上，测量机构的两端部分别连接在定位机构上，打点机构安装在支撑架上，且打点机构的一端与定位机构连接，检测装置平行放置在车轮轮辋上，定位机构与车轮外辋面接触。

进一步的，所述定位机构包括打点锥Ⅰ和打点锥Ⅱ，支撑架设置在打点锥Ⅰ与打点锥Ⅱ之间，打点锥Ⅰ连接在支撑架的一端，打点锥Ⅱ连接在支撑架的另一端。

进一步的，所述打点锥Ⅰ与打点锥Ⅱ之间的距离为100mm。

进一步的，所述支撑架包括横梁Ⅰ和横梁Ⅱ，打点锥Ⅰ和打点锥Ⅱ的顶端连接在横梁Ⅱ的底部，打点机构连接在横梁Ⅱ的顶端，横梁Ⅰ位于横梁Ⅱ的下方，横梁Ⅰ的一端与打点锥Ⅰ连接，横梁Ⅰ的另一端与打点锥Ⅱ连接。

进一步的，在所述横梁Ⅰ、横梁Ⅱ与打点锥Ⅰ、打点锥Ⅱ构成方形结构，沿方形结构的对角线设有支撑杆，支撑杆的一端连接在横梁Ⅱ和打点锥Ⅰ上，支撑杆的一端连接在横梁Ⅰ和打点锥Ⅱ上。

进一步的，所述测量机构包括标尺和游标卡尺，游标卡尺滑动连接在标尺上，游标卡尺上设有测量杆，标尺活动连接打点锥Ⅰ和横梁Ⅰ上。

进一步的，所述标尺通过标尺定位杆连接在横梁Ⅰ上，标尺定位杆的一端连接在横梁Ⅰ上，标尺通过滑块Ⅰ滑动连接在标尺定位杆上，并通过紧固螺钉Ⅰ进行紧固。

进一步的，所述标尺定位杆与打点锥Ⅰ平行，标尺通过滑块Ⅱ滑动连接在打点锥Ⅰ上，并通过紧固螺钉Ⅱ进行紧固，标尺沿标尺定位杆与打点锥Ⅰ上下移动。

进一步的，所述打点机构包括敲击台和传力柱，敲击台的顶端设有敲击面，敲击台的底端与传力柱连接，传力柱的另一端连接在横梁Ⅱ上；所述传力柱包括传力柱Ⅰ、传力柱Ⅱ和传力柱Ⅲ，传力柱Ⅰ连接在横梁Ⅱ的中部，传力柱Ⅱ和传力柱Ⅲ分别连接在横梁Ⅱ上与打点锥Ⅰ和打点锥Ⅱ对应的位置。

基于上述一种用于检测车轮残余应力的检测装置，本发明还涉及一种用于检测车轮残余应力的检测装置的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：

步骤1.车轮热处理结束后，将车轮平行放置，外侧面朝上；

步骤2.将紧固标尺的紧固螺钉Ⅰ和紧固螺钉Ⅱ松开，将固标尺上的滑块Ⅰ沿标尺定位杆向上移动，同时滑块Ⅱ沿打点锥Ⅰ向上移动，再拧紧紧固螺钉Ⅰ和紧固螺钉Ⅱ；

步骤3.将该检测装置平行放置在车轮轮辋上，打点锥Ⅰ与打点锥Ⅱ平行接触到车轮辋面，然后采用锤头或斧头敲击该检测装置的敲击面，在车轮外辋面上产生两个相距100mm的定位点；

步骤4.采用火焰切割机或锯床将车轮径向切割，产生火焰或锯切的切割口，将车轮热处理后残余应力释放出来；由于车轮热处理方式，车轮轮辋存在残余压应力，将使得两个定位点收缩；

步骤5.车轮切割冷却后，将紧固标尺的紧固螺钉Ⅰ和紧固螺钉Ⅱ松开，标尺沿尺定位杆和打点锥Ⅰ向下移动，再次拧紧紧固螺钉Ⅰ和紧固螺钉Ⅱ，将打点锥Ⅰ和游标卡尺上的测量杆插入在先前两个定位点处，然后读取游标卡尺测量值L1，然后采用计算残余应力收缩值L＝100-L1，即可得到车轮残余应力结果。

采用本发明技术方案的优点为：

本发明的检测装置可将两点测量、标记、定位、打点、再检测等残余应力检测工序，实现一次性完成，大大降低车轮检测劳动强度；而且此检测装置结构简便、操作方便，易实现残余应力检测简单化、标准化、统一化，可大大提高车轮残余应力的检测效率和测量精度。

本发明提供了一种车轮残余应力检测装置，通过此装置可将车轮测量、打点、测量等工序连为一体，全部通过此装置完成，可明显降低了检测工作强度，又可提高检测效率及测量精度，使车轮残余应力过程实现简单化、统一化、标准化，对车轮生产取样效率和质量控制具有重大意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明检测装置结构示意图；

图2为本发明车轮残余应力检测过程主视图；

图3为本发明车轮残余应力检测过程俯视图。

上述图中的标记分别为：1—敲击台；2—传力柱Ⅰ1；3-传力柱Ⅱ；4—传力柱Ⅲ；5—敲击面；6—把手；7—打点锥Ⅱ；8-游标卡尺的紧固螺钉；9—游标卡尺；10—测量杆；11—紧固螺钉Ⅰ；12—滑块Ⅰ；13—滑块Ⅱ；14—紧固螺钉Ⅱ；15—标尺；16—打点锥Ⅰ；17—横梁Ⅰ；18—标尺定位杆；19—支撑杆；20—横梁Ⅱ；22—车轮轮辋；23—定位点；24—车轮轮毂。

具体实施方式

在本发明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“平面方向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图3所示，一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：包括定位机构、打点机构、测量机构和支撑架，定位机构安装在支撑架上，测量机构的两端部分别连接在定位机构上，打点机构安装在支撑架上，且打点机构的一端与定位机构连接，检测装置平行放置在车轮轮辋上，定位机构与车轮外辋面接触。该装置可将车轮两点测量、标记、定位、打点、再检测等工序连为一体，明显降低了检测工作强度，提高了检测效率及测量精度，使车轮残余应力过程实现简单化、统一化、标准化，对车轮生产取样效率和质量控制具有重大意义。

定位机构包括打点锥Ⅰ16和打点锥Ⅱ7，支撑架设置在打点锥Ⅰ16与打点锥Ⅱ7之间，打点锥Ⅰ16连接在支撑架的一端，打点锥Ⅱ7连接在支撑架的另一端。打点锥Ⅰ16与打点锥Ⅱ7之间的距离为100mm。

支撑架包括横梁Ⅰ17和横梁Ⅱ20，打点锥Ⅰ16和打点锥Ⅱ7的顶端连接在横梁Ⅱ20的底部，打点机构连接在横梁Ⅱ20的顶端，横梁Ⅰ17位于横梁Ⅱ20的下方，横梁Ⅰ17的一端与打点锥Ⅰ16连接，横梁Ⅰ17的另一端与打点锥Ⅱ7连接。横梁Ⅱ20的一端设有扶正检测装置的把手6。在所述横梁Ⅰ17、横梁Ⅱ20与打点锥Ⅰ16、打点锥Ⅱ7构成方形结构，沿方形结构的对角线设有支撑杆19，支撑杆19的一端连接在横梁Ⅱ20和打点锥Ⅰ16上，支撑杆19的一端连接在横梁Ⅰ17和打点锥Ⅱ7上。

100mm两点距离的定位：长期以来工人一直采用游标卡尺，先测量100mm后，用记号笔在车轮轮辋面标记，然后再用丝锥在记号处敲击、定位。但此测量、标记、敲击过程非常繁琐，且极易产生误差，导致敲击点距离非100mm，而返工。本发明设计的残余应力检测装置，如图1中的打点锥Ⅰ16和打点锥Ⅱ7，即固定左右两个打点锥，两锥之间距离直接固定为100mm，且打点锥Ⅰ16和打点锥Ⅱ7之间用横梁Ⅰ17、横梁Ⅱ20和支撑杆19进行支撑固定，以防止长期打点而产生变形；并且此装置设计了一个敲击台，直接采用锤子或斧头等物体直接敲击敲击面5，就可直接在车轮轮辋面产生两个100mm定位点。

测量机构包括标尺19和游标卡尺9，游标卡尺9滑动连接在标尺19上，游标卡尺9上设有测量杆10，标尺19活动连接打点锥Ⅰ16和横梁Ⅰ17上。

标尺19通过标尺定位杆18连接在横梁Ⅰ17上，标尺定位杆18的一端连接在横梁Ⅰ17上，标尺19通过滑块Ⅰ12滑动连接在标尺定位杆18上，并通过紧固螺钉Ⅰ11进行紧固。标尺定位杆18与打点锥Ⅰ16平行，标尺19通过滑块Ⅱ13滑动连接在打点锥Ⅰ16上，并通过紧固螺钉Ⅱ14进行紧固，标尺19沿标尺定位杆18与打点锥Ⅰ16上下移动。

打点机构包括敲击台1和传力柱，敲击台1的顶端设有敲击面5，敲击台1的底端与传力柱连接，传力柱的另一端连接在横梁Ⅱ20上；所述传力柱包括传力柱Ⅰ2、传力柱Ⅱ3和传力柱Ⅲ4，传力柱Ⅰ2连接在横梁Ⅱ20的中部，传力柱Ⅱ3和传力柱Ⅲ4分别连接在横梁Ⅱ20上与打点锥Ⅰ16和打点锥Ⅱ7对应的位置。这样可将敲击台1的敲击力向三个方向传递，不仅能使横梁Ⅱ20受力均匀增加结构的稳定性和使用寿命，而且还能直接传递到打点锥Ⅰ16和打点锥Ⅱ7。

车轮轮辋面定位100mm两点后，采用火焰切割或锯切等方法，把轮辋、辐板和轮毂径向切开如图3所示，将车轮热处理后残余应力释放出来，等待车轮冷却后，再采用游标卡尺测量两个定位点之间距离，以计算车轮残余应力收缩值。本发明将测量尺设计在此装置上，游标卡尺下部的测量杆直接设计为点状，直接点到定位点处，就可测量残余应力收缩值，简单便捷，使用方便。

基于上述用于检测车轮残余应力的检测装置，本发明还涉及一种用于检测车轮残余应力的检测装置的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：

步骤1.车轮热处理结束后，将车轮21平行放置，外侧面朝上；

步骤2.将紧固标尺15的紧固螺钉Ⅰ11和紧固螺钉Ⅱ14松开，将固标尺15上的滑块Ⅰ12沿标尺定位杆18向上移动，同时滑块Ⅱ13沿打点锥Ⅰ16向上移动，再拧紧紧固螺钉Ⅰ11和紧固螺钉Ⅱ14，以防止车轮定位点敲击时，撞击到游标卡尺；

步骤3.手扶把手6将该检测装置平行放置在车轮轮辋22上，打点锥Ⅰ16与打点锥Ⅱ7平行接触到车轮辋面，然后采用锤头或斧头敲击该检测装置的敲击面5，在车轮外辋面上产生两个相距100mm的定位点；

步骤4.采用火焰切割机或锯床将车轮径向切割，产生火焰或锯切的切割口25，将车轮热处理后残余应力释放出来；由于车轮热处理方式，车轮轮辋存在残余压应力，将使得两个定位点收缩；火焰或锯切的切割口25从轮辋的外沿一直延伸到车轮轮毂24部位。

步骤5.车轮切割冷却后，将紧固标尺15的紧固螺钉Ⅰ11和紧固螺钉Ⅱ14松开，标尺15沿尺定位杆18和打点锥Ⅰ16向下移动，再次拧紧紧固螺钉Ⅰ11和紧固螺钉Ⅱ14，将打点锥Ⅰ16和游标卡尺9上的测量杆10插入在先前两个定位点23处，然后拧紧游标卡尺的紧固螺钉8读取游标卡尺测量值L1，然后采用计算残余应力收缩值L＝100-L1，即可得到车轮残余应力结果。

本发明的检测装置可将车轮定位、标记、打点、测量等工序连为一体，直接通过此装置可明显降低了检测工作强度，又提高检测效率及测量精度，可使车轮残余应力过程可实现简单化、统一化、标准化。对车轮生产取样效率和质量控制具有重大意义。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：包括定位机构、打点机构、测量机构和支撑架，定位机构安装在支撑架上，测量机构的两端部分别连接在定位机构上，打点机构安装在支撑架上，且打点机构的一端与定位机构连接，检测装置平行放置在车轮轮辋上，定位机构与车轮外辋面接触。

2.如权利要求1所述的一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：所述定位机构包括打点锥Ⅰ(16)和打点锥Ⅱ(7)，支撑架设置在打点锥Ⅰ(16)与打点锥Ⅱ(7)之间，打点锥Ⅰ(16)连接在支撑架的一端，打点锥Ⅱ(7)连接在支撑架的另一端。

3.如权利要求2所述的一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：所述打点锥Ⅰ(16)与打点锥Ⅱ(7)之间的距离为100mm。

4.如权利要求2或3所述的一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：所述支撑架包括横梁Ⅰ(17)和横梁Ⅱ(20)，打点锥Ⅰ(16)和打点锥Ⅱ(7)的顶端连接在横梁Ⅱ(20)的底部，打点机构连接在横梁Ⅱ(20)的顶端，横梁Ⅰ(17)位于横梁Ⅱ(20)的下方，横梁Ⅰ(17)的一端与打点锥Ⅰ(16)连接，横梁Ⅰ(17)的另一端与打点锥Ⅱ(7)连接。

5.如权利要求4所述的一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：在所述横梁Ⅰ(17)、横梁Ⅱ(20)与打点锥Ⅰ(16)、打点锥Ⅱ(7)构成方形结构，沿方形结构的对角线设有支撑杆(19)，支撑杆(19)的一端连接在横梁Ⅱ(20)和打点锥Ⅰ(16)上，支撑杆(19)的一端连接在横梁Ⅰ(17)和打点锥Ⅱ(7)上。

6.如权利要求4所述的一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：所述测量机构包括标尺(15)和游标卡尺(9)，游标卡尺(9)滑动连接在标尺(15)上，游标卡尺(9)上设有测量杆(10)，标尺(15)活动连接打点锥Ⅰ(16)和横梁Ⅰ(17)上。

7.如权利要求6所述的一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：所述标尺(15)通过标尺定位杆(18)连接在横梁Ⅰ(17)上，标尺定位杆(18)的一端连接在横梁Ⅰ(17)上，标尺(15)通过滑块Ⅰ(12)滑动连接在标尺定位杆(18)上，并通过紧固螺钉Ⅰ(11)进行紧固。

8.如权利要求7所述的一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：所述标尺定位杆(18)与打点锥Ⅰ(16)平行，标尺(15)通过滑块Ⅱ(13)滑动连接在打点锥Ⅰ(16)上，并通过紧固螺钉Ⅱ(14)进行紧固，标尺(15)沿标尺定位杆(18)与打点锥Ⅰ(16)上下移动。

9.如权利要求8所述的一种用于检测车轮残余应力的检测装置，其特征在于：所述打点机构包括敲击台(1)和传力柱，敲击台(1)的顶端设有敲击面(5)，敲击台(1)的底端与传力柱连接，传力柱的另一端连接在横梁Ⅱ(20)上；所述传力柱包括传力柱Ⅰ(2)、传力柱Ⅱ(3)和传力柱Ⅲ(4)，传力柱Ⅰ(2)连接在横梁Ⅱ(20)的中部，传力柱Ⅱ(3)和传力柱Ⅲ(4)分别连接在横梁Ⅱ(20)上与打点锥Ⅰ(16)和打点锥Ⅱ(7)对应的位置。

10.一种用于检测车轮残余应力的检测装置的使用方法，其特征在于：基于权利要求1至9任意一项所述的一种用于检测车轮残余应力的检测装置，所述使用方法包括如下步骤：

步骤1.车轮热处理结束后，将车轮(21)平行放置，外侧面朝上；

步骤2.将紧固标尺(15)的紧固螺钉Ⅰ(11)和紧固螺钉Ⅱ(14)松开，将固标尺(15)上的滑块Ⅰ(12)沿标尺定位杆(18)向上移动，同时滑块Ⅱ(13)沿打点锥Ⅰ(16)向上移动，再拧紧紧固螺钉Ⅰ(11)和紧固螺钉Ⅱ(14)；

步骤3.将该检测装置平行放置在车轮轮辋(22)上，打点锥Ⅰ(16)与打点锥Ⅱ(7)平行接触到车轮辋面，然后采用锤头或斧头敲击该检测装置的敲击面(5)，在车轮外辋面上产生两个相距100mm的定位点；

步骤4.采用火焰切割机或锯床将车轮径向切割，产生火焰或锯切的切割口(25)，将车轮热处理后残余应力释放出来；由于车轮热处理方式，车轮轮辋存在残余压应力，将使得两个定位点收缩；

步骤5.车轮切割冷却后，将紧固标尺(15)的紧固螺钉Ⅰ(11)和紧固螺钉Ⅱ(14)松开，标尺(15)沿尺定位杆(18)和打点锥Ⅰ(16)向下移动，再次拧紧紧固螺钉Ⅰ(11)和紧固螺钉Ⅱ(14)，将打点锥Ⅰ(16)和游标卡尺(9)上的测量杆(10)插入在先前两个定位点(23)处，然后读取游标卡尺测量值L1，然后采用计算残余应力收缩值L＝100-L1，即可得到车轮残余应力结果。

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