超声波轮辋应力检测关键技术研究

论文摘要

铁路车轮是确保列车运行安全(包括机车和车辆)的主要部件,现在的车轮出厂前都要经过热处理,使得踏面上产生周向压缩应力来防止裂纹扩展。闸瓦刹车会导致车轮轮辋的发热和冷却。在热和机械负荷的影响下车轮轮辋的应力状态会发生改变,其压缩应力逐步变成周向张应力。对于在役车轮而言,小的缺陷一般出现在轮对踏面表面,这些小的缺陷是没有害处的,但是在应力影响下小缺陷会逐渐扩大从而引起轮对的问题。因此,对于车轮轮辋应力状态的检测是十分必要的。近年来,随着铁路车辆的提速,车轮的机械负荷和热能增大,使得这一需求变得更为重要。为了能够检测大量的轮对,急需要一种非破坏性的、快速的、应用方便的检测方法来满足日常检测需求。而超声技术正好能满足这些要求。本论文在了解超声应力检测理论知识和德国车轮轮辋应力检测设备的结构及检测原理的基础上,基于声弹射双折射理论,重点研究超声波轮辋应力检测中所涉及到的关键技术,包括超声法轮辋应力检测可靠性验证、基于横波直探头的轮辋应力检测可行性测试、超声波收发电路的设计与实现以及中国超声轮辋应力检测标准的相关研究。论文通过理论研究和各类实验,验证了超声法检测轮辋应力的可靠性以及横波直探头轮辋应力测试方案的可行性；完成基于DSP的超声收发电路的设计与实现,并进行了相应的数据采集和处理,为系统设计打下了良好的基础；通过应力检测标准的调研和对大量在役车轮轮辋的应力检测与分析,得出适合中国车轮应力检测的一些重要经验。本文对以后进一步研究超声轮辋应力检测奠定了基础,同时对该系统设计和实现都具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 应力检测基本方法
• 1.3 轮辋应力检测国内外现状
• 1.4 论文主要内容
• 1.5 论文创新点
• 第2章 超声轮辋应力检测原理
• 2.1 轮辋应力检测基本原理
• 2.1.1 应力基本概念
• 2.1.2 声弹性双折射理论
• 2.1.3 轮辋应力检测原理
• 2.1.4 轮辋应力检测过程
• 2.2 实验所用设备及仪器介绍
• 2.2.1 轮辋应力检测设备
• 2.2.2 拉伸压力机
• 2.2.3 横波直探头
• 2.2.4 超声板卡软件
• 2.3 本章小结
• 第3章 超声法轮辋应力检测验证
• 3.1 实验平台
• 3.2 实验步骤
• 3.3 实验说明
• 3.3.1 外力施加说明
• 3.3.2 重复性测试
• 3.4 拉应力试块数据分析
• 3.4.1 测试结果
• 3.4.2 理论值与实测值对比
• 3.5 压应力试块数据分析
• 3.5.1 测试结果
• 3.5.2 理论值与实际值对比
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于横波直探头的轮辋应力测试
• 4.1 实验所用仪器
• 4.2 实验思想及步骤
• 4.2.1 实验思想
• 4.2.2 实验步骤
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 横波验证
• 4.3.2 校验块测试
• 4.3.3 车轮轮辋测试
• 4.3.4 对比分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 超声收发电路的设计与实现
• 5.1 超声发射电路的设计
• 5.1.1 设计要求
• 5.1.2 设计原理
• 5.2 超声接收电路的设计
• 5.2.1 设计要求
• 5.2.2 设计原理
• 5.3 PCB电路设计及调试
• 5.3.1 PCB电路功能简介
• 5.3.2 发射电路调试
• 5.3.3 接收电路调试
• 5.3.4 轮辋测试
• 5.4 基于DSP的数据采集及处理
• 5.4.1 实验平台简介
• 5.4.2 数据处理框图及时序
• 5.4.3 AD采样
• 5.4.4 串口通信
• 5.5 本章小结
• 第6章 轮辋应力检测标准研究
• 6.1 应力检测标准
• 6.1.1 轮对与转向车产品标准
• 6.1.2 车辆—不同类型的走行部分使用不同直径车轮的规定
• 6.2 在役车轮轮辋应力检测
• 6.3 数据分析与结论
• 6.3.1 数据处理所用方法介绍
• 6.3.2 数据处理及结论
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 总结
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 攻读硕士期间发表论文及成果