隧道掘进机滚刀刀座的自动化无损检测装置

渊总第177期冤隧道掘进机滚刀刀座的自动化无损检测装置张凌1,2袁张爱武1,2袁马文超3袁于永生1,2袁何玉强1袁孔祥权1,2

(1.吉林省维尔特隧道装备有限公司袁吉林吉林市132011曰2.吉林省盾构与掘进刀具技术重点实验室袁吉林吉林市132011曰

3.中铁隧道局集团有限公司袁广东广州511458)

摘

要院掘进机滚刀刀座的数控无损检测装置袁使数控机加工与自动超声波探伤实现了过程一体化袁超

声波检验探头上集成有接触压力传感器袁能够自动检测探头与检验表面间的接触压力袁直接显示压力数值遥该装置创造了适用于自动化连续操作的野标准固定程序全面通扫+调用子程序局部精扫冶结合的高效率工作模式遥

关键词院数控无损检测曰压力传感器曰全面通扫曰局部精扫中图分类号院TD421.5+4

文献标志码院B

AutomaticNondestructiveTestingDeviceforHobSeatofTunnelingMachine

ZHANGLing1,2袁ZHANGAi-wu1,2袁MAWen-chao3,YUYong-sheng1,2,

HEYu-qiang1袁KONGXiang-quan1,2(1.JilinProvinceWelterTunelEquipmentCo.,LTD袁Jilincity132011袁Jilin曰2.KeyLaboratoryofCuttingToolTechnologyofShieldandTunnellingofJilinProvince袁Jilincity132011袁Jilin曰3.ChinaRailway

TunnelGroupCo.,LTD袁Guangzhou511458袁Guangdong)

Abstract:TheNCnondestructivetestingdeviceofthehobbaseoftheboringmachineisusedtointegrateNCmachiningandautomaticultrasonicinspection.Theultrasonicinspectionprobeisintegratedwithacontactpressuresensor,whichcanautomaticallydetectthecontactpressurebetweentheprobeandtheinspectionsurfaceanddirectlyoperation,whichcombines\"standardfixedprogramcomprehensivesweeping+callingsubroutinelocalfinesweeping\".

Keywords:NCnondestructivetesting曰pressuretransducer曰comprehensivegeneralsweep曰localfinesweepdisplaythepressurevalue.Thedevicecreatesanefficientworkingmodethatissuitableforautomaticcontinuous

0前言

吉林省维尔特隧道装备有限公司生产的19吋滚刀刀座袁外刀座材质为Q345D袁内刀座材质为42CrMo袁属于异种钢焊接范畴遥焊缝质量直接影响刀座使用的安全性袁因此必须进行100%超

声波探伤遥传统的刀座焊缝探伤采用接触法手工超声检测袁其检测过程受人为因素影响较大袁探测时间长尧效率低遥单片刀座两条焊缝采用单探头双面探测大约需要4小时袁而且经常无法准确控制探头移动速度袁工艺要求探头与工件接触时袁在探头上应施加20耀30N的压力,手工操作因

收稿日期院2019-09-21

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隧道掘进机滚刀刀座的自动化无损检测装置

人而异袁施加力的大小往往取决于个人的习惯袁无法保证探测过程中施力大小一致袁探测面不能保证达到100%袁极易出现漏检的情况袁而且刀座本身重量达几百斤袁双面检测需要人工用吊车翻面袁存在严重的不安全因素遥1检测装置结构及示意图

为克服上述种种问题袁经过公司科研人员

1

的共同努力袁研制出一种掘进机刀座数控无损检测装置袁该装置将刀座安装在数控加工中心工作台上袁超声波探伤仪探头装夹在夹具上袁探头安装在一个万向测杆上遥工作时探头不动袁通过加工中心在X轴和Z轴方向的往复运动袁保持探头相对于入射面的角度和距离不变袁实现刀座的自动化数控无损探伤检测遥该装置详见图1遥

234567

12111098

13

1.立式加工中心2.加工中心数控Z轴3.万向测杆4.超声波探伤仪5.数控工作台6.数控X轴7.数控Y轴

8.被检刀座9.超声波检测探头总成10.夹具基座11.加工中心显示屏12.加工中心主轴13.焊缝

图1检测装置示意图

2检测装置的操作原理

2.1实现了数控机加工与自动超声波探伤的一

掘进机滚刀刀座的数控自动化超声波探伤装置袁能够实现刀座的数控编程铣加工与数控自动化超声波探伤检测连续完成遥整个加工-检测

过程只需要在数控编程插补铣之前进行一次对刀找正操作袁即可确保加工-检测的基准零点和定位坐标系统一曰在数控插补铣加工完成后袁只需要人工操作将铣刀更换为野超声波检测探头总成冶袁同时更换检测专用的数控程序袁即可快速完成对零袁将设备从野机加工模式冶切换至野自动探伤模式冶遥

体化

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25凿岩机械气动工具

渊总第177期冤超声波探伤前袁在同一台加工中心上袁使用特定规格的铣刀与定制的专用数控程序袁对待探伤焊缝及毗连母材区域进行数控插补铣袁得到满足图纸尺寸和自动化超声波探伤要求的尧平整而光滑的表面袁为下一步实施自动化超声波检验时保证探头接触压力持续平稳和界面良好耦合提供必要的条件遥该工序本身为刀箱焊后加工及检测作业的一个固有环节袁将该工序与随后的超声波无损检验结合起来连续实施袁能够显著减少中间过程流转等待时间遥

床装刀野超主声轴波上检的测夹探具基头总座成尧冶一支是由一个万向测固定于杆尧一枚机

连接数据线的超声波探伤仪探头组成遥一套探头总成能够实现超声波检测探头的工作端面平行于待检测面袁保证在主轴上固定夹持的稳定性和不超过0.5mm的空间综合定位精度渊调整并通过夹具基座锁定后冤袁且探头工作端面的中心点与上一步完成插补铣加工所用对应铣刀中心点之间的空间相对位置关系为恒定值袁通过测试对刀尧标定出这一相对稳定的空间位置关系渊X/Y/Z坐标差值冤袁即可保证在数控插补铣加工完成尧人工操作将铣刀更换为野超声波检测探头总成冶后袁通过程序内置的上述补偿坐标差值袁即可快速完成超声波检测探头端部的粗对零袁减少检测程序设定零点的操作时间袁提高了连续作业的标准化程度和效率遥

先开启超声波探伤仪电源袁设定初始参数尧校准仪器尧声速尧前沿长度和K值参数袁从仪器内存中调取预设定好的探伤工艺数据袁然后在执行检测专用数控程序开始空间插补路径检测之前袁先手动对探头位置进行精对零校准袁随后即可开始执行检测程序袁按程序设定的路径自动进行连续探伤检测遥

2.2超声波检验探头上集成有接触压力传感器袁

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直接显示压力数值

超声波检验探头上集成有接触压力传感器袁该传感器采用市面上常见的尧基于压敏电阻和信号电路原理的精密级数字压力传感器袁能够在超声波检测探头开始与检验表面接触时即自动检测界面接触压力并直接显示压力值遥

按探头与检验面的一般接触耦合要求袁压力值在20~30N范围是较为理想的状态遥在实际调节时袁压力值仅作为一个辅助快速调节的参考变量袁精对零状态的最终判断依据为超声波探伤仪的回波显示效果袁由无损检验专业人员校准遥

2.3定程序创全面造了通适用扫于+自动化调用子连程续序操局部作的精扫野标准冶结固合的高效率工作模式

通过与相关方合作袁运用商业化的成熟技术袁对全数字式超声波探伤仪进行二次开发袁将探伤仪检测到的波形信号以数据形式经标准通讯协议及串口方式调制输出至PC终端袁原始连续波形信号经数字滤波及合并算法等处理袁形成与探头检测位置坐标映射对应的完整连续波形袁做一次全面扫描渊以下称野通扫冶冤即可获知目标区域内部各种缺陷所在的最大缺陷波位置及深度袁最大缺陷波信号显示的位置信息在工件坐标系中以三维坐标形式显示遥野通扫冶过程目的是快速识别缺陷的大致所在位置袁但难以确定缺陷的准确信息遥对缺陷的精确定位和性质判别袁则在下一步依靠专门设置的子程序野超精声扫波冶环探节伤完过程成遥标准通过化野尧通程扫序+化精袁扫提冶高的了结效合率袁使和

准确性尧降低人为失误概率遥3检测装置的操作步骤渊参阅图1冤

渊1冤开启立式加工中心1袁在主轴12上安装铣刀袁对刀座8进行坐标系对零袁完成对零的坐标系即为加工-检测统一的坐标系基准曰调用加工中心存储中的数控铣削加工焊缝13专用数控程序袁对刀座8进行焊缝区域13的数控铣加工渊属于常下袁渊然2冤规机后加将工加超完工声毕冤遥

波袁检将测铣探刀头从总机成床9主与万轴12向上测拆

杆固定3尧夹到具基机床座主10轴组12装上为一曰通过体袁再预通过先标夹定具基刻线座等方

10式袁确保每次安装超声波检测探头总成9+万向测杆3+夹具基座10之后袁探头端面中心点的空间定位精度和重复定位误差不超过0.5mm遥零点从加渊3冤通过加工程序工零中点切心显换示为屏检11测程袁将程序的序零坐点标曰启系

动立式加工中心1袁将超声波检测探头9移动到零点袁观察其位置是否准确遥如有偏差袁人工介入检查校正遥

始参数渊4尧冤声开速启及超前声沿波长探度伤尧仪K值4电源等参数袁设袁置然后仪进器行初对零院调取加工中心系统内预存储好的野通扫冶数控程序袁以手轮控制步进方式试运行袁观察在野通扫冶程序控制下袁超声波检测探头总成9与目标焊缝13的表面相接触的接触压力是否满足20耀仪304N显的示理的想底范波波形围袁同时袁判操断作接人员触耦注合意情况超声是波否满探伤

足要求遥在对零步骤中袁根据需要对焊缝13表面涂刷耦合剂渊机油等冤遥

施对目渊5标冤确焊认缝对13零区状域况的满野足通探扫伤冶程要求序遥后在袁野开通始扫实冶过程中袁探头9扫查获取的信号袁通过与超声波探伤仪4联接的通用串口输入PC终端袁经过调制处理形成连续的波形曲线袁该波形曲线与探头关9扫系查袁通过的路二径次各开发的点坐标软形件成一处理对袁得一的到野映通射扫记录

冶波隧道掘进机滚刀刀座的自动化无损检测装置

形曲线报告遥在该报告中袁能够初步判断出存在缺陷的疑似嫌疑点坐标袁但由于野通扫冶程序驱动扫查动作的特点袁缺陷所在坐标的定位精度和深度信息判定并不准确袁只能实现较粗略的位置示踪标定袁但这已经达到了自动化实施野通扫冶的既定目标遥检验人员对野通扫冶报告进行判读袁筛选出所有波形信号幅度超出标定阈值的坐标袁其数量记为N个袁这N个坐标将作为下一步执行自动化野精扫冶前的程序装订依据遥

个存在渊6缺陷冤根据的野嫌疑通扫点冶的波形曲坐标值线袁报操告筛作人员选调出的取出N

加工中心1系统存储中预存的野精扫冶主程序袁在线修改该主程序袁将N个上述坐标依次装订到主程序语句里对应位置中袁并保存修改遥完整的野程精序扫组冶成程袁序二由一者均段要主程预存序于加和反工复中多心系次调统用的存储器子里袁野精扫冶子程序为固定格式内容袁与每次变化的缺陷嫌疑点坐标完全无关袁因此子程序不需要修改遥对于每个被检焊缝袁只需对野精扫冶主程序在线装订好与之相应的N个缺陷嫌疑点坐标袁就能够实现野精扫冶子程序在N个缺陷嫌疑点位置周围的精确定点细致扫查袁从而使原本需要人工进行的超声波探伤精细扫查缺陷动作得到了最大程度的自动化改进遥

行至含渊7有冤开某始个执缺陷行野嫌疑精扫点冶程坐序标袁的当语句主程行序袁子语句执程序就被该对应语句调用尧激活袁开始按子程序所定义的规范标准语句进行该嫌疑点周围区域的往复细致扫查动作袁同时超声波探伤仪4记录下对应的详细波形信号遥由于扫查速度慢尧动作精细袁该信号相比野通扫冶的波形信号更为精确袁能够准确判断疑似缺陷的真实位置信息和深度信息遥在完成该焊缝所有N个缺陷嫌疑点坐标的局部

渊下转第55页冤

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27打包机缓冲油缸故障分析及解决方法

活塞杆杆头倒角15毅~30毅袁或倒R3以上的圆角曰表面粗糙度不大于0.8滋m袁使装配时不致损坏密封圈遥改造前新密封上线后可使用半个多月袁改造后的密封圈可使用六个月左右遥

原装油缸密封采用聚氨酯橡胶渊AU/EU冤密封遥该材质密封虽然具有良好的力学性能尧优异的耐磨性以及耐氧化尧老化性能袁但致命缺陷是不耐高温袁其适用范围在-30益~80益遥由于打包机缓冲缸部分持续接触高温盘条袁在夏季油缸缸体温度实测最高温度可达90益到100益袁所以在夏季时油缸活塞杆处极易产生漏油现象遥漏的油流到盘条上会严重影响盘条质量遥对此我们尝试采用更耐高温但价格更高的氟橡胶渊FKM冤密封袁经过改进后密封使用寿命得到了极大改善遥改造前聚氨酯密封在夏季使用寿命最长的仅有20天左右袁改造后只要清灰工作及时袁油缸的使用寿命可达半年袁大大提高了油缸的使用寿命遥4持续改进目标

虽然经过一系列的改进袁打包机缓冲油缸的故障得到了基本的控制袁但距离对设备维护的最高要求仍有很长的路要走遥笔者认为打包机缓冲渊上接第27页冤

联接的PC端自动生成报告遥

野精扫冶动作后袁野精扫冶主程序结束袁与探伤仪4

渊8冤以同样的方式袁完成被检刀座8全部焊

缸的作用要发挥到极致袁我们以后的工作应从以下几个方面着手遥

密封的使用寿命袁降低成本遥在密封材质变化后活塞杆与缸体尧活塞与缸体尧活塞杆与活塞间的公差配合也随之发生一定的变化遥

据劣化趋势来进行维护检修袁防止过度维修遥

渊2冤掌握油缸动密封与防尘圈劣化规律遥根渊3冤通过调节阻尼孔的大小实测缓冲力的大渊1冤改进装配方法及技能袁最大限度的延长

小袁积累实际数据袁以此来适应不同钢种以及不同的小车运行速度的需要袁并将数据固化遥这样既可以最大限度地降低冲击袁提高打包速度袁同时又可降低人员的劳动强度遥

尼孔调节槽之间的距离与缓冲力加速度间的关系遥以此开阔视野袁更深入地了解油缸缓冲控制的设计思路遥参考文献院

[1]森德斯援打包机机械手册7463[Z]援

[2]张绍九援液压密封[M]援北京院化学工业出版社袁2012援

渊4冤做为兴趣研究袁可研究缸体内套上各阻

[3]何曦援湘钢液压缸维修技术标准XGBZ4090101-01揖Z铱援

率达原来的8倍以上袁检测面积覆盖率100%袁且采用压力传感器保证了探测过程中施力大小一致袁提高了检测方法的准确性和自动化程度袁对于缺陷的检出起到了至关重要的作用遥参考文献院

[1]周保牛援数控编程与加工技术[M]援北京院机械工业出版社袁2009援

[2]谭浩强援C程序设计[M]援北京院清华大学出版社袁2010援

缝的自动化野通扫冶与野精扫冶程序袁从而完成一个刀座的所有焊缝的完整探伤遥4结语

该方法采用自动化检测装置袁节约了人力成本袁避免了因人工翻转带来的不安全因素袁检测时间由原来的4小时袁降低为0.5小时袁检测效

[3]NB/T47013-2015承压设备无损检测[S]援

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