丁寶英 劉和平
(南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司,266111,青島∥第一作者,高級工程師)
城市軌道交通車輛漏雨部位大多發(fā)生在車頂空調(diào)、空調(diào)新風(fēng)口、車輛門窗、貫通道等處,主要進(jìn)水路徑有:車體鋼結(jié)構(gòu)空調(diào)平臺(tái)焊縫處、空調(diào)新風(fēng)口鋁風(fēng)道結(jié)合面處、車門上沿及門縫處、車窗周圈及貫通道上側(cè)部位,通過以上路徑,雨水進(jìn)入車輛電氣柜、設(shè)備柜及電氣部件上,造成車輛部件腐蝕、電路短路、信號系統(tǒng)紊亂等故障,進(jìn)而危及行車安全。
按照TB/T1802—1996《鐵道車輛漏雨試驗(yàn)方法》要求,車輛制造時(shí)需進(jìn)行車體鋼結(jié)構(gòu)的澆水試驗(yàn)和整車落成后的噴水試驗(yàn),滿足噴水結(jié)束后10~20 min內(nèi)各部位不發(fā)生滲漏。車輛漏雨試驗(yàn)為例行試驗(yàn),根據(jù)車輛制造現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),車輛整車落成后漏雨試驗(yàn)時(shí),漏雨發(fā)生概率在30%左右,嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)交付計(jì)劃。因此,亟待開發(fā)一種新的檢測技術(shù)來進(jìn)行城市軌道交通車輛漏雨試驗(yàn)前的泄漏檢測和漏雨后漏點(diǎn)的查找,為車輛運(yùn)營提供安全保障。
本文依據(jù)汽車行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),使用超聲波檢測泄漏原理,對超聲波發(fā)生器、接收裝置、檢測探頭、系統(tǒng)軟件等進(jìn)行優(yōu)化配置,使之滿足城市軌道交通車輛漏雨密封性能檢測。
超聲波是頻率高于20 kHz、人耳聽不到的聲波。它具有方向性好、功率大、穿透能力強(qiáng)、易于獲得較集中的聲能,以及隨傳播距離增大衰減較快等特點(diǎn)。
在封閉的城市軌道交通車輛車廂內(nèi),放置超聲波發(fā)生器,超聲波在均勻的介質(zhì)中以直線方式傳播,當(dāng)傳播到界面或另一種介質(zhì)的表面時(shí),會(huì)發(fā)生反射、折射現(xiàn)象。在反射、折射時(shí),其能量及波形都發(fā)生變化,能量的變化量取決于兩種介質(zhì)的聲阻抗特性,兩種介質(zhì)的聲阻抗特性差異愈大,則反射波的強(qiáng)度愈大。城市軌道交通車輛車廂內(nèi)部件材料主要有鋼、鋁、酚醛玻璃鋼、橡膠、塑料等,由于上述材料的聲阻抗和空氣聲阻抗相差較大,超聲波均不同程度地會(huì)發(fā)生反射;如果封閉車廂內(nèi)有縫隙、孔洞,超聲波將穿過該縫隙,用超聲波檢測探頭掃描車體鋼結(jié)構(gòu)空調(diào)平頂焊縫、空調(diào)新風(fēng)口鋁風(fēng)道結(jié)合面、車門上沿及門縫、車窗周圈及貫通道等部位,可捕捉到超聲波,通過檢測儀器分析、處理,可以判斷出縫隙的大小、位置。超聲波檢測裝置原理框圖見圖1。
圖1 超聲波檢測裝置原理框圖
城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置具有以下功能:
1)檢測高頻率的超音波;
2)屏蔽低頻率或人耳可以聽到的聲波;
3)超聲波信號可轉(zhuǎn)換為人耳可以聽到的聲波;
4)超聲波信號可進(jìn)行量化、數(shù)值化;
5)可儲(chǔ)存測量數(shù)據(jù)、顯示器顯示泄漏處;
6)可傳輸測量數(shù)據(jù)到個(gè)人計(jì)算機(jī)上儲(chǔ)存、分析、作結(jié)論。
城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置組成見圖2。
圖2 城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置組成
城市軌道交通車輛超聲波泄漏檢測分兩步進(jìn)行:第一步為車體鋼結(jié)構(gòu)泄漏檢測;第二步為整車落成后泄漏檢測。
城市軌道交通車輛車體總組焊后,需對車體鋼結(jié)構(gòu)頂蓋上通風(fēng)器、雨檐、空調(diào)新風(fēng)口、空調(diào)平臺(tái)焊縫、車體側(cè)墻門窗處、車體端墻貫通道處等進(jìn)行澆水試驗(yàn),以滿足不泄漏、不滲漏之要求。
在澆水試驗(yàn)之前,使用超聲波檢測裝置,對以上部位進(jìn)行探測檢查,預(yù)先檢測是否有漏點(diǎn),預(yù)先進(jìn)行控制并處理。這可有效控制有漏點(diǎn)的車體流入下一工序,減少返工返修時(shí)間,以提高產(chǎn)品質(zhì)量。車體鋼結(jié)構(gòu)檢測位置見圖3所示。
圖3 車體鋼結(jié)構(gòu)超聲波檢測部位圖
城市軌道交通車輛總組裝竣工后,按照工藝流程,需對整車進(jìn)行漏雨試驗(yàn),應(yīng)滿足TB/T1802—1996《鐵道車輛漏雨試驗(yàn)方法》的要求:噴水強(qiáng)度不小于3 mm/min,噴頭處水壓不小于0.10 MPa,噴頭至噴水表面的距離不大于1.5 m,噴水時(shí)間不小于3 min;噴水結(jié)束后10~20 min內(nèi)再檢查各部位是否滿足不滲漏的要求。
在車輛漏雨試驗(yàn)前應(yīng)設(shè)計(jì)超聲檢測工序,對車輛車門接縫處、車體空調(diào)平臺(tái)焊縫處、車窗接縫處、車內(nèi)風(fēng)道和電器設(shè)備接縫處、貫通道折棚處等進(jìn)行漏點(diǎn)檢測,可預(yù)先發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)從而處理漏點(diǎn),因而大大降低了返工返修時(shí)間,以滿足生產(chǎn)計(jì)劃要求。整車超聲波檢測部位見圖4所示。
圖4 整車超聲波檢測部位圖
1)超聲波發(fā)聲器:發(fā)射功率為8×260 mW 便攜式(可根據(jù)實(shí)際情況試驗(yàn)標(biāo)定后確定);頻率范圍為39.2 kHz 和39.6 kHz雙頻制;溫度范圍為-20℃~50℃;濕度范圍為0%~95%;具有二次充電裝置,一次充電后連續(xù)工作時(shí)間≥2.5 h。
2)外接式探測器:為柔性彎曲式探頭。探頭靈敏度為-65 dB/V(可根據(jù)實(shí)際情況試驗(yàn)標(biāo)定后確定);探測器長度為550 mm 或820 mm;探頭管外徑為20 mm。
3)接收器主機(jī):測量量程為-10~120 dBμV;測量精度為±0.5 dBμV;測量分辨率為0.1 dBμV;信噪比為-5 dBμV;帶寬為-3dB;頻率范圍為0~200 kHz。
便攜儀顯示器可顯示漏點(diǎn)部位,具有鍵盤功能鍵和高對比性,帶背光LCD(液晶顯示屏),可接入PC 電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、打印。
1)超聲波檢測與傳統(tǒng)淋雨試驗(yàn)工藝相結(jié)合,可提前發(fā)現(xiàn)車輛漏雨部位并進(jìn)行處理,提高了車輛密封性能、降低了返工返修率。
2)超聲波檢測手段的成本低、可靠性高、操作簡便易行。
3)采用超聲波檢測后,城市軌道交通車輛整車漏雨率由30%降低到6%以下。
因此,車輛制造商和車輛運(yùn)營單位可借鑒使用該技術(shù)。
[1]TB/T1802—1996鐵道車輛漏雨試驗(yàn)方法[S].
[2]周龍,牟懌,謝莉.基于超聲波檢測的汽車防雨密封性試驗(yàn)研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007(8):81.