利用机构运动学原理，对曲柄滑块机构开展基于机构运动精度的平稳性车辆轮轴的探伤研究。通过MATLAB软件的计算和仿真，获取关于执行机构速度与位移的变化规律，并由此根据机械结构的实际情况选取适宜的运动参数，可达到最佳的探伤效果。
0前言
铁道部2007年7月1日起施行的《铁路货车轮轴组装、检修及管理规则》中[1]，对自动探伤机的机械结构精度、平稳度、运动精度等都有较高的要求。对此，利用机构运动学原理，分别获取关于执行机构速度与位移的变化规律，并根据实际情况选取适宜的运动参数，可达到最佳的探伤效果。
1机械运动平稳性分析
1.1火车轮对沿其轴心旋转运动
轮轴（轮对）旋转线速度为1250～1850mm/min可调[1]。探头相对轴心旋转输出位移为：
（1）
1.2探头在轮轴上直线运动
探头相对轮轴的速度函数：
（2）
MATLAB是用于科学计算和可视化显示的集成环境[3]。可通过MATLAB计算并显示探头的速度和位移图。
图1轮轴Y轴位移图图2轮轴Y轴速度图
图3探头相对轨迹图图4探头相对速度图
从图1～图4中，可以看出轴心旋转主要是让探头作齿形扫查，而轴身线速度v则影响齿形间距大小和齿尖宽度，不影响探头速度。
下面重点研究曲柄滑块机构运动的平稳性。如图5～图7为探头“速度-位移”图。
图5图6图7
从图5～图7中，可得出r、l和n2都能改变探头移动速度的大小。在保证声束能完全覆盖检查区域，尽可能地增大n1和l，缩小n2和r，能提高探伤效率。
2基于运动平稳性的探伤实验
以执行机构选取r=50±0.5mm，l=200±0.75mm，销轴和轴孔为10H7/f6的配合，n1=0.5r/min，n2=56r/min为例。探伤实验选用RD2型实物样板轮轴（轮对）试块。在200HZ重复频率下，通过手动跟自动的探伤效果对比，验证其可靠稳定性。
2.1小角度纵波探头从轴端面扫查实验
表1数据中反映了轮对正转第n1（n1=1，2，3，4，…10）圈时最大人工裂纹波回波的波幅情况。
表1
第n1圈 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
波高（%） 75 100 65 88 74 70 74 76 88 96
△dB -0.6 +1.9 -1.8 +0.8 -0.7 -1.2 -0.7 -0.4 +0.8 +1.6
不难看出，轮对转动数圈中每圈所找到的最大裂纹波波高在1～2dB内变化，探测结果相对稳定。
2.2横波斜探头从轴身扫查实验
表2记录了轮对转动第n1圈（n1=1，2，…，10）时探头探测到的最大裂纹波的波高，并算出其与手动探测所得最大裂纹波高相差的dB值。
表2
轮座内/外侧 标准探头 波高（%）/△dB 第n1圈
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
外侧 K1.4 波高 65 62 62 66 72 68 66 62 65 66
△dB -1.8 -2.2 -2.2 -1.7 -0.9 -1.4 -1.7 -2.2 -1.8 -1.7
内侧 K1 波高 58 58 62 52 52 62 58 58 62 62
△dB -2.8 -2.8 -2.2 -3.8 -3.8 -2.2 -2.8 -2.8 -2.2 -2.2
可知，轮座内外侧自动探伤中，轮对旋转n1圈，每圈内最大裂纹波高幅度在±1dB以内变化。
从以上轴端面、轴身扫查实验结果可知，选取的该组运动参数保证了执行机构的可靠稳定性。
3结束语
本文采用科学的计算方法，MATLAB软件计算，论证了影响执行机构速度稳定性的因素，提出了提高基于机构运动精度的平稳性车辆轮轴探伤的方法，从而提高检测的可靠性、检测精度和检测效率，具有实际应用价值。
作者简介：
杨青兰（1983-），女，广东汕头人，大学本科，主要从事电子、自动化探伤和无损检测产品的开发、设计和研究。
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