Đo ứng suất dư trong bánh xe tàu điện giúp ngăn ngừa các sự cố do hỏng bánh xe

Tham khảo thêm: Sử dụng siêu âm đo module đàn hồi trong vật liệu.

Ứng suất và ứng suất dư là gì?

Ứng Suất (MPa): (sức căng) là đại lượng biểu thị nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng do tác dụng của các nguyên nhân bên ngoài như tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ.

Các dạng ứng suất trong vật lý có thể kể đến bao gồm:

• Ứng suất kéo (phát sinh khi thanh kim loại bị kéo)
• Ứng suất nén (phát sinh khi thanh kim loại bị nén)
• Ứng suất cắt
• Ứng suất uốn

Nếu ứng suất vượt quá giới hạn ứng suất cho phép có thể gây phá hủy, hư hỏng kết cấu.

Ứng suất tồn tại trong các bộ phận, kết cấu mà không do tác động của bất kỳ ngoại lực nào được gọi là ứng suất dư. Ứng suất dư có thể sinh ra trong quá trình gia công vật phẩm từ thỏi đúc đến thành phẩm.
Các khâu gia công có thể tạo thành ứng suất dư có thể kể đến: cán, đúc, rèn hoặc cắt, uốn, kéo, gia công cơ (tiện, phay,…), các nguyên công hàn hoặc trong quá trình gia công nhiệt hay quá trình luyện thép.

Ứng suất dư trên bánh xe tàu điện

Phanh được sử dụng trên các toa xe lửa có thể tạo ra ứng suất kéo theo hướng chu vi do sự giãn nở do nhiệt và nguội nhanh của vành bánh xe. Ứng suất dư thường là nguyên nhân chính gây ra các hư hại do mỏi vật liệu gây nứt gãy bánh xe.

Ở một phương diện khác, ứng suất dư nén thường được tạo ra theo nhiều cách trong vật liệu bánh xe trong quá trình sản xuất và ứng suất này có lợi vì chúng ngăn chặn sự hình thành và lan truyền của các vết nứt mỏi cũng như tăng khả năng chống mài mòn và ăn mòn. Trong suốt thời gian sử dụng của bánh xe, đặc biệt là do quá trình phanh, ứng suất dư kéo xuất hiện trở thành mối nguy hiểm tiềm tàng cho sự an toàn và khả năng vận hành liên tục của đoàn tàu.

Việc đánh giá định kỳ mức độ ứng suất dư trong bánh xe lửa bằng cách sử dụng các phương pháp thử nghiệm không phá hủy là rất quan trọng, vì các công ty quản lý đường sắt và toa xe có thể ngăn ngừa các sự cố hỏng bánh xe và trật bánh cực kỳ nguy hiểm và tốn kém.

Olympus đã phát triển thiết bị di động nhỏ gọn và phần mềm chuyên dụng cho việc kiểm tra và đánh giá ứng suất dư, có thể được sử dụng để kiểm tra ngay tại đường ray cũng như trong xưởng và có thể vận hành trong mọi điều kiện môi trường.

Đo ứng suất dư với thiết bị siêu âm và phần mềm chuyên dụng

Sóng siêu âm thường được sử dụng để phát hiện các khuyết tật trong vật liệu, tuy nhiên chúng cũng có thể được sử dụng để đo ứng suất, ứng suất tác dụng và ứng suất dư. Tốc độ của sóng siêu âm truyền qua vật liệu bị ảnh hưởng bởi hướng và độ lớn của ứng suất hiện diện, được gọi là hiệu ứng đàn hồi âm. Do đó, độ lớn và hướng của ứng suất hiện diện trong vật liệu có thể được tính bằng cách đo chính xác sự thay đổi thời gian truyền của sóng siêu âm truyền qua vùng chịu ứng suất và không bị ứng suất của vật liệu đó. Ví dụ, ứng suất 1MPa trong nhôm tương ứng với sự thay đổi thời gian truyền khoảng 1,7 ns. Hiệu ứng đàn hồi âm nhạy nhất khi đường truyền và chuyển động của hạt của sóng siêu âm song song với hướng ứng suất được đo.

Các đầu dò siêu âm có thể tạo ra sóng dọc và sóng ngang và không phát sinh tải cơ học cho bề mặt được thử nghiệm, cho phép đo thời gian lan truyền của tín hiệu siêu âm có độ chính xác cao. Olympus cũng cung cấp các chất tiếp âm đặc biệt sử dụng cùng với đầu dò siêu âm chuyên dụng cho ứng dụng này.

Kỹ thuật tính toán ứng suất dư dùng siêu âm sử dụng hai sóng dọc và sóng ngang. Sự thay đổi ứng suất trong vật liệu dẫn đến sự thay đổi tốc độ của sóng siêu âm truyền qua một chi tiết. Sự khác biệt về tốc độ sóng dọc và sóng ngang cho phép tính toán giá trị ứng suất dư bên trong vật liệu. Phần mềm kết nối với thiết bị cho phép tính toán tự động giá trị ứng suất cho các vị trí khác nhau trên vành bánh xe.

Quy trình đo ứng suất bánh xe sử dụng thiết bị EPOCH 650

Thiết bị EPOCH 650 với là thiết bị đo cầm tay đa năng để đo ứng suất dư, có thể sử dụng cho các ứng dụng đo chiều dày và kiểm tra khuyết tật khác. Tính di động của thiết bị cho phép người dùng xác định ứng suất dư trong các bánh xe đã được lắp trên trục hoặc trên xe. Các phép đo ứng suất có thể được thực hiện trên các phần khác nhau của vành bánh xe.

Liên hệ với VISCO để có thông tin cụ thể cho ứng dụng Kiểm tra đo ứng suất dư trong vật liệu.