[发明专利]一种构架裂纹监测方法及其监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种构架裂纹监测方法及其监测装置，主要用于在车辆行车过程中通过检测构架因随遇冲击所激发的广义共振及该广义共振引发的裂纹之开、闭冲击，通过识别其相对关系，实现构架裂纹等严重危及安全的故障诊断。

背景技术

车辆构架是介于承载乘客、货物的车厢与车轮之间的主要支承部件，由于工况恶劣，几乎不可避免地要发生裂纹，进而断裂，引起严重事故。因此需要在裂纹发展到断裂之前识别裂纹，及时维修，防止故障扩展引发事故。

对于车辆的构架裂纹的现有监测方法，主要依靠维修工人“死看死守”，即频繁地在停车状况下通过肉眼观察或者利用磁探伤、涡流探伤、超声波探伤、着色检查等技术手段，以及通过定期试验时遍贴应变片进行动应力监测来识别裂纹。

磁探伤的原理是：在钢铁制造的机器表面撒铁粉，用强电磁铁的磁极(如N、S极)跨在可能裂纹的两侧，利用裂纹处必然切断磁铁的磁力线所需通过的由钢铁机器材料构成的磁路，而使得磁力线向机器表面发散，并将铁粉吸引到裂纹处以形成补充磁路的自然规律和现象，通过人眼可到的铁粉聚集处，识别隐含着的裂纹；该技术不适用于非铁磁材料的机器，例如铝合金机器、也不适于弱磁性的(如多种不锈钢)材料的机器，与操作者是否对裂纹部位作了检查及熟练程度相关，不能有效、快捷、准确地识别隐患。

涡流探伤的原理是：对平面电感线圈施加高频电流，线圈产生交变磁力线，将线圈沿着机器表面移动，磁力线耦合入机器的金属材料，在金属材料料中产生涡流，则线圈的电流增大；如果线圈移动到的材料浅层存在裂纹，则材料中涡流减小，线圈中的电流也减小，通过该电流减小来识别裂纹；该技术的缺点是不能识别更深的裂纹，还受到机器表面是否平坦、光滑以及人工操作是否得当的限制。

超声波探伤的原理是，用超声波发声探头紧贴着机器表面，通过耦合剂将短暂的超声波辐射到机器中，或者在机器的其他位置用超声波接收探头检测超声波，通过发现超声波透射能力变小来识别可能在发射与接受探头之间的机器存在的裂纹；或者通过与发射探头组合在一起的接收探头，在停止发射后接收到的、发射波的回波较之其他部位检测时提前到达而发现前方可能存在的裂纹；该方法更要求机器表面光滑以便发射、接收探头偶合，还受到小裂纹、近距离的裂纹不易发现、识别等困扰。

着色检查的原理是：对可能存在表面裂纹的机器作表面清洗，涂上带深色的渗透液，该渗透液有极强的顺着金属表面(特别是裂纹)流动的能力，然后擦去机器表面的渗透液，涂抹白漆，如果某处存在的裂纹此前渗入了渗透液，则该渗透液将反向流出到白漆层并使之染色，通过白漆上的染色位置和分布形状，识别裂纹是否存在及分布形状；该技术只能识别穿透到表面的裂纹，只能用于核实所怀疑的裂纹，而不便普遍、经常使用。

遍贴应变片进行动应力监测的原理是：在机器表面估计可能产生裂纹的部位贴大量的应变片，在机器运动时，如果某片应变片所覆盖的裂纹张开，则应变片的电阻材料被拉伸、变长，通过检测该微小的、相对其他应变片增大的电阻增量，来识别可能存在的裂纹；该技术所需的应变片数量巨大，而且所贴位置必须估计得十分准确，否则无效；还因为机器表面在振动或工作中也会存在无裂纹时的在弹性范围内的拉伸或压缩，也会引起应变片电阻增量，故其检测准确度受到限制。

因此，现有的诸多裂纹检测技术，在监测频度、实施难易、代价程度、对被检测对象的限制(如停止使用)、使用的传感器数量等方面存在着不足，迫切需要研究一种能弥补上述不足的节约传感器数量、适合于恶劣运行环境、在线运行中随时可以准确地进行频繁监测的新方法。

发明内容

为了解决现有的诸多裂纹检测技术在监测频度、实施难易、代价程度、对被检测对象的限制(如停止使用)、使用的传感器器数量多等方面存在着不足，现在提出一种构架裂纹监测方法及其监测装置。

一种构架裂纹监测方法，所述方法包括：

第一步，对构架进行模态分析，对该构架进行监测振动冲击的复合传感器的测点选择；

第二步、利用测点位置获取的外部随机冲击激发构架模态的广义共振与该广义共振所激发的广义共振冲击进行识别裂纹的相对积计算；

第三步、利用测点位置获取的广义共振的模态频率(F0X)经过窄带滤波、量化相对积以及置信度计算等处理进行裂纹预警的判断。

所述的对该构架进行监测的振动冲击复合传感器的测点选择步骤包括：

(1)对机械构架作模态分析，获取构架的各种共振模态的特征频率F0(1)～F0(M)，及其对应的共振模态之应力最大因而易发生裂纹的部位A01～A0M；