CN103693072A - 金属磁记忆钢轨温度应力检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，它包括探伤小车和手持显示器；其中，探伤小车由车身、行程车轮、辅助车臂、若干第一测磁传感器以及若干温度传感器组成；手持显示器与探伤小车可通过无线信号传输数据，手持显示器可置于探伤小车的顶部。本发明提供的金属磁记忆钢轨温度应力检测装置可长距离自动在钢铁轨道上进行检测并提示，这为钢轨无损检测提供了一种重要手段，对于保障钢轨安全平稳长期运行具有非常重要的作用。

Description

金属磁记忆钢轨温度应力检测装置

技术领域

本发明涉及无缝钢轨探伤车技术领域，尤其涉及一种利用金属磁记忆检测钢轨温度应力的装置。 

背景技术

随着铁路高速化与重载化的发展，世界各国均广泛采用无缝线路技术。然而，将几十根标准轨焊接在一起，成为无缝线路后，道床阻力和扣件阻力的作用使得线路只能在两端100m范围内产生热胀和冷缩，中间部分形成了固定区，不随轨温的变化产生膨胀和收缩，于是钢轨固定区内储存了相应的纵向温度应力。当气温达到一定值时，钢轨无法承受巨大的内应力，就会在扣件阻力小或路基条件较差的区域内释放能量，当能量较大时，会发生胀轨跑道。跑道事故可使钢轨发生塑性变形，枕木劈裂，碎石抛出，甚至颠覆列车，造成严重恶果。胀轨跑道事故的频繁发生直接影响着铁路运输的安全以及线路的稳定性。因此铁路工务部门必须随时了解无缝线路实际纵向温度应力，预测发生胀轨或断轨的可能性，以便适时采取维修措施。 

现有传统无缝线路应力检测方法和手段的检测范围有很大的局限性。尽管人们已经认识到对线路进行全面考察的必要性，但在实践中完成这项任务需要耗费大量时间以及人力、物力和财力。因此，传统的无损检测（NDT）方法（涡流检测、超声波检测、X射线及磁粉探伤等）由于其操作的复杂性，如要求对被测表面和检测对象进行清理，人工磁化，贴附传感器等，在检测无缝线路这样的大长度结构件时受到严重限制。本文采用一种新的金属无损检测技术——金属磁记忆检测，该方法无需对被测对象表面进行专门处理，无需专门的磁化装置。该方法可以快速检测钢轨温度应力，具有广阔的应用前景。 

20世纪90年代，俄罗斯Doubov教授率先提出金属磁记忆理论。金属磁记忆检测技术利用处于地球磁场中的铁磁性金属的磁性能在应力和变形集中区内产生不可逆变化，在金属与空气边界出现磁导率跃变，其表面产生漏磁场便可无损、快速、便捷、准确地确定铁磁性金属结构上的应力集中和变形区，即设备上最危险的区段和部位，进而发现主轴上的疲劳裂纹和预测其扩展趋势，从而进行强度和寿命的诊断。与传统的无损检测方法相比，不仅能够检测出铁磁材料的塑形变形及宏观裂纹，更能有效检测铁磁材料早期应力集中的危险区域。 这种新的检测技术可以克服传统的无损检测方法的不足，无疑是对金属构件进行早期诊断的一种新的无损检测方法，因此，一问世便受到世界各国同行的重视，竞相开展研究，并在电力、锅炉压力容器等部门开始了推广应用。 

发明内容

为了提高国内铁路钢轨的安全检测技术水平，及时有效防止因胀轨跑道引发的安全事故。本发明提供一种金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，本发明能够长距离自动在钢轨上进行温度应力检测并记录分析数据。 

为了可以达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，其特征在于，它包括探伤小车和手持显示器；其中，所述探伤小车由车身、行程车轮、辅助车臂、若干第一测磁传感器以及若干温度传感器组成，行程车轮通过车轴置于车身前后两侧，固定车臂固定于车身前后左右四侧；若干第一测磁传感器并排等距置于车身车头外部；若干温度传感器置于车身底部；所述手持显示器与探伤小车可通过无线信号传输数据，手持显示器可置于探伤小车的顶部。 

进一步地，所述车身内部固定有电机、AD数据采集器、存储卡、第一单片机、第一无线信号发射接收模块以及放大电路和过滤电路；电机、AD数据采集器、存储卡、第一无线信号发射接收模块分别与第一单片机通过数据线连接，放大电路、过滤电路、AD数据采集器依次连接。 

进一步地，所述行程车轮由两个前从动车轮和两个后主动车轮组成；所述后主动车轮的连接车轴与电机相连接，电机与第一单片机相连，在后主动车轮上装有行程传感器。 

进一步地，所述辅助车臂包括固定车臂、转动车臂、滚动小轮；所述固定车臂固定于车身前后左右四侧，固定车臂中间置有若干第二测磁传感器和滚轮，其端部通过螺栓连接于转动车臂，转动车臂末端与滚动小轮连接，滚动小轮的轴端处由弹簧支撑。 

进一步地，所述手持显示器表面安装一块显示屏和多个按键开关；内部安装第二单片机和第二无线信号发射接收模块，显示屏、按键开关和第二无线信号发射接收模块均与第二单片机连接。 

本发明的有益效果是，本发明能够长距离自动在钢轨上进行温度应力检测并记录分析数据，而且装置具有自动运行功能，可以通过远程控制完成检测工作，提高了适用性以及便利性。通过无线传输信号数据，在一定距离内远程自动控制检测装置。其检测技术更是采用新的检测方式——磁记忆，克服了传统的无损检测方法的不足。提高国内无缝钢轨的安全检测技术水平，及时有效防 止因胀轨跑道引发的安全事故具有十分重要的意义。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中： 

图1为本发明实施例提供的金属磁记忆钢轨温度应力检测装置示意图； 

图2为本发明实施例提供的金属磁记忆钢轨温度应力检测装置俯视图； 

图3为本发明实施例提供的探伤小车的示意图； 

图4为本发明实施例提供的后主动车轮示意图； 

图5为本发明实施例提供的辅助车臂示意图； 

图6为本发明实施例提供的滚动小轮示意图； 

图7为本发明实施例提供的手持显示器示意图； 

图8为本发明实施例提供的第一单片机工作流程图； 

图9为本发明实施例提供的第二单片机工作流程图； 

图10为本发明实施例提供的金属磁记忆钢轨温度应力检测装置结构原理示意图； 

图中，探伤小车1、手持显示器2、车身3、行程车轮4、辅助车臂5、第一测磁传感器6、温度传感器7、电机8、前从动车轮9、后主动车轮10、固定车臂11、转动车臂12、滚动小轮13、显示屏14、按键开关15、滚轮16、第二测磁传感器17。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。 

本发明实施例提供了一种金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，包括探伤小车1和手持显示器2。如图1、2、3所示探伤小车1由车身3、行程车轮4、辅助车臂5、若干第一测磁传感器6以及温度传感器7组成，行程车轮4通过车轴置于车身3前后两侧，固定车臂11固定于车身3前后左右四侧；若干第一测磁传感器6并排等距置于车身3车头外部；若干温度传感器7置于车身3底部；如图2、7所示手持显示器2与探伤小车1可通过无线信号传输数据，手持显示器2可置于探伤小车1的顶部。 

车身3内部固定有电机8、AD数据采集器、存储卡、第一单片机、第一无线信号发射接收模块以及放大电路和过滤电路；所述电机8、AD数据采集器、存储卡、第一无线信号发射接收模块分别与第一单片机通过数据线连接，放大 电路、过滤电路、AD数据采集器依次连接。 

行程车轮4由两个前从动车轮9和两个后主动车轮10组成，有利于装置在钢轨上滚动前进；如图4所示后主动车轮10的连接车轴与电机8相连接，电机8与第一单片机相连，可使装置自动在钢轨上以一定速度前进。后主动车轮10上装有行程传感器，当车轮在钢轨上滚动时，行程传感器就会被触发，通过数据线传输至AD数据采集器记录装置移动的路程； 

辅助车臂5包括固定车臂11、转动车臂12、滚动小轮13；如图5、6所示，固定车臂11固定于车身3前后左右四侧，固定车臂11中间置有若干第二测磁传感器17和滚轮16，第二测磁传感器17为三维磁阻传感器，可测得轨头两侧的磁场变化，滚轮16与轨头侧面紧贴，并可以在侧面滚动同时防止本发明设备在运行时侧翻出轨道。固定车臂11末端部通过螺栓连接于转动车臂12，转动车臂12可绕着螺栓自由转动任意角度，通过螺栓的固定，转动车臂12可固定于某一定角度不发生转动；转动车臂12末端与滚动小轮13连接，滚动小轮13抵在钢轨底部并可绕轴转动，轴端处由弹簧支撑，这有利于装置在钢轨上稳定运行，自如转弯，防止装置偏出运行轨道。 

第一测磁传感器6和温度传感器7均与放大电路相连；测磁传感器6为三维磁阻传感器，其目的是为了让测磁传感器6处于一个有利于接收磁场信号的位置，测磁传感器6内置调零和排除外界干扰的功能，使其更有利于收集数据与比较数据；运放电路和过滤电路各自的作用主要是起到放大信号与过滤信号，最后与AD数据采集器连接，将形成的模拟信号转化为数字信号进行采集。同时，温度传感器7可快速准确地测出钢轨实时温度。 

如图7所示，手持显示器2表面包括一块显示屏14和多个按键开关15；内部包括第二单片机、第二无线信号发射接收模块，第二单片机与第二无线信号发射接收模块连接。其主要作用是在检测的同时，可以在手持显示器2的显示屏14上显示采集到的数据，通过无线信号发射模块B可以将传输第二单片机的指令以及采集到的数据，通过第二单片机和按键开关15可以对装置进行无线远程调控。 

在实际应用中，本发明装置的探伤小车1与手持显示器2通过无线信号来传输数据，故在装置检测的同时，手持显示器2可以立刻显示出采集到的数据，并绘制出曲线图形。当采集得到的数据超出一定范围，显示屏14上便会做出警报，并记录该点。由于本发明测磁传感器6可以感应到铁磁性金属表面产生的磁场，为了避免影响采集到的磁场数据，本发明装置所有装备均为非铁磁性金属，装置电机8的外壳由特制钼金属材料包裹屏蔽内部磁场。 

第一单片机工作过程如下：如图8所示，当第一无线发射接收模块接收到第二无线发射接收模块的运行指令时，将其指令传输给第一单片机，第一单片机得到指令后，命令电机8、AD数据采集器和存储卡开始正常工作。电机8运转促使后主动车轮10滚动，触发行程传感器。AD数据采集器则将测磁传感器6、温度传感器7以及行程传感器接收到的数据经放大过滤后，进行AD转化，通过第一单片机储存至存储卡内。当第二无线发射接收模块发出传输数据指令时，第一单片机将存储卡内的数据调用出来，通过第一无线发射接收模块传输给第二单片机。 

第二单片机工作过程如下：如图9所示，当操作人员在手持显示器2上进行按键15操作，第二单片机会进行不同的指令输出。在其接收到运行指令时，第二单片机将模拟信号通过第二无线发射接收模块传输至第一单片机；在其接收到分析数据指令时，第二单片机则将记录的各种数据拟合成函数图像显示到显示屏14上，方便操作人员分析。 

本发明的工作过程如下：如图10所示，手持显示器2通过无线信号的形式发送指令给本发明探伤小车1内部的第一单片机，第一单片机收到指令后，便驱动本发明中探伤小车1中其它各部件的正常运行，电机8使后主动车轮10以一定速度前进，并触发行程传感器，测磁传感器6和温度传感器7开始运行，AD数据采集器开始采集数据，并保存在存储卡中，再通过无线信号将数据传输至手持显示器2，直到第一单片机收到停止运行的指令为止。 

本发明实施提供的基于压磁效应的管道检测装置具有如下优点：1、采用了新的检测方式，检测钢轨内部的温度应力集中区域，可有效防止了胀轨跑道发生的安全事故；2、采用了无线远程控制功能，工作人员可以在一定距离内通过手持显示器来操作装置的全部监测工作；3、装置具有自动运行功能，可以通过远程控制完成检测工作，提高了适用性以及便利性。 

综上所述，本发明提供一种金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，可以及时发现事故苗头，确保铁路运输的安全，具有重要的经济价值和社会意义。对提高国内无缝钢轨的安全检测技术水平，及时有效防止因胀轨跑道引发的安全事故具有十分重要的意义。 

以上所述具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅对本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，其特征在于，它包括探伤小车（1）和手持显示器（2）；其中，所述探伤小车（1）由车身（3）、行程车轮（4）、四个辅助车臂（5）、若干第一测磁传感器（6）以及若干温度传感器（7）组成，行程车轮（4）通过车轴置于车身（3）前后两侧，四个辅助车臂（5）固定于车身（3）四周；若干第一测磁传感器（6）并排等距固定于车身（3）车头外部；若干温度传感器（7）固定于车身（3）底部；所述手持显示器（2）与探伤小车（1）通过无线信号传输数据，手持显示器（2）置于探伤小车（1）的顶部。

2.根据权利要求1所述金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，其特征在于，所述车身（3）内部固定有电机（8）、AD数据采集器、存储卡、第一单片机、第一无线信号发射接收模块、放大电路和过滤电路；所述电机（8）、AD数据采集器、存储卡、第一无线信号发射接收模块分别与第一单片机通过数据线连接，放大电路、过滤电路、AD数据采集器依次连接。

3.根据权利要求1所述金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，其特征在于，所述行程车轮（4）由两个前从动车轮（9）和两个后主动车轮（10）组成；所述后主动车轮（10）的连接车轴与电机（8）的输出轴相连接，电机（8）与第一单片机相连，在后主动车轮（10）上装有行程传感器。

4.根据权利要求1所述金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，其特征在于，所述辅助车臂（5）包括固定车臂（11）、转动车臂（12）、滚动小轮（13）；固定车臂（11）中间置有若干第二测磁传感器（17）和滚轮（16），其端部连接转动车臂（12），转动车臂（12）末端与滚动小轮（13）连接，滚动小轮（13）的轴端处由弹簧支撑。

5.根据权利要求1所述金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，其特征在于，所述第一测磁传感器（6）和温度传感器（7）均与放大电路相连。

6.根据权利要求1所述金属磁记忆钢轨温度应力检测装置，其特征在于，所述手持显示器（2）表面安装一块显示屏（14）和多个按键开关（15）；内部安装第二单片机和第二无线信号发射接收模块，显示屏（14）、按键开关（15）和第二无线信号发射接收模块均与第二单片机连接。

Images