CN105259254B - 钢轨轨底横向裂纹扫查装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其包括两个超声波探头和扫查框架；超声波探头包括探头盒、压电晶片和有机玻璃斜楔块，有机玻璃斜楔块安装在探头盒中，压电晶片安装在有机玻璃斜楔块的向外倾斜的外侧斜面上，扫查框架整体为条形，其上开有第一安装孔和第二安装孔，所述两个超声波探头分别通过螺栓相向固定于第一安装孔和第二安装孔中，所述两个探头有机玻璃斜楔块斜边与底面的夹角分别为α1和α2，其相距的距离L=Htanβ1+Htanβ2，H为钢轨的高度，β1和β2为两个超声波探头的超声波在钢中的折射角。本发明具有快速地判定钢轨轨底是否存在横向裂纹，同时能精确判定钢轨轨底横向裂纹位置的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢轨裂纹的扫查装置，特别是一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置。
背景技术
目前检测钢轨轨底横向裂纹主要是采用携带前后37°探头的钢轨探伤小车来检测，37°探头放置在钢轨表面，钢轨探伤小车的工作原理是：探头发送的超声波进入钢轨遇到轨底横向裂纹时，超声波经过两次反射回到探头，探头将超声波转变成电信号传给示波器，在示波器显示相应的波形和图像。但是，探伤小车在推行过程中遇到钢轨焊缝时，示波器对应37°通道上交替出现波形，很难判定是轨底横向裂纹还是焊缝处轨底焊筋反射回的信号，即使判定为轨底横向裂纹，采用钢尺丈量的方式对伤损定位的精度很低。探伤小车很难区分焊缝处轨底横向裂纹和轨底焊筋，给钢轨探伤造成困难，容易造成错误判断。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足之处，而提供一种能快速识别轨底横向裂纹，且能对其精确定位的钢轨轨底横向裂纹扫查装置。
本发明的技术方案是：一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其包括两个超声波探头和扫查框架；超声波探头包括压电晶片和玻璃斜楔块，压电晶片安装在玻璃斜楔块的向外倾斜的外侧斜面上，两个玻璃斜楔块分别位于扫查框架的两端；两块玻璃斜楔块相距的距离满足如下关系：当扫查框架位于需要探测的钢轨的轨头上面时，两个玻璃斜楔块向外倾斜的外侧斜面的垂直线经过超声波在玻璃斜楔块与需要探测的钢轨中的折射角纠正后的方向线相交于需要探测的钢轨的轨底部位,即两个超声波探头发射的超声波可以相交于需要探测的钢轨的轨底部位。
本发明进一步的技术方案是：所述两个超声波探头玻璃斜楔块斜边与底面的夹角分别为α1和α2，所述α1和α2为35°～55°，两块玻璃斜楔块相距的距离L=Htanβ1 +Htanβ2，H为钢轨的高度，β1和β2为两个超声波探头的超声波在钢轨中的折射角，sinβ1=1.18sinα1，sinβ2=1.18sinα2。
本发明进一步的技术方案是：所述的超声波探头还包括探头盒，玻璃斜楔块安装在探头盒中，扫查框架整体为条形，其上开有第一安装孔和第二安装孔，所述两个超声波探头分别通过螺栓相向固定于第一安装孔和第二安装孔中。
本发明进一步的技术方案是：所述的超声波探头还包括探头保护膜，探头保护膜的内壁与探头盒下端外部接触，其通过螺栓与扫查框架相连接。
本发明进一步的技术方案是：所述的扫查框架设有刻线，刻线设在两个超声波探头的间距之间，距其中一个超声波探头的距离为Htanβ1 ，距另一个超声波探头的距离为Htanβ2。
本发明进一步的技术方案是：所述的刻线为四条，分别设在扫查框架的四面。
本发明进一步的技术方案是：所述的玻璃斜楔块为有机玻璃斜楔块。
本发明与现有技术相比，具有如下特点：
1、可以快速地判定钢轨轨底是否存在横向裂纹，能明确区分钢轨轨底的横向裂纹和钢轨焊缝。
2、在判断出钢轨轨底存在横向裂纹的同时，能精确判定钢轨轨底横向裂纹的位置。
3、本发明结构简单，易于操作，检测效率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的A-A剖视图；
图4为本发明扫描轨底横向裂纹反射原理示意图；
图5为图4沿B线范围内的放大图；
图6为本发明扫描轨底焊缝反射原理示意图；
图7为本发明扫描轨底横向裂纹显示仪显示的波形图；
图8为本发明扫描轨底焊缝显示仪显示的波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1、图2、图3所示，一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其包括两个超声波探头、探头保护膜2和扫查框架3；超声波探头包括盒盖11、探头盒12、压电晶片14和有机玻璃斜楔块15，有机玻璃斜楔块15安装在探头盒12中，探头盒12的上端盖有盒盖11，压电晶片14（压电晶片14起到发送和接手超声波的作用）安装在有机玻璃斜楔块15的向外倾斜的外侧斜面上，压电晶片14通过导线13（导线13起到传递信号和电流的作用）与探伤仪的显示屏相连接，扫查框架3整体为条形，其上开有第一安装孔31和第二安装孔32，所述两个超声波探头分别通过螺栓5相向固定于第一安装孔31和第二安装孔32中，探头保护膜2套设在探头盒12的外部通过螺栓5连接扫查框架3，其一侧面通过螺栓6与扫查框架3的一端相固定，当探头保护模2磨损超标时，可拆卸螺栓5更换探头保护膜2，探头与框体3之间留微小空隙方便拆卸，为防止探头从框体的安装孔中脱落，用螺栓6将两者相连接，所述两个超声波探头的有机玻璃斜楔块15斜边与底面的夹角分别为α1和α2，α1和α2也为超声波在有机玻璃斜楔块15里面的入射角，所述α1和α2为35°～55°，两个超声波探头入射角α1和α2可以为不同的值，本实施例中α1=α2=38°；两块有机玻璃斜楔块15相距的距离L=Htanβ1 +Htanβ2，H为钢轨的高度，β1和β2为两个超声波探头发送出来的超声波在钢轨中的折射角，sinβ1=1.18sinα1，sinβ2=1.18sinα2，在两个超声波探头的间距之间位置的扫描框架3的四周每一个面刻有一条1mm深的刻线4，该刻线4设在两个超声波探头的间距之间，距左边的超声波探头的距离为Htanβ1 ，距右边的超声波探头的距离为Htanβ2，该刻线4即为伤损指示线；上述所说的两块有机玻璃斜楔块15相距的“距离”一般是指两个压电晶片14发出的超声波在分别通过位于两块有机玻璃斜楔块15的底面最强的两点之间的距离，一般也与两块有机玻璃斜楔块15的底面上各自超声波辐射面的中心点位置之间的距离基本一致。
本发明的工作原理和使用方法是：将本发明放置在钢轨专用试块上，前后移动钢轨轨底横向裂纹扫查装置找到专用试块轨底2mm的横向裂纹，是两通道最高回波是满屏80%，作为探伤灵敏度，再次基础上提高6dB作为扫查灵敏度。两个超声波探头的间距为L=Htanβ1 +Htanβ2，H为钢轨轨高，β1和β2为两个超声波探头发送出来的超声波在钢轨中的折射角，sinβ1=1.18sinα1，sinβ2=1.18sinα2，α1和α2也为超声波在有机玻璃斜楔块15里面的入射角，在两超声波探头间距之间的扫描框架3四周上刻画1mm深的刻线4，该刻线4设在两个超声波探头的间距之间，距左边的超声波探头的距离为Htanβ1 ，距右边的超声波头的距离为Htanβ2，该刻线4即为伤损指示线。
钢轨轨底横向裂纹扫查装置反射原理:如图4、图6所示，压电晶片14在接受到电流后会将其转换成超声波，超声波经过前方有机玻璃斜楔块15和探头保护膜2后进入钢轨，超声波穿过轨头71和轨腰72，射到轨底73与轨底横向裂纹74形成的直角，超声波按原路返回到压电晶片14，此过程被成为端角反射。压电晶片14将接受的超声波转换成电信号经导线13传递给探伤仪，探伤仪的显示屏上会出现波形16，与此同时另一个超声波探头也将信号传回出现波形17，两个波形同时出现，且位置相同，即可判别为轨底横向裂纹，根据相似三角形原理，刻线4所指示的钢轨轨底位置即为钢轨轨底横向裂纹所在的位置。如图5、图7所示，若超声波遇到钢轨焊缝时，一个超声波探头根据端角反射原理发现焊筋75，反射会信号产生波形18，而另一个超声波探头的超声波经过轨底反射没有回到超声波探头，则不产生波形，示波器上只有一个波形18，则判定为不是钢轨轨底横向裂纹，结合外观观察，可判定为焊筋。
Claims (10)
1.一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其特征在于：其包括两个超声波探头和扫查框架（3）；超声波探头包括压电晶片（14）和玻璃斜楔块（15），压电晶片（14）安装在玻璃斜楔块（15）的向外倾斜的外侧斜面上，两个玻璃斜楔块（15）分别位于扫查框架（3）的两端；两块玻璃斜楔块（15）相距的距离满足如下关系：当扫查框架（3）位于需要探测的钢轨的轨头（71）上面时，两个玻璃斜楔块（15）向外倾斜的外侧斜面的垂直线经过超声波在玻璃斜楔块（15）与需要探测的钢轨中的折射角纠正后的方向线相交于需要探测的钢轨的轨底部位,即两个超声波探头发射的超声波可以相交于需要探测的钢轨的轨底部位；位于扫查框架（3）上对应于两个超声波探头可发射的超声波相交于需要探测的钢轨的轨底部位置设有刻线（4）。
2.如权利要求1所述的一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其特征在于：所述两个超声波探头玻璃斜楔块（15）斜边与底面的夹角分别为α1和α2，所述α1和α2为35°～55°，两块玻璃斜楔块（15）相距的距离L=Htanβ1 +Htanβ2，H为钢轨的高度，β1和β2为两个超声波探头的超声波在钢轨中的折射角，sinβ1=1.18sinα1，sinβ2=1.18sinα2。
3.如权利要求1或2所述的一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其特征在于：所述的超声波探头还包括探头盒（12），玻璃斜楔块（15）安装在探头盒（12）中，扫查框架（3）整体为条形，其上开有第一安装孔（31）和第二安装孔（32），所述两个超声波探头分别通过螺栓（5）相向固定于第一安装孔（31）和第二安装孔（32）中。
4.如权利要求1或2所述的一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其特征在于：所述的超声波探头还包括探头保护膜（2），探头保护膜（2）的内壁与探头盒（12）下端外部接触，其通过螺栓（5）与扫查框架（3）相连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其特征在于：所述的刻线（4）设在两个超声波探头的间距之间，距其中一个超声波探头的距离为Htanβ1 ，距另一个超声波探头的距离为Htanβ2。
6.根据权利要求5所述的一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其特征在于：所述的刻线（4）为四条，分别设在扫查框架（3）的四面。
7.根据权利要求1或2所述的一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其特征在于：所述的玻璃斜楔块（15）为有机玻璃斜楔块。
8.根据权利要求3所述的一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其特征在于：所述的玻璃斜楔块（15）为有机玻璃斜楔块。
9.如权利要求4所述的一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其特征在于：所述的玻璃斜楔块（15）为有机玻璃斜楔块。
10.根据权利要求5所述的一种钢轨轨底横向裂纹扫查装置，其特征在于：所述的玻璃斜楔块（15）为有机玻璃斜楔块。
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