CN108627571A - 一种轨道车辆的车轮超声检测设备、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声无损检测技术领域，尤其涉及一种轨道车辆的车轮超声检测设备、系统及方法。该设备将多个探头分别布设在承重轨的周围，且与车轮的待测部位对应设置，车轮沿承重轨滚动时，使各个探头均与车轮的待测部位之间存在一定厚度的间隙，在间隙内通过耦合剂使得各个探头与车轮的待测部位之间对应耦合，从而利用局部水浸耦合法，在车轮滚动过程中，对车轮的轮辋、轮辐、轮缘和踏面的缺陷进行动态的在线检测，满足轨道车辆车轮缺陷在线检测的需求，且在检测时，探头与车轮之间不发生接触，既能减少车轮表面不平对探头的检测结果的影响，又能减小车轮回流电流对探头的检测效果的影响，还能减少探头磨损，维护成本低，调试简单，实用性高。

Description

一种轨道车辆的车轮超声检测设备、系统及方法

技术领域

本发明涉及超声无损检测技术领域，尤其涉及一种轨道车辆的车轮超声检测设备、系统及方法。

背景技术

轨道车辆的车轮在线检测包含了对轨道车辆的车轮轮辋、轮辐、轮缘的缺陷检测内容。

目前轨道车辆车轮的在线探伤一般采用阵列超声探测技术，组合使用多类超声探头进行检测，常见的超声探头有小角度单晶、大角度单晶、双晶探头，耦合方法采用水膜法，实现在机车车辆通过过程中动态自动检测轮辋和轮辐缺陷。

但是，现有的超声检测方法存在以下问题：

1、由于自动检测探头数量多，检测速度快，车轮踏面粗糙，水膜法检测存在耦合效果差，受表面影响大，严重干扰探伤效果；

2、检测时，由于超声探头与车轮间距较小或直接接触，使用过程中对探头的磨损严重，维护成本高；

3、轨道车辆车轮在线检测时车轮中存在回流电流，由于探头与车轮接触，电流会流经探头外壳，为探头信号带来噪声，影响检测质量和结果；

4、由于水膜法探头工装和车轮需要直接接触，水膜法无法用于车轮轮缘检测；

5、水膜法监视不了车轮表面状态，无法用于车轮踏面缺陷，如踏面擦伤，踏面剥离等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种轨道车辆的车轮超声检测设备、系统及方法，能对车轮的轮辋、轮辐、轮缘的缺陷进行在线监测，有效满足轨道车辆车轮缺陷在线检测的需求，减少探头磨损，提高实用性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轨道车辆的车轮超声检测设备，包括承重轨和至少一个探头，所述车轮沿承重轨滚动，各个所述探头均布设在承重轨的周围，且与所述车轮的待测部位对应设置；各个所述探头均与所述车轮的待测部位之间设有间隙，所述间隙内填充有耦合剂，以使各个所述探头均与所述车轮的待测部位对应耦合。

进一步的，所述间隙内设有局部水浸组件，所述局部水浸组件用于使所述间隙内填充有耦合剂。

进一步的，所述局部水浸组件包括耦合容器，所述耦合容器内盛放有耦合剂，所述承重轨和各个探头均设置在所述耦合容器内，且浸没于所述耦合剂内；所述车轮沿承重轨滚动时，所述车轮的待测部位浸没于耦合剂内，且与至少一个所述探头对应耦合。

进一步的，局部水浸组件包括多个耦合机构，每个所述耦合机构均与一个所述探头对应连接，以使各个所述探头均与待测部位之间的间隙内填充有耦合剂。

进一步的，所述耦合机构套装于探头外，且在所述耦合机构的内壁与探头的外壁之间存在一容置腔，所述容置腔内填充有耦合剂；所述耦合机构的一端与所述车轮的待测部位通过耦合剂连接，另一端通过弹力矫正机构固定有固定架。

进一步的，所述耦合机构设置于探头内，且端部设有喷头，所述喷头设置于所述探头与车轮的待测部位之间，用于向所述探头与车轮的待测部位之间的间隙内喷灌所述耦合剂。

进一步的，所述耦合机构设有导入口，所述导入口用于向耦合机构内导入耦合剂。

进一步的，所述耦合剂为水或油。

本发明还提供了一种轨道车辆的车轮超声检测系统，包括检测主机、以及如上所述的超声检测设备，所述检测主机与超声检测设备连接，用于接收并解析来自所述超声检测设备的检测数据。

本发明还提供了一种轨道车辆的车轮超声检测方法，包括以下步骤：

S1、向局部水浸组件内充满耦合剂；

S2、启动轨道车辆，令轨道车辆的第n个车轮沿承重轨滚动至少一周；

S3、在所述第n个车轮滚动时，利用多个探头分别对所述车轮进行缺陷检测；各个所述探头分别与所述车轮上的待测部位之间设有间隙，所述间隙内通过局部水浸组件填充有耦合剂。

S4、各个所述探头分别向检测主机发送检测数据，以通过所述检测主机汇总并解析所述检测数据；

S5、令n＝n+1，重复步骤S2～S4，直至所述轨道车辆的全部车轮均检测完毕。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的轨道车辆的车轮超声检测设备将多个探头分别布设在承重轨的周围，且与车轮的待测部位对应设置，车轮沿承重轨滚动时，使各个探头均与车轮的待测部位之间存在一定厚度的间隙，在间隙内通过耦合剂使得各个探头与车轮的待测部位之间对应耦合，从而利用局部水浸耦合法，对车轮的轮辋、轮辐、轮缘和踏面的缺陷进行在线检测，有效满足轨道车辆车轮缺陷在线检测的需求。

2、本发明的超声检测设备中，由于采用局部水浸耦合法进行检测，使得对车轮进行检测时，探头与车轮之间不发生接触，既能减少车轮表面不平对探头的检测结果造成的影响，又能减小车轮回流电流对探头的检测效果产生的影响，还能减少探头磨损，维护成本低，调试简单，实用性高。

3、本发明的系统利用检测主机与超声检测设备连接，通过本发明所述的方法，能够在车轮滚动过程中，动态检测车轮的轮辋、轮辐、轮缘和踏面的缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例一的轨道车辆的车轮超声检测设备的结构示意图；

图2为本发明实施例二的轨道车辆的车轮超声检测设备的结构示意图；

图3为本发明实施例三的轨道车辆的车轮超声检测设备的结构示意图；

图4为本发明实施例四的轨道车辆的车轮超声检测系统的结构示意图。

其中，1、轮辋；2、探头；3、耦合剂；4、耦合容器；5、耦合机构的壳体；6、导入口；7、喷头；8、弹力校正机构；9、固定架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

本实施例一提供了一种轨道车辆的车轮超声检测设备，能够利用局部水浸耦合法，对车轮的轮辋1、轮辐、轮缘和踏面的缺陷进行在线检测，有效满足轨道车辆车轮缺陷在线检测的需求。

具体的，如图1所示，该超声检测设备包括承重轨和至少一个探头2，车轮沿承重轨滚动，各个探头2均布设在承重轨的周围，且与车轮的待测部位对应设置；各个探头2均与车轮的待测部位之间设有一定厚度的间隙，优选间隙宽度为60～300mm，在间隙内填充有耦合剂3，以使各个探头2均与车轮的待测部位对应耦合。

耦合剂3优选为水或者油或者其他可作为耦合剂3的液态介质，本实施例一的超声探测设备中，用于超声检测的探头2采用小角度单晶、大角度单晶或双晶探头2中的一种或几种的组合，耦合剂3优选为水，则通过局部水浸耦合法耦合的各个探头2均与车轮的待测部位之间，均能形成水层厚度，使得即使探头2与车轮待测部位之间不发生直接接触，也能进行超声检测，既能减少车轮表面不平对探头2的检测结果造成的影响，又能减小车轮回流电流对探头2的检测效果产生的影响，还能减少探头2磨损，维护成本低，调试简单，实用性高。

为了保证每个探头2与待测部位之间的间隙内均能形成稳定的水层厚度，且检测时探头2与待测部位之间不必发生直接接触，优选间隙内设有局部水浸组件，局部水浸组件用于使间隙内填充有耦合剂3。

本实施例一的局部水浸组件包括耦合容器4，耦合容器4内盛放有耦合剂3，承重轨和各个探头2均设置在耦合容器4内，且浸没于耦合剂3内；车轮沿承重轨滚动时，车轮的待测部位滚动浸没于耦合剂3内，且与至少一个探头2对应耦合。

优选的，在耦合容器4的底部设置一条承重轨，另一条承重轨可同时设置于耦合容器4外，从而对设置于耦合容器4内的承重轨上的车轮进行检测，或者可以将另一条承重轨设置于耦合容器4内，从而同时对两列车轮进行同步检测。

多个用于超声检测的探头2浸没在耦合容器4的耦合剂3内，且沿承重轨分布设置，由于每个探头2具有一定检测范围，故而将多个探头2之间紧密设置，但是相邻两个探头2之间仍保有一定间隙，且使得车轮沿承重轨滚动时，一部分探头2朝向轮辋1的两侧，另一部分探头2朝向轮辋1底部，从而在承重轨上形成一条检测通道，检测通道的两侧和底部均设置有至少一个探头2，检测通道的总长度大于等于车轮轮辋1的圆周长度，从而保证在检测时车轮轮辋1沿承重轨能够滚动至少一周，以确保对车轮轮辋1圆周上的任一部位进行检测，既能实现对车轮轮辋1的全方位超声检测，确保检测无死角，又能合理利用探头2的检测范围，控制探头2的使用数量，节约成本。

车轮的轮辋1的一部分浸没于耦合容器4的耦合剂3内，且轮辋1的待测部分从承重轨上的检测通道滚过，滚动时沿车轮滚动路径两侧和底面设置的各个探头2，分别对经过其检测范围内的待测部分进行检测，由于探头2与待测部位之间的水层厚度保证了轮辋1的任意部位都不会和探头2发生接触，从而既能减少车轮表面不平对探头2的检测结果造成的影响，又能减小车轮回流电流对探头2的检测效果产生的影响，还能减少探头2磨损。

实施例二

本实施例二提出的轨道车辆的车轮超声检测设备的结构与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：如图2所示，本实施例二的超声检测设备中，局部水浸组件包括多个耦合机构，每个耦合机构均与一个探头2对应连接，以使各个探头2均与待测部位之间的间隙内填充有耦合剂3，采用该结构的局部水浸组件能够有效节约耦合剂3的使用量，且探头2的位置调整更加方便。

具体的，耦合机构设有一壳体5，壳体5套装于探头2外，在耦合机构的壳体5内壁与探头2的外壁之间存在一容置腔，容置腔内填充有耦合剂3；壳体5的一端设有耦合接口，该耦合接口与车轮的待测部位通过耦合剂3连接，另一端内固定有用于超声检测的探头2，探头2朝向车轮的待测部位设置，从而使得探头2与车轮的待测部位之间存在间隙，间隙内填充满耦合剂3，以构成局部水浸耦合法所需的结构；以探头2朝向车轮待测部位的方向为该壳体5的前端，则壳体5的后端通过弹力校正机构8连接有固定架9，根据该耦合机构的位置，将固定架9保持在水平或竖直状态，优选该弹力校正机构8为弹簧组，该弹簧组利用固定架9作为固定参考系，从而在车轮行进及检测过程中，不论车轮如何晃动，均可以保证该耦合机构的壳体5能在弹力作用下与车轮紧密贴合，也就可以保证探头2处于最佳检测位置，从而使得检测数据更加准确。

为了便于向容置腔内导入足够的耦合剂3，优选耦合机构设有导入口6，导入口6贯穿于壳体5上，一端连通容置腔内，另一端与耦合剂存储部件连通，通过导入口6将耦合剂存储部件内的耦合剂3及时补充入容置腔内，确保检测过程中探头2与待测部位之间的耦合剂3充足，确保检测过程准确可靠。

本实施例二的设备中，耦合机构的结构设置是为了在解决车轮表面有可能带有固体颗粒或者是表面有凸起时，且火车车轮在运行过程中会有左右晃动的状态时，容易导致探头2无法与检测面完全垂直，从而出现数据漏报，检测不准的问题，利用上述结构可以有效避免上述情况，保证探头2在检测过程中都与检测面垂直，以最佳角度对车轮进行在线检测。

实施例三

本实施例三提出的轨道车辆的车轮超声检测设备的结构与实施例二基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：如图3所示，本实施例三的耦合机构设置于探头2内，优选耦合机构包括喷头7和导管，喷头7设置在探头2的端部，且设置于探头2与车轮的待测部位之间，用于向探头2与车轮的待测部位之间的间隙内喷灌耦合剂3，导管埋设于探头2内，图中未示出，喷头7通过导管与导入口6连通，导入口6连通耦合剂存储部件，从而在检测过程中，持续向喷头7输送耦合剂3，保证喷头7向探头2与车轮的待测部位之间的间隙内喷管足够的耦合剂3，确保检测过程准确可靠。

实施例四

在上述的实施例一、实施例二和实施例三的轨道车辆的车轮超声检测设备的结构基础上，本实施例四提出了一种轨道车辆的车轮超声检测系统，能够在车轮滚动过程中，动态检测车轮的轮辋1、轮辐、轮缘和踏面的缺陷。

该系统包括检测主机、以及设有如上述三个实施例中任一种结构的超声检测设备，检测主机与超声检测设备连接，用于接收并解析来自超声检测设备的检测数据。

具体的，该检测主机包括前置发射接收单元、信号处理单元和主机。前置发射接收单元与超声检测设备的探头2连接，其功能是发射超声波脉冲、接收返回的超声信号及对此信号进行预放大；信号处理单元与前置发射接收单元连接，以实现对接收的超声信号进行放大、模数转换、以及数据处理；前置发射接收单元和信号处理单元分别搭载在主机上，且该主机内装载有检测软件，当信号处理单元完成对接收到的超声信号的初步处理后，利用检测软件对接收及初步处理后的超声信号进行进一步的处理、成像、以及形成报表等工序。

实施例五

基于上述的实施例四的系统，本实施例五提出了一种轨道车辆的车轮超声检测方法，能够在车轮滚动过程中，动态检测车轮的轮辋1、轮辐、轮缘和踏面的缺陷。

该方法包括以下步骤：

S1、向局部水浸组件内充满耦合剂3；

S2、启动轨道车辆，令轨道车辆的第n个车轮沿承重轨滚动至少一周；

S3、在第n个车轮滚动时，利用多个探头2分别对车轮进行缺陷检测；各个探头2分别与车轮上的待测部位之间设有间隙，间隙内通过局部水浸组件填充有耦合剂3。

S4、各个探头2分别向检测主机发送检测数据，以通过检测主机汇总并解析检测数据；

S5、令n＝n+1，重复步骤S2～S4，直至轨道车辆的全部车轮均检测完毕；

在步骤S1中，进一步包括：

S101、在向局部水浸组件充满耦合剂3时，启动探头2，监测检测主机上显示的超声波形，直至超声波形稳定。

在步骤S1和步骤S2之间，进一步包括：

S110、对超声探头2进行自检。

为了便于对超声探头2进行自检，该设备还包括探头自检车，在该自检车上固定有不同角度的自检试块，分别用于对不同探头2的自动功能检测，其中试块分别与探头2垂直，从而保证探头2获得最大回波。在自检时，操作人员在软件中设置相应参数，自检车驶过探头2，探头2根据接收到来自试块的超声回波，记录探头2的信息；自检完成后，操作人员将根据软件提示信息对存在故障的探头2进行检修和更换即可。

综上所述，本发明实施例一、实施例二和实施例三所述的轨道车辆的车轮超声检测设备中，将多个探头2分别布设在承重轨的周围，且与车轮的待测部位对应设置，车轮沿承重轨滚动时，使各个探头2均与车轮的待测部位之间存在一定厚度的间隙，在间隙内通过耦合剂3使得各个探头2与车轮的待测部位之间对应耦合，从而利用局部水浸耦合法，对车轮的轮辋1、轮辐、轮缘和踏面的缺陷进行在线检测，有效满足轨道车辆车轮缺陷在线检测的需求。

上述的超声检测设备中，由于采用局部水浸耦合法进行检测，使得对车轮进行检测时，探头2与车轮之间不发生接触，既能减少车轮表面不平对探头2的检测结果造成的影响，又能减小车轮回流电流对探头2的检测效果产生的影响，还能减少探头2磨损，维护成本低，调试简单，实用性高。

本发明实施例四的系统利用检测主机与超声检测设备连接，通过本发明实施例五所述的方法，能够在车轮滚动过程中，动态检测车轮的轮辋1、轮辐、轮缘和踏面的缺陷。

需要说明的是，本发明的五个实施例仅以车轮的轮辋1作为检测对象是为了详细说明和描述本发明的超声检测设备、系统及方法，而不能用来限制本发明的范围；以车轮的轮辐、踏面和轮缘为检测对象时，其超声检测设备、系统及方法的内容均与上述内容相同或相似。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种轨道车辆的车轮超声检测设备，其特征在于，包括承重轨和至少一个探头，所述车轮沿承重轨滚动，各个所述探头均布设在承重轨的周围，且与所述车轮的待测部位对应设置；各个所述探头均与所述车轮的待测部位之间设有间隙，所述间隙内填充有耦合剂，以使各个所述探头均与所述车轮的待测部位对应耦合。

2.根据权利要求1所述的超声检测设备，其特征在于，所述间隙内设有局部水浸组件，所述局部水浸组件用于使所述间隙内填充有耦合剂。

3.根据权利要求2所述的超声检测设备，其特征在于，所述局部水浸组件包括耦合容器，所述耦合容器内盛放有耦合剂，所述承重轨和各个探头均设置在所述耦合容器内，且浸没于所述耦合剂内；所述车轮沿承重轨滚动时，所述车轮的待测部位浸没于耦合剂内，且与至少一个所述探头对应耦合。

4.根据权利要求2所述的超声检测设备，其特征在于，局部水浸组件包括多个耦合机构，每个所述耦合机构均与一个所述探头对应连接，以使各个所述探头均与待测部位之间的间隙内填充有耦合剂。

5.根据权利要求4所述的超声检测设备，其特征在于，所述耦合机构套装于探头外，且在所述耦合机构的内壁与探头的外壁之间存在一容置腔，所述容置腔内填充有耦合剂；所述耦合机构的一端与所述车轮的待测部位通过耦合剂连接，另一端通过弹力矫正机构固定有固定架。

6.根据权利要求4所述的超声检测设备，其特征在于，所述耦合机构设置于探头内，且端部设有喷头，所述喷头设置于所述探头与车轮的待测部位之间，用于向所述探头与车轮的待测部位之间的间隙内喷灌所述耦合剂。

7.根据权利要求4-6任一项所述的超声检测设备，其特征在于，所述耦合机构设有导入口，所述导入口用于向耦合机构内导入耦合剂。

8.根据权利要求1-6任一项所述的超声检测设备，其特征在于，所述耦合剂为水或油。

9.一种轨道车辆的车轮超声检测系统，其特征在于，包括检测主机、以及如权利要求1-8任一项所述的超声检测设备，所述检测主机与超声检测设备连接，用于接收并解析来自所述超声检测设备的检测数据。

10.一种轨道车辆的车轮超声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、向局部水浸组件内充满耦合剂；

S2、启动轨道车辆，令轨道车辆的第n个车轮沿承重轨滚动至少一周；

S3、在所述第n个车轮滚动时，利用多个探头分别对所述车轮进行缺陷检测；各个所述探头分别与所述车轮上的待测部位之间设有间隙，所述间隙内通过局部水浸组件填充有耦合剂。

S4、各个所述探头分别向检测主机发送检测数据，以通过所述检测主机汇总并解析所述检测数据；

S5、令n＝n+1，重复步骤S2～S4，直至所述轨道车辆的全部车轮均检测完毕。