CN109557177A - 一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法及装置，待测钢轨两侧下颚区及上圆弧区各设置人工平底孔缺陷；当钢轨通过两套钢轨轨头下颚超声波探伤装置时，先后将钢轨轨头下颚超声波探伤装置的下颚超声探头压落到钢轨踏面的两侧，下颚超声探头向下发射超声波，钢轨移动，进行钢轨下颚区探伤；当钢轨通过两套钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置时，先后将上圆弧超声探头升起到钢轨两下颚面，两个上圆弧超声探头向上发射超声波，超声波声束覆盖轨头两侧上圆弧区域，钢轨移动，进行钢轨上圆弧区探伤。优点是：实现钢轨轨头上圆弧和下颚区域超声探伤盲区检测，实现超声波覆盖钢轨轨头横截面≥90％。

Description

一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法及装置

技术领域

本发明属于钢轨无损探伤领域，尤其涉及一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法及装置。

背景技术

钢轨轨头上圆弧区与铁路车轮直接接触，轮轨间作用力大且复杂多变，轨头下颚区在车轮压力的作用下频繁产生拉伸和压缩，以上两区域为铁路线上缺陷多发区。国内现有钢轨在线自动超声探伤技术仅能检测钢轨轨头心部区域，钢轨轨头的两个上圆弧和下颚区域为现有在线钢轨自动超声探伤技术的探伤检测盲区，现有技术超声波覆盖钢轨轨头横截面70％。而澳标钢轨和高铁钢轨有更高要求，在钢轨横截面上超声探伤覆盖区域必须满足：轨头≥90％，采用目前常规的钢轨探伤方式无法满足要求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法及装置，实现钢轨轨头上圆弧和下颚区域超声探伤盲区检测，超声波覆盖钢轨轨头横截面≥90％，延长钢轨在役使用寿命，满足高铁不断提速对钢轨内部质量要求。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法，

1)对钢轨下颚区超声探伤：

待测钢轨两侧下颚区各设置一个人工平底孔缺陷；

待测钢轨运行中心线上方两侧各布置一套钢轨轨头下颚超声波探伤装置，当钢轨通过两套钢轨轨头下颚超声波探伤装置时，先后将钢轨轨头下颚超声波探伤装置的下颚超声探头压落到钢轨踏面的两侧，两个下颚超声探头向下发射超声波，超声波声束覆盖轨头两侧下颚区域，钢轨移动，进行钢轨下颚区探伤，下颚超声探头对钢轨踏面在水平和垂直方向实时跟踪随动；

2)对钢轨上圆弧区超声探伤：

待测钢轨两侧上圆弧区各设置一个人工平底孔缺陷；

钢轨运行中心线下方两侧各布置一套钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置，当钢轨通过两套钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置时，先后将钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置的上圆弧超声探头升起到钢轨两下颚面，两个上圆弧超声探头向上发射超声波，超声波声束覆盖轨头两侧上圆弧区域，钢轨移动，进行钢轨上圆弧区探伤，上圆弧超声探头对钢轨下颚面在水平和垂直方向实时跟踪随动。

设置在钢轨两侧下颚区的人工平底孔缺陷是∮2mm平底孔，深度为9mm，平底孔垂直于轨头下颚平面，人工平底孔缺陷当量与轨头心部一致；

设置在钢轨两侧上圆弧区的人工平底孔缺陷是∮2mm平底孔，深度11mm，平底孔垂直于轨底平面，人工平底孔缺陷当量与轨头心部一致。

所述的钢轨轨头下颚超声波探伤装置包括探头框架、水平随动滑动机构、垂直随动四连杆机构、随动跟踪弹簧、气缸、限位轮、调节支架、探头连接板、支撑框架，支撑框架上连接有气缸、水平随动滑动机构、垂直随动四连杆机构；气缸的活塞杆与垂直随动四连杆机构连接，气缸活塞杆驱动垂直随动四连杆机构垂直运动，垂直随动四连杆机构与水平随动滑动机构连接，水平随动滑动机构与探头连接板固定连接，探头连接板通过探头框架与下颚超声探头连接，探头连接板底部两端通过调节支架连接有限位轮；随动跟踪弹簧连接在垂直随动四连杆机构上。

所述的钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置包括水平复位弹簧、水平驱动气缸、复位摆臂、滑动轮、上圆弧超声探头、定位轮、连接板、垂直驱动气缸、驱动摆臂、驱动轴、旋转接手、支撑轴、垂直复位跟踪弹簧、设置在箱体内的水平随动四连杆机构、垂直随动四连杆；

箱体上固定有水平驱动气缸，水平驱动气缸的气缸杆与旋转接手连接，旋转接手与驱动摆臂相连接，气缸杆上设有水平复位弹簧，驱动摆臂与驱动轴固定连接，驱动轴与水平随动四连杆机构相连接，水平随动四连杆机构与定位轮连接；

垂直驱动气缸与复位摆臂一端铰接，复位摆臂与支撑轴活动铰接，复位摆臂另一端与滑动轮连接，滑动轮抵靠在垂直随动四连杆上，垂直随动四连杆通过连接板与上圆弧超声探头连接；垂直复位跟踪弹簧与垂直随动四连杆连接，垂直复位跟踪弹簧利用弹力驱动垂直随动四连杆上下移动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法利用超声波探伤专用探头、探头起落装置、人工缺陷位置、人工缺陷当量、超声波覆盖区域，实现钢轨轨头上圆弧和下颚区域超声探伤盲区检测，实现超声波覆盖钢轨轨头横截面≥90％。本发明的实施将为高铁提供高纯净度的钢轨,延长钢轨在役使用寿命，满足高铁不断提速对钢轨内部质量要求。探伤系统组合信噪比≥18dB，灵敏度余量≥30dB，实现超声波对轨头双侧下颚区及双侧上圆弧区有效检测。钢轨轨头下颚超声波探伤装置通过弹簧实现水平和垂直方向的随动，保证超声波探头工作面在检测过程中实时跟踪钢轨被检测面，确保两者耦合稳定，确保探伤的准确性和可靠性。钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置满足探头对钢轨轨头下颚区域超声波探伤的实时随动要求，满足探伤标准规定的灵敏度要求。

附图说明

图1是钢轨轨头下颚超声波探伤装置的主视图。

图2是钢轨轨头下颚超声波探伤装置的侧视图。

图3是钢轨轨头下颚超声波探伤装置的水平随动滑动机构主视图。

图4是钢轨轨头下颚超声波探伤装置的水平随动滑动机构俯视图。

图5是钢轨轨头下颚超声波探伤状态示意图一。

图6是钢轨轨头下颚超声波探伤状态示意图二。

图7是钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置的结构示意图。

图8是钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置的工作状态图。

图9是钢轨轨头上圆弧区超声波探伤状态示意图一。

图10是钢轨轨头上圆弧区超声波探伤状态示意图二。

图中：100-钢轨 102-下颚超声探头 103-探头框架 104-水平随动滑动机构 106-随动跟踪弹簧 107-气缸 108-支撑框架 109-调节支架 110-探头连接板 111-限位轮112-底座 113-平底孔缺陷 114-下颚超声波覆盖区域

141-随动弹簧 142-导向杆 143-芯轴 144-前支撑板 145-后支撑板 146-轴承147-连杆 151-拐臂 152-上连杆 153-下连杆 154-支撑臂

202-上圆弧超声探头 203-定位轮 204-连接板 205-垂直随动四连杆 206-滑动轮207-水平随动四连杆 208-驱动轴 209-驱动摆臂 210-旋转接手 211-气缸杆 212-水平复位弹簧 213-水平驱动气缸 214-复位摆臂 215-垂直驱动气缸 216-箱体 217-基座218-支撑轴 219-垂直复位跟踪弹簧 220-平底孔缺陷 221-上圆弧超声波覆盖区域。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1-图10，一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法，

1)对钢轨100下颚区超声探伤，见图5、图6：

待测钢轨100运行中心线上方两侧下颚区各设置一个人工平底孔缺陷113，图5是平底孔缺陷设置在左，图6是平底孔缺陷设置在右；设置在钢轨100两侧下颚区的人工平底孔缺陷113是∮2mm平底孔，平底孔直径允许偏差：±0.1mm；深度为9mm，允许偏差：±0.1mm；平底孔底面与孔侧壁夹角90°，允许偏差≤±1°；平底孔垂直于轨头下颚平面，允许偏差≤±1°；人工平底孔缺陷113当量与轨头心部一致。

见图1-图6，待测钢轨100运行中心线下方两侧各布置一套钢轨轨头下颚超声波探伤装置，当钢轨100通过两套钢轨轨头下颚超声波探伤装置时，先后将钢轨轨头下颚超声波探伤装置的下颚超声探头102压落到钢轨100踏面的两侧，两个下颚超声探头102向下发射超声波，超声波声束覆盖轨头两侧下颚区域，钢轨100移动，进行钢轨100下颚区探伤，下颚超声探头102对钢轨100踏面在水平和垂直方向实时跟踪随动。

2)对钢轨上圆弧区超声探伤，见图9、图10：

待测钢轨100两侧距钢轨中心25mm处的上圆弧区各设置一个人工平底孔缺陷220，图9是平底孔缺陷220设置在左，图10是平底孔缺陷220设置在右；设置在钢轨两侧上圆弧区的人工平底孔缺陷是∮2mm平底孔，平底孔直径允许偏差：±0.1mm；深度为11mm，允许偏差：±0.1mm；平底孔底面与孔侧壁夹角90°，允许偏差≤±1°；平底孔垂直于轨底平面，允许偏差≤±1°；人工平底孔缺陷当量与轨头心部一致；

见图7-图10，钢轨两侧各布置一套钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置，当钢轨通过两套钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置时，先后将钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置的上圆弧超声探头202升起到钢轨两下颚面，两个上圆弧超声探头202向上发射超声波，超声波声束覆盖轨头两侧上圆弧区域，钢轨移动，进行钢轨上圆弧区探伤，上圆弧超声探头202对钢轨下颚面在水平和垂直方向实时跟踪随动。

见图1、图2，钢轨轨头下颚超声波探伤装置，包括探头框架103、水平随动滑动机构104、垂直随动四连杆1机构、随动跟踪弹簧106、气缸107、限位轮111、调节支架109、探头连接板110、支撑框架108，支撑框架108上连接有气缸107、水平随动滑动机构104、垂直随动四连杆1机构；气缸107的活塞杆与垂直随动四连杆1机构连接，气缸107活塞杆驱动垂直随动四连杆1机构垂直运动，垂直随动四连杆1机构与水平随动滑动机构104连接，水平随动滑动机构104与探头连接板110固定连接，探头连接板110通过探头框架103与下颚超声探头102连接，探头连接板110底部两端通过调节支架109连接有限位轮111；随动跟踪弹簧106连接在垂直随动四连杆1机构上，用以牵引垂直随动四连杆1机构使下颚超声探头102贴靠在钢轨100上。

见图1、图2，垂直随动四连杆1机构包括拐臂148、上连杆152、下连杆153、支撑臂154，支撑臂154底端与上连杆152固定连接，支撑臂154顶端与弹簧一端连接，弹簧另一端与拐臂148一端连接，拐臂148另一端与气缸107的活塞杆连接，拐臂148与支撑框架108铰接；上连杆152、下连杆153一端与水平随动滑动机构104连接，另一端与支撑框架108连接。

见图3、图4，水平随动滑动机构104包括随动弹簧141、连杆147、芯轴143、前支撑板144、后支撑板145、轴承146、导向杆142，两个芯轴143通过螺栓分别固定在前支撑板144、后支撑板145上，轴承146内径与芯轴143连接，轴承146外径与连杆147连接；导向杆142水平固定在前、后支撑板145之间，随动弹簧141套接在导向杆142上，随动弹簧141可为两根。见图2，支撑框架108通过底座112固定。

见图1-图4，当钢轨100进入检测区域，钢轨轨头下颚超声波探伤装置的气缸107伸出拐臂151向下运动，拐臂151将垂直的随动跟踪弹簧106拉伸，随动跟踪弹簧106带动垂直随动四连杆1机构向下运动，驱动下颚超声探头102压落到钢轨100的轨头踏面上，此时随动跟踪弹簧106仍继续拉伸直到气缸107运行到最大行程处。如钢轨100向上跳动，将带动下颚超声探头102和垂直随动四连杆1机构向上运行，随动跟踪弹簧106将实时收缩，当钢轨100向下跳动时，随动跟踪弹簧106的预拉伸力将实时补偿并带动垂直随动四连杆1机构和下颚超声探头102向下实时跟踪随动，以上过程保证下颚超声探头102口在检测过程中对钢轨100在垂直方向实现实时随动。同时两个限位轮111将压落到钢轨100的轨头两侧圆弧区，实现对下颚超声探头102的定位，当钢轨100水平方向摆动时，水平随动滑动机构104在内部双侧随动弹簧141作用下，实时补偿下颚超声探头102相对钢轨100水平位置的位移。

见图7、图8，钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置，包括设置在箱体216内的水平随动四连杆207机构、水平驱动气缸213、复位摆臂214、滑动轮206、上圆弧超声探头202、定位轮203、连接板204、垂直随动四连杆205、垂直驱动气缸215、水平复位弹簧212、驱动摆臂209、驱动轴208、旋转接手210、支撑轴218、复位跟踪弹簧；箱体216上固定有水平驱动气缸213，水平驱动气缸213的气缸杆211通过旋转接手210与驱动摆臂209相连接，气缸杆211上设有水平复位弹簧212，驱动摆臂209与驱动轴208固定连接，驱动轴208与水平随动四连杆207机构相连接，水平随动四连杆207机构与定位轮203连接；垂直驱动气缸215与复位摆臂214一端铰接，复位摆臂214与支撑轴218活动铰接，复位摆臂214另一端与滑动轮206连接，滑动轮206抵靠在垂直随动四连杆205上，垂直随动四连杆205通过连接板204与上圆弧超声探头202连接；垂直复位跟踪弹簧219与垂直随动四连杆205连接，垂直复位跟踪弹簧219利用弹力驱动垂直随动四连杆205上下移动。垂直复位跟踪弹簧219连接在垂直随动四连杆205的对角线上。

见图7、图8，垂直随动四连杆205外部连接有壳体；垂直驱动气缸215与复位摆臂214通过销轴连接。所述的垂直随动四连杆205与水平随动四连杆207连接。基座217上安装有箱体216，箱体216内部安装有水平随动四连杆207，水平随动四连杆207上同时安装有定位轮203。箱体216上安装有水平驱动气缸213，水平驱动气缸213通过气缸杆211与旋转接手210相连接，旋转接手210安装在驱动摆臂209上，驱动摆臂209与驱动轴208紧固连接。上圆弧超声探头202通耐磨保护装置与钢轨100接触

上圆弧超声探头202发的超声波近似垂直于人工缺陷220，使检测过程可获得较高并稳定的回波显示，上圆弧超声探头202发射的超声波实现上圆弧超声波覆盖区域221全覆盖。通过上述装置和探头布置可实现轨头双侧上圆弧区域自动超声探伤。

见图7-图10，当钢轨100进入检测区，钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置的水平驱动气缸213带动气缸杆211伸出，由旋转接手210推动驱动摆臂209旋转，驱动摆臂209旋转带动驱动轴208转动，进而带动水平随动四连杆207向前推出，水平随动四连杆207带动定位轮203压落到钢轨100的轨腰侧面。如钢轨100发生水平方向的摆动时，水平复位弹簧212实时补充水平随动四连杆207的实时位移变化量，保证定位轮203实时贴合在轨腰侧面。

当定位轮203压落到钢轨100的轨腰侧面后，垂直驱动气缸215收缩气缸杆211，在支撑轴218的作用下带动复位摆臂214转动，滑动轮206升高，垂直随动四连杆205在垂直复位跟踪弹簧219的带动下向上运动，带动上圆弧超声探头202压落到钢轨100的下颚区，以上动作完成了上圆弧超声探头202对钢轨100的下颚区域的实时随动的检测动作。当钢轨100垂直方向发生跳动时，垂直随动四连杆205和垂直复位跟踪弹簧219实时补充钢轨100上下跳动量，实现上圆弧超声探头202对钢轨100的轨头下颚面实时跟踪。钢轨100离开检测区垂直驱动气缸215的气缸杆211伸出，复位摆臂214向下压落，将垂直随动四连杆205和上圆弧超声探头202驱动回原位。

实现了探头对钢轨100轨头上圆弧区超声波探伤，满足探头对钢轨100轨头下颚区域超声波探伤的实时随动要求，满足探伤标准规定的灵敏度要求。由气缸提供动力，实现定位轮203贴靠在钢轨100轨腰侧面，实现上圆弧超声探头202抵靠在钢轨100下颚，并通过弹簧实现水平和垂直方向的随动，保证超声波探头工作面在检测过程中实时跟踪钢轨100被检测面，确保探伤的准确性和可靠性。

Claims (4)

1.一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法，其特征在于，

1)对钢轨下颚区超声探伤：

待测钢轨两侧下颚区各设置一个人工平底孔缺陷；

待测钢轨运行中心线上方两侧各布置一套钢轨轨头下颚超声波探伤装置，当钢轨通过两套钢轨轨头下颚超声波探伤装置时，先后将钢轨轨头下颚超声波探伤装置的下颚超声探头压落到钢轨踏面的两侧，两个下颚超声探头向下发射超声波，超声波声束覆盖轨头两侧下颚区域，钢轨移动，进行钢轨下颚区探伤，下颚超声探头对钢轨踏面在水平和垂直方向实时跟踪随动；

2)对钢轨上圆弧区超声探伤：

待测钢轨两侧上圆弧区各设置一个人工平底孔缺陷；

钢轨运行中心线下方两侧各布置一套钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置，当钢轨通过两套钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置时，先后将钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置的上圆弧超声探头升起到钢轨两下颚面，两个上圆弧超声探头向上发射超声波，超声波声束覆盖轨头两侧上圆弧区域，钢轨移动，进行钢轨上圆弧区探伤，上圆弧超声探头对钢轨下颚面在水平和垂直方向实时跟踪随动。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法，其特征在于，设置在钢轨两侧下颚区的人工平底孔缺陷是∮2mm平底孔，深度为9mm，平底孔垂直于轨头下颚平面，人工平底孔缺陷当量与轨头心部一致；

设置在钢轨两侧上圆弧区的人工平底孔缺陷是∮2mm平底孔，深度11mm，平底孔垂直于轨底平面，人工平底孔缺陷当量与轨头心部一致。

3.根据权利要求1所述的一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法，其特征在于，所述的钢轨轨头下颚超声波探伤装置包括探头框架、水平随动滑动机构、垂直随动四连杆机构、随动跟踪弹簧、气缸、限位轮、调节支架、探头连接板、支撑框架，支撑框架上连接有气缸、水平随动滑动机构、垂直随动四连杆机构；气缸的活塞杆与垂直随动四连杆机构连接，气缸活塞杆驱动垂直随动四连杆机构垂直运动，垂直随动四连杆机构与水平随动滑动机构连接，水平随动滑动机构与探头连接板固定连接，探头连接板通过探头框架与超声波探头连接，探头连接板底部两端通过调节支架连接有限位轮；随动跟踪弹簧连接在垂直随动四连杆机构上。

4.根据权利要求1所述的一种钢轨轨头双侧上圆弧与下颚区超声探伤方法，其特征在于，所述的钢轨轨头上圆弧区超声探伤装置包括水平复位弹簧、水平驱动气缸、复位摆臂、滑动轮、上圆弧超声探头、定位轮、连接板、垂直驱动气缸、驱动摆臂、驱动轴、旋转接手、支撑轴、垂直复位跟踪弹簧、设置在箱体内的水平随动四连杆机构、垂直随动四连杆；

箱体上固定有水平驱动气缸，水平驱动气缸的气缸杆与旋转接手连接，旋转接手与驱动摆臂相连接，气缸杆上设有水平复位弹簧，驱动摆臂与驱动轴固定连接，驱动轴与水平随动四连杆机构相连接，水平随动四连杆机构与定位轮连接；

垂直驱动气缸与复位摆臂一端铰接，复位摆臂与支撑轴活动铰接，复位摆臂另一端与滑动轮连接，滑动轮抵靠在垂直随动四连杆上，垂直随动四连杆通过连接板与上圆弧超声探头连接；垂直复位跟踪弹簧与垂直随动四连杆连接，垂直复位跟踪弹簧利用弹力驱动垂直随动四连杆上下移动。