CN110412131A - 一种钢轨超声波探伤扫查装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨超声波探伤扫查装置，包括安装框架，在所述的安装框架顶部设有与轨头踏面接触的顶部轮式超声波探头，在所述的安装框架侧面设有与轨头侧面接触的轨头侧面轮式超声波探头和与轨腰接触的轨腰侧面轮式超声波探头，在所述的安装框架上设有与钢轨接触用于支撑和导向的支撑导向轮；在所述的安装框架上设有分别对顶部轮式超声波探头、轨头侧面轮式超声波探头以及轨腰侧面轮式超声波探头与钢轨接触面喷洒耦合剂的喷头；该设备从纵向和横向能够实现对钢轨全覆盖超声波检测，提高了检测的准确性及效率。
Description
技术领域
本发明涉及钢轨探伤检测技术领域，尤其涉及一种采用超声波对钢轨内部质量扫查装置。
背景技术
随着我国高速铁路飞速发展建设以及不断提升的列车时速、列车密度，铁路道岔用钢轨在整个铁道线路钢轨损伤和缺陷发展速度加快，由于铁路道岔在线路中的特殊性和重要性，道岔钢轨的伤损将严重影响行车安全。
道岔用钢轨在生产厂家对钢轨进行了模锻压型、折弯、淬火、机加工等工艺加工过程。由于钢轨原材料的缺陷、加工制造的工艺和方法等诸多因素的影响，钢轨中经常出现危害性缺陷，主要分为体积状缺陷和平面状缺陷。在使用过程中，因受外力作用还会产生疲劳缺陷。如果这些缺陷不及时检出，可能造成钢轨折断，严重危及列车安全运行。
目前用于对钢轨内部缺陷扫查装置的检测主要是在踏面上进行检测，对于平行钢轨的面积性缺陷无法检出。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，提供一种对钢轨轨头踏面、轨头侧面以及轨腰侧面的超声波检测，且实现纵向超声波检测和横向超声波检测的钢轨探伤扫查装置，本发明所采用的技术方案是：
一种钢轨超声波探伤扫查装置，包括安装框架，在所述的安装框架顶部设有与轨头踏面接触的顶部轮式超声波探头，在所述的安装框架侧面设有与轨头侧面接触的轨头侧面轮式超声波探头和与轨腰接触的轨腰侧面轮式超声波探头，在所述的安装框架上设有与钢轨接触用于支撑和导向的支撑导向轮；在所述的安装框架上设有分别对顶部轮式超声波探头、轨头侧面轮式超声波探头以及轨腰侧面轮式超声波探头与钢轨接触面喷洒耦合剂的喷头。
进一步的，所述的轨头侧面轮式超声波探头和轨腰侧面轮式超声波探头分别设置一个，所述的轨头侧面轮式超声波探头和轨腰侧面轮式超声波探头置于安装框架同一侧。
进一步的，所述的轨头侧面轮式超声波探头和轨腰侧面轮式超声波探头分别设置一个，所述的轨头侧面轮式超声波探头和轨腰侧面轮式超声波探头分别置于安装框架两侧。
进一步的，所述的轨头侧面轮式超声波探头和轨腰侧面轮式超声波探头分别设置一对，该对所述的轨头侧面轮式超声波探头和轨腰侧面轮式超声波探头分别对称设置或者对角设置于安装框架两侧。
进一步的，在所述的安装框架一侧活动设有能朝向钢轨移动安装板，所述的轨头侧面轮式超声波探头和轨腰侧面轮式超声波探头安装在安装板上，在所述的安装框架上设有驱动安装板朝向钢轨移动的驱动装置，在所示的安装框架上还设有对安装板移动起导向作用的导向件。
进一步的，在所述的安装框架两侧均活动设有能朝向钢轨移动安装板，所述的轨头侧面轮式超声波探头和轨腰侧面轮式超声波探头安装在安装板上，在所述的安装框架上设有驱动安装板朝向钢轨移动的驱动装置，在所示的安装框架上还设有对安装板移动起导向作用的导向件。
进一步的，所述的驱动装置为电机和丝杆或旋钮和丝杆；所述的导向件为导滑柱或者导轨。
进一步的，所述的驱动装置为电机和丝杆或旋钮和丝杆；所述的导向件为导滑柱或者导轨。
进一步的，还包括有能采集该探伤扫查装置移动距离的编码器轮；在所述的安装框架沿钢轨长度方向的两端分别设有支撑导向轮；在所述的安装框架上还设有一组与轨底顶部接触的平衡支撑轮。
进一步的，在各所述的支撑导向轮远离安装框架一端设有于钢轨接触的清洁刷，在所述的安装框架上还设有支撑移动该探伤扫查装置的滚轮。
本发明有益效果是：顶部轮式超声波探头从轨头踏面实现纵向超声波检测，轨头侧面轮式超声波探头从轨头侧面实现横向超声波检测，轨腰侧面轮式超声波探头从轨腰侧面实现横向超声波检测，使得该设备从纵向和横向能够实现对钢轨全覆盖超声波检测，提高了检测的准确性及效率。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2为本发明实施例2结构示意图；
图3为本发明实施例3结构示意图；
图4为本发明实施例4结构示意图；
图5为本发明轮式超声波探头结构示意图，其中A为三探头结构，B为双探头结构；
图6为本发明扫描原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图中给出的几种实施例对本发明提出的技术方案做详细的阐述：
该探伤扫查装置包括安装框架1，该安装框架1顶部设有横梁，在安装框架1顶部横梁上安装有顶部轮式超声波探头2，该顶部轮式超声波探头2直接与钢轨轨头踏面接触，从轨头踏面向下对钢轨实现一个纵向的超声波扫描，而在安装框架1侧面设有轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4，轨头侧面轮式超声波探头3与轨头侧面接触从横向对轨头实施超声波扫描，轨腰侧面轮式超声波探头4与轨腰接触从横向对轨腰实施超声波扫描。在安装框架1上还设置有支撑导向轮5，工作时支撑导向轮5置于钢轨上对安装框架1起到支撑作用并且能够使安装框架1沿着钢轨前进，一般一个支撑导向轮5配合顶部轮式超声波探头2就能对该扫查装置起到支撑作用，但是为了更加稳固可靠，进一步优选的方案是在安装框架1上沿钢轨长度方向的两端分别设有支撑导向轮5，通过两个支撑导向轮5达到更好的导向和支撑的效果，通过支撑导向轮5使该扫查装置能够沿钢轨移动，实施检查。
结合上面给出的结构，这里就各实施例再进一步对本发明进行详细介绍，如图1所示的实施例1，其中轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4分别设置一个，图1中给出的结构为轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4处于安装框架1同一侧，该情况下整个装置置于钢轨上以后较难平衡，可以通过在安装框架1另一侧设置配重或者在相对应位置安装轮子实现支撑平衡，总之提供一种常规的支撑方案使该安装框架1达到平衡即可。在该实施例基础上为了更好的达到平衡效果，可以将轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4分别设置在安装框架1两侧，从而达到一定的平衡效果。
由于在探伤扫查过程中轮式超声波探头需要与钢轨紧密接触，顶部轮式超声波探头2可以依靠装置的自身重力贴紧钢轨轨头踏面，但是位于安装框架1侧面的轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4则需要一个横向力使其与钢轨紧密接触，比较简单的解决方法是根据钢轨的外形尺寸将轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4位置定位到合适位置，这样当探伤扫查装置推入钢轨上时轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4自然和钢轨紧密接触，但是在进入钢轨时有刚性碰触容易损伤轮式探头，虽然能够使用但是会降低使用寿命。因此可以在安装框架1侧面设置一个能够朝向钢轨移动的安装板7，将轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4安装在安装板7上，初始位置时，轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4与钢轨留有足够间隙以便于扫查装置进入钢轨。进入钢轨后，安装板7开始朝向钢轨移动，从而将轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4压紧在钢轨上实现紧密接触。为了方便安装板7移动，在安装框架1上设置导向件9和驱动装置8，通过驱动装置8驱动安装板7沿导向件9朝钢轨移动，具体的驱动装置8可以采用电机和丝杠配合驱动，或者采用调节旋钮和丝杠配合驱动，亦或是采用气缸驱动等，而导向件9可以采用导轨或者导向柱对安装板7实现导向。如图2给出的实施例，该情况为轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4分别设置一个且分别置于安装框架1两侧，这种结构下安装板7也设置两个分别置于安装框架1两侧，轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4分别安装在两侧的安装板7上，该实施例中的驱动装置8为电机和丝杆配合实时驱动，导向件9采用导向柱。如果轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4均处于安装框架1同一侧时则只需要在安装架一侧设置安装板7即可，另一侧采用上面实施例中提到的轮子支撑平衡即可，由于橡胶轮没有探测原件，不需要考虑与钢轨的硬接触损伤的问题，但是为了使设备更好的进入，在这种情况下也可以在安装框架1两侧同时安装安装板7，将支撑平衡用的轮子也安装到安装板7上。
由于轮式超声波探头存在近场区，即靠近超声波探头一侧的钢轨在一定深度范围内无法检测到，如果要克服该近场区，可以通过加大超声波探头和钢轨之间的距离来消除，因此在只设置一个轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4时，如果想尽量消除盲区则需要将轮式超声波探头尺寸做到足够大，但是这样有影响设备的整体性和平衡。
因此参考图3的实施例给出一种较优的结构，轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4分别设置两个，且轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4分别在安装框架1两侧各设置一个，并使轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4形成对角的布局，这样任意一侧的轨头侧面轮式超声波探头3或轨腰轮侧面式超声波探头4在近场区形成的盲区，另一侧的与之相对应的轨头侧面轮式超声波探头3或轨腰侧面轮式超声波探头4就能完成扫描，从而消除盲区，虽然顶部轮式超声波探头2在轨头纵向上存在一定的盲区，但是在横向上却得到了全面的覆盖，而且钢轨检测标准要求只要达到70％以上覆盖就可以，因此采用该结构边可以实现全面覆盖。同时轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4对角布局在安装框架上还能够起到平衡效果，使得该装置在平衡上更好实现。同样在该结构中可以将轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4直接按照钢轨规格进行定位，设备推入钢轨后轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4与钢轨实现紧密接触。也可以采用如图3所示的结构，在安装框架1两侧设置安装板7、驱动装置8和导向件9。处于安装框架1两侧的轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4分别安装到安装板7上，初始位置保持轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4与钢轨有一定间隙方便该装置进入，进入后通过驱动装置8驱动安装板7沿导向件9朝钢轨移动，从而使轨头侧面轮式超声波探头3和轨腰侧面轮式超声波探头4与钢轨紧密接触，达到夹紧的效果。
在以上所有实施例的基础上，更进一步的提供一些辅助措施，使该装置更加优化。这里结合实施例3参考图4给出的实施例做说明，在安装框架1上设置一组平衡支撑轮11，该平衡支撑轮11能够与钢轨轨底顶面接触，通过平衡支撑轮11在钢轨两侧的轨底顶面形成一个四角支撑，使该探伤扫查装置达到一个更好的平衡和支撑。由于在现场检测时钢轨表面会有灰尘和杂质，影响轮式探头的检测，因此在安装架两端可以设置清洁刷12进行提前清理。在手工探伤时每检测出一处伤情需要在钢轨上做标记，该设备上也可以采用这种方式来进行标记，但是这种标记效率较低，而且该设备上结构紧凑标记起来也叫麻烦，因此在该探伤扫查装置上还可以安装一个编码器轮10，该编码器轮10用来采集该装置在钢轨上行走的距离，结合轮式超声波探头可以对有伤情的位置进行坐标标记，从外接的数据处理软件上直接读取钢轨上何处有缺陷，从而加快了检测速度，提高了检测精确性，从软件上可以直接读取到缺陷位置到初始位置的距离，从而方便检修工人快速查找缺陷所在位置。该编码器轮10可以单独设置一个安装到安装框架1上并于轨道接触，也可以将支撑导向轮5、平衡支撑轮11或者任意一个轮式超声波探头结合编码器作为编码器轮10。为了方便携带和移动，在安装框架1上安装有滚轮13，可以依靠滚轮13支撑在地面转移搬运该设备。
在上所有实施例中均需要安装喷洒耦合剂的喷头6，根据探伤扫查装置中轮式超声波探头的数量至少应该在对应的顶部轮式超声波探头2、轨头侧面轮式超声波探头3以及轨腰侧面轮式超声波探头4各安装一个喷头6，由于超声波在空气中传播衰减很快，为了避免对探伤扫查有影响，需要喷头6对各轮式超声波探头与钢轨接触部位进行喷洒耦合剂，从而消除超声波探头与钢轨接触面之间的空气间隙，提高扫查精度。如果在各超声波探头上仅设置一个喷头6则需要设置在超声波探头前进方向的前端，由于在实际扫查中还需要对局部往复扫查，因此最好在每个超声波探头两端均设置喷头，使耦合剂喷洒更均匀。具体实施喷洒耦合剂时该装置中的喷头6能够外接水泵和水箱实施工作。
在本发明中采用的轮式超声波探头布局如图5所示：由于顶部轮式超声波探头2和轨腰侧面轮式超声波探头4与钢轨接触部位面积较大，需要设置三个超声波探头a(如图5中A所示)，且这三个超声波探头呈品字形排列，位于中间的超声波探头a与相邻两侧的有重叠从而避免漏检区域；而由于轨头两侧区域较小，对该部位进行扫查的轨头侧面轮式超声波探头3中设置两个超声波探头a(如图5中B所示)即可，且两个超声波探头a有重叠部位以避免漏检区域。上面所述的各轮式超声波探头包括轮轴b和轮胎c，超声波探头a就固定在轮轴b上，轮轴b中空将各超声波探头a的导线引出，轮胎c通过轴承活动设置在轮轴上，超声波探头a置于轮胎c内腔，在轮胎c内充满了耦合剂，工作时轮胎c绕着轮轴b旋转，而轮轴b和超声波探头a则静止不动，保持超声波探头a始终朝向钢轨进行扫描检测。
采用实施例4的扫查装置对钢轨进行探伤扫查时如图6所示，顶部轮式超声波探头2从轨头踏面向下形成纵向扫描，轨头侧面轮式超声波探头3从轨头侧面形成横向扫描，轨腰侧面轮式超声波探头4从轨腰侧面形成横向扫描，这样使得超声波扫描网络形成一个横向和纵向交叉，轨头和轨腰全覆盖的扫描效果，相对于现有的技术仅从轨头踏面纵向扫描而言，该装置扫描覆盖面积大，且扫描精度更高，在钢轨轧制过程中纵向存在的一些缺陷，该缺陷从纵向上观察呈一条细小的缝隙，而从横向上观察该缺陷面积较大，因此纵向缺陷通过纵向扫描时反馈信号弱容易被忽略，而该装置中钢轨上各处不仅有纵向扫描还有横向扫描，减少了因为缺陷趋向与扫描方向一致而导致信号减弱、漏检的情况。
本扫查装置中顶部轮式超声波探头2、轨头侧面轮式超声波探头3、轨腰侧面轮式超声波探头4均为单晶探头，具有单收发功能的A型脉冲反射式超声波探伤仪均可与本扫查装置的任意一探头对接，可实现连接探头部位的A型显示扫查。具有多通道(13个通道)的超声波探伤仪可与本扫查装置全部探头进行对接，一次完成对钢轨的扫查检测。探伤仪与编码器轮10匹配后可进行B显检测显示，与相应的软件配合后能对钢轨检测过程进行全程记录，并能准确的记录检测长度，缺陷的部位、水平位置、声程(深度)、缺陷指示长度、缺陷当量等详细信息，还可以画出检测示意图。
Claims (10)
1.一种钢轨超声波探伤扫查装置，包括安装框架(1)，其特征在于：在所述的安装框架(1)顶部设有与轨头踏面接触的顶部轮式超声波探头(2)，在所述的安装框架(1)侧面设有与轨头侧面接触的轨头侧面轮式超声波探头(3)和与轨腰接触的轨腰侧面轮式超声波探头(4)，在所述的安装框架(1)上设有与钢轨接触用于支撑和导向的支撑导向轮(5)；在所述的安装框架(1)上设有分别对顶部轮式超声波探头(2)、轨头侧面轮式超声波探头(3)以及轨腰侧面轮式超声波探头(4)与钢轨接触面喷洒耦合剂的喷头(6)。
2.根据权利要求1所述的一种钢轨超声波探伤扫查装置，其特征在于：所述的轨头侧面轮式超声波探头(3)和轨腰侧面轮式超声波探头(4)分别设置一个，所述的轨头侧面轮式超声波探头(3)和轨腰侧面轮式超声波探头(4)置于安装框架(1)同一侧。
3.根据权利要求1所述的一种钢轨超声波探伤扫查装置，其特征在于：所述的轨头侧面轮式超声波探头(3)和轨腰侧面轮式超声波探头(4)分别设置一个，所述的轨头侧面轮式超声波探头(3)和轨腰侧面轮式超声波探头(4)分别置于安装框架(1)两侧。
4.根据权利要求1所述的一种钢轨超声波探伤扫查装置，其特征在于：所述的轨头侧面轮式超声波探头(3)和轨腰侧面轮式超声波探头(4)分别设置一对，该对所述的轨头侧面轮式超声波探头(3)和轨腰侧面轮式超声波探头(4)分别对称设置或者对角设置于安装框架(1)两侧。
5.根据权利要求1或2所述的一种钢轨超声波探伤扫查装置，其特征在于：在所述的安装框架(1)一侧活动设有能朝向钢轨移动安装板(7)，所述的轨头侧面轮式超声波探头(3)和轨腰侧面轮式超声波探头(4)安装在安装板(7)上，在所述的安装框架(1)上设有驱动安装板(7)朝向钢轨移动的驱动装置(8)，在所示的安装框架(1)上还设有对安装板(7)移动起导向作用的导向件(9)。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的一种钢轨超声波探伤扫查装置，其特征在于：在所述的安装框架(1)两侧均活动设有能朝向钢轨移动安装板(7)，所述的轨头侧面轮式超声波探头(3)和轨腰侧面轮式超声波探头(4)安装在安装板(7)上，在所述的安装框架(1)上设有驱动安装板(7)朝向钢轨移动的驱动装置(8)，在所示的安装框架(1)上还设有对安装板(7)移动起导向作用的导向件(9)。
7.根据权利要求5所述的一种钢轨超声波探伤扫查装置，其特征在于：所述的驱动装置(8)为电机和丝杆或旋钮和丝杆；所述的导向件(9)为导滑柱或者导轨。
8.根据权利要求6所述的一种钢轨超声波探伤扫查装置，其特征在于：所述的驱动装置(8)为电机和丝杆或旋钮和丝杆；所述的导向件(9)为导滑柱或者导轨。
9.根据权利要求1所述的一种钢轨超声波探伤扫查装置，其特征在于：还包括有能采集该探伤扫查装置移动距离的编码器轮(10)；在所述的安装框架(1)沿钢轨长度方向的两端分别设有支撑导向轮(5)；在所述的安装框架(1)上还设有一组与轨底顶部接触的平衡支撑轮(11)。
10.根据权利要求1或9所述的一种钢轨超声波探伤扫查装置，其特征在于：在各所述的支撑导向轮(5)远离安装框架(1)一端设有于钢轨接触的清洁刷(12)，在所述的安装框架(1)上还设有支撑移动该探伤扫查装置的滚轮(13)。
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| CN111845844A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-30 | 湖南第一师范学院 | 一种移动式双轨道探伤定位装置及其使用方法 |
| CN113030269A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-06-25 | 中南大学 | 钢轨轨底缺陷的超声波在线检测装置及在线检测方法 |
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