CN111426758A - 探轮标定试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种探轮标定试验台，该探轮标定试验台包括：圆形转盘，其顶部设有呈圆环形的标定用钢轨，所述标定用钢轨设有人工伤损；基座，其设于所述圆形转盘的下方；电动机，其安装于所述基座；主轴，所述主轴的下端与所述电动机连接，所述主轴的上端与所述圆形转盘连接，所述电动机通过所述主轴带动所述圆形转盘旋转；至少一个所述探轮安装装置，其用于承载待标定试验的探轮，使所述探轮与所述标定用钢轨配合。通过本发明，实现了对较高速检测工况下的探轮进行标定试验，并减少了标定试验过程中试验台的震动所产生的干扰。

Description

探轮标定试验台

技术领域

本发明涉及钢轨超声波探伤的技术领域，尤其涉及一种探轮标定试验台。

背景技术

在役钢轨的探伤是确保铁路和城市轨道交通安全运行的重要措施。CN203793342U公开了一种钢轨探伤车，探轮是钢轨探伤小车的重要检测部件，探轮沿钢轨运动时，向钢轨发射进行探伤的超声波，并接收反射回来的超声波。

探轮内安装有多个不同角度的超声波晶片，可以实现超声波晶片高速、稳定地进行超声波发射与接收；超声波晶片的安装角度直接影响超声波传播方向，决定了钢轨缺陷检测效果；另外，探轮内注入耦合液以保证超声波顺利发射到钢轨内部并接收发射回波。

超声波高速钢轨探伤车通常以80km/h的速度对钢轨进行探伤检查。在探伤车高速运行的工况下，探轮的整体性能良好是保证超声波高速探伤检测的基础。为了完整评价探轮的整体性能，需要对探轮进行的标定试验。

现有的探轮的标定试验主要有两种方式：第一种方式，在实际钢轨线路上制作人工伤损，探伤车带动探轮沿具有人工伤损的钢轨线路运动，来对探轮进行标定，该方式占用实际钢轨线路，占用资源多，实现难度较大；第二种方式，采用实验室内部制作试验台，来实现探轮在实际检测工况中类似的环境，对探轮作标定试验。

CN104267099B提及了两种结构形式的实验室中的试验台。第一种结构形式(请参阅CN104267099B说明书附图2)，呈直线状，直线钢轨试块相对于探轮沿直线运动。第二种结构形式(请参阅CN104267099B说明书附图1)，呈圆环状，环形钢轨相对于探轮作旋转运动，来模拟探轮沿钢轨运动。

但是，对于第一种结构形式，由于实验室的空间受限，直线状的试验台的长度也受到限制，直线钢轨试块的最大运动速度难以达到80km/h，因此无法模拟探轮的高速检测工况。对于第二种结构形式，CN104267099B中提及的圆环状的试验台，在实际试验过程中，环形钢轨在作旋转运动以模拟探轮沿钢轨运动时，环形钢轨常发生较大振动，容易对探轮的标定试验造成干扰，影响了试验结果的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种探轮标定试验台，以实现对较高速检测工况下的探轮进行标定试验，并减少标定试验过程中试验台的震动所产生的干扰。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种探轮标定试验台，包括：圆形转盘，其顶部设有呈圆环形的标定用钢轨，所述标定用钢轨设有人工伤损；基座，其设于所述圆形转盘的下方；电动机，其安装于所述基座；主轴，所述主轴的下端与所述电动机连接，所述主轴的上端与所述圆形转盘连接，所述电动机通过所述主轴带动所述圆形转盘旋转；至少一个所述探轮安装装置，其用于承载待标定试验的探轮，使所述探轮与所述标定用钢轨配合。

在优选的实施方式中，所述电动机包括定子和转子，所述转子套设于所述主轴外。

在优选的实施方式中，所述转子与所述主轴之间设有胀紧套。

在优选的实施方式中，所述定子固定于基座；所述转子通过轴承安装于所述定子。

在优选的实施方式中，所述探轮安装装置包括升降机构和安装于所述升降机构的探轮夹持机构，所述探轮夹持机构用于夹持所述探轮，所述升降机构用于带动所述探轮夹持机构和所述探轮上下移动。

在优选的实施方式中，所述探轮安装装置包括水平移动机构，所述升降机构安装于所述水平移动机构，所述水平移动机构用于带动所述升降机构沿所述主轴的径向移动。

在优选的实施方式中，所述探轮安装装置包括固定座，所述水平移动机构安装于所述固定座；所述固定座偏离所述基座。

在优选的实施方式中，所述探轮标定试验台包括多个绕所述主轴的轴线圆周分布的所述探轮安装装置。

在优选的实施方式中，所述探轮标定试验台包括4个所述探轮安装装置，4个所述探轮安装装置呈正方形分布。

在优选的实施方式中，所述探轮标定试验台包括B显最小系统，所述B显最小系统包括依次连接的控制及B型显示装置、上位机、超声发射控制与空间转换计算机、超声发射接收机和A型显示装置，所述超声发射接收机用于与所述探轮连接，为所述探轮提供电源和激发，并接收所述探轮采集的超声波信号。

本发明的特点及优点是：

将待标定试验的探轮安装到探轮安装装置上；通过电动机带动圆形转盘旋转，来使探轮相对于圆形转盘上的标定用钢轨运动，增大圆形转盘的旋转速度，就可以增大探轮相对于标定用钢轨的运动速度，便于达到80km/h，实现较高速的检测工况。

该探轮标定试验台中，电动机和主轴均设于圆形转盘的下方，转轴的轴线即为圆形转盘的转动轴线，电动机通过主轴直接带动圆形转盘旋转，可以减少圆形转盘发生振动，提高运转稳定性，减少对探轮的标定试验的不利干扰，有利于提高标定试验的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的探轮标定试验台的平面布局图；

图2为图1所示的探轮标定试验台中的圆形转盘的轴测图；

图3为图1所示的探轮标定试验台中的圆形转盘的俯视图；

图4为图1所示的探轮标定试验台中的圆形转盘的正向剖视图；

图5为图1所示的探轮标定试验台中的探轮安装装置的示意图；

图6为图1所示的探轮标定试验台中的B显最小系统的示意图。

附图标号说明：

10、圆形转盘；11、标定用钢轨；

20、基座；30、主轴；

40、电动机；41、定子；42、转子；43、胀紧套；44、轴承；45、螺钉；

50、探轮安装装置；51、探轮夹持机构；52、升降机构；53、水平移动机构；54、固定座；55、控制单元；56、辅助机构；

60、探轮；70、B显最小系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

发明人发现CN104267099B中提及的圆环状的试验台，传动电机安装在环形钢轨的边缘以带动环形钢轨转动，此方式环形钢轨存在受力偏载，容易导致环形钢轨在转动过程中发生振动，影响探轮的正常试验。

本发明提供了一种探轮标定试验台，如图1-图4所示，该探轮标定试验台包括：圆形转盘10、基座20、电动机40、主轴30和至少一个探轮安装装置50；圆形转盘10的顶部设有呈圆环形的标定用钢轨11，标定用钢轨11设有人工伤损；基座20设于圆形转盘10的下方；电动机40安装于基座20；主轴30的下端与电动机40连接，主轴30的上端与圆形转盘10连接，电动机40通过所主轴30带动圆形转盘10旋转；探轮安装装置50用于承载待标定试验的探轮60，使探轮60与标定用钢轨11配合。

将待标定试验的探轮60安装到探轮安装装置50上；通过电动机40带动圆形转盘10旋转，来使探轮60相对于圆形转盘10上的标定用钢轨11运动，增大圆形转盘10的旋转速度，就可以增大探轮60相对于标定用钢轨11的运动速度，便于达到80km/h，实现较高速的检测工况。

该探轮标定试验台中，电动机40和主轴30均设于圆形转盘10的下方，主轴30的轴线即为圆形转盘10的转动轴线，电动机40通过主轴30直接带动圆形转盘10旋转，可以减少圆形转盘10发生振动，提高运转稳定性，减少对探轮60的标定试验的不利干扰，有利于提高标定试验的准确性。

在标定试验时，将用于在探轮60与标定用钢轨11的接触面提供耦合水的辅助机构56，连接到该探轮标定试验台，耦合水有助于将超声波耦合射入标定用钢轨11内部。

电动机40与主轴30的连接结构通常情况下可以有很多种，例如：电动机40安装于主轴30的一侧，电动机40的输出轴与主轴30之间通过皮带实现传动；或者，电动机40安装于主轴30的下方，电动机40的输出轴与主轴30之间通过联轴器实现传动。

为了减少圆形转盘10的振动，发明人对主轴30与电动机40的整体结构做了改进：如图4所示，电动机40包括定子41和转子42，转子42套设于主轴30外，定子41和转子42均包围主轴30，在标定试验过程中，减少了圆形转盘10的振动，提高了试验准确性和检测质量。进一步地，转子42与主轴30之间设有胀紧套43，减少了转子42与主轴30之间的间隙，提高了连接结构的稳定性，进一步减少了圆形转盘10的振动。

如图4所示，定子41固定于基座20；转子42通过轴承44安装于定子41。电动机40为分体结构，在安装时，定子41固定于基座20，转子42固定于主轴30，然后将转子42安装到定子41中。该探轮标定试验台保证了电动机40的可靠、稳定运行，减少了圆形转盘10的振动，使得标定用钢轨11与探轮60的相对运动速度可达到80km/h；同时，具有较高的安装、维护的便携性。优选地，定子41通过螺钉45固定于基座。

主轴30可以采用40Cr调质处理，以保证了主轴30的精度和稳定性。如图2和图3所示，圆形转盘10可以采用钢材焊接，力求降低转动惯量。主轴30的上端部与基座20之间设有上主轴轴承，主轴30的下端部与基座20之间设有下主轴轴承，电动机40安装在上主轴轴承与下主轴轴承之间。基座20可以采用铸铁材料，能减震吸噪。基座20上设有多个吊装环，吊装环安装在基座20四周，且离基座20的底部设有一定距离，能有效的提高吊装环的承载重量并且减少基座尺寸。

如图5所示，探轮安装装置50包括升降机构52和安装于升降机构52的探轮夹持机构51，探轮夹持机构51用于夹持探轮60，升降机构52用于带动探轮夹持机构51和探轮60上下移动，实现提升和降落探轮60，通过控制升降位移来调整探轮60相对于标定用钢轨11的下压量。

探轮安装装置50包括水平移动机构53，升降机构52安装于水平移动机构53，水平移动机构53用于带动升降机构52沿主轴30的径向水平移动，以使待标定试验的探轮60相对于标定用钢轨11进行对中，实现探轮60的对中功能。升降机构52与水平移动机构53相配合，可根据需要提供探轮60的升降和自动对中，更多元化实现了高速探伤车的实际环境，可以两个维度调节探轮60位置。

探轮安装装置50包括控制单元55，水平移动机构53和升降机构52分别与控制单元55连接，控制单元55用于实现人机交互、以及控制探轮60的升降和对中。可以采用手动对中，也可以采用自动对中。设置传感器，采集探轮60与标定用钢轨11之间的偏差，根据采集到的传感器，控制单元55控制水平移动机构53运动，来实现自动对中；传感器采用高精度测距传感器，结构形式可以有多种，例如：激光传感器或电磁传感器。通过控制单元55，设置探轮60自动对中，使得探轮60一直保持对准标定用钢轨11的中心线，探轮60的滚动接触面中心与标定用钢轨11的钢轨踏面横向中心对齐；也可以使探轮60的滚动接触面中心偏离钢轨踏面横向中心，并设定水平方向的偏移量，来测定在探轮60偏离标定用钢轨11中心线的情况下，探轮60的整体性能状态。

如图5所示，探轮安装装置50包括固定座54，水平移动机构53安装于固定座54的上方，升降机构52安装于水平移动机构53的上方，探轮夹持机构51安装于升降机构52，有利于保证探轮安装装置50的整体稳定性，保证探轮60的位置稳定性。进一步地，固定座54偏离基座20，固定座54和基座20为两个分开的座体，分别固定在实验室地面上，两者之间设有一定的间隔距离，可以减少电动机40运转时产生的振动传递给探轮安装装置50和探轮60，有利于保障标定试验的准确性。

探轮夹持机构51的具体结构与所要进行标定试验的探轮60的结构相适配，以实现对探轮60的夹持；在一些实施方式中，探轮夹持机构51可以采用探伤车上的安装探轮的结构。升降机构52提供驱使探轮夹持机构51沿竖直方向运动的驱动力，其结构可以有很多种，例如：电机与丝杠组成的驱动结构，或者，电机与齿条机构组成的驱动结构；优选地，升降机构52包括第一电缸，第一电缸沿竖直方向设置，探轮夹持机构51连接于第一电缸的活动端，第一电缸驱动探轮夹持机构51上下运动。水平移动机构53提供驱使升降机构52沿竖直方向运动的驱动力，其结构可以有很多种，例如：电机与丝杠组成的驱动结构，或者，电机与齿条机构组成的驱动结构；优选地，水平移动机构53包括第二电缸，第二电缸沿水平方向设置，升降机构52连接于第二电缸的活动端，第二电缸驱动升降机构52沿水平方向运动。

该探轮标定试验台中，驱动圆形转盘10旋转的电动机40设置在圆形转盘10的正下方，一方面减少了振动，另一方面减少了圆形转盘10上方空间及周围空间的部件，减少了对探轮60安装操作的阻碍和遮挡。进一步地，探轮标定试验台包括多个绕主轴30的轴线圆周分布的探轮安装装置50，可以实现对多个探轮同时进行标定试验，便于用户根据需要设置多个，提高了操作效率。优选地，如图1所示，探轮标定试验台包括4个探轮安装装置50，4个探轮安装装置50呈正方形分布，分布均匀对称，便于操作。

在本发明的一实施方式中，探轮标定试验台包括B显最小系统70，为探轮60提供电源和激发，并接收探轮60采集的超声波信号，通过B型图来显示超声波回波信号，便于用户确定探轮60整体性能，缓解了超声波探轮标定所存在的低效不直观的技术问题。如图1和图6，B显最小系统70包括依次连接的控制及B型显示装置、上位机、超声发射控制与空间转换计算机、超声发射接收机和A型显示装置，超声发射接收机用于与探轮60连接，为探轮60提供电源和激发，并接收探轮60采集的超声波信号。控制及B型显示装置可以提供人机交互界面。超声波发射接收机一方面将超声波信号发送给A型显示装置，用于实时显示超声波A型回波信号，监控A型信号状态；另一方面将信号发送给超声发射控制与空间转换计算机。超声发射控制与空间转换计算机一方面接收超声发射接收机的超声波信号，将信号进行空间转换，然后发送给上位机；另一方面将上位机发送过来的超声发射控制指令发送给超声发射接收机。上位机将接收到的超声波信号进行B型显示的处理，并发送给控制及B型显示装置，以B型图显示，便于直观地与实际探伤车上作业状态比较，确定探轮整体性能。

在进行标定试验时，可以按照以下方法操作：将待标定试验的探轮60安装在探轮夹持机构51上，使得探轮60落在圆形转盘10的标定用钢轨11上；通过控制升降机构52来确定探轮60的下压量；然后，通过水平移动机构53来进行对中控制。

探轮60安装并调节好后，打开辅助机构56的耦合水，使得耦合水喷洒在探轮60和圆形转盘10的接触面之间。启动电动机40，带动圆形转盘10转动，圆形转盘10通过摩擦力带动探轮60转动，实现了标定用钢轨11和探轮60之间的相对运动。可以将相对运动速度设定为80km/h。

开启B显最小系统70，通过控制及B型显示装置来设置探轮及检测参数，参数通过上位机发送给超声发射控制与空间转换计算机，超声发射控制与空间转换计算机再发送给探轮，并给探轮提供电源。此时可以采集超声波信号，一方面超声波信号发送给A型显示装置，以监控A型信号状态；另一方面超声波信号发送给超声发射控制与空间转换计算机，超声发射控制与空间转换计算机处理好空间转换后，将空间转换好的信号发送给上位机，上位机发送给控制及B型显示装置，此时通过B型显示的方式显示超声波信号，通过B型显示的超声波回波点数，可以直观的评判探轮整体性能状态。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种探轮标定试验台，其特征在于，包括：

圆形转盘，其顶部设有呈圆环形的标定用钢轨，所述标定用钢轨设有人工伤损；

基座，其设于所述圆形转盘的下方；

电动机，其安装于所述基座；

主轴，所述主轴的下端与所述电动机连接，所述主轴的上端与所述圆形转盘连接，所述电动机通过所述主轴带动所述圆形转盘旋转；

至少一个所述探轮安装装置，其用于承载待标定试验的探轮，使所述探轮与所述标定用钢轨配合。

2.根据权利要求1所述的探轮标定试验台，其特征在于，所述电动机包括定子和转子，所述转子套设于所述主轴外。

3.根据权利要求2所述的探轮标定试验台，其特征在于，所述转子与所述主轴之间设有胀紧套。

4.根据权利要求2所述的探轮标定试验台，其特征在于，所述定子固定于基座；所述转子通过轴承安装于所述定子。

5.根据权利要求1所述的探轮标定试验台，其特征在于，所述探轮安装装置包括升降机构和安装于所述升降机构的探轮夹持机构，所述探轮夹持机构用于夹持所述探轮，所述升降机构用于带动所述探轮夹持机构和所述探轮上下移动。

6.根据权利要求5所述的探轮标定试验台，其特征在于，所述探轮安装装置包括水平移动机构，所述升降机构安装于所述水平移动机构，所述水平移动机构用于带动所述升降机构沿所述主轴的径向移动。

7.根据权利要求6所述的探轮标定试验台，其特征在于，所述探轮安装装置包括固定座，所述水平移动机构安装于所述固定座；所述固定座偏离所述基座。

8.根据权利要求1所述的探轮标定试验台，其特征在于，所述探轮标定试验台包括多个绕所述主轴的轴线圆周分布的所述探轮安装装置。

9.根据权利要求8所述的探轮标定试验台，其特征在于，所述探轮标定试验台包括4个所述探轮安装装置，4个所述探轮安装装置呈正方形分布。

10.根据权利要求1所述的探轮标定试验台，其特征在于，所述探轮标定试验台包括B显最小系统，所述B显最小系统包括依次连接的控制及B型显示装置、上位机、超声发射控制与空间转换计算机、超声发射接收机和A型显示装置，所述超声发射接收机用于与所述探轮连接，为所述探轮提供电源和激发，并接收所述探轮采集的超声波信号。

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