CN112014462A - 钢轨探伤车 - Google Patents
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Abstract
提供一种钢轨探伤车，包括钢轨声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统。钢轨声波探伤系统包括：探轮架，其连接到钢轨探伤车的车体上；一次波换能器，其设置在探轮架上，且配置为使得其发射的一次波与钢轨轨鄂的第一交点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.48‑0.56L，用于探测钢轨的第一部分的缺陷；二次波换能器，其设置在探轮架上，且配置为使得其发射的二次波与钢轨轨鄂的第二交点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.62‑0.73L，用于探测钢轨的第二部分的缺陷。钢轨焊缝自动识别系统包括：用于检测钢轨焊缝的声波换能器，其设置在所述探轮架上。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢轨探伤车，属于钢轨探伤车技术领域。
背景技术
声波检测是目前钢轨无损探伤的重要方式，对确保机车运行安全具有重要意义。钢轨声波探伤车在运行过程中通过声波换能器发射声波并接收回波，以发现钢轨中的缺陷或伤损。
声波换能器在钢轨内产生特定角度的折射声束来发现钢轨不同区域的伤损。本发明中，所说的角度是指声波换能器发射声束入射到在钢轨表面的折射角度。
现有钢轨探伤车轮式检测装置和方法存在不合理之处，使探伤车对钢轨轨头、轨腰等部位伤损的检出率较低，探伤效率低，难以满足工务探伤要求。
公告号为CN203643404U的中国专利公开了一种钢轨声波探轮式探头。其采用一组65～75度换能器检测轨头两侧区域，即在轨头内侧或外侧的前向或后向采用一个65～75度换能器检测轨鄂和轨头侧部伤损。然而，这种探头难以使轨头轨距角和鄂部缺陷达到优良的检测效果，伤损检出率较低，容易造成漏检，造成安全隐患。
此外，现有钢轨探伤车对轨腰小倾斜角裂纹如10～30度的倾斜裂纹检测难度大，这是因为入射角较大，垂直反射的声波能量很低，导致对10～30度的倾斜裂纹检出率较低，不能满足探伤要求。
因此，有必要研究一种钢轨探伤车来解决上述的一个或多个技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，本发明提供一种钢轨探伤车，其特征在于包括钢轨声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统，其特征在于钢轨声波探伤系统包括：
探轮架，其连接到钢轨探伤车的车体上；
一次波换能器，其设置在探轮架上，且配置为使得其发射的一次波与钢轨轨鄂的第一交点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.48-0.56L，用于探测钢轨的第一部分的缺陷；
二次波换能器，其设置在探轮架上，且配置为使得其发射的二次波与钢轨轨鄂的第二交点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.62-0.73L，用于探测钢轨的第二部分的缺陷；
其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离；
其中，钢轨焊缝自动识别系统包括：用于检测钢轨焊缝的声波换能器，其设置在所述探轮架上。
通过该钢轨声波探伤系统，可以实现对轨鄂和轨头侧部的缺陷的全面检测。通过该钢轨焊缝自动识别系统可自动识别钢轨焊缝。
经过研究发现，在采用声波探测钢轨缺陷或伤损时，钢轨焊缝对探测结果存在一定的干扰。具体地，焊缝的焊筋出波与钢轨母材轨头核伤出波很相近，使得在伤损数据分析时不容易区分是焊缝还是伤损。对此，本发明通过设置轨焊缝自动识别系统，有利于修正焊缝对检测的干扰。
根据本发明另一方面，探轮架，其连接到钢轨探伤车的车体上，探轮架包括第一探轮和第二探轮，所述一次波换能器和二次波换能器以及用于检测钢轨焊缝的声波换能器设置在第一探轮和第二探轮中，钢轨的第一部分为钢轨踏面到轨鄂的区域，钢轨的第二部分为轨鄂到轨头轨距角区域。
根据本发明另一方面，探轮架还包括：
固定板，其连接到钢轨探伤车的车体上；
支撑轮，其通过支撑轮连接架与固定板连接，且与钢轨踏面接触；
第一探轮连接架，其一端通过第一探轮支撑轴连接所述第一探轮，另一端连接至固定板；
第二探轮连接架，其一端通过第二探轮支撑轴连接所述第二探轮，另一端连接至固定板；
其中，第一和第二探轮还包括耦合液和皮轮，所述换能器发出的声波依次穿过耦合液、皮轮后入射到钢轨内，所述皮轮与钢轨踏面以滚动摩擦的方式压接触。
根据本发明另一方面，第一探轮和/或第二探轮中还设置有：0度换能器，用于检测钢轨轨腰中的水平裂纹；小倾斜角裂纹探测换能器，用于探测钢轨轨腰中10-30度倾斜角裂纹；37-45度换能器，用于检测钢轨轨腰中大于30度倾斜角的裂纹；与钢轨纵剖面平行设置的65-75度换能器，用于检测轨头中部裂纹。
根据本发明另一方面，第一探轮和/或第二探轮内设置有两个一次波换能器和两个二次波换能器，两个一次波换能器以相互远离的方式分别对称地或不对称地设置在钢轨纵向中心线的两侧，两个二次波换能器以相互远离的方式分别对称地或不对称地设置在钢轨纵向中心线的两侧。
根据本发明另一方面，一次波换能器与二次波换能器以相互靠近或邻接的方式布置，第一探轮中以位于钢轨纵向中心线两侧的方式设置两个相对远离的37-45度换能器，第二探轮中以位于钢轨纵向中心线两侧的方式设置两个相对远离的、与钢轨纵剖面平行设置的65-75度换能器。
根据本发明另一方面，钢轨探伤车为双轨式，其包括对应于左右两条钢轨的两组探轮架，用于同时探测左右两条钢轨，该钢轨探伤车还包括：
定位系统，用于生成所检测出的缺陷在钢轨上的坐标位置，且用于生成识别到的钢轨焊缝在钢轨上的坐标位置；
修正单元，其用于根据钢轨焊缝的坐标位置信息，修正检测到的钢轨缺陷信息。
根据本发明另一方面，该钢轨探伤车还包括：显示系统，用于显示钢轨上的缺陷信息和/或焊缝信息，或者用于显示修正后的缺陷信息；
发送系统，将修正后的缺陷坐标位置发送给维护部门或维护人员。
根据本发明另一方面，用于检测钢轨焊缝的声波换能器设置在第一或第二探轮中。
根据本发明另一方面，用于检测钢轨焊缝的声波换能器设置在不同于第一和第二探轮的第三探轮中。
根据本发明另一方面，用于检测钢轨焊缝的声波换能器配置为使得其发射的声波在钢轨踏面的入射点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.14～0.4L，且在钢轨踏面处形成35～50度的折射角，且与钢轨纵剖面形成8～15度夹角。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：1)提高钢轨探伤检出率；2)可实现多个换能器的并发工作，提高探伤车检测速度和探伤效率；3)可实现钢轨缺陷的快速定位和维护；4)可自动修正焊缝对探伤结果的干扰，提高了探伤的准确性和效率。
附图说明
图1为现有技术中钢轨截面示意图；
图2为根据本发明优选实施例的搭载探伤系统的钢轨探伤车结构示意图；
图3为根据本发明优选实施例的一种钢轨探伤系统；
图4为根据本发明优选实施例的一次波检测方法示意图；
图5为根据本发明优选实施例的二次波检测方法示意图；
图6为根据本发明优选实施例的10～30度声波换能器检测轨腰小倾斜角裂纹示意图；
图7为根据本发明优选实施例的探轮50内的声波换能器局部和角度设计示意图；
图8为根据本发明优选实施例的探轮51内的声波换能器局部和角度设计示意图；
图9是根据本发明优选实施例的钢轨探伤车的结构示意图；
图10是根据本发明优选实施例的钢轨探伤车的焊缝自动识别系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
参见图1，其示出了钢轨横截面正视图。其中，101为钢轨踏面，102为轨鄂，103为轨腰，104为轨底，105为轨头内侧，106为轨头外侧。
参见图9，其示出了根据本发明优选实施例的钢轨探伤车的结构示意图。优选地，本发明提供了一种钢轨探伤车，其特征在于包括钢轨声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统，其特征在于钢轨声波探伤系统包括：
探轮架，其连接到钢轨探伤车的车体上；
一次波换能器，其设置在探轮架上，且配置为使得其发射的一次波与钢轨轨鄂的第一交点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.48-0.56L，用于探测钢轨的第一部分的缺陷；
二次波换能器，其设置在探轮架上，且配置为使得其发射的二次波与钢轨轨鄂的第二交点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.62-0.73L，用于探测钢轨的第二部分的缺陷；
其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离；
其中，钢轨焊缝自动识别系统包括：用于检测钢轨焊缝的声波换能器，其设置在所述探轮架上。
通过该钢轨声波探伤系统，可以实现对轨鄂和轨头侧部的缺陷的全面检测。通过该钢轨焊缝自动识别系统可自动识别钢轨焊缝。
可以理解的是，本发明通过设置轨焊缝自动识别系统，有利于修正焊缝对检测的干扰。
优选地，参见图2-3，探轮架1，其连接到钢轨探伤车的车体2上，探轮架1包括第一探轮50和第二探轮51，所述一次波换能器和二次波换能器以及用于检测钢轨焊缝的声波换能器设置在第一探轮和第二探轮中，钢轨4的第一部分为钢轨踏面到轨鄂的区域，钢轨的第二部分为轨鄂到轨头轨距角区域。
优选地，参见图3，探轮架1还包括：
固定板11，其连接到钢轨探伤车的车体2上；
支撑轮12，其通过支撑轮连接架13与固定板11连接，且与钢轨踏面接触；
第一探轮连接架14，其一端通过第一探轮支撑轴15连接所述第一探轮50，另一端连接至固定板11；
第二探轮连接架，其一端通过第二探轮支撑轴连接所述第二探轮，另一端连接至固定板；
其中，第一和第二探轮还包括耦合液和皮轮，所述换能器发出的声波依次穿过耦合液、皮轮后入射到钢轨内，所述皮轮与钢轨踏面以滚动摩擦的方式压接触。
优选地，第一探轮50和/或第二探轮51中还设置有：0度换能器，用于检测钢轨轨腰中的水平裂纹；小倾斜角裂纹探测换能器，用于探测钢轨轨腰中10-30度倾斜角裂纹；37-45度换能器，用于检测钢轨轨腰中大于30度倾斜角的裂纹；与钢轨纵剖面平行设置的65-75度换能器，用于检测轨头中部裂纹。
优选地，第一探轮和/或第二探轮内设置有两个一次波换能器和两个二次波换能器，两个一次波换能器以相互远离的方式分别对称地或不对称地设置在钢轨纵向中心线的两侧，两个二次波换能器以相互远离的方式分别对称地或不对称地设置在钢轨纵向中心线的两侧。
优选地，一次波换能器与二次波换能器以相互靠近或邻接的方式布置，第一探轮中以位于钢轨纵向中心线两侧的方式设置两个相对远离的37-45度换能器，第二探轮中以位于钢轨纵向中心线两侧的方式设置两个相对远离的、与钢轨纵剖面平行设置的65-75度换能器。
优选地，钢轨探伤车为双轨式，其包括对应于左右两条钢轨的两组探轮架1，用于同时探测左右两条钢轨，该钢轨探伤车还包括：
定位系统，用于生成所检测出的缺陷在钢轨上的坐标位置，且用于生成识别到的钢轨焊缝在钢轨上的坐标位置；
修正单元，其用于根据钢轨焊缝的坐标位置信息，修正检测到的钢轨缺陷信息。
优选地，该钢轨探伤车还包括：显示系统，用于显示钢轨上的缺陷信息和/或焊缝信息，或者用于显示修正后的缺陷信息；
发送系统，将修正后的缺陷坐标位置发送给维护部门或维护人员。
优选地，用于检测钢轨焊缝的声波换能器设置在第一和/或第二探轮中。有利地是，通过两组用于检测钢轨焊缝的声波换能器来消除干扰，例如分置于一条钢轨的内外两侧对钢轨焊缝进行检测。当两组用于检测钢轨焊缝的声波换能器在同一坐标位置均检测到焊缝时，才确定焊缝的存在。这样避免了其中一个换能器故障或误检测时，将潜在的裂缝缺陷当作焊缝，排除在外而未进行后期维护，可以最大程度地保证列车运行的安全。
优选地，用于检测钢轨焊缝的声波换能器设置在不同于第一和第二探轮的第三探轮中。
优选地，用于检测钢轨焊缝的声波换能器配置为使得其发射的声波在钢轨踏面的入射点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.14～0.4L，且在钢轨踏面处形成35～50度的折射角，且与钢轨纵剖面形成8～15度夹角。
优选地，还提供了一种钢轨探伤方法，其采用前述的钢轨探伤车对钢轨进行探伤。
实施例2
本实施例进一步详细描述了本发明探伤车所包括的钢轨声波探伤系统的优选实施方式。
优选地，参见图1-5，该钢轨声波探伤系统包括：探轮架1；一次波换能器，其设置在探轮架1上，且配置为使得其发射的一次波401与钢轨轨鄂的第一交点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.48-0.56L，用于探测钢轨4的第一部分的缺陷；二次波换能器，其设置在探轮架1上，且配置为使得其发射的二次波501与钢轨轨鄂的第二交点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.62-0.73L，用于探测钢轨4的第二部分的缺陷；其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离。
通过该钢轨声波探伤系统，可以实现对轨鄂和轨头侧部的缺陷的全面检测，提高了钢轨探伤车伤损检出率和探伤效率。优选地，该声波例如为超声波。
可以理解的是，一次波换能器和二次波换能器的数量优选为两个，且其可以设置在同一个探轮中。钢轨探伤车例如可以包括一个探轮或者多个探轮。可替换地，一次波换能器和二次波换能器的数量也可以为一个，或者更多个，例如四个。例如，四个一次波换能器和四个二次波换能器可以设置在不同的探轮中，探轮之间因为空间隔离而不会产生声波信号的彼此干扰。
优选地，第一交点和第二交点之间的距离为3-5mm。对于国内的标准尺寸的钢轨而言，该距离能够使得钢轨的轨鄂和轨头侧部的缺陷得到全面检测，而不会存在任何漏检。
优选地，探轮架1包括第一探轮和第二探轮，所述一次波换能器和二次波换能器设置在第一探轮和第二探轮中，钢轨4的第一部分为钢轨踏面到轨鄂的区域，钢轨4的第二部分为轨鄂到轨头轨距角区域。
可以理解的是，探轮架1可包括一组第一探轮和第二探轮，其例如对应于左侧钢轨的检测，也可以包括两组第一探轮和第二探轮，一组对应于左侧钢轨的检测，另一组对应于右侧钢轨的检测，即同时实现两根钢轨的检测。
优选地，探轮架1还包括：
固定板11；
支撑轮12，其通过支撑轮连接架与固定板11连接，且与钢轨踏面接触；
第一探轮连接架14，其一端通过第一探轮支撑轴15连接所述第一探轮50，另一端连接至固定板11；
第二探轮连接架，其一端通过第二探轮支撑轴连接所述第二探轮51，另一端连接至固定板11；
其中，第一和第二探轮还包括耦合液和皮轮，所述换能器发出的声波依次穿过耦合液、皮轮后入射到钢轨4内，所述皮轮与钢轨踏面以滚动摩擦的方式压接触。
可以理解的是，检测时，一次波换能器和二次波换能器固定在探轮内部而并不随皮轮转动，例如固定设置在探轮的支撑轴15上，皮轮在钢轨踏面上滚动，车上设置耦合液喷洒装置，从而将换能器发出的声波经由皮轮内部的耦合液体、皮轮、皮轮外部耦合液耦合进入钢轨内。需要说明的是，皮轮与钢轨踏面滚动接触，有效保证了声波与钢轨踏面的耦合，同时皮轮的滚动有利于减少皮轮的损耗。
优选地，第一探轮50和/或第二探轮51中还设置有：0度换能器，用于检测钢轨轨腰中的水平裂纹；小倾斜角裂纹探测换能器，用于探测钢轨轨腰中10-30度倾斜角裂纹；37-45度换能器，用于检测钢轨轨腰中大于30度倾斜角的裂纹；与钢轨纵剖面平行设置的65-75度换能器，用于检测轨头中部裂纹。
需要说明的是，本发明中，某角度换能器定义为声波换能器发射声束入射到在钢轨表面后，进入钢轨内部时形成的折射角度为某角度的换能器。例如65-75度换能器，是指声波在经过钢轨表面后产生的折射声波与竖直方向的夹角即折射角为65-75度的换能器。该折射角对应于该换能器的某一具体设置位置。
优选地，一次波换能器和二次波换能器为相对于钢轨纵剖面倾斜设置的65-75度换能器，用于探测钢轨中的倾斜裂纹。
优选地，第一探轮50和/或第二探轮51内设置有两个一次波换能器和两个二次波换能器，两个一次波换能器以相互远离的方式分别对称地或不对称地设置在钢轨纵向中心线的两侧，两个二次波换能器以相互远离的方式分别对称地或不对称地设置在钢轨纵向中心线的两侧。
可以理解的是，这样设置的两个一次波换能器彼此远离，可互不干扰地实现钢轨左右两侧区域的缺陷检测，提高检测效率，避免了相互干扰。同时，第一探轮50和第二探轮51沿着钢轨延伸方向间隔设置，彼此独立，因而两者之间的换能器不会相互干扰。
优选地，一次波换能器与二次波换能器以相互靠近或邻接的方式布置，第一探轮中以位于钢轨纵向中心线两侧的方式设置两个相对远离的37-45度换能器，第二探轮中以位于钢轨纵向中心线两侧的方式设置两个相对远离的、与钢轨纵剖面平行设置的65-75度换能器。
可以理解的是，一次波换能器与二次波换能器邻接可减小设备的尺寸，节省空间，同时也不会彼此干扰。
优选地，第一探轮内设置有四个一次波换能器，第二探轮内设置有四个二次波换能器。
优选地，钢轨探伤系统车包括对应于左右两条钢轨的两组探轮架1，用于同时探测左右两条钢轨。
可以理解的是，双轨式钢轨探伤车可以同时探测两条钢轨，能够实现高效的缺陷探测。钢轨探伤车还可包括定位系统，定位系统例如可以是随探伤车的车轮同转的编码器，车轮的半径是已知的，一定转角对应在钢轨上的位移或距离可以确定，因而换能器在钢轨上的位置可以确定。本发明的定位系统不限于此。
优选地，还提供了一种钢轨声波探伤方法，其特征在于采用前述的钢轨声波探伤系统对钢轨进行探伤。
实施例3
本实施例进一步详细描述了本发明探伤车所包括的钢轨声波探伤系统的另一优选实施方式。
优选地，本发明还提供了一种双轨式钢轨声波探伤系统和探伤方法，如图2所示为搭载本发明探伤系统的双轨式钢轨探伤车结构示意图，包括探轮架1，车体2和行走轮3。该探伤车通过行走轮可沿着钢轨运动。
优选地，本发明探伤系统包含两个探轮架1，分别放置在车体2的左右两侧，可以对两侧的两根钢轨同时进行探伤，但本发明并不限于此，例如也可以根据实际需要仅仅在一侧设置探轮架，对一侧的钢轨进行检测。
优选地，车体2上可设置声波检测、运动控制、耦合液喷洒和人员工位等部分。例如，行走轮3放置在钢轨4的踏面，在电池驱动下可沿钢轨前行或后退行走。
优选地，图3示出了根据本发明优选实施方式的探轮架结构示意图。特别的，每个探轮架包含两个声波探轮，两个声波探轮前后放置，同时对一侧钢轨进行探伤，但本发明并不限于此。例如，每个探轮架可仅设置一个声波探轮，一次波换能器和二次波换能器均设置在该声波探轮中。与现有技术相比，本发明双声波探轮结构可实现多角度的声波换能器，对整个钢轨内不同部分中的不同角度的裂纹缺陷进行有针对性的检测，提高伤损检出率和探伤效率，同时可以有效避免不同声波换能器之间的干扰。可以理解的是，由于探轮之间存在空气等介质，不同探轮内的声波换能器之间并不会存在相互干扰。相反，同一探轮内的声波换能器之间因处于同一耦合液环境中，则有可能存在干扰，因此，对同一探轮内的多种声波换能器的具体设置，将在下文中进一步描述。
优选地，为解决现有技术中轨头和轨鄂缺陷检出率低的问题，本发明提出了一种双换能器轨头检测方法。如图4和图5所示，本发明双换能器轨头检测方法采用两个倾斜(本发明中的术语“倾斜”具体指换能器相对于钢轨纵剖面而言是倾斜的，下同)的65～75度换能器，第一个换能器检测其一次波部分401，称为一次波换能器，第二个换能器检测其二次波部分501，称为二次波换能器。一次波换能器检测从钢轨踏面到轨鄂区域。二次波换能器检测从轨鄂至轨头轨距角区域。
需要说明的是，这里所说的一次波为折射角65～75度的声束从钢轨踏面到钢轨鄂部的传播阶段，二次波为经钢轨鄂部反射后至轨头轨距角的声波。
优选地，如图1所示，记钢轨侧面与钢轨踏面中心线的距离为L，特别的，一次波换能器的声束与轨鄂的交点距离钢轨踏面中心线为0.48L～0.56L；二次波换能器的声束与轨鄂的交点距离钢轨踏面中心线为0.62L～0.73L。
优选地，一次波换能器的声束与轨鄂的交点比二次波声束的交点向钢轨踏面中心偏移3～5mm，提高一次波声束对轨鄂部位的覆盖能力。二次波换能器在轨鄂的入射点更加靠近轨头侧面，因而可以提高轨距角区域伤损检出率。与现有技术相比，本发明在轨鄂和轨头缺陷的检测灵敏度可提升4～6dB，甚至更高。特别的，两个检测钢轨同向同侧的一次波换能器和二次波换能器彼此声场干扰小，可以并行工作，提高检测速度。
优选地，本发明利用两个倾斜的65～75度换能器检测轨鄂和轨头，实现了优良的检测效果，可有效提高缺陷检出率。
现有技术中对小倾斜角度如10～30度的裂纹检出率低。为此，优选地，本发明采用折射角为10～30度的声波换能器对轨腰小倾斜角度裂纹进行针对性检测，提高了探伤系统对轨腰区域小倾斜角度裂纹的检测能力。
优选地，如图6所示，601为声波换能器，602为10～30度的钢内折射角，603为小倾斜角度如10～30度的裂纹。采用本发明方法检测15度倾角裂纹与采用37～45度换能器相比，裂纹回波灵敏度提高8～12dB，显著提高该类伤损的检出率。
优选地，钢轨内裂纹具有不同的朝向，为避免伤损漏检，需要前、后、内、外等多个声束方向进行检测。采用4个一次波换能器和4个二次波换能器分别检测轨头的前内、前外、后内、后外四个方向，从而全面覆盖各个朝向的轨头和轨鄂裂纹。轨腰区域只有前向和后向之分，因此需要2个相对的37～45度换能器和2个相对的10～30度分别检测轨腰的前向和后向。
可以理解的是，在探轮内，各个角度的探头位置需要谨慎布局，否则会对其他探头产生声场干扰。声场干扰可导致探头回波内杂波明显，影响伤损判定，而且彼此产生干扰的两个换能器不能同时工作，影响了检测效率。
优选地，如37度探头容易给本探轮内对侧的不偏斜65～70度探头带来较大的声场干扰，导致后者的检测阈值内出现大幅度杂波，影响其正常检测。两个同向的分别检测轨头内侧和外侧的二次波换能器如果相邻放置，同时激发时会彼此产生激发声场干扰，增大了噪声，降低了探伤灵敏度余量。为了避免声场干扰，各角度换能器也需要特定的布置和工作顺序。对于避免换能器之间声场干扰的布局和设计方法将在下文中进一步描述。
优选地，本发明还采用两个相对的、不倾斜的65～75度换能器，检测轨头中部裂纹。
有利地，本发明可以提高钢轨探伤检出率，同时可实现多个换能器的并发工作，提高探伤车检测速度和探伤效率。
优选地，如图7所示，1)探轮50内设置1个0度探头60；2)探轮50内还设置2个65～75度二次波换能器61、62和2个一次波换能器71、72，分别用来检测钢轨前外、后外的轨鄂至轨头轨距角区域和踏面至轨鄂区域；3)探轮50内还设置2个相对的37～45度换能器65和66，用来检测钢轨前向和后向的轨腰缺陷。
优选地，如图8所示，4)探轮51内设置1个0度探头70；5)探轮50内还设置2个65～75度二次波换能器63、64和2个一次波换能器73、74，分别用来检测钢轨前内、后内的轨鄂至轨头轨距角区域和踏面至轨鄂区域；6)探轮51内还设置2个相对的10～30度换能器75和76，用来检测钢轨前向和后向的小倾角轨腰裂纹；7)探轮51内还设置2个相对的不倾斜(即与钢轨纵剖面平行设置的)65～75度换能器77和78，用来检测轨头中部缺陷。
可以理解的是，除了上述2个相对的不倾斜65～75度换能器77和78之外，其它没有明确说明的换能器因其对应的检测区域而通常需要与钢轨纵剖面成角度地倾斜设置，以实现相应区域的检测。
优选地，本实施例中，探轮50内两组一次波和二次波换能器61、71和62、72可同时激发，并且相对放置检测同侧钢轨，相互没有干扰，且提高了检测效率；探轮51内两组一次波和二次波换能器也可以同时激发；37～45度换能器与不倾斜65～75度换能器77和78分别在不同的探轮里，避免彼此干扰。而10～30度换能器对探轮51内其他换能器的影响较小。本实施例检测效率高和探头之间声场干扰小。
优选地，本发明还提供了一种声波探头的布局方式。其中：
1)探轮50内设置1个0度探头60；
2)探轮50内还设置4个65～75度二次波换能器61、62、63、64，分别用来检测钢轨前外、后外、前内和后内的轨鄂至轨头轨距角区域；
3)探轮50内还设置1个37～45度换能器65和1个10～30度换能器76，两个换能器相对设置，分别用来检测钢轨前向的轨腰缺陷和后向的小倾角轨腰裂纹；
4)探轮51内设置1个0度探头70；
5)探轮51内还设置4个65～75度一次波换能器71、72、73、74，分别用来检测钢轨前外、后外、前内和后内的踏面至轨鄂区域；
6)探轮51内还设置1个10～30度换能器75和1个37～45度换能器66，两个换能器相对设置，分别用来检测钢轨前向的小倾角轨腰裂纹和后向的轨腰缺陷；
7)探轮51内还设置2个相对的不倾斜65～75度换能器77和78，用来检测轨头中部缺陷。
可以理解的是，该布局中，探轮50内四个二次波换能器不能同时激发，但对侧的两个可以同时激发且没有干扰；同样，探轮51内四个一次波换能器不能同时激发，但对侧的两个可以同时激发且没有干扰；在探轮50内的37～45度换能器65和10～30度换能器76可以同时激发；探轮51内的10～30度换能器75可以与不偏斜的两个65～75度换能器77和78同时激发，而37～45度换能器66可以单独激发。
优选地，本发明还提供了一种换能器的布局方式，其中：
1)探轮50内设置1个0度探头60；
2)探轮50内还设置4个65～75度二次波换能器61、62、63、64，分别用来检测钢轨前外、后外、前内和后内的轨鄂至轨头轨距角区域；
3)探轮50内还设置1个前向的37～45度换能器65和1个前向的检测轨头中部的不倾斜65～75度换能器77；
4)探轮51内设置1个0度探头70；
5)探轮51内还设置4个65～75度一次波换能器71、72、73、74，分别用来检测钢轨前外、后外、前内和后内的踏面至轨鄂区域；
6)探轮51内还设置1个后向的37～45度换能器66和1个后向的检测轨头中部的不倾斜65～75度换能器78；
7)探轮51内还设置2个相对的37～45度换能器65和66，用来检测钢轨前向和后向的小倾角轨腰裂纹。
可以理解的是，探轮50内37～45度换能器65和不倾斜65～75度换能器77可以同时激发，探轮51内37～45度换能器66和不倾斜65～75度换能器78可以同时激发，避免了彼此相互干扰。
实施例4
本实施例进一步详细描述了本发明的探伤车所包括的焊缝自动识别系统的优选实施方式。
优选地，参见图10，该钢轨焊缝自动识别系统包括：换能器1002，其配置为向钢轨焊缝1004发射声波以及接收来自钢轨焊缝1004的回波，且工作期间相对于钢轨踏面1003的距离保持固定。具体地，换能器1002发射声波21，声波在踏面折射进入钢轨，折射声波为22。
优选地，该钢轨焊缝自动识别系统还包括：耦合介质；皮轮101，其内部固定设置所述换能器1002并填充所述耦合介质，且可滚动地压接在钢轨踏面1003上以形成换能器1002、耦合介质、皮轮1001、钢轨及焊缝1004之间的声波传输通道；焊缝识别单元，用于对换能器1002接收的回波进行处理以识别焊缝1004。
可以理解的是，皮轮1001可在钢轨踏面上滚动，而换能器1002并不随皮轮1001的滚动而滚动，其相对于钢轨踏面的距离、角度以及声波在钢轨踏面的入射点位置是相对固定的。也就是说，在皮轮1001滚动的过程中，换能器1002仅仅是平行于钢轨踏面向前移动。可以理解的是，换能器1002的平行移动是为了连续识别钢轨中不同位置的缺陷。声波例如可以为超声波。
优选地，皮轮1001随着探伤车在轨道上的运动而在钢轨踏面1003上滚动，以实现钢轨焊缝1004的连续识别。
优选地，设置换能器1002以使得声波22在钢轨踏面1003处形成35～50度的折射角，且与钢轨纵剖面形成8～15度夹角，所述换能器1002在钢轨踏面1003的入射点与钢轨踏面1003中心线的距离为0.14～0.4L，其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面1003中心线之间的距离。研究发现，通过对换能器1002的相对位置的具体设置，可以实现对钢轨焊缝的可靠识别。
优选地，所述的钢轨焊缝自动识别系统还包括：定位单元，用于确定所检测到的焊缝1004在钢轨上的坐标位置。也就是说，钢轨焊缝自动识别系统在识别焊缝的同时，还能识别焊缝的位置。
优选地，所述的钢轨焊缝自动识别系统还包括编码器单元，用于发送触发信号到换能器1002以触发该换能器1002周期性地工作，且其同步跟随所述车的车轮转动，以确定所探测到的焊缝1004在钢轨上的坐标位置。
优选地，所述回波来自焊缝处轨头鄂部带状凸起带来的二面角1005的反射。有利地，通过该二角面1005的检测，可以高效地实现对焊缝的可靠检测。可以理解的是，本发明并不限于此，例如还可以选择通过焊缝的其它部位对声波反射，尽管其检测效果可能并不是最佳的。
优选地，焊缝识别单元还包括回波距离幅度补偿单元，其中存储有声波传输距离和增益值的对应数据表，以提高来自所述二角面的回波的灵敏度并抑制该回波以外的干扰波。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：1)提高钢轨探伤检出率；2)可实现多个换能器的并发工作，提高探伤车检测速度和探伤效率；3)可实现钢轨缺陷的快速定位和维护；4)可自动修正焊缝对探伤结果的干扰，提高了探伤的准确性和效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钢轨探伤车，其特征在于包括钢轨声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统，其特征在于钢轨声波探伤系统包括：
探轮架，其连接到钢轨探伤车的车体上；
一次波换能器，其设置在探轮架上，且配置为使得其发射的一次波与钢轨轨鄂的第一交点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.48-0.56L，用于探测钢轨的第一部分的缺陷；
二次波换能器，其设置在探轮架上，且配置为使得其发射的二次波与钢轨轨鄂的第二交点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.62-0.73L，用于探测钢轨的第二部分的缺陷；
其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离；
其中，钢轨焊缝自动识别系统包括：用于检测钢轨焊缝的声波换能器，其设置在所述探轮架上。
2.根据权利要求1所述的钢轨探伤车，其特征在于探轮架包括第一探轮和第二探轮，所述一次波换能器和二次波换能器以及用于检测钢轨焊缝的声波换能器设置在第一探轮和第二探轮中，钢轨的第一部分为钢轨踏面到轨鄂的区域，钢轨的第二部分为轨鄂到轨头轨距角区域。
3.根据权利要求1或2所述的钢轨探伤车，其特征在于探轮架还包括：
固定板，其连接到钢轨探伤车的车体上；
支撑轮，其通过支撑轮连接架与固定板连接，且与钢轨踏面接触；
第一探轮连接架，其一端通过第一探轮支撑轴连接所述第一探轮，另一端连接至固定板；
第二探轮连接架，其一端通过第二探轮支撑轴连接所述第二探轮，另一端连接至固定板；
其中，第一和第二探轮还包括耦合液和皮轮，所述换能器发出的声波依次穿过耦合液、皮轮后入射到钢轨内，所述皮轮与钢轨踏面以滚动摩擦的方式压接触。
4.根据权利要求3所述的钢轨探伤车，其特征在于第一探轮和/或第二探轮中还设置有：0度换能器，用于检测钢轨轨腰中的水平裂纹；小倾斜角裂纹探测换能器，用于探测钢轨轨腰中10-30度倾斜角裂纹；37-45度换能器，用于检测钢轨轨腰中大于30度倾斜角的裂纹；与钢轨纵剖面平行设置的65-75度换能器，用于检测轨头中部裂纹。
5.根据权利要求4所述的钢轨探伤车，其特征在于第一探轮和/或第二探轮内设置有两个一次波换能器和两个二次波换能器，两个一次波换能器以相互远离的方式分别对称地或不对称地设置在钢轨纵向中心线的两侧，两个二次波换能器以相互远离的方式分别对称地或不对称地设置在钢轨纵向中心线的两侧。
6.根据权利要求5所述的钢轨探伤车，其特征在于，一次波换能器与二次波换能器以相互靠近或邻接的方式布置，第一探轮中以位于钢轨纵向中心线两侧的方式设置两个相对远离的37-45度换能器，第二探轮中以位于钢轨纵向中心线两侧的方式设置两个相对远离的、与钢轨纵剖面平行设置的65-75度换能器。
7.根据权利要求5所述的钢轨探伤车，其特征在于钢轨探伤车为双轨式，其包括对应于左右两条钢轨的两组探轮架，用于同时探测左右两条钢轨，该钢轨探伤车还包括：
定位系统，用于生成所检测出的缺陷在钢轨上的坐标位置，且用于生成识别到的钢轨焊缝在钢轨上的坐标位置；
修正单元，其用于根据钢轨焊缝的坐标位置信息，修正检测到的钢轨缺陷信息。
8.根据权利要求7所述的钢轨探伤车，其特征在于该钢轨探伤车还包括：
显示系统，用于显示钢轨上的缺陷信息和/或焊缝信息，或者用于显示修正后的缺陷信息；
发送系统，将修正后的缺陷坐标位置发送给维护部门或维护人员。
9.根据权利要求7所述的钢轨探伤车，其特征在于用于检测钢轨焊缝的声波换能器设置在第一和/或第二探轮中，优选地，用于检测钢轨焊缝的声波换能器配置为使得其发射的声波在钢轨踏面的入射点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.14～0.4L，且在钢轨踏面处形成35～50度的折射角，且与钢轨纵剖面形成8～15度夹角。
10.一种钢轨探伤方法，其采用权利要求1-9任一项所述的钢轨探伤车对钢轨进行探伤。
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