CN112285208A - 一种铁路轨道探伤装置及其探伤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路轨道探伤装置，包括车体，车体底部通过车轮架轴接有车轮，所述车轮架上固定有支撑架，支撑架的顶部和底部分别固定有板簧，支撑架的底部对称固定有两个套筒，套筒的底部安装有第一弹簧，第一弹簧的顶部连接至第一连杆的一端，第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端与缓冲油缸的底部固定连接，第二连杆中间位置轴接有支撑杆，支撑杆的底部固定在支撑架上，两个缓冲油缸的活塞端共同铰接在第三连杆上，板簧上固定有限位套，第三连杆的两端分别滑动套接在限位套内，限位套的底部安装有触点开关，第三连杆侧面通过探头连接轴安装有轮式超声探头。本发明能够改进现有技术的不足，提高自动探伤的检测结果。

Description

一种铁路轨道探伤装置及其探伤方法

技术领域

本发明涉及铁路轨道检测技术领域，尤其是一种铁路轨道探伤装置及其探伤方法。

背景技术

随着铁路轨道的使用，铁路轨道的表面和内部可能出现各类损伤，为了确保列车行驶的安全，需要对铁路轨道进行定期的探伤检测。随着轨道探伤技术的发展，采用安装有轮式超声探头的自动探伤设备进行轨道探伤逐渐普及，这相对于人工探伤提高了探伤效率。但是，在进行自动探伤的过程中，探伤装置在轨道上行驶存在不可避免的振动，现有的自动探伤装置通常是与行驶车辆公用同一套减振机构，减震效果有限，导致探伤结果容易受到车辆行驶振动的干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铁路轨道探伤装置及其探伤方法，能够解决现有技术的不足，改善对于轮式超声探头的减振效果，提高自动探伤的检测结果。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种铁路轨道探伤装置，包括车体，车体底部通过车轮架轴接有车轮，车体内安装有控制箱，所述车轮架上固定有支撑架，支撑架的顶部和底部分别固定有板簧，支撑架的底部对称固定有两个套筒，套筒位于板簧的外侧，套筒的底部安装有第一弹簧，第一弹簧的顶部连接至第一连杆的一端，第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端与缓冲油缸的底部固定连接，第二连杆中间位置轴接有支撑杆，支撑杆的底部固定在支撑架上，两个缓冲油缸的活塞端共同铰接在第三连杆上，板簧上固定有限位套，第三连杆的两端分别滑动套接在限位套内，限位套的底部安装有触点开关，第三连杆侧面固定连接有探头连接轴，探头连接轴外侧通过轴套安装有轮式超声探头，轴套外侧设置有若干个安装孔，安装孔底部安装有压力传感器，压力传感器的上方通过第二弹簧连接有球形轴瓦，球形轴瓦内安装有滚珠，滚珠与轮式超声探头滚动接触。

作为优选，所述套筒的内径由中间向两端逐渐缩小，套筒的内壁设置有摩擦层，第一连杆的侧壁通过第三弹簧连接有摩擦块，摩擦块与摩擦层滑动接触，当车体静置时摩擦块位于套筒内径最大处。

作为优选，所述缓冲油缸顶部设置有活塞，缓冲油缸顶面位于活塞外侧设置有环形凹槽，环形凹槽内安装有与活塞过盈配合的第一橡胶圈，缓冲油缸顶部固定有顶盖，顶盖中心开设有用于容纳活塞的通孔，顶盖的底面固定有环形弹片，环形弹片插接在环形凹槽内，环形弹片与第一橡胶圈压接，通孔内侧壁固定有与活塞过盈配合的第二橡胶圈。

作为优选，所述环形弹片与第一橡胶圈接触一端的内侧面设置有弹性压片，弹性压片的底面设置有若干个横截面为梯形的凹槽。

作为优选，所述弹性压片的顶面设置有若干个滑槽，环形弹片的内壁上连接有与滑槽一一对应的弹性支撑片，弹性支撑片的底部滑动卡接在滑槽内。

一种上述铁路轨道探伤装置的探伤方法，包括以下步骤：

A、将车体安放在待测轨道上，使轮式超声探头与轨道表面相接触；

B、牵引机构使车体在待测轨道上移动，轮式超声探头对轨道进行同步探测，探测信号发送至控制箱，控制箱根据预先设定的第一判定信号波形对探测信号进行对比分析，将波形偏差大于设定阈值的区域判定为异常区域；第一判定信号波形为第三连杆未挤压板簧时轮式超声探头对于不含有损伤缺陷的标准轨道的探测波形；

C、当第三连杆挤压触点开关时，触点开关将触发信号发送至控制箱，控制箱将触发信号的持续时间区间标记在探测波形信号中，对标记区域的探测波形信号采用预先设定的第二判定信号波形对探测信号进行对比分析，将波形偏差大于设定阈值的区域判定为异常区域；第二判定信号波形为第三连杆挤压板簧时轮式超声探头对于不含有损伤缺陷的标准轨道的探测波形；

D、压力传感器将检测到的压力信号发送至控制箱，控制箱将接收到的压力信号形成压力信号序列，设定滑动窗口，使用滑动窗口对压力信号序列进行遍历，若滑动窗口内的压力信号序列的最大偏差值超出预设值，则将此时滑动窗口内的压力信号序列标记位异常信号，将异常信号对应时间区间内的探测波形信号进行删除，并使用被删除波形信号两侧的波形信号进行拟合填充。

作为优选，步骤D中，滑动窗口的时间跨度设定范围为，

T=L/v

其中，T为滑动窗口的时间跨度，L为探测区域长度，v为车体的移动速度，探测区域长度L的范围为1mm≤L≤3mm。

作为优选，步骤D中，对被删除波形信号进行拟合填充包括以下步骤，

D1、在被删除波形信号两侧选取与被删除波形信号时长相同的波形信号；

D2、将步骤D1中选取的波形信号进行傅里叶展开，保留两组展开式中的信号强度相同的信号分量，通过求和平均组成基本波形信号；

D3、遍历基本波形信号，对基本波形信号中含有极值点的区域进行特征提取，将提取的特征标准化，根据标准化后的特征对含有极值点的区域进行修正，使修正后的区域的特征与标准化的特征线性相关；

D4、将经过步骤D3处理后的波形信号填充至被删除波形信号的位置。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明为轮式超声探头设计了专门的减振机构。减振机构采用两级减震的方式，在振动幅度不大的情况下，通过第一弹簧和缓冲油缸对轮式超声探头进行减振，当振动幅度过大时加入板簧对轮式超声探头的振动幅度进行限制。第一级减振机构中，第一弹簧与缓冲油缸采用串联连接的方式，可以有效提高对细碎振动的吸收效果，更重要的是本发明通过杠杆结构将缓冲油缸与第一弹簧设计为非平行安装方式，从而有效提高了对于不同方向振动的缓冲效果。在套筒内，通过设计随着第一弹簧形变而改变的摩擦力产生机构，可以使第一弹簧形变的末段得到较大的外部阻力加持，从而提高第一弹簧对于高速冲击的缓冲效果。由于本发明将缓冲油缸安装在了杠杆结构中，所以对于缓冲油缸的活塞来说，就会额外承受一个径向的冲击力，这对于用于密封活塞和缸体的第一橡胶圈来说，会严重缩短其使用寿命。为了解决这一问题，本发明在现有缓冲油缸的基础上，在其顶部加装了顶盖，对活塞进行径向支撑，与此同时通过环形弹片对第一橡胶圈进行压接保护，降低第一橡胶圈的形变幅度。进一步的，通过在环形弹片顶部安装弹性支撑片，可以提高整个环形弹片受力时下压力的均匀度，在环形弹片底部设置的凹槽用来为第一橡胶圈可能出现的微量形变提供空间上的冗余量，避免过于紧密的挤压使第一橡胶圈的形变量分散至与活塞的接触面上，导致密封异常、油液渗漏的问题。

由于减振系统是不可能100%对振动进行吸收和缓冲的，所以还会有少部分振动通过减振系统传递至轮式超声探头上。针对本发明减振系统的特殊性，本发明同时提供了对于探测信号的优化处理方法，以达到提高检测精确度的目的。由于本发明采用两级减振的方式，所以本发明对于探测信号的处理也同样采用了两套分析标准（以触点开关被触发为分界点），从而有效的提高了分析标准设置的针对性。另外，对于某些可能直接干扰探测结果的大幅度振动，本发明通过安装在轮式超声探头上的压力传感器进行直接监测。出现这类振动后，通过对波形信号的修正处理，以降低振动对于探测结果的干扰。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的结构图。

图2是本发明一个具体实施方式中支撑架的结构图。

图3是本发明一个具体实施方式中轮式超声探头的结构图。

图4是本发明一个具体实施方式中套筒的结构图。

图5是本发明一个具体实施方式中顶盖的结构图。

图6是本发明一个具体实施方式中环形弹片的结构图。

图7是本发明一个具体实施方式中支撑杆与第二连杆连接位置的结构图。

具体实施方式

参照图1-7，本发明一个具体实施方式包括车体1，车体1底部通过车轮架2轴接有车轮3，车体1内安装有控制箱4，所述车轮架2上固定有支撑架5，支撑架5的顶部和底部分别固定有板簧6，支撑架5的底部对称固定有两个套筒7，套筒7位于板簧6的外侧，套筒7的底部安装有第一弹簧8，第一弹簧8的顶部连接至第一连杆9的一端，第一连杆9的另一端与第二连杆10的一端铰接，第二连杆10的另一端与缓冲油缸11的底部固定连接，第二连杆10中间位置轴接有支撑杆12，支撑杆12的底部固定在支撑架5上，两个缓冲油缸11的活塞端共同铰接在第三连杆13上，板簧6上固定有限位套14，第三连杆13的两端分别滑动套接在限位套14内，限位套14的底部安装有触点开关15，第三连杆13侧面固定连接有探头连接轴41，探头连接轴41外侧通过轴套16安装有轮式超声探头17，轴套16外侧设置有若干个安装孔18，安装孔18底部安装有压力传感器19，压力传感器19的上方通过第二弹簧20连接有球形轴瓦21，球形轴瓦21内安装有滚珠22，滚珠22与轮式超声探头17滚动接触。套筒7的内径由中间向两端逐渐缩小，套筒7的内壁设置有摩擦层23，第一连杆9的侧壁通过第三弹簧24连接有摩擦块25，摩擦块25与摩擦层23滑动接触，当车体1静置时摩擦块25位于套筒7内径最大处。缓冲油缸11顶部设置有活塞27，缓冲油缸11顶面位于活塞27外侧设置有环形凹槽30，环形凹槽30内安装有与活塞27过盈配合的第一橡胶圈31，缓冲油缸11顶部固定有顶盖26，顶盖26中心开设有用于容纳活塞27的通孔28，顶盖26的底面固定有环形弹片29，环形弹片29插接在环形凹槽30内，环形弹片29与第一橡胶圈31压接，通孔28内侧壁固定有与活塞27过盈配合的第二橡胶圈32。环形弹片29与第一橡胶圈31接触一端的内侧面设置有弹性压片33，弹性压片33的底面设置有若干个横截面为梯形的凹槽34。弹性压片33的顶面设置有若干个滑槽35，环形弹片29的内壁上连接有与滑槽35一一对应的弹性支撑片36，弹性支撑片36的底部滑动卡接在滑槽35内。

一种上述的铁路轨道探伤装置的探伤方法，包括以下步骤：

A、将车体1安放在待测轨道上，使轮式超声探头17与轨道表面相接触；

B、牵引机构使车体1在待测轨道上移动，轮式超声探头17对轨道进行同步探测，探测信号发送至控制箱4，控制箱4根据预先设定的第一判定信号波形对探测信号进行对比分析，将波形偏差大于设定阈值的区域判定为异常区域；第一判定信号波形为第三连杆13未挤压板簧6时轮式超声探头17对于不含有损伤缺陷的标准轨道的探测波形；

C、当第三连杆13挤压触点开关15时，触点开关15将触发信号发送至控制箱4，控制箱4将触发信号的持续时间区间标记在探测波形信号中，对标记区域的探测波形信号采用预先设定的第二判定信号波形对探测信号进行对比分析，将波形偏差大于设定阈值的区域判定为异常区域；第二判定信号波形为第三连杆13挤压板簧6时轮式超声探头17对于不含有损伤缺陷的标准轨道的探测波形；

D、压力传感器19将检测到的压力信号发送至控制箱4，控制箱4将接收到的压力信号形成压力信号序列，设定滑动窗口，使用滑动窗口对压力信号序列进行遍历，若滑动窗口内的压力信号序列的最大偏差值超出预设值，则将此时滑动窗口内的压力信号序列标记位异常信号，将异常信号对应时间区间内的探测波形信号进行删除，并使用被删除波形信号两侧的波形信号进行拟合填充。

步骤D中，滑动窗口的时间跨度设定范围为，

T=L/v

其中，T为滑动窗口的时间跨度，L为探测区域长度，v为车体1的移动速度，探测区域长度L的范围为1mm≤L≤3mm。

步骤D中，对被删除波形信号进行拟合填充包括以下步骤，

D1、在被删除波形信号两侧选取与被删除波形信号时长相同的波形信号；

D2、将步骤D1中选取的波形信号进行傅里叶展开，保留两组展开式中的信号强度相同的信号分量，通过求和平均组成基本波形信号；

D3、遍历基本波形信号，对基本波形信号中含有极值点的区域进行特征提取，将提取的特征标准化，根据标准化后的特征对含有极值点的区域进行修正，使修正后的区域的特征与标准化的特征线性相关；

D4、将经过步骤D3处理后的波形信号填充至被删除波形信号的位置。

另外，为了更好的适应不同的轨道条件，本发明在第二连杆10的中间位置设置有若干个安装孔37，支撑架5上设置有与安装孔37一一对应的定位孔38，支撑杆12择一的选择一个定位孔38进行固定，支撑杆12顶部对称设置有支撑架39，将杠杆连接轴40穿过对应的安装孔37，杠杆连接轴40的两端卡接固定在支撑架39上。通过为支撑杆12设置多组安装位置，可以实现杠杆两端力臂长度的调整变化，从而改变通过杠杆结构传递至第一弹簧8的力矩大小，实现调整整个缓冲机构工作特性的目的。与此同时，根据支撑杆12安装位置的不同，预设与其安装位置一一对应的第一判定信号波形数据集，在进行对比分析时调用数据集中对应的第一判定信号波形。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种铁路轨道探伤装置，包括车体（1），车体（1）底部通过车轮架（2）轴接有车轮（3），车体（1）内安装有控制箱（4），其特征在于：所述车轮架（2）上固定有支撑架（5），支撑架（5）的顶部和底部分别固定有板簧（6），支撑架（5）的底部对称固定有两个套筒（7），套筒（7）位于板簧（6）的外侧，套筒（7）的底部安装有第一弹簧（8），第一弹簧（8）的顶部连接至第一连杆（9）的一端，第一连杆（9）的另一端与第二连杆（10）的一端铰接，第二连杆（10）的另一端与缓冲油缸（11）的底部固定连接，第二连杆（10）中间位置轴接有支撑杆（12），支撑杆（12）的底部固定在支撑架（5）上，两个缓冲油缸（11）的活塞端共同铰接在第三连杆（13）上，板簧（6）上固定有限位套（14），第三连杆（13）的两端分别滑动套接在限位套（14）内，限位套（14）的底部安装有触点开关（15），第三连杆（13）侧面固定连接有探头连接轴（41），探头连接轴（41）外侧通过轴套（16）安装有轮式超声探头（17），轴套（16）外侧设置有若干个安装孔（18），安装孔（18）底部安装有压力传感器（19），压力传感器（19）的上方通过第二弹簧（20）连接有球形轴瓦（21），球形轴瓦（21）内安装有滚珠（22），滚珠（22）与轮式超声探头（17）滚动接触。

2.根据权利要求1所述的铁路轨道探伤装置，其特征在于：所述套筒（7）的内径由中间向两端逐渐缩小，套筒（7）的内壁设置有摩擦层（23），第一连杆（9）的侧壁通过第三弹簧（24）连接有摩擦块（25），摩擦块（25）与摩擦层（23）滑动接触，当车体（1）静置时摩擦块（25）位于套筒（7）内径最大处。

3.根据权利要求2所述的铁路轨道探伤装置，其特征在于：所述缓冲油缸（11）顶部设置有活塞（27），缓冲油缸（11）顶面位于活塞（27）外侧设置有环形凹槽（30），环形凹槽（30）内安装有与活塞（27）过盈配合的第一橡胶圈（31），缓冲油缸（11）顶部固定有顶盖（26），顶盖（26）中心开设有用于容纳活塞（27）的通孔（28），顶盖（26）的底面固定有环形弹片（29），环形弹片（29）插接在环形凹槽（30）内，环形弹片（29）与第一橡胶圈（31）压接，通孔（28）内侧壁固定有与活塞（27）过盈配合的第二橡胶圈（32）。

4.根据权利要求3所述的铁路轨道探伤装置，其特征在于：所述环形弹片（29）与第一橡胶圈（31）接触一端的内侧面设置有弹性压片（33），弹性压片（33）的底面设置有若干个横截面为梯形的凹槽（34）。

5.根据权利要求4所述的铁路轨道探伤装置，其特征在于：所述弹性压片（33）的顶面设置有若干个滑槽（35），环形弹片（29）的内壁上连接有与滑槽（35）一一对应的弹性支撑片（36），弹性支撑片（36）的底部滑动卡接在滑槽（35）内。

6.一种权利要求1-5任意一项所述的铁路轨道探伤装置的探伤方法，其特征在于包括以下步骤：

A、将车体（1）安放在待测轨道上，使轮式超声探头（17）与轨道表面相接触；

B、牵引机构使车体（1）在待测轨道上移动，轮式超声探头（17）对轨道进行同步探测，探测信号发送至控制箱（4），控制箱（4）根据预先设定的第一判定信号波形对探测信号进行对比分析，将波形偏差大于设定阈值的区域判定为异常区域；第一判定信号波形为第三连杆（13）未挤压板簧（6）时轮式超声探头（17）对于不含有损伤缺陷的标准轨道的探测波形；

C、当第三连杆（13）挤压触点开关（15）时，触点开关（15）将触发信号发送至控制箱（4），控制箱（4）将触发信号的持续时间区间标记在探测波形信号中，对标记区域的探测波形信号采用预先设定的第二判定信号波形对探测信号进行对比分析，将波形偏差大于设定阈值的区域判定为异常区域；第二判定信号波形为第三连杆（13）挤压板簧（6）时轮式超声探头（17）对于不含有损伤缺陷的标准轨道的探测波形；

D、压力传感器（19）将检测到的压力信号发送至控制箱（4），控制箱（4）将接收到的压力信号形成压力信号序列，设定滑动窗口，使用滑动窗口对压力信号序列进行遍历，若滑动窗口内的压力信号序列的最大偏差值超出预设值，则将此时滑动窗口内的压力信号序列标记位异常信号，将异常信号对应时间区间内的探测波形信号进行删除，并使用被删除波形信号两侧的波形信号进行拟合填充。

7.根据权利要求6所述的铁路轨道探伤装置的探伤方法，其特征在于：步骤D中，滑动窗口的时间跨度设定范围为，

T=L/v

其中，T为滑动窗口的时间跨度，L为探测区域长度，v为车体（1）的移动速度，探测区域长度L的范围为1mm≤L≤3mm。

8.根据权利要求7所述的铁路轨道探伤装置的探伤方法，其特征在于：步骤D中，对被删除波形信号进行拟合填充包括以下步骤，

D1、在被删除波形信号两侧选取与被删除波形信号时长相同的波形信号；

D2、将步骤D1中选取的波形信号进行傅里叶展开，保留两组展开式中的信号强度相同的信号分量，通过求和平均组成基本波形信号；

D3、遍历基本波形信号，对基本波形信号中含有极值点的区域进行特征提取，将提取的特征标准化，根据标准化后的特征对含有极值点的区域进行修正，使修正后的区域的特征与标准化的特征线性相关；

D4、将经过步骤D3处理后的波形信号填充至被删除波形信号的位置。

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