CN201811945U - 轮轴超声波自动检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轮轴超声波自动检测系统，它包括机架、设置在机架底部的轮轴驱动机构、在机架两端对称设置的轴端探头机构和在机架上部设置的轴身探头机构，所述轴身探头机构是一对对称的可前后左右上下运行的L形支撑臂，与车轴采用下耦合方式配合。本实用新型采用超声检测的方法做出快速准确评价，检测信号清晰明显，检测结果稳定可靠，根据在役轮轴特点，适当增加端探头个数，细分探头检测部位，有效的提高检测能力和检测的稳定性；且轴身探头机构和轴端探头机构均可根据需要自由调节，便于定位检测，结构合理，测量方便、准确。

Description

轮轴超声波自动检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种对检修车轴的使用情况用超声检测的方法做出快速准确评价的轮轴超声波自动检测系统。

背景技术

随着国内高速铁路的修建运营，铁路运输运营的安全性一再被国家强调，如何快速准确的判别出在役车轴的使用情况是一个极其重要的课题。

车轴检修中往往是带有轮对和轴承套的，如图1-2所示，国内最常使用的RD2型车轴，其中如图1-1所示的一半带有轮对和轴承套的车轴可分为好几个部分：车轮11、轴承套12、轴颈13、轴身14、镶入部15，其中镶入部15靠轴颈13部分为镶入部外侧，靠轴身14的部分为镶入部内侧。

对于在役车轴的检修，主要是针对使用中易出现由应力集中或是其它各种原因导致的裂纹。最易出现的部分是轴颈13根部即轴颈13靠近镶入部15一端以及镶入部15，此外轴身14也会出现裂纹，但是一般其危害程度没有轴颈13和镶入部15部位那么大。

铁道部办公厅于2007年5月18日印发了《铁道部货车轮对轮轴组装检修及管理规则》，此文件中对车轴的检测检修做了一些指导，其中有关超声波的车轴检测的部位的规定和方法大致总结为如图2所示的部位和方法。如图1-1、2所示，101和102号探头为纵波小角度探头，分别检测轴颈13部位和镶入部外侧，105为0°直探头，用于全轴透声检测，同时由于声束的扩散，0°直探头105可以检测轴身14大缺陷，其灵敏度和纵波小角度探头101、102处探小缺陷相差不多。111和112号探头是横波探头，从轴身14处检测镶入部外部和内部的缺陷。121号探头也是横波探头，从轴颈13处检测镶入部15。但是在车轴检修时，往往轴颈处的轴承套12是不去除的，如图左半部，这样便无法再使用横波探头121，所以在检修车轴中不再有横波探头121。

在以上所有检测方法中，纵波小角度探头的轴向覆盖范围比较大，纵波小角度探头101和纵波小角度探头102加起来完全可以覆盖到轴颈13到镶入部15中间的轴向区域，实际检测中只要使探头在轴端旋转一周就可完成全部的检测，然而对横波斜探头来说，其轴向覆盖距离有限，所以必须使得探头相对于车轴沿轴向前后移动才能覆盖到大的区域，同时车轴旋转，这样才能完成全部的检测，如图3所示，探头在轴身上运动的轨迹。

现在国内各铁路局车辆段使用的轮轴超声波检测设备都采用上耦合方式，如图2、图3所示，探头在轴身上方，众所周知，超声耦合一般用水或是油，都为液体，易往下流动，所以此种耦合方式的稳定性不太好。同时如图3，探头快速的轴向平移同时车轴缓慢旋转，这样探头的运动速度比较快，也不利于检测的稳定性。

以往铁道部对于车轴各个部位的检测都是以1mm深的人工缺陷作为对比校验缺陷，随着中国铁路的大提速，对于安全性也提出了更高的要求，所以在2009年，铁道部提高要示，以0.5mm深人工缺陷作为对比校验缺陷。以往的设备在探测1mm深的缺陷也是刚刚达到要求，检测0.5mm的人工缺陷就显示能力不足。

实用新型内容

针对于目前铁路检修车轴的检测方法和设备出现的检测能力不足，检测稳定性不高等等一系列问题，本实用新型一种对检修车轴的使用情况用超声检测的方法做出快速准确评价的轮轴超声波自动检测系统，达到检测信号清晰明显，检测结果稳定可靠的目的。

本实用新型是采用以下技术方案实现的：

一种轮轴超声波自动检测系统，它包括机架、设置在机架的底部的轮轴驱动机构、在机架两端对称设置的轴端探头机构和在机架上部设置的轴身探头机构，

所述轮轴驱动机构包括轮轴轨道、垂直于轨道的旋转驱动轴及该旋转驱动轴的旋转驱动电机；

所述轴端探头机构包括可上下调节的端探头架、以及横向设置的探头升缩气缸、端探头座和轴端探头，所述探头升缩气缸与端探头座连接并设置在端探头架上，所述端探头座上固定设置轴端探头；

所述轴身探头机构是一对对称的可前后左右上下运行的L形支撑臂，其包括轴向平移电机、横向平移气缸、主升降气缸、轴身探头架、副升降气缸、轴身探头座和轴身探头，所述轴向平移电机、横向平移气缸和主升降气缸固定设置在机架上，并与轴身探头架连接；所述副升降气缸纵向固定设置在轴身探头架上，并连接横向伸出并朝上的轴身探头座，所述探头座上固定设置轴身探头。

所述轴端探头包括轴颈小角度纵波探头、镶入部外侧小角度纵波探头、镶入部内侧小角度纵波探头、轴身小角度纵波探头和0°直探头，所述探头的角度依次减小。

所述轴身探头包括镶入部外侧横波斜探头、镶入部内侧横波斜探头和轴身径向探头。其中所述的镶入部外侧横波斜探头的角度为55°，镶入部内侧横波斜探头的角度为45°，轴身径向探头的角度为0°。

所述可上下调节的端探头架通过纵向设置的调节丝杆与机架连接。

所述轴身探头座的上表面为弧面。

本实用新型与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

1)本实用新型根据在役轮轴特点，适当增加端探头个数，细分探头检测部位，有效的提高检测能力和检测的稳定性。

2)本实用新型改变轴身探头与车轴的耦合方式及其运行轨迹，通过使得探头的运行更加合理和稳定。

3)本实用新型达到了检测0.5mm深人工缺陷的能力，提高了设备的可靠性。

4)本实用新型的轴身探头机构和轴端探头机构均可根据需要自由调节，便于定位检测，结构合理，测量方便、准确。

附图说明

图1-1：车轴各部位说明；

图1-2：带有轮对的车轴各部位说明；

图2：铁道部文件中关于各型探头的探测面和探测部位示意图；

图3：铁道部文件中轴身探头的运行轨迹；

图4-1：本实用新型轴身探头和部分轴端探头的探测面和探测部位示意图；

图4-2：本实用新型0°直探头的探测面和探测部位示意图；

图5：本实用新型端探头座及轴端探头的结构示意图；

图6：本实用新型中轴身探头的运行轨迹；

图7：本实用新型的结构示意图；

图8：图7的俯视图；

图9：本实用新型检测车轴的结构示意图；

图10：图9的左视图；

图11：本实用新型轴身探头座及轴身探头的结构示意图；

图12：本实用新型轴身探头原始位置剖视图；

图13：本实用新型轴身探头检测位置剖视图

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型做进一步的说明：

实施例

如图7、8所示，本实用新型所述的一种轮轴超声波自动检测系统，它包括机架7、设置在机架的底部的轮轴驱动机构、在机架两端对称设置的轴端探头机构和在机架上部设置的轴身探头机构，

所述轮轴驱动机构包括轮轴轨道4、垂直于轨道的旋转驱动轴6及该旋转驱动轴6的旋转驱动电机5；

所述轴端探头机构包括可上下调节的端探头架2、以及横向设置的探头升缩气缸22、端探头座21和轴端探头，所述探头升缩气缸22与端探头座21连接并设置在端探头架2上，所述端探头座21上固定设置轴端探头；如图5所示，所述轴端探头包括轴颈小角度纵波探头101、镶入部外侧小角度纵波探头102、镶入部内侧小角度纵波探头103、轴身小角度纵波探头104和0°直探头105。

针对于图2和图3所示的文件中只有轴颈小角度纵波探头101、镶入部外侧小角度纵波探头102和0°直探头105，其中，轴颈小角度纵波探头101检测轴颈部缺陷，镶入部外侧小角度纵波探头102检测镶入部外侧，利用其大的扩散角，也可以检测到镶入部内侧的缺陷，可是信号灵敏度低，对1mm的缺陷都比较难于检出。0°直探头105为直探头，检测全轴的透声情况，也由于声束扩散的原因，也可用来检测轴身处大缺陷，根据铁道部的标准是7mm深的缺陷，但是其灵敏度也是非常低，信噪比达不到要求。本实用新型在探头的布置和检测方法上都作了进一步的改进，由图4-1、4-2、5所示：本实用新型增加了镶入部内侧小角度纵波探头103、轴身小角度纵波探头104，并增加轴颈小角度纵波探头101和镶入部外侧小角度纵波探头102，这样轴颈部、镶入部外内侧的小缺陷和轴身处大缺陷都很容易的检测出，各个探头的排列如图5所示：所述探头的角度从101到105依次减小。其中各个探头声束都是通过轮轴的中心轴线到各个不同的检测部位，探头在探头座上距中心的距离也是特定的经过设计的，最后的探头角度都是探头发出的声入射点距中心距离综合人工缺陷的位置等等一系列因素做出计算设定，这样设计过的这探头才能达到最好的效果，最终达到可以检测0.5mm深裂纹的能力，且本实用新型中检测出0.5mm深裂纹的能力比旧设备中检测1mm深裂纹的能力还要好。

根据图5、9、10可以很清晰的反应出轴端探头机构的工作方式：由于轮对大小不一样，所以置轮轴到旋转驱动轴6上后，同是一种型号的车轴相对于地面的高度是不一样的，所以轴端探头需要一个上下调节的机构，根据现场工作性质，往往是在一个时间段内检测同种型号轮轴，所以此调节不需要太多灵活性，因此该轴端探头机构设置一个可上下调节的端探头架2，通过纵向设置的调节丝杆23与机架7连接来完成此功能。如图5所示，端探头座21中间有一锥形凸起，当端探头座21高度调节合适时，探头升缩气缸22升出，此时锥形凸起伸进轴端中心孔内，如果锥形凸起不能顺利伸进中心孔内，应该调节丝杆23保证锥形凸起顺利伸进中心孔内。特有的探头座结构设计保证探头的随动性，使得丝杆23的调节不需要多么的精确也能保证在轮轴转运过程中如果出现不平稳的现象也不致影响到探头的检测结果，稳定性也有所提高。

如图7、8、12和13所示，所述轴身探头机构是一对对称的可前后左右上下运行的L形支撑臂结构，其包括轴向平移电机32、横向平移气缸33、纵向主升降气缸34、轴身探头架3、副升降气缸35、轴身探头座31和轴身探头，所述轴向平移电机32、横向平移气缸33和纵向主升降气缸34固定设置在机架7上，并与轴身探头架3连接；所述副升降气缸35纵向固定设置在轴身探头架3上，并连接横向伸出并朝上的轴身探头座31，所述探头座上固定设置轴身探头；如图4-1所示，所述轴身探头包括镶入部外侧横波斜探头111、镶入部内侧横波斜探头112和轴身径向探头113，其中所述镶入部外侧横波斜探头111折射角度为55°，镶入部内侧横波斜探头112折射角度为45°，轴身径向探头113为0°探头。

对比图2和图3，以往都是车轴缓慢转动，探头快速沿轴向往复运动，探头在轴身上的运行轨迹如图3所示，一般来说，车轴裂纹都是横向的，这种方式检测到伤波的时候，因为探头运行速度快，所以伤波消失的也快，仪器的重复频率不高的时候，可能只能收到一两次回波，等到再一次探头回来，由于轮轴转过了一定角度，可能错过缺陷而收不到伤波信号，这样设备检测的稳定性就无法保证。针对于轴身上探头的改进，本实用新型主要是对相对于车轴的运行轨迹的改变，如图6所示，采用轮轴快速转动、探头沿轴向缓慢移动的方法，在轴身上的轨迹就是一条螺旋线。这种方式因为轴向相对运行非常慢，所以信号稳定性提高了很多。

轴身探头机构的检测前和检测完成后的原始位置如图12所示，图中标号为14的是轴身部位，此时轮轴可以自由的沿轮轴轨道4从右往左运动，此时轴身探头在轴身14的左上方，当轮轴进落入旋转驱动轴6内开始检测时，旋转驱动轴6驱动轮轴转动，然后轴身探头的主升降气缸34伸出，轴身探头副升降气缸35也伸出，这时候，轴身探头座31的水平位置在轴身14之下，然后横向平移气缸33伸出，轴身探头座31移动到轴身正下方，但是探头离轴身还有一段距离，这时已伸出的轴身探头副升降气缸35收回，如图13所示，探头会紧贴在轴身下方；如图11所示，轴身探头座31的上表面为一弧面，正好可以紧贴在轴身上，使探头达到最好的耦合效果。

本实用新型对探伤轮轴进行检测，可按照以下步骤进行：

1)将探伤轮轴的端部刷上黄油，开启外接油泵使机油到达轴身探头部；

2)所述轮轴超声波自动检测系统处于准备工作状态：轴端探头缩回原始位置、轴身探头在上方；

3)探伤轮轴进入所述轮轴超声波自动检测系统的轮轴轨道4到达旋转驱动轴6所对应的检测位，旋转驱动轴6快速驱动探伤轮轴转动半周到一周，使轮轴处于中心位置；

4)探头升缩气缸22带动两轴端探头升出，夹紧轮轴，同时旋转驱动电机5驱动轮轴缓慢匀速转动，轴端探头发射超声波，从端部检测轮轴各部的缺陷；

5)轴身探头紧贴在轮轴轴身14下部，旋转驱动电机5驱动轮轴快速匀速转动，同时轴向平移电机32驱动轴身探头架3轴向平移，两侧探头同时从镶入部向中间慢速移动，从轴身部检测轮轴镶入部缺陷；

6)完成检测，驱动电机5停止，轴端探头和轴身探头快速回位，弹出此次探伤轮轴，按上述步骤准备检测下一个轮轴。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种轮轴超声波自动检测系统，其特征在于，它包括机架(7)、设置在机架(7)底部的轮轴驱动机构、在机架(7)两端对称设置的轴端探头机构和在机架(7)上部设置的轴身探头机构，

所述轮轴驱动机构包括轮轴轨道(4)、垂直于轨道的旋转驱动轴(6)及该旋转驱动轴(6)的旋转驱动电机(5)；

所述轴端探头机构包括可上下调节的端探头架(2)、以及横向设置的探头升缩气缸(22)、端探头座(21)和轴端探头，所述探头升缩气缸(22)与端探头座(21)连接并设置在端探头架(2)上，所述端探头座(21)上固定设置轴端探头；

所述轴身探头机构是一对对称的可前后左右上下运行的L形支撑臂，其包括轴向平移电机(32)、横向平移气缸(33)、主升降气缸(34)、轴身探头架(3)、副升降气缸(35)、轴身探头座(31)和轴身探头，所述轴向平移电机(32)、横向平移气缸(33)和主升降气缸(34)固定设置在机架(7)上，并与轴身探头架(3)连接；所述副升降气缸(35)纵向固定设置在轴身探头架(3)上，并连接横向伸出并朝上的轴身探头座(31)，所述探头座上固定设置轴身探头。

2.根据权利要求1所述的一种轮轴超声波自动检测系统，其特征在于，所述轴端探头包括轴颈小角度纵波探头(101)、镶入部外侧小角度纵波探头(102)、镶入部内侧小角度纵波探头(103)、轴身小角度纵波探头(104)和0°直探头(105)，所述探头的角度依次减小。

3.根据权利要求1所述的一种轮轴超声波自动检测系统，其特征在于，所述轴身探头包括镶入部外侧横波斜探头(111)、镶入部内侧横波斜探头(112)和轴身径向探头(113)。

4.根据权利要求3所述的一种轮轴超声波自动检测系统，其特征在于，所述镶入部外侧横波斜探头(111)角度为55°，镶入部内侧横波斜探头(112)角度为45°，轴身径向探头(113)角度为0°。

5.根据权利要求1所述的一种轮轴超声波自动检测系统，其特征在于，所述可上下调节的端探头架通过纵向设置的调节丝杆(23)与机架(7)连接。

6.根据权利要求1所述的一种轮轴超声波自动检测系统，其特征在于，所述轴身探头座(31)的上表面为弧面。

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