CN209310963U - 一种钢轨轨头纵向应力检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种钢轨轨头纵向应力检测装置，属于钢轨应力检测技术领域，包括外壳，位于钢轨轨头纵向应力检测装置外部；超声波发生机构，位于外壳内部一侧，用于产生超声波；超声波导出机构，与超声波发生机构连接，用于将超声波导出；超声波接收机构，位于外壳内部另一侧，用于接收超声波；温度传感器，位于外壳内部，用于测量钢轨表面温度。本实用新型结构简单，设备轻便，便于携带和操作，灵敏度高，通过超声波检测钢轨轨头纵向应力，超声波信号稳定传播，免受干扰，穿透力强，带温度补偿模块，保证检测结果准确性，提高检测效率且不损伤钢轨，及时掌握钢轨状态变化，准确检测出需要应力放散的位置，避免胀轨断轨，保证铁路运行安全可靠。

Description

一种钢轨轨头纵向应力检测装置

技术领域

本实用新型属于钢轨应力检测技术领域，更具体地说，是涉及一种钢轨轨头纵向应力检测装置。

背景技术

铁路是国家的大动脉，随着轨道结构进行的不断改进，中国无缝线路迅速发展。钢轨长度随着温度的变化而变化，无缝钢轨线路由于消灭了轨缝，加上轨扣对钢轨的约束，钢轨不能自由伸缩，在钢轨内部产生比普通钢轨更巨大的温度应力。每临季节变化，温差大的天气出现时，为了预防发生胀轨跑道和断轨的发生，铁路上都需要进行应力放散，而具体对于哪些位置进行应力放散，就需要进行大量的危险点排查，因此，需要一种检测钢轨纵向应力的装置，发现需要应力放散点，但现有的钢轨应力值的测试装置存在不够精确的问题，导致无法精确定位钢轨的应力放散点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钢轨轨头纵向应力检测装置，旨在解决现有的钢轨应力测试装置不够精确，导致无法精确定位钢轨的应力放散点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种钢轨轨头纵向应力检测装置，包括：

外壳，位于钢轨轨头纵向应力检测装置外部；

超声波发生机构，位于所述外壳内部一侧，用于产生超声波；

超声波导出机构，与所述超声波发生机构连接，用于将超声波导出；

超声波接收机构，位于所述外壳内部另一侧，用于接收超声波；以及

温度传感器，位于所述外壳内部，用于测量钢轨表面温度。

进一步地，所述外壳包括：

提手，位于所述外壳顶部，用于提携钢轨轨头纵向应力检测装置；

侧板，位于所述外壳前后两侧，用于保护所述外壳内部各构件；

夹板，位于所述外壳上部及左右两侧，用于保护所述外壳内部各构件；

底座，位于所述外壳内部底侧，所述超声波发生机构、所述超声波导出机构、所述超声波接收机构、所述温度传感器固定安装在所述底座上。

进一步地，所述超声波发生机构包括：

第一超声波发生器，位于所述超声波发生机构上部，用于将电能转换为高频交流电以驱动第一超声波换能器工作；

第一超声波换能器，与所述第一超声波发生器连接，用于将所述第一超声波发生器提供的高频交流电信号转换为超声波。

进一步地，所述超声波导出机构为第一有机玻璃柱，所述第一有机玻璃柱与所述第一超声波换能器连接，位于所述外壳底部一侧，用于将所述第一超声波换能器产生的超声波导出。

进一步地，所述超声波接收机构包括：

第二有机玻璃柱，用于接收超声波回波，位于所述外壳底部另一侧；

第二超声波换能器，与所述第二有机玻璃柱连接，用于将接收的超声波转换为电信号。

进一步地，所述第二超声波换能器还连接有第二超声波发生器。

进一步地，所述外壳底部设有多个磁铁。

进一步地，所述外壳上设有：

第一接口，用于将所述超声波发生机构与外界通过超声信号传输线连接；

第二接口，用于将所述超声波导出机构与外界通过超声信号传输线连接；

第三接口，用于将所述温度传感器与外界通过温度信号传输线连接。

进一步地，所述超声波发生机构、所述超声波导出机构、所述超声波接收机构及所述温度传感器均与所述底座螺纹连接；所述底座与所述外壳螺纹连接；两个所述侧板与所述夹板螺纹连接；所述提手与所述夹板螺纹连接或一体成型。

进一步地，所述外壳与所述底座均为铝合金构件。

本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型一种钢轨轨头纵向应力检测装置结构简单，设备轻便，便于携带和操作，灵敏度高，通过超声波检测钢轨轨头纵向应力，超声波信号稳定传播，免受干扰，穿透力强，方便检测，带温度补偿模块，保证检测结果准确性，提高检测效率且不损伤钢轨，及时掌握钢轨状态变化，准确检测出需要应力放散的位置，避免胀轨和断轨，保证铁路运行安全可靠，延长钢轨使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的结构示意图三；

图4为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的结构示意图四；

图5为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的结构示意图五；

图6为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的右视图；

图7为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的仰视图；

图8为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的内部结构示意图一；

图9为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的内部结构示意图二；

图10为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的底座结构示意图；

图11为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的把手与夹板的结构示意图；

图12为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的纵向剖视图；

图13为本实用新型实施例提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的使用状态示意图；

图中：1、外壳；2、提手；3、侧板；4、夹板；5、底座；6、温度传感器； 7、第一超声波发生器；8、第一超声波换能器；9、第一有机玻璃柱；10、第二超声波发生器；11、第二超声波换能器；12、第二有机玻璃柱；13、磁铁；14、第一接口；15、第二接口；16、第三接口；17、螺钉；18、钢轨。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请一并参阅图1至图12，现对本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置进行说明。所述一种钢轨轨头纵向应力检测装置，包括：

外壳1，位于钢轨轨头纵向应力检测装置外部；

超声波发生机构，位于所述外壳1内部一侧，用于产生超声波；

超声波导出机构，与所述超声波发生机构连接，用于将超声波导出；

超声波接收机构，位于所述外壳1内部另一侧，用于接收超声波；以及

温度传感器6，位于所述外壳1内部，用于测量钢轨18表面温度。

人耳能够感受到频率高于20HZ，低于20KHZ的弹性波，所以在这个频率范围内的弹性波又叫声波，频率小于20HZ的弹性波又叫次声波，频率高于 20KHZ的弹性波叫做超声波；其中，用于探伤的超声波频率范围为0.2-25MHZ，最常用的频段为0.5-10MHZ。

超声波在同一介质中具有匀速直线传播的特性，一般在均匀的介质中，缺陷的存在将造成介质的不连续，这种不连续又造成声阻抗的不一致，由折射定律(又称Snell定律，当光波从一种介质传播到另一种具有不同折射率的介质时，会发生折射现象，其入射角与折射角之间的关系，可以用斯涅尔定律(Snell's Law)来描述。斯涅尔定律是因荷兰物理学家威理博·斯涅尔而命名)可知，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。

超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一介质界面进入另一介质界面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波自金属材料表面通至内部，遇到缺陷与金属材料的底面时就分别发生反射波回来，并形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

本实用新型根据Snell定律，由超声波发生机构在被测不同材质和型号的钢轨18内产生临界折射纵波(以下简称Lcr波)对钢轨18纵向应力进行检测；本检测装置采用一发一收模式，即超声波发生机构激发信号，超声接收机构接收信号；由检测装置工控机控制系统控制超声波收发板卡发射电脉冲，激励超声波发生机构产生Lcr波，Lcr波通过合适的角度折射后沿水平传播，在被测钢轨18表面传播一定距离后被超声波接收机构接收，同时温度传感器6实时检测测量过程中钢轨18表面温度值，将采集得到的信号传入工控机控制系统软件中进行计算，得出钢轨18锁定轨温以及不同材料和型号被测钢轨轨头的纵向应力系数。

在这里需要说明的是，无缝线路设计时按照强度和稳定条件并考虑施工、养护、管理等因素来选择一个铺设长轨的轨温范围，叫做设计锁定轨温范围；在设计锁定轨温范围内上紧钢轨18接头扣件和拧紧中间扣件，把钢轨18锁定，此时的轨温叫做锁定轨温，我国铁路习惯称零应力轨温(零应力轨温即长度被固定的钢轨18，当温度力为零时的轨温)为锁定轨温，锁定轨温是决定钢轨18温度力水平的基准，它所反映的是无缝线路在不同的温度条件下钢轨18纵向内应力的问题，即无缝线路钢轨18内部所承受的拉应力和压应力大小问题，是衡量无缝线路轨道强度与稳定性的量化表现，因此锁定轨温是无缝线路最重要的技术指标之一，其准确与否，将直接关系到无缝线路的状态稳定和养、管、修安全；影响锁定轨温准确性的因素主要有：铺设时的准确性和使用中随时间变化。

还需要说明的是，本实用新型在检测前，需在检测处喷涂一层超声专用耦合剂，为检测装置与钢轨18之间的接触面提供耦合，确保超声信号稳定传播，超声专用耦合剂能润湿工件和有机玻璃柱，流动性、黏度和附着力适当，易清洗；声阻抗高，透声性能好；对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境；性能稳定，不易变质，能长期保存。

本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型一种钢轨轨头纵向应力检测装置结构简单，设备轻便，便于携带和操作，灵敏度高，将钢轨轨头纵向应力检测装置固定在钢轨轨头的正确位置上通过超声波检测钢轨轨头纵向应力，超声波信号稳定传播，免受干扰，穿透力强，方便检测，带温度补偿模块，保证检测结果准确性，提高检测效率且不损伤钢轨18，及时掌握钢轨18状态变化，准确检测出需要应力放散的位置，避免胀轨和断轨，保证铁路运行安全可靠，延长钢轨18使用寿命。

作为本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述外壳1包括：

提手2，位于所述外壳1顶部，用于提携钢轨轨头纵向应力检测装置；

侧板3，位于所述外壳1前后两侧，用于保护所述外壳1内部各构件；

夹板4，位于所述外壳1上部及左右两侧，用于保护所述外壳1内部各构件；

底座5，位于所述外壳1内部底侧，所述超声波发生机构、所述超声波导出机构、所述超声波接收机构、所述温度传感器6固定安装在所述底座5上。

本实施例中，设有提手2便于携带，侧板3及夹板4对设置在外壳1内的各个构件产生保护作用，底座5为各个构件提供安装支撑及保护各个构件。

作为本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述超声波发生机构包括：

第一超声波发生器7，位于所述超声波发生机构上部，用于将电能转换为高频交流电以驱动第一超声波换能器8工作；

第一超声波换能器8，与所述第一超声波发生器7连接，用于将所述第一超声波发生器7提供的高频交流电信号转换为超声波。

本实施例中，由检测装置工控机控制系统控制超声波收发板卡发射电脉冲，第一超声发生器将电能转换为高频交流电以驱动第一超声波换能器8工作，第一超声波换能器8将第一超声波发生器7提供的高频交流电信号转换为Lcr波， Lcr波通过合适的角度折射后沿水平传播，在被测钢轨18表面传播一定距离后被超声波接收机构接收。

作为本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述超声波导出机构为第一有机玻璃柱9，所述第一有机玻璃柱9与所述第一超声波换能器8连接，位于所述外壳1底部一侧，用于将所述第一超声波换能器8产生的超声波导出。

本实施例中，超声波导出机构为第一有机玻璃柱9，有机玻璃的纵波声速小于钢的横波声速，当纵波声速通过有机玻璃向钢中射入时，其折射波的角度大于入射波的角度，能保证入射角在钢中产生临界角之前有充分调节余地。另外，有机玻璃性质坚固耐磨，超声衰减小，加工方便，因此，采用有机玻璃柱将超声波导出。

作为本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述超声波接收机构包括：

第二有机玻璃柱12，用于接收超声波回波，位于所述外壳1底部另一侧；

第二超声波换能器11，与所述第二有机玻璃柱12连接，用于将接收的超声波转换为电信号。

本实施例中，超声波遇到缺陷和底面就会发生反射，超声波接收机构接收超声波并将其转换为电信号依次经过信号放大、AD转换、数字滤波等过程，操作人员根据显示波形进行分析判断。

作为本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述第二超声波换能器11还连接有第二超声波发生器10。

本实施例中，本实用新型检测装置采用一发一收模式，即一个超声换能器激发信号，另一个超声换能器接收信号，因此，超声波发生机构与超声波导出机构也可作为超声波接收机构来使用，其工作原理与超声波发生机构原理相逆，超声波接收机构也可作为超声波发生机构和超声波导出机构使用；该实施例中，底座5中间设有温度传感器6，温度传感器6一侧设有第一超声发生器、第一超声换能器及第一有机玻璃柱9，另一侧设有第二超声发生器、第二超声换能器及第二有机玻璃柱12；第一超声波发生器7、第一超声波换能器8及第一有机玻璃柱9与第二超声波发生器、10第二超声波换能器11及第二有机玻璃柱 12呈对称关系。

在这里需要说明的是，第一超声波换能器8及第二超声波换能器11的中心频率为2.5MHz，能检测入射点和接收点之间(长约53mm)的残余应力；温度传感器为pt100热电阻，温度测量范围为-50℃～100℃，能实时监测测量过程中的轨温变化。

作为本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述外壳1底部设有多个磁铁13。

本实施例中，底部的多个磁铁13能将检测装置吸附在钢轨轨头上，实现对检测装置定位的功能，使检测装置与钢轨轨头结合紧固，定位准确，不影响超声波传输，保证测量准确度。

作为本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述外壳1上设有：

第一接口14，用于将所述超声波发生机构与外界通过超声信号传输线连接；

第二接口15，用于将所述超声波导出机构与外界通过超声信号传输线连接；

第三接口16，用于将所述温度传感器6与外界通过温度信号传输线连接。

本实施例中，该检测装置设有一条超声信号传输线，长为3米，包含一根三芯耐高低温硅胶线和两根RG316射频线，其两端均设有三个端口，其中一端设有两个BNC接口与一个Y50EX-0604TK6接口，此端用于连接工控机；另一端设有两个BNC接口与一个XS12-JK-3P/Y接口，此端连接系统检测装置，其中，两个BNC接口用于连接第一接口14和第二接口15，XS12-JK-3P/Y接口为温度信号传输线，用于连接温度传感器6，该超声信号传输线具有屏蔽性能好，信号传输稳定准确的优点。

作为本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述超声波发生机构、所述超声波导出机构、所述超声波接收机构及所述温度传感器6均与所述底座5螺纹连接；所述底座5与所述外壳1螺纹连接；两个所述侧板3与所述夹板4螺纹连接；所述提手2与所述夹板4螺纹连接或一体成型。

本实施例中，各构件之间的连接均采用螺钉17螺纹连接，螺纹连接结构简单、连接可靠、装拆方便，便于内部构件更换维修；其中，提手2与夹板4可螺纹连接也可一体成型，目的都是为了连接可靠，保护内部各个构件。

作为本实用新型提供的一种钢轨轨头纵向应力检测装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述外壳1与所述底座5均为铝合金构件。

本实施例中，铝合金密度低，强度高，塑性好，耐腐蚀，用铝合金制造外壳1和底座5，能减轻检测装置的自重，方便操作人员取放，减轻劳动强度；同时又能保证检测装置具有较高的强度，在受外力时不容易变形，保护内部各个构件，延长使用寿命；铝合金构件在接触空气时表面会形成一层致密的氧化膜，这层膜能耐腐蚀，不褪色，外表光洁闪亮不需要涂漆，造型美观，易于保养，不会生锈，不用维修，满足检测装置的使用环境，增加检测装置的使用寿命；另外，铝合金构件的熔点较低，可回收再利用，在检测装置的外壳1与底座5废弃处理时也不会对环境造成污染，有利于环保节能，符合可持续发展战略。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢轨轨头纵向应力检测装置，其特征在于，包括：

外壳，位于钢轨轨头纵向应力检测装置外部；

超声波发生机构，位于所述外壳内部一侧，用于产生超声波；

超声波导出机构，与所述超声波发生机构连接，用于将超声波导出；

超声波接收机构，位于所述外壳内部另一侧，用于接收超声波；以及

温度传感器，位于所述外壳内部，用于测量钢轨表面温度。

2.如权利要求1所述的一种钢轨轨头纵向应力检测装置，其特征在于，所述外壳包括：

提手，位于所述外壳顶部，用于提携钢轨轨头纵向应力检测装置；

侧板，位于所述外壳前后两侧，用于保护所述外壳内部各构件；

夹板，位于所述外壳上部及左右两侧，用于保护所述外壳内部各构件；

底座，位于所述外壳内部底侧，所述超声波发生机构、所述超声波导出机构、所述超声波接收机构、所述温度传感器固定安装在所述底座上。

3.如权利要求1或2所述的一种钢轨轨头纵向应力检测装置，其特征在于，所述超声波发生机构包括：

第一超声波发生器，位于所述超声波发生机构上部，用于将电能转换为高频交流电以驱动第一超声波换能器工作；

第一超声波换能器，与所述第一超声波发生器连接，用于将所述第一超声波发生器提供的高频交流电信号转换为超声波。

4.如权利要求3所述的一种钢轨轨头纵向应力检测装置，其特征在于，所述超声波导出机构为第一有机玻璃柱，所述第一有机玻璃柱与所述第一超声波换能器连接，位于所述外壳底部一侧，用于将所述第一超声波换能器产生的超声波导出。

5.如权利要求4所述的一种钢轨轨头纵向应力检测装置，其特征在于，所述超声波接收机构包括：

第二有机玻璃柱，用于接收超声波回波，位于所述外壳底部另一侧；

第二超声波换能器，与所述第二有机玻璃柱连接，用于将接收的超声波转换为电信号。

6.如权利要求5所述的一种钢轨轨头纵向应力检测装置，其特征在于，所述第二超声波换能器还连接有第二超声波发生器。

7.如权利要求6所述的一种钢轨轨头纵向应力检测装置，其特征在于，所述外壳底部设有多个磁铁。

8.如权利要求2所述的一种钢轨轨头纵向应力检测装置，其特征在于，所述外壳上设有：

第一接口，用于将所述超声波发生机构与外界通过超声信号传输线连接；

第二接口，用于将所述超声波导出机构与外界通过超声信号传输线连接；

第三接口，用于将所述温度传感器与外界通过温度信号传输线连接。

9.如权利要求8所述的一种钢轨轨头纵向应力检测装置，其特征在于，所述超声波发生机构、所述超声波导出机构、所述超声波接收机构及所述温度传感器均与所述底座螺纹连接；所述底座与所述外壳螺纹连接；两个所述侧板与所述夹板螺纹连接；所述提手与所述夹板螺纹连接或一体成型。

10.如权利要求9所述的一种钢轨轨头纵向应力检测装置，其特征在于，所述外壳与所述底座均为铝合金构件。