CN212514412U - 一种基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于火车车轮探伤技术领域，具体涉及到一种基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统。本发明采用了电磁超声横波传感器进行车轮辋裂缺陷的检测，采用超声横波对车轮辋裂进行检测，通过电磁超声横波传感器、激励模块、数据采集模块、传输模块、上位机、接近开关对车轮辋裂进行检测，并将电磁超声横波传感器密布安装在外偏执钢轨的内侧，提高了检测使用寿命，实现了对火车车轮辋裂缺陷的长期在线检测。

Description

一种基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统

技术领域

本发明属于火车车轮探伤技术领域，具体涉及到一种基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统。

背景技术

对机车车轮的探伤直接影响到火车的行车安全，其重要性不言而喻。列车轮对是列车运行中极其重要的部件，不仅承受列车及其负载的重量，而且还要通过与钢轨相接触的踏面部分传递机车与钢轨间的驱动力和制动力，车轮主要危害性缺陷类型为辋裂和车轮径向裂损。上述缺陷的产生将导致崩轮、切轴，进一步甚至造成列车巅覆，因此，需要对火车车轮进行有效的检测，以保证列车的运行安全。

目前，主要采用压电超声纵波法对火车车轮进行检测，需要压电探头与火车车轮之间进行良好的耦合，长期在线检测存在耦合失效的问题，容易造成漏检，且通常采用无杂质与气泡的水作为耦合剂，所以在冰点以下的低温环境中无法使用，同时压电晶片在经受车轮的撞击过程中极易受损，造成设备的漏检率提高，同时给设备的维护造成了很大的困难。ZL200620134118.4提供了一项电磁超声表面波激励技术，用于检测车轮踏面上的缺陷，但无法识别车轮内部缺陷。因此，本发明提出一种基于电磁超声技术的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统。

发明内容

本发明为解决现有技术的不足，提供一种基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统，包括若干机箱，每个机箱上预留若干个探头接口、一网络接口和一接近开关接口，在每个机箱内封装有激励模块、数据采集模块和传输模块，其中数据采集模块与传输模块连接，传输模块通过网线从网络接口处与上位机连接；每一个探头接口对应连接一电磁超声横波传感器，电磁超声横波传感器通过探头接口分别与激励模块和数据采集模块连接；所述电磁超声横波传感器上安装有接近开关，接近开关通过接近开关接口连接激励模块；

所述电磁超声横波传感器安装在两侧的外偏置钢轨的内侧，电磁超声横波传感器的中心位置位于车轮通过时踏面中心的正下方；电磁超声横波传感器沿车轮行进方向连续紧密排布，每侧电磁超声横波传感器排列的总长度不小于被测车轮的周长；

所述激励模块用于给电磁超声横波传感器的线圈提供交变的高频电流，激励出超声横波；

所述数据采集模块用于接收反射声波在电磁超声横波传感器线圈内感应出的电压信号；

所述传输模块用于将数据采集模块得到的电压信号传输给上位机；

所述上位机将从传输模块得到的超声信号数据进行处理显示，并判断被测车轮内部是否存在辋裂缺陷。

所述电磁超声横波传感器工作模式为自发自收。

所述每个机箱的探头接口设为六个。

所述电磁超声横波传感器固定在一壳体内，壳体下端连接一联接件，联接件与底座连接，所述底座设有中空腔，中空腔内放置一压缩弹簧，联接件位于压缩弹簧内，联接件上一体连接一限位块，限位块的横向长度大于底座上端开口长度，限位块位于压缩弹簧上方；所述底座上设有一固定孔。

所述激励模块的激励频率为1-4MHz。

本发明的有益效果：本发明克服了压电技术需要耦合剂的缺点，提高了检测探头的使用寿命，使用超声横波对火车车轮辋裂缺陷进行检测，实现了对火车车轮辋裂缺陷的长期在线检测，填补了国内外市场的空白，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1 为本发明电磁超声横波检测辋裂原理图。

图2为本发明系统结构框图。

图3 本发明机箱侧面结构示意图。

图4本发明电磁超声横波传感器结构示意图。

图5 本发明电磁超声横波传感器安装段的钢轨示意图。

图6 本发明存在辋裂缺陷时的检测信号。

图中，1电磁超声横波传感器，2机箱，3外偏置钢轨，4壳体，5联接件，6底座，7压缩弹簧，8限位块，9固定孔，10探头接口，11网络接口，12接近开关接口，13起始段，14过渡段，15检测工作段。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均属于本发明的保护范围。

本发明系统包括电磁超声横波传感器1、接近开关、激励模块、数据采集模块、传输模块、上位机，该系统在车轮踏面表面激励出超声横波，超声横波沿与车轮表面垂直的方向即车轮径向传播。电磁超声横波传感器1采用自发自收的工作方式，当车轮内部无辋裂缺陷时，超声横波透过车轮使得电磁超声横波传感器1接收不到反射信号；当车轮内部存在辋裂缺陷时，由于辋裂属于周向缺陷与超声横波传播方向垂直，超声反射波被同一电磁超声横波传感器1接收。因此，通过对系统接收的超声反射信号分析，实现机车车轮辋裂缺陷的在线检测。

附图1为电磁超声横波检测辋裂原理图，下面简单介绍一下本发明的原理：电磁超声横波传感器1激励的超声横波沿与车轮表面垂直的方向传播，因此若车轮上不存在辋裂缺陷时，超声横波透过车轮，电磁超声横波传感器1无法接收到反射信号；当超声横波传播过程中遇到辋裂缺陷时，因辋裂为周向缺陷即与超声横波传播方向垂直，所以会产生反射波，同一电磁超声横波传感器1接收到反射波即可判断辋裂的存在。如附图1所示，当辋裂尺寸较大时可能会产生多次回波，通过此回波不仅可以判断辋裂的存在，还可以计算辋裂的深度。

如附图2所示，检测系统包括电磁超声横波传感器1、接近开关、激励模块、数据采集模块、传输模块和上位机。其中，接近开关固定在电磁超声横波传感器1上；激励模块、数据采集模块、传输模块被封装在一机箱2内，机箱2上预留若干个探头接口10、一网络接口11和一接近开关接口12。数据采集模块与传输模块连接，传输模块通过网线从网络接口11处与上位机连接；每一个探头接口10对应连接一个电磁超声横波传感器1，电磁超声横波传感器1通过探头接口10分别与激励模块和数据采集模块连接；所述电磁超声横波传感器1上安装接近开关，接近开关通过接近开关接口12连接激励模块。

所述的电磁超声横波传感器1主要由永磁铁和线圈组成，磁铁采用钕铁硼强磁铁，采用自发自收的工作方式，对应的工作频率为1-4MHz。

所述的激励模块用于给电磁超声横波传感器1提供高频的交变电流，以在被测车轮表面激励出超声横波，超声横波沿与车轮表面垂直的径向传播。

所述的数据采集模块用于接收反射声波在电磁超声横波传感器1线圈内感应出的电压信号，即用于反射信号的采集；

所述的传输模块用于将数据采集模块采集到的数据传输到上位机中，上位机对数据进行分析处理显示，并对有辋裂缺陷的车轮进行标记。

如附图3所示为本实施例的机箱2侧面结构图，本实施例机箱2上留有六个探头接口10，一个网络接口11，一个接近开关接口12，六个电磁超声横波传感器1通过六个探头接口10分别连接机箱2内的激励模块和数据采集模块，形成六通道检测机箱2。电磁超声横波传感器1上的接近开关均通过接近开关接口12连接到激励模块，传输模块通过网线从网络接口11连接上位机。机箱通道的设置可以根据实际情况选择，这里只是举例说明，不作特殊限制。

如附图4所示，电磁超声横波传感器1被封装在一壳体4内，壳体4由不锈钢加工而成。壳体4下端固定连接一联接件5，联接件5与一底座6相连接。所述的底座6设有一中空腔，中空腔内设有压缩弹簧7，联接件5位于压缩弹簧7内。在联接件5上垂直联接件5的表面向外凸出一限位块8，所述限位块8位于中空腔内，限位块8的长度大于底座6上端开口的长度，限位块8位于压缩弹簧7上方，限位块8压住压缩弹簧7可向下运动，限位块8在压缩弹簧7的作用下，可使电磁超声横波传感器1处于上限位置。如此设置当车轮经过时，撞击的是不锈钢的壳体4，且有压缩弹簧7的缓冲，使得电磁超声横波传感器1的损坏率大大降低。在底座6上还设有固定孔9，通过固定孔9将电磁超声横波传感器1固定在外偏置钢轨3的内侧。

如附图5所示为电磁超声横波传感器1安装段钢轨示意图，将电磁超声横波传感器1安装段的钢轨分成三部分：起始段13、过渡段14和检测工作段15，起始段13钢轨为正常钢轨，从过渡段14到检测工作段15的钢轨开始逐渐向外侧偏置，在检测工作段15两侧钢轨向外偏置后相互平行且内侧留出了电磁超声横波传感器1安装的空间，检测工作段15的钢轨为外偏置钢轨3，电磁超声横波传感器1安装在外偏置钢轨3的内侧，并且保证电磁超声横波传感器1安装在车轮踏面的正下方。一个个电磁超声横波传感器1紧挨着固定在外偏置钢轨3内侧，两侧的外偏置钢轨3内侧均安装电磁超声横波传感器1。电磁超声横波传感器1的安装数量由所测车轮的周长决定，例如常用货车车轮直径为840mm，周长约2640mm，每个电磁超声横波传感器1沿钢轨长度方向尺寸为50mm，则每侧采用9个封装有检测系统的机箱2分别与对应的电磁超声横波传感器1连接，每个机箱2有六个通道，即每侧54通道进行检测。

上述的外偏置钢轨3指将一段正常钢轨的每一端在高温加热状态下进行两次折弯，使得此段钢轨的中间段平行向外偏置一定距离，目前外偏置钢轨3已经应用在火车钢轨上，安全性也得到验证。本发明采用外偏置钢轨3技术，为了使得电磁超声横波传感器1的中心位置位于踏面中心，这样就可以对踏面表面的缺陷进行直接检测，使得电磁超声横波传感器1的检测区域大部分为有效区域。

本系统检测车轮辋裂缺陷的方法如下：

1）将本发明系统的激励模块、数据采集模块、传输模块封装在机箱2内，根据检测长度需要，组装不同通道数的检测系统，本实施例中支持6通道检测。电磁超声横波传感器1上固定接近开关，将电磁超声横波传感器1通过固定孔9沿车轮行进方向依次紧密安装在外偏置钢轨3内侧，使之刚好位于车轮经过时的踏面下方，然后将电磁超声横波传感器1分别通过探头接口10连接激励模块和数据采集模块，接近开关通过接近开关接口12连接激励模块。传输模块通过网线和网络接口11与上位机相连接。因为本实施例为6通道检测，因此每六个电磁超声横波传感器1连接在一个机箱2内，根据车轮周长设置电磁超声横波传感器1的个数及机箱2的个数。

2）给整个系统供电，当有车轮经过电磁超声横波传感器1时，固定在电磁超声横波传感器1上的接近开关被触发，整个系统开始工作，电磁超声横波传感器1在车轮表面激励出超声横波，超声横波沿与车轮表面垂直的方向传播，当存在辋裂缺陷时反射波被同一电磁超声横波传感器1接收，经数据采集模块和传输模块到达上位机。

3）上位机对接收到的信号进行分析，根据是否存在反射波及反射波的具体情况，对辋裂缺陷进行判断分析。

如附图6所示为检测系统上位机显示的存在辋裂缺陷时的检测信号，可以看到存在多次的明显回波，表明车轮内部存在尺寸较大的周向裂纹，一般认定为辋裂缺陷，通过回波信号测得的辋裂深度为14mm，与实际情况相符。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统，其特征在于：包括若干机箱(2)，每个机箱(2)预留若干个探头接口(10)、一网络接口(11)和一接近开关接口(12)，在每个机箱(2)内封装有激励模块、数据采集模块和传输模块，其中数据采集模块与传输模块连接，传输模块通过网线从网络接口(11)处与上位机连接；每一个探头接口(10)对应连接一电磁超声横波传感器(1)，电磁超声横波传感器(1)通过探头接口(10)分别与激励模块和数据采集模块连接；所述电磁超声横波传感器(1)上安装有接近开关，接近开关通过接近开关接口(12)连接激励模块；

所述电磁超声横波传感器(1)安装在两侧的外偏置钢轨(3)的内侧，电磁超声横波传感器(1)的中心位置位于车轮通过时踏面中心的正下方；电磁超声横波传感器(1)沿车轮行进方向连续紧密排布，每侧电磁超声横波传感器(1)排列的总长度不小于被测车轮的周长；

所述激励模块用于给电磁超声横波传感器(1)的线圈提供交变的高频电流，激励出超声横波；

所述数据采集模块用于接收反射声波在电磁超声横波传感器(1)线圈内感应出的电压信号；

所述传输模块用于将数据采集模块得到的电压信号传输给上位机；

所述上位机将从传输模块得到的超声信号数据进行处理显示，并判断被测车轮内部是否存在辋裂缺陷。

2.根据权利要求1所述的基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统，其特征在于：所述电磁超声横波传感器(1)工作模式为自发自收。

3.根据权利要求1所述的基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统，其特征在于：所述每个机箱(2)的探头接口(10)设为六个。

4.根据权利要求1所述的基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统，其特征在于：所述电磁超声横波传感器(1)固定在一壳体(4)内，壳体(4)下端连接一联接件(5)，联接件(5)与底座(6)连接，所述底座(6)设有中空腔，中空腔内放置一压缩弹簧(7)，联接件(5)位于压缩弹簧(7)内，联接件(5)上一体连接一限位块(8)，限位块(8)的横向长度大于底座(6)上端开口长度，限位块(8)位于压缩弹簧(7)上方；所述底座(6)上设有一固定孔(9)。

5.根据权利要求1所述的基于电磁超声的机车车轮辋裂缺陷在线检测系统，其特征在于：所述激励模块的激励频率为1-4MHz。

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