CN218726915U - 一种自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，由小车车体、伺服子系统、探伤子系统、电气控制子系统和电源五部分组成；伺服子系统包括对中机构和喷淋耦合机构，对中机构用于调整超声波探轮相对于钢轨顶面的位置；探伤子系统用于对钢轨实现全方位探伤，包括超声波探轮、探轮驱动电机和多通道高速超声波数据采集卡，每个超声波探轮内设有2个TR探头和6个65°探头，超声波探轮与多通道高速超声波数据采集卡电连接；电气控制子系统包括操作盒和工控机，操作盒用于控制探伤小车前进后退，工控机分别与伺服子系统、探伤子系统相连。本实用新型可自动检测出轨头和轨腰内部的缺陷，检测速度快，探伤检出率高，探伤效率提高10倍。

Description

一种自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车

技术领域

本实用新型属于铁路钢轨缺陷检测技术领域，特别是涉及一种自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车。

背景技术

钢轨是机车车辆运行的基础，其状态的好坏直接关系到铁路运输的安全。钢轨从金属原料通过冶炼、压力加工和铸造加工等过程才得以加工成型，虽然目前生产工艺已经十分发达，但在生产过程中难免在钢轨构件内部或表面产生细微的损伤。另外，由于钢轨对列车运行具有导向作用，轮轨之间复杂的作用力，以及气候和其他因素对钢轨受力的影响，使钢轨产生压缩、伸长、弯曲、扭转、压溃、磨损或断裂等损伤，对车辆的安全运行构成很大的威胁。

在钢轨探伤领域对焊缝的探测较少，完全取代人工进行探伤自动化作业的设备更鲜有应用。因此，利用超声波检验技术开发一套双轨超声探伤小车，实现自动检测出轨头和轨腰内部的缺陷、自动定位焊缝并对焊缝部位进行全断面探伤功能，这种小车的检修方式，符合《交通强国先行规划纲要》和《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》中的“智能检测监测”要求，是未来智能运维的方向。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术存在的问题，提供了一种自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，该小车设备的探伤范围覆盖钢轨焊缝区域，实现钢轨全方位探伤，能够完全替代探伤工相应工作；设备属于工器具类，不受工程车辆限界约束，也不会对轨道信号设施带来影响，可在所有管辖范围内的线路上使用；设备可从站台里取出进行快速组装，实现线路的快速检测，不需要全路天窗点进行检测。

本实用新型是这样实现的，一种自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，由小车车体、伺服子系统、探伤子系统、电气控制子系统和电源五部分组成；

所述伺服子系统设置两个，呈对称设置在小车车体左右两侧；所述伺服子系统包括对中机构和喷淋耦合机构，所述对中机构安装在小车车体上，对中机构用于调整探伤子系统的超声波探轮相对于钢轨顶面的位置，保证超声波探轮与钢轨顶面对中和耦合良好，确保超声波的无损传播；所述喷淋耦合机构包括耦合液箱、喷淋泵、连接管和喷头，所述耦合液箱安装在小车车体上，所述耦合液箱的出口通过连接管与喷淋泵的入口连接，所述喷淋泵的出口通过连接管与喷头连接，所述喷头安装在对中机构上；

所述探伤子系统用于对钢轨实现全方位探伤，所述探伤子系统包括超声波探轮、探轮驱动电机和多通道高速超声波数据采集卡，所述超声波探轮安装在对中机构上，通过对中机构使每个超声波探轮与钢轨轨顶表面保持良好的耦合，所述探轮驱动电机驱动超声波探轮转动，每个所述超声波探轮均对应至少一个喷头，每个所述超声波探轮内设置有2个TR探头和6个65°探头，所述多通道高速超声波数据采集卡安装在小车车体上，所述超声波探轮与多通道高速超声波数据采集卡电连接；

所述电气控制子系统包括操作盒和工控机，所述操作盒和工控机安装在小车车体上，所述操作盒用于控制探伤小车前进后退，实现探伤小车的走行；所述工控机分别与伺服子系统、探伤子系统相连，用于控制伺服子系统、探伤子系统工作，实现对中伺服、喷淋耦合和探伤控制，并接收探伤数据；

所述电源安装在小车车体上，用于为伺服子系统、探伤子系统、电气控制子系统供电。

优选的，所述对中机构包括探测框架、调节螺杆、螺母、探轮移动架和顶紧装置，所述探测框架安装在小车车体上，所述调节螺杆穿过探测框架与螺母螺纹连接，所述螺母安装在探轮移动架上，所述超声波探轮安装在探轮移动架上；所述顶紧装置安装在探测框架上，当螺母运动到某一位置时，顶紧装置与螺母顶紧。

进一步优选的，所述调节螺杆的顶端设置有调节手轮，调节螺杆的底端设置有限位块。

优选的，所述探轮驱动电机安装在超声波探轮的轮轴处，所述探轮驱动电机的输出端与超声波探轮的轮轴连接。

优选的，所述伺服子系统还包括导向轮和导向犁，每个所述对中机构沿钢轨方向的前后侧均设置有导向轮和导向犁，所述导向轮和导向犁均与钢轨轨顶踏面接触，所述导向轮用于为超声波探轮提供引导，保护轮皮柔软的超声波探轮，所述导向犁用于为超声波探轮清理钢轨上的杂物。

优选的，每个对中机构上设置两个超声波探轮，两个超声波探轮沿钢轨方向前后设置。

优选的，所述小车车体包括车体主框架、前桥总成和后桥总成，所述前桥总成和后桥总成分别位于车体主框架底部的前侧和后侧，用于使探伤小车在被检钢轨上走行，所述车体主框架用于为伺服子系统、探伤子系统和电气控制子系统提供搭载平台。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

本实用新型的自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车可在钢轨上电动运行，通过激发一定频率的超声波，自动检测出轨头和轨腰内部的缺陷；双轨双轮检测速度达15km/h，相比人工检测，钢轨母材检测速度快，探伤检出率高，探伤效率提高10倍，采用钢轨探伤小车可节约50％的探伤人力。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的探伤小车的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的伺服子系统和探伤子系统配合的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的超声波探轮内探头布置的结构示意图。

图中：1、车体主框架；2、前桥总成；3、后桥总成；4、探测框架；5、调节螺杆；6、螺母；7、探轮移动架；8、顶紧装置；9、调节手轮；10、导向轮；11、导向犁；12、超声波探轮；13、探轮驱动电机；14、TR探头；15、65°探头；16、操作盒；17、工控机；18、电源；19、耦合液箱；20、喷头。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图3，本实用新型的实施例提供一种自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，由小车车体、伺服子系统、探伤子系统、电气控制子系统和电源五部分组成。

所述小车车体包括车体主框架1、前桥总成2和后桥总成3，所述前桥总成2和后桥总成3分别位于车体主框架1底部的前侧和后侧，用于使探伤小车在被检钢轨上走行，所述车体主框架1用于为伺服子系统、探伤子系统和电气控制子系统提供搭载平台。前桥总成2和后桥总成3用于为小车车体提供轨道作业行走的动力，驱动探伤小车沿钢轨表面运动。

所述伺服子系统设置两个，呈对称设置在小车车体左右两侧；所述伺服子系统包括对中机构和喷淋耦合机构，所述对中机构安装在小车车体上，对中机构用于调整探伤子系统的超声波探轮12相对于钢轨顶面的位置，保证超声波探轮12与钢轨顶面对中和耦合良好，确保超声波的无损传播；所述喷淋耦合机构包括耦合液箱19、喷淋泵、连接管和喷头20，所述耦合液箱19安装在小车车体上，所述耦合液箱19的出口通过连接管与喷淋泵的入口连接，所述喷淋泵的出口通过连接管与喷头20连接，所述喷头20安装在对中机构上；喷淋泵开始工作时，将耦合液箱19的耦合剂吸出输送到各个喷头20，喷头20将耦合剂喷射在超声波探轮12表面。

具体的，所述对中机构包括探测框架4、调节螺杆5、螺母6、探轮移动架7和顶紧装置8，所述探测框架4安装在小车车体上，所述调节螺杆5穿过探测框架4与螺母6螺纹连接，所述螺母6安装在探轮移动架7上，所述超声波探轮12安装在探轮移动架7上；控制调节螺杆5旋转，可通过螺母6带动探轮移动架7向下移动，使超声波探轮12与钢轨轨顶表面保持良好耦合。所述顶紧装置8安装在探测框架4上，当螺母6运动到某一位置时，顶紧装置8与螺母6顶紧，用于保护超声波探轮12不被过度下压以致于损坏。所述调节螺杆5的顶端设置有调节手轮9，更便于操作调节螺杆5，调节螺杆5的底端设置有限位块(图中未示出)，防止调节螺杆5和螺母6脱离。

所述伺服子系统还包括导向轮10和导向犁11，每个所述对中机构沿钢轨方向的前后侧均设置有导向轮10和导向犁11，所述导向轮10和导向犁11均与钢轨轨顶踏面接触，所述导向轮10用于为超声波探轮12提供引导，所述导向犁11用于为超声波探轮12清理钢轨上的杂物。

所述探伤子系统用于对钢轨实现全方位探伤，所述探伤子系统包括超声波探轮12、探轮驱动电机13和多通道高速超声波数据采集卡，所述超声波探轮12安装在对中机构上，通过对中机构使每个超声波探轮12与钢轨轨顶表面保持良好的耦合，每个对中机构上设置两个超声波探轮12，两个超声波探轮12沿钢轨方向前后设置，同时对一侧钢轨进行探伤，提高伤损检出率和探伤效率。所述探轮驱动电机13驱动超声波探轮12转动，所述探轮驱动电机13安装在超声波探轮12的轮轴处，所述探轮驱动电机13的输出端与超声波探轮12的轮轴连接。每个所述超声波探轮12均对应至少一个喷头20，每个所述超声波探轮12内设置有2个TR探头14和6个65°探头15。

本实施例中，探伤小车采用8路独立的发射-接收通道，其中7个通道用于钢轨探伤，1个通道要用于校对缺陷或备用。探伤小车采用2个TR探头14(联合双探头)和6个65°探头15，8个探测通道均有反射报警功能，并配有衰减范围为0-80dB的精密数字衰减器。斜探头利用波形转换原理在钢轨中产生检测波形，主要由压电晶片、阻尼块及斜锲组成。其中，TR探头14具有双压电晶片分割式结构，1片发射超声波，1片接收超声波。TR探头14探伤盲区小、灵敏度高、分辨率强，能探测轨头、轨腰和轨底的水平裂纹、纵向裂纹和螺孔水平裂纹等，特别适合钢轨表面缺陷的探测和缺陷定位。65°探头15主要用于检测轨头横向及纵向裂纹。探测时，2个TR探头14和其中5个65°探头15同时工作，剩余1个65°探头15备用。

所述多通道高速超声波数据采集卡安装在小车车体上，所述超声波探轮12与多通道高速超声波数据采集卡电连接；采用多通道高速超声波数据采集卡对信号进行采样，采集后的数据传输给工控机，将数据处理、分析、储存和记录，可对钢轨损伤进行一定预判。

所述电气控制子系统包括操作盒16和工控机17，所述操作盒16和工控机17安装在小车车体上，所述操作盒16位于车前驾驶员位置处，用于控制探伤小车前进后退，实现探伤小车的走行；所述工控机17分别与伺服子系统、探伤子系统相连，用于控制伺服子系统、探伤子系统工作，实现对中伺服、喷淋耦合和探伤控制，并接收探伤数据；

所述电源18安装在小车车体上，用于为伺服子系统、探伤子系统、电气控制子系统供电。

焊缝探伤运用探伤小车控制技术，实现对焊缝全断面探伤，电源为小车车体、伺服子系统、探伤子系统、电气控制子系统提供电力供应，探伤小车自动运行时，超声波探轮12通过耦合液与钢轨接触，将采集的数据返回工控机17做进一步伤痕或缺陷的判断。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，其特征在于，由小车车体、伺服子系统、探伤子系统、电气控制子系统和电源五部分组成；

所述伺服子系统设置两个，呈对称设置在小车车体左右两侧；所述伺服子系统包括对中机构和喷淋耦合机构，所述对中机构安装在小车车体上，对中机构用于调整探伤子系统的超声波探轮相对于钢轨顶面的位置；所述喷淋耦合机构包括耦合液箱、喷淋泵、连接管和喷头，所述耦合液箱安装在小车车体上，所述耦合液箱的出口通过连接管与喷淋泵的入口连接，所述喷淋泵的出口通过连接管与喷头连接，所述喷头安装在对中机构上；

所述探伤子系统用于对钢轨实现全方位探伤，所述探伤子系统包括超声波探轮、探轮驱动电机和多通道高速超声波数据采集卡，所述超声波探轮安装在对中机构上，通过对中机构使每个超声波探轮与钢轨轨顶表面保持良好的耦合，所述探轮驱动电机驱动超声波探轮转动，每个所述超声波探轮均对应至少一个喷头，每个所述超声波探轮内设置有2个TR探头和6个65°探头，所述多通道高速超声波数据采集卡安装在小车车体上，所述超声波探轮与多通道高速超声波数据采集卡电连接；

所述电气控制子系统包括操作盒和工控机，所述操作盒和工控机安装在小车车体上，所述操作盒用于控制探伤小车前进后退，实现探伤小车的走行；所述工控机分别与伺服子系统、探伤子系统相连，用于控制伺服子系统、探伤子系统工作，实现对中伺服、喷淋耦合和探伤控制，并接收探伤数据；

所述电源安装在小车车体上，用于为伺服子系统、探伤子系统、电气控制子系统供电。

2.根据权利要求1所述的自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，其特征在于，所述对中机构包括探测框架、调节螺杆、螺母、探轮移动架和顶紧装置，所述探测框架安装在小车车体上，所述调节螺杆穿过探测框架与螺母螺纹连接，所述螺母安装在探轮移动架上，所述超声波探轮安装在探轮移动架上；所述顶紧装置安装在探测框架上，当螺母运动到某一位置时，顶紧装置与螺母顶紧。

3.根据权利要求2所述的自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，其特征在于，所述调节螺杆的顶端设置有调节手轮，调节螺杆的底端设置有限位块。

4.根据权利要求1所述的自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，其特征在于，所述探轮驱动电机安装在超声波探轮的轮轴处，所述探轮驱动电机的输出端与超声波探轮的轮轴连接。

5.根据权利要求1所述的自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，其特征在于，所述伺服子系统还包括导向轮和导向犁，每个所述对中机构沿钢轨方向的前后侧均设置有导向轮和导向犁，所述导向轮和导向犁均与钢轨轨顶踏面接触，所述导向轮用于为超声波探轮提供引导，保护轮皮柔软的超声波探轮，所述导向犁用于为超声波探轮清理钢轨上的杂物。

6.根据权利要求1所述的自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，其特征在于，每个对中机构上设置两个超声波探轮，两个超声波探轮沿钢轨方向前后设置。

7.根据权利要求1所述的自动检测钢轨焊缝缺陷的探伤小车，其特征在于，所述小车车体包括车体主框架、前桥总成和后桥总成，所述前桥总成和后桥总成分别位于车体主框架底部的前侧和后侧，用于使探伤小车在被检钢轨上走行，所述车体主框架用于为伺服子系统、探伤子系统和电气控制子系统提供搭载平台。

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