可檢測軌底的輪式探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可檢測軌底的輪式探頭，所述輪式探頭包含：固定模塊、主45度換能器、副45度換能器、0度換能器和70度換能器；所述主45度換能器、所述副45度換能器、所述0度換能器和所述70度換能器通過所述固定模塊固定于所述輪式探頭上；所述主45度換能器用于向軌腰區(qū)域和軌底區(qū)域發(fā)射超聲波，并接收所述軌腰區(qū)域和軌底區(qū)域反射的超聲波；所述副45度換能器用于接收所述軌底區(qū)域反射的超聲波；所述0度換能器用于向鋼軌踏面垂直發(fā)射超聲波和接收鋼軌踏面、軌頭區(qū)域、軌腰區(qū)域以及軌底區(qū)域反射的超聲波，以及監(jiān)控所述輪式探頭狀態(tài)；所述70度換能器用于向軌頭區(qū)域發(fā)射超聲波以及接收所述軌頭區(qū)域反射的超聲波。
【專利說明】
可檢測軌底的輪式探頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼軌在役線路無損檢測領(lǐng)域，尤指一種可檢測軌底的輪式探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼軌軌底三角區(qū)的橫向疲勞裂紋危害極大，其發(fā)展迅速，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致斷軌。在役鋼軌處于鋪設(shè)狀態(tài)，超聲波探傷只能從鋼軌踏面進(jìn)行。由于缺陷類型、位置、取向不同，需配置多個(gè)通道的換能器進(jìn)行多角度掃查。常規(guī)的做法是O度通道檢測水平裂紋、70度通道檢測軌頭核傷和45度通道檢測螺孔裂紋。通常鋼軌超聲波檢測系統(tǒng)需要配置O度通道、前/后向45度通道、前/后向70度通道，以分別檢測不同取向的缺陷。
[0003]目前國內(nèi)鐵路采用大型鋼軌探傷車對在役鋼軌開展周期性的快速檢測。大型鋼軌探傷車主要采用輪式探頭。輪式探頭(又稱輪式換能器、探輪)，主要由超聲波換能器架、超聲波換能器組、線纜軸、光軸、轉(zhuǎn)動(dòng)及密封組件、法蘭盤、柔性外膜及安裝附件等組成。輪式探頭可在換能器架上安裝一個(gè)或者多個(gè)超聲波換能器，探頭內(nèi)部充滿耦合介質(zhì)，外部安裝柔性外膜。超聲波換能器發(fā)射的超聲波經(jīng)過輪內(nèi)的耦合介質(zhì)、外膜進(jìn)入到介質(zhì)內(nèi)部，當(dāng)超聲波檢測到鋼軌內(nèi)部傷損時(shí)，反射回波又通過外膜、輪內(nèi)耦合介質(zhì)被超聲波換能器接收。輪式探頭在被鋼軌踏面持續(xù)滾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了對鋼軌內(nèi)部傷損的不間斷快速檢測。國內(nèi)大型鋼軌探傷車采用輪式探頭作為超聲波探傷系統(tǒng)的超聲傳感組件，采用的輪式探頭結(jié)構(gòu)配置如圖1所示;大型鋼軌探傷車采用該配置的輪式探頭進(jìn)行鋼軌探傷，可對軌頭核傷、螺孔裂紋、鋼軌水平縱向裂紋等疲勞傷損進(jìn)行檢測。國內(nèi)大型鋼軌探傷車單側(cè)鋼軌配置兩個(gè)輪式探頭，兩個(gè)輪式探頭相向布置。單側(cè)鋼軌配置有O度換能器1002、前/后45度換能器1001和前/后向70度換能器1003。其中，O度換能器1002用來探測軌頭軌腰區(qū)域水平裂紋。前/后向70度換能器1003用來檢測軌頭區(qū)域橫向疲勞傷損。前/后向45度換能器1001用來檢測螺孔裂紋和軌腰區(qū)域其他疲勞裂紋。該探輪配置的前/后向45度換能器1001，其換能器尺寸由軌腰區(qū)域傷損的檢測能力決定，受輪式探頭結(jié)構(gòu)大小和內(nèi)部聲程的限制，尚不具備鋼軌軌底傷損檢測能力。在不改變既有探輪布置的情況下，通過增大45度換能器尺寸可間接擴(kuò)大軌底傷損的掃描范圍，但是會(huì)對軌腰區(qū)域的檢測帶來不利影響。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中還提供一種檢測軌底三角區(qū)垂直裂紋的方法，請參考圖2所示，該方法用于手推式鋼軌探傷儀。通過在鋼軌探傷儀上使用串列式探頭，優(yōu)選方案是2-6個(gè)晶片，對軌底進(jìn)行掃查，收到垂直裂紋產(chǎn)生的反射波。晶片6-1工作在發(fā)射模式，只發(fā)射不接收。晶片6-2至6-6工作在接收模式，用來接收晶片6-1發(fā)射超聲波的反射回波。該檢測軌底三角區(qū)垂直裂紋的方法，采用串列式探頭，適用于手推式鋼軌探傷儀，其探頭與鋼軌直接接觸，考慮到輪式探頭內(nèi)部空間限制和多換能器間的串?dāng)_，該種技術(shù)無法應(yīng)用于大型鋼軌探傷車的輪式探頭。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中還提供一種新型集靴式和輪式探頭雙重優(yōu)點(diǎn)的高速輪式探頭，請參考圖3所示，該輪式探頭利用內(nèi)部自動(dòng)控制裝置使其能完成較高速度下的鋼軌探傷工作。該新型輪式探頭將超聲探頭陣列將至軌面，并與軌面之間隔有輪式探頭的外膜。該高速輪式探頭采用自動(dòng)裝置能使探頭表面到鋼軌表面距離保持恒定距離。該方案中的高速輪式探頭，其組合探頭5中的部分探頭專用于探測軌腰的傷損及軌中的螺栓孔傷，但是不具備軌底傷損檢測能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于克服上述問題，并提供一種可全方位檢測鋼軌的輪式探頭，以有效增大對軌底傷損的掃描范圍，提升鋼軌傷損的檢測能力。
[0007]為達(dá)上述目的，本發(fā)明具體提供一種可檢測軌底的輪式探頭，所述輪式探頭包含:固定模塊、主45度換能器、副45度換能器、O度換能器和70度換能器;所述主45度換能器、所述副45度換能器、所述O度換能器和所述70度換能器通過所述固定模塊固定于所述輪式探頭上;所述主45度換能器用于向軌腰區(qū)域和軌底區(qū)域發(fā)射超聲波，并接收所述軌腰區(qū)域和軌底區(qū)域反射的超聲波;所述副45度換能器用于接收所述軌底區(qū)域反射的超聲波;所述O度換能器用于向鋼軌踏面垂直發(fā)射超聲波和接收鋼軌踏面、軌頭區(qū)域、軌腰區(qū)域以及軌底區(qū)域反射的超聲波，以及監(jiān)控所述輪式探頭狀態(tài);所述70度換能器用于向軌頭區(qū)域發(fā)射超聲波以及接收所述軌頭區(qū)域反射的超聲波。
[0008]在上述可檢測軌底的輪式探頭中，優(yōu)選的，所述軌腰區(qū)域、所述軌底區(qū)域、所述鋼軌踏面和所述軌頭區(qū)域反射的超聲波包含對應(yīng)位置的鋼軌疲勞裂紋信息和/或螺孔裂紋信息。
[0009]在上述可檢測軌底的輪式探頭中，優(yōu)選的，所述固定模塊包含軸連接架和換能器座；所述換能器座固定于所述軸連接架上，用于固定所述主45度換能器、所述副45度換能器、所述O度換能器和所述70度換能器。
[0010]在上述可檢測軌底的輪式探頭中，優(yōu)選的，所述輪式探頭還包含外膜，所述外膜包覆于所述輪式探頭。
[0011]在上述可檢測軌底的輪式探頭中，優(yōu)選的，所述外膜和所述固定模塊之間還填充耦合介質(zhì)，所述耦合介質(zhì)用于傳導(dǎo)換能器發(fā)射或接收的超聲波。
[0012]在上述可檢測軌底的輪式探頭中，優(yōu)選的，所述輪式探頭還包含檢測閘門單元，所述檢測閘門單元包含軌腰檢測閘門和軌底檢測閘門；所述軌腰檢測閘門設(shè)置于所述主45度換能器的超聲波傳輸路徑上，用于分析檢測所述軌腰區(qū)域和/或所述軌底區(qū)域的疲勞裂紋信息和/或螺孔裂紋信息;所述軌底檢測閘門設(shè)置于所述主45度換能器的超聲波傳輸路徑上，用于分析檢測所述軌底區(qū)域的疲勞裂紋信息。
[0013]在上述可檢測軌底的輪式探頭中，優(yōu)選的，所述70度換能器包含三個(gè)子換能器，所述子換能器用于分別檢測軌頭區(qū)域中部及兩側(cè)的疲勞裂紋信息。
[0014]在上述可檢測軌底的輪式探頭中，優(yōu)選的，所述主45度換能器與所述副45度換能器聯(lián)動(dòng)，通過所述主45度換能器發(fā)射超聲波，所述超聲波經(jīng)軌底區(qū)域傷損面反射至所述主45度換能器和/或所述副45度換能器接收。
[0015]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:本發(fā)明所提供的輪式探頭配置有O度換能器、70度換能器和主/副45度換能器，主45度換能器工作在既發(fā)又收模式，副45度換能器工作在接收模式，兩者聯(lián)合工作，除具備軌腰疲勞傷損和螺孔裂紋的檢測功能外，還具備軌底傷損的檢測能力;通過主/副45度換能器來檢測軌底中心區(qū)域的橫向疲勞傷損，該工作模式既不同于手推式探傷儀的串列式模式，也不同于既有大型鋼軌探傷車輪式探頭結(jié)構(gòu)，不但具備軌底檢測功能，而且有效增大對軌底傷損的掃描范圍，提升軌底傷損的檢測能力。
【附圖說明】
[0016]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中:
[0017]圖1為現(xiàn)有鋼軌探傷輪式探頭的基本配置圖；
[0018]圖2為現(xiàn)有技術(shù)一中所提供的超聲波輪式探頭示意圖；
[0019]圖3為現(xiàn)有技術(shù)二中所提供的高速輪式探頭示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明所提供的可檢測軌底的輪式探頭原理示意圖；
[0021 ]圖5為本發(fā)明所提供的可檢測軌底的輪式探頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明所提供的可檢測軌底的輪式探頭一優(yōu)選實(shí)施例使用示意圖。
[0023]附圖標(biāo)號
[0024]1001為前后45度換能器，1002為O度換能器，1003為70度換能器，3001、5001為外膜，3002、5004為軸連接架，3003、5005為換能器座，10011為主45度換能器，10012為副45度換能器，5002為無閥側(cè)組件，5003為有閥側(cè)組件，5005為換能器座，60011為縱波I，60012為縱波2，60021為橫波I，60022為橫波2.
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0026]請參考圖4至圖5所述，本發(fā)明具體提供一種可檢測軌底的輪式探頭，所述輪式探頭包含:固定模塊、主45度換能器10011、副45度換能器10012、0度換能器1002和70度換能器1003;所述主45度換能器10011、所述副45度換能器10012、所述O度換能器1002和所述70度換能器1003通過所述固定模塊固定于所述輪式探頭上;所述主45度換能器10011用于向軌腰區(qū)域和軌底區(qū)域發(fā)射超聲波，并接收所述軌腰區(qū)域和軌底區(qū)域反射的超聲波;所述副45度換能器10012用于接收所述軌底區(qū)域反射的超聲波;所述O度換能器1002用于向鋼軌踏面垂直發(fā)射超聲波和接收鋼軌踏面、軌頭區(qū)域、軌腰區(qū)域以及軌底區(qū)域反射的超聲波，以及監(jiān)控所述輪式探頭狀態(tài);所述70度換能器1003用于向軌頭區(qū)域發(fā)射超聲波以及接收所述軌頭區(qū)域反射的超聲波。
[0027]其中，所述軌腰區(qū)域、所述軌底區(qū)域、所述鋼軌踏面和所述軌頭區(qū)域反射的超聲波包含對應(yīng)位置的鋼軌疲勞裂紋信息和/或螺孔裂紋信息。
[0028]值得說明的是，所述70度換能器1003包含三個(gè)子換能器，所述子換能器用于分別檢測軌頭區(qū)域中部及兩側(cè)的疲勞裂紋信息；以此更全面的檢測所述軌頭區(qū)域的疲勞裂紋信息。
[0029]在上述實(shí)施例中，所述固定模塊包含軸連接架3002、5004和換能器座3003、5005;所述換能器座3003、5005固定于所述軸連接架3002、5004上，用于固定所述主45度換能器10011、所述副45度換能器10012、所述O度換能器1002和所述70度換能器1003;其中，所述副45度換能器10012僅用于接收超聲波，并不發(fā)射超聲波；所述輪式探頭還包含外膜3001、5001，所述外膜3001、5001包覆于所述輪式探頭；所述外膜3001,5001和所述固定模塊之間還填充耦合介質(zhì)，所述耦合介質(zhì)用于傳導(dǎo)換能器發(fā)射或接收的超聲波。
[0030]在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述輪式探頭還包含檢測閘門單元，所述檢測閘門單元包含軌腰檢測閘門和軌底檢測閘門；所述軌腰檢測閘門設(shè)置于所述主45度換能器10011的超聲波傳輸路徑上，用于分析檢測所述軌腰區(qū)域和/或所述軌底區(qū)域的疲勞裂紋信息和/或螺孔裂紋信息；軌底檢測閘門設(shè)置于所述主45度換能器10011的超聲波傳輸路徑上，用于分析檢測所述軌底區(qū)域的疲勞裂紋信息。
[0031]為更清楚的說明上述實(shí)施例，以下整體對本發(fā)明所提供的具備軌底檢測功能的大型鋼軌探傷車用超聲波輪式探頭做簡要說明，該輪式探頭配置有主45度換能器和副45度換能器，主45度換能器工作在既發(fā)又收模式，可發(fā)射超聲波，同時(shí)該超聲波在鋼軌內(nèi)部傳播后經(jīng)鋼軌軌底傷損反射后也可被自身接收，檢測系統(tǒng)主45度檢測通道設(shè)置有軌腰檢測閘門和軌底檢測閘門，其中，軌腰檢測閘門用于檢測螺孔裂紋和軌腰區(qū)域疲勞裂紋，軌底檢測閘門用于檢測軌底區(qū)域疲勞傷損;副45度換能器工作在接收模式，其不發(fā)射超聲波能，可接收主45度換能器發(fā)射的超聲回波，檢測系統(tǒng)副45度檢測通道設(shè)置軌底檢測閘門，用于接收軌底區(qū)域疲勞傷損的反射回波;主45度換能器和副45度換能器的聯(lián)合工作模式，一方面確保了軌腰區(qū)域的檢測功能和模式與既有探傷車系統(tǒng)一致，另一方面設(shè)置了主/副45度檢測通道的軌底檢測閘門，具備軌底傷損的檢測功能，提升了大型鋼軌探傷車的綜合檢測能力。
[0032]在上述實(shí)施例中，所述輪式探頭還包含存儲器，所述存儲器用于存儲所述疲勞裂紋信息和/或螺孔裂紋信息，該存儲器可為現(xiàn)有的存儲硬件，本發(fā)明在此不再詳細(xì)說明。
[0033]以下結(jié)合圖6對本發(fā)明實(shí)際工作中的運(yùn)行原理做進(jìn)一步說明，參見圖6所述，本發(fā)明中的超聲波換能器組，包括O度換能器1002、70度換能器1003、主45度換能器10011和副45度換能器10012;其中O度換能器1002用于探測水平裂紋和監(jiān)控輪式探頭狀態(tài)，70度換能器1003分為檢測兩側(cè)及內(nèi)部的三個(gè)子換能器，用以檢測軌頭內(nèi)中外側(cè)橫向疲勞裂紋，主45度換能器10011用以檢測軌腰螺孔裂紋和軌底中心區(qū)域橫向疲勞傷損，副45度換能器10012用以檢測軌底中心區(qū)域橫向疲勞裂紋;主/副45度換能器聯(lián)合工作，共同完成軌底中心區(qū)域橫向疲勞裂紋的檢測，主45度換能器采10011用發(fā)射和接收雙模式，其發(fā)射的超聲波為縱波160011，經(jīng)過輪內(nèi)耦合液和外膜的傳播后，到達(dá)軌頭中部區(qū)域。超聲波折射為橫波160021進(jìn)入到鋼軌內(nèi)部，傳播至軌底區(qū)域，當(dāng)軌底中心區(qū)域存在橫向疲勞裂紋時(shí)，橫波160021在軌底橫向疲勞裂紋和軌底平面之間形成端角反射轉(zhuǎn)變?yōu)闄M波1160022，橫波II60022沿著與橫波160011平行路徑傳播至鋼軌軌頭區(qū)域，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榭v波II60012傳播至輪式探頭內(nèi)部，被主45度換能器10011或者副45度換能器10012接收。
[0034]本發(fā)明中的超聲波換能器架，其上安裝超聲波換能器組。其中，O度換能器1002為水平安裝，70度換能器1003與主/副45度換能器相向安裝，70度換能器1003聲束方向指向O度換能器1002左下方，主/副45度換能器聲束方向指向O度換能器1002右下方。O度換能器1002、70度換能器1003和主/副45度換能器均是使用螺栓安裝在換能器座3003、5005上。換能器座3003、5005上設(shè)定不同角度的安裝面，保證各換能器設(shè)定角度和取向。
[0035]本發(fā)明所提供的輪式探頭配置有O度換能器、70度換能器和主/副45度換能器。主45度換能器工作在既發(fā)又收模式，副45度換能器工作在接收模式，主/副45度換能器聯(lián)合工作，除具備軌腰疲勞傷損和螺孔裂紋的檢測功能外，還具備軌底傷損的檢測能力。其中，主45度換能器工作在既發(fā)又收模式，副45度換能器工作在接收模式。主/副45度換能器的聯(lián)合工作，用以檢測軌底中心區(qū)域的橫向疲勞傷損，該工作模式既不同于手推式探傷儀的串列式模式，也不同于既有大型鋼軌探傷車輪式探頭結(jié)構(gòu)45度換能器的既發(fā)又收模式。具備軌底檢測功能的輪式探頭可有效增大對軌底傷損的掃描范圍，提升軌底傷損的檢測能力。
[0036]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可檢測軌底的輪式探頭，其特征在于，所述輪式探頭包含:固定模塊、主45度換能器、副45度換能器、O度換能器和70度換能器； 所述主45度換能器、所述副45度換能器、所述O度換能器和所述70度換能器通過所述固定模塊固定于所述輪式探頭上； 所述主45度換能器用于向軌腰區(qū)域和軌底區(qū)域發(fā)射超聲波，并接收所述軌腰區(qū)域和軌底區(qū)域反射的超聲波； 所述副45度換能器用于接收所述軌底區(qū)域反射的超聲波； 所述O度換能器用于向鋼軌踏面垂直發(fā)射超聲波和接收鋼軌踏面、軌頭區(qū)域、軌腰區(qū)域以及軌底區(qū)域反射的超聲波，以及監(jiān)控所述輪式探頭狀態(tài)； 所述70度換能器用于向軌頭區(qū)域發(fā)射超聲波以及接收所述軌頭區(qū)域反射的超聲波。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可檢測軌底的輪式探頭，其特征在于，所述軌腰區(qū)域、所述軌底區(qū)域、所述鋼軌踏面和所述軌頭區(qū)域反射的超聲波包含對應(yīng)位置的鋼軌疲勞裂紋信息和/或螺孔裂紋信息。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可檢測軌底的輪式探頭，其特征在于，所述固定模塊包含軸連接架和換能器座； 所述換能器座固定于所述軸連接架上，用于固定所述主45度換能器、所述副45度換能器、所述O度換能器和所述70度換能器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可檢測軌底的輪式探頭，其特征在于，所述輪式探頭還包含外膜，所述外膜包覆于所述輪式探頭。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可檢測軌底的輪式探頭，其特征在于，所述外膜和所述固定模塊之間還填充耦合介質(zhì)，所述耦合介質(zhì)用于傳導(dǎo)換能器發(fā)射或接收的超聲波。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可檢測軌底的輪式探頭，其特征在于，所述輪式探頭還包含檢測閘門單元，所述檢測閘門單元包含軌腰檢測閘門和軌底檢測閘門； 所述軌腰檢測閘門設(shè)置于所述主45度換能器的超聲波傳輸路徑上，用于分析檢測所述軌腰區(qū)域和/或所述軌底區(qū)域的疲勞裂紋信息和/或螺孔裂紋信息； 所述軌底檢測閘門設(shè)置于所述主45度換能器的超聲波傳輸路徑上，用于分析檢測所述軌底區(qū)域的疲勞裂紋信息。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可檢測軌底的輪式探頭，其特征在于，所述70度換能器包含三個(gè)子換能器，所述子換能器用于分別檢測軌頭區(qū)域中部及兩側(cè)的疲勞裂紋信息。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可檢測軌底的輪式探頭，其特征在于，所述主45度換能器與所述副45度換能器聯(lián)動(dòng)，通過所述主45度換能器發(fā)射超聲波，所述超聲波經(jīng)軌底區(qū)域傷損面反射至所述主45度換能器和/或所述副45度換能器接收。
【文檔編號】G01N29/24GK106053611SQ201610352875
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】馬運(yùn)忠, 張玉華, 石永生, 李培, 鐘艷春, 熊龍輝
【申請人】中國鐵道科學(xué)研究院, 中國鐵道科學(xué)研究院基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所, 北京鐵科英邁技術(shù)有限公司