一种用于服役钢轨轨底伤损检测的超声检测设备的制作方法

本发明属于钢轨检测，具体涉及一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备。

背景技术：

1、随着我国铁路运输里程的增加，铁路运输装备的运营与维修越来越重要。钢轨作为铁路轨道的主要组成部件，起着承载机车车辆的重量，引导列车运行的作用。钢轨在服役过程中，受列车载荷的长期作用和外部环境的影响，容易产生内部缺陷，缺陷的加剧和扩展将引起钢轨的疲劳甚至断裂，进而导致列车事故的发生。此外，铁路向高速和重载方向发展，对钢轨的服役质量和安全提出了更高的要求。因此，及时有效地检测服役钢轨内部缺陷并采取必要的措施，对保证铁路安全运行具有重要意义。

2、对服役钢轨检测结果的积累和统计显示，受生产质量、轮轨作用、热应力、残余应力和腐蚀等影响，缺陷可能产生于钢轨轨头、轨腰和轨底等部位。其中钢轨的断裂主要由轨底缺陷、螺栓孔裂纹和焊缝失效等引起，轨底的缺陷是造成钢轨断轨的最主要原因。由于轨底缺陷的检测量大，当前并未有服役钢轨轨底缺陷检测的自动化设备与技术，轨底缺陷的检测仍是一个盲区，铁路部门采用定期对钢轨更换的方式以避免服役钢轨的失效。

3、当前面向服役钢轨在线检测的主要方法有机器视觉、电磁超声和传统超声检测等，此外激光超声、涡流及空气耦合超声等检测技术也在研究和探索应用中。其中，机器视觉方法主要面向钢轨踏面以及可视表面的缺陷检测，无法实现内部缺陷的检测；电磁超声的换能效率较低，且易受提离距离的影响，当前并未在钢轨检测中普及。相比之下，超声检测技术具有检测成本低、灵敏度高及操作方便等优势，在小型钢轨探伤仪和大型钢轨探伤车中均得到了广泛的应用。

4、然而，目前成熟应用的服役钢轨超声在线检测装置及系统，普遍采用水轮耦合或者接触耦合的方式，主要用于钢轨轨头、轨腰以及轨底中部缺陷的检测。而针对轨底两侧部分缺陷的检测，由于受到道砟、扣件、连接板、轨道变形以及轨底面沉积物等影响，超声探头与轨底之间难以实现耦合，超声波无法进行有效传播，从而限制了轨底缺陷的检测。虽然可通过人工方式进行轨底缺陷的检测，但该工作量极大，在现实中难以实现。因此，有必要研究面向服役钢轨轨底缺陷的超声自动检测方法，实现轨底全断面上缺陷的快速、有效检测，以保证铁路的运输安全。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备；解决目前服役钢轨超声在线检测装置对轨底缺陷检测质量较差的问题。

2、为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

3、一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，包括主车架，在主车架左右两侧铰接有两组装夹机构，两组装夹机构分别与两根连接杆的下端相铰接，两根连接杆的上端与同一根前侧握杆相铰接；每组装夹机构上设置有一排检测探头，每个检测探头包括探头壳体，探头壳体的下端开口处设置有楔块，探头壳体的内部顶板处固定设置有探头本体，探头本体内部的额压电陶瓷晶片与楔块相接触；探头壳体的下端开口通过密封棉所封闭，探头壳体内部注满水，声波通过楔块、楔块与钢轨之间的水层传播至钢轨的轨底。

4、进一步的，所述主车架包括一根前后水平设置的纵向固定杆，纵向固定杆在其前后两端分别固定设置有一个u型座，前后两个u型座内部分别转动设置有一个轨头轮。

5、进一步的，在纵向固定杆的前后两端端部固定设置有一根左右水平的横向固定杆，横向固定杆的中部与纵向固定杆的端部相固定连接，在每根横向固定杆的两端端部分别固定设置有一根竖直的支撑腿，支撑腿的下端固定设置有一个万向轮。

6、进一步的，在纵向固定杆的上端面前后两侧分别固定设置有一根前侧操作杆以及一根后侧操作杆，后侧操作杆的上端与后侧握杆的中部相固定连接，前侧操纵杆上端的后侧固定设置有一个上下贯通的套筒，两根连接杆位于套筒内部；在前侧操作杆与后侧操作杆之间的纵向固定杆上端面固定设置有检测仪。

7、进一步的，所述装夹机构包括铰接座、上侧连接座、下侧连接座、横向弹簧、压紧弹簧、轨面导向轮、轨底导向轮；在纵向固定杆下端面固定设置有一个固定座，固定座的左右两侧侧壁分别与两个装夹机构的铰接座相铰接，铰接座与同侧的连接杆下端相铰接；铰接座与固定座之间设置有收缩弹簧。

8、进一步的，在铰接座远离固定座的一侧下端固定设置有上侧连接座，上侧连接座下方设置有下侧连接座，下侧连接座包括上侧板以及下侧板，上侧板与下侧板通过滑块以及滑轨的配合在左右方向滑动，在上侧板与下侧板之间设置有两个横向弹簧；在上侧连接座上固定设置有前后两根导向杆，在上侧板上对应设置有前后两个导向孔，两根导向杆下端分别滑动插接于上侧板前后两个导向孔内部；在每根导向杆外侧分别套接有一个压紧弹簧，压紧弹簧的上下两端分别与上侧连接座以及上侧板相固定连接。

9、进一步的，在上侧连接座的前后两端端面上分别转动设置有一个轨面导向轮，在下侧连接座的下侧板的下端面前后两端分别转动设置有一个轨底导向轮。

10、进一步的，在探头壳体的顶板上固定设置有注水口，注水口处设置有水管。

11、进一步的，下侧连接座的下侧板的前端设置有清扫机构，所述清扫机构包括清扫座、清扫电机、毛刷，清扫座固定设置于下侧连接座的下侧板前端，清扫电机固定设置于清扫座上，毛刷固定设置于清扫电机的输出轴上。

12、更进一步的，每一侧利用三个不同角度斜入射的检测探头，入射角度分别为0°，12°和23°。

13、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

14、本发明提供的一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，选取合适的入射角度，超声波能够有效辐射至轨底并能实现对钢轨轨底的全覆盖；可以在钢轨上行驶，并且在遇到连接板等不可避开的障碍时可以进行避让，从而提高适用性。

技术特征：

1.一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，其特征在于：包括主车架，在主车架左右两侧铰接有两组装夹机构（17），两组装夹机构（17）分别与两根连接杆（15）的下端相铰接，两根连接杆（15）的上端与同一根前侧握杆（14）相铰接；每组装夹机构（17）上设置有一排检测探头（19），每个检测探头（19）包括探头壳体（35），探头壳体（35）的下端开口处设置有楔块（38），探头壳体（35）的内部顶板处固定设置有探头本体（36），探头本体（36）内部的压电陶瓷晶片与楔块（38）相接触；探头壳体（35）的下端开口通过密封棉（39）所封闭，探头壳体（35）内部注满水，声波通过楔块（38）、楔块（38）与钢轨（1）之间的水层传播至钢轨（1）的轨底（4）。

2.根据权利要求1所述的一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，其特征在于：所述主车架包括一根前后水平设置的纵向固定杆（5），纵向固定杆（5）在其前后两端分别固定设置有一个u型座，前后两个u型座内部分别转动设置有一个轨头轮（6）。

3.根据权利要求2所述的一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，其特征在于：在纵向固定杆（5）的前后两端端部固定设置有一根左右水平的横向固定杆（7），横向固定杆（7）的中部与纵向固定杆（5）的端部相固定连接，在每根横向固定杆（7）的两端端部分别固定设置有一根竖直的支撑腿（8），支撑腿（8）的下端固定设置有一个万向轮（9）。

4.根据权利要求2所述的一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，其特征在于：在纵向固定杆（5）的上端面前后两侧分别固定设置有一根前侧操作杆（10）以及一根后侧操作杆（11），后侧操作杆（11）的上端与后侧握杆（12）的中部相固定连接，前侧操纵杆上端的后侧固定设置有一个上下贯通的套筒（13），两根连接杆（15）位于套筒（13）内部；在前侧操作杆（10）与后侧操作杆（11）之间的纵向固定杆（5）上端面固定设置有检测仪（16）。

5.根据权利要求2所述的一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，其特征在于：所述装夹机构（17）包括铰接座（21）、上侧连接座（23）、下侧连接座（24）、横向弹簧（31）、压紧弹簧（28）、轨面导向轮（29）、轨底导向轮（30）；在纵向固定杆（5）下端面固定设置有一个固定座（20），固定座（20）的左右两侧侧壁分别与两个装夹机构（17）的铰接座（21）相铰接，铰接座（21）与同侧的连接杆（15）下端相铰接；铰接座（21）与固定座（20）之间设置有收缩弹簧（22）。

6.根据权利要求5所述的一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，其特征在于：在铰接座（21）远离固定座（20）的一侧下端固定设置有上侧连接座（23），上侧连接座（23）下方设置有下侧连接座（24），下侧连接座（24）包括上侧板（25）以及下侧板（26），上侧板（25）与下侧板（26）通过滑块以及滑轨的配合在左右方向滑动，在上侧板（25）与下侧板（26）之间设置有两个横向弹簧（31）；在上侧连接座（23）上固定设置有前后两根导向杆（27），在上侧板（25）上对应设置有前后两个导向孔，两根导向杆（27）下端分别滑动插接于上侧板（25）前后两个导向孔内部；在每根导向杆（27）外侧分别套接有一个压紧弹簧（28），压紧弹簧（28）的上下两端分别与上侧连接座（23）以及上侧板（25）相固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，其特征在于：在上侧连接座（23）的前后两端端面上分别转动设置有一个轨面导向轮（29），在下侧连接座（24）的下侧板（26）的下端面前后两端分别转动设置有一个轨底导向轮（30）。

8.根据权利要求1所述的一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，其特征在于：在探头壳体（35）的顶板上固定设置有注水口（37），注水口（37）处设置有水管。

9.根据权利要求6所述的一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，其特征在于：下侧连接座（24）的下侧板（26）的前端设置有清扫机构（18），所述清扫机构（18）包括清扫座（32）、清扫电机（33）、毛刷（34），清扫座（32）固定设置于下侧连接座（24）的下侧板（26）前端，清扫电机（33）固定设置于清扫座（32）上，毛刷（34）固定设置于清扫电机（33）的输出轴上。

10.根据权利要求1所述的一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，其特征在于：每一侧利用三个不同角度斜入射的检测探头（19），入射角度分别为0°，12°和23°。

技术总结本发明涉及一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，属于钢轨检测技术领域；包括主车架，在主车架左右两侧铰接有两组装夹机构，两组装夹机构分别与两根连接杆的下端相铰接，两根连接杆的上端与同一根前侧握杆相铰接；每组装夹机构上设置有一排检测探头，每个检测探头包括探头壳体，探头壳体的下端开口处设置有楔块，探头壳体的内部顶板处固定设置有探头本体，探头本体内部的压电陶瓷晶片与楔块相接触；探头壳体的下端开口通过密封棉所封闭，探头壳体内部注满水，声波通过楔块、楔块与钢轨之间的水层传播至钢轨的轨底解决了目前服役钢轨超声在线检测装置对轨底缺陷检测质量较差的问题。技术研发人员：张书增,李烨斌,李元军,王健慧,贺文静,范友岗,赵宝,李光耀,温少君,张国强,张斌,郭富春,田野,卢小永,田昊,孙明珠,黄一楠受保护的技术使用者：大秦铁路股份有限公司科学技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/3/4