一种轨道超声探伤系统及轨道超声探伤方法与流程

本发明涉及轨道检修领域，更具体地，涉及一种轨道超声探伤系统及轨道超声探伤方法。

背景技术：

在铁路(包含高铁、重载、城际铁路、普速铁路和地铁系统)工务专业，测量轨道内部损伤往往使用可推动的探伤仪表，现场测量时，采用人力推行，而且在推行过程中，钢轨和超声探头间的缝隙需注入水介质，这样才能让超声探头正常工作。

铁路系统的作业天窗期，一般为夜间，施工和作业环境差且辅助照明不足，如果使用人力推行的方式进行作业，效率很低，同时，对操作人员的夜间作业能力也是一种考验。在推行过程中，操作人员需要推着一个较大型的水箱，单轨前进，在前进过程中还要保证作业的水介质足够，但又往往很难确保水量均匀充分，而得到超声探伤的结果也难说可信。在检测过程中，如果缺少水介质则作业立即停止并返回维修站，重新装入水介质到水箱才能继续工作，一次天窗期可以作业的距离十分有限。而且，随着作业漏水等情况的发生，检测距离一定会小于目标作业距离。另外，一段轨道检测下来需要作业两次，每次一钢轨，检测效率低且人工成本高。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种轨道超声探伤系统，包括机车，以及设置在所述机车上的超声探伤装置、水箱、传感器和控制器，所述超声探伤装置包括超声探伤传感器，所述水箱通过带有控水阀的管道向所述超声探伤传感器和轨道之间的间隙供水，其中：

所述传感器包括一个或多个，设置为测量以下参数中的任意一种或多种：所述机车的速度、超声探伤传感器与钢轨之间的间距；

所述控制器设置为接收所述传感器测量得到的参数，根据所述参数控制所述控水阀的开度以使所述水箱的出水量满足检测需求。

一种可能的设计，所述水箱内设有水位传感器，所述水位传感器设置为检测所述水箱的水位，所述控制器还设置为根据所述水箱的水位和瞬时出水量计算超声探伤距离。

一种可能的设计，所述超声探伤装置设置为在钢轨上滑动，且与所述机车沿竖直方向滑动连接。

一种可能的设计，所述水箱内设有恒定加压器，所述恒定加压器用以保持探伤过程中所述水箱的出水口以恒定压力出水。

一种可能的设计，所述超声探伤装置包括框架和设置所述框架上端的滑动轴，所述框架扣在所述钢轨上端，所述滑动轴与所述机车滑动连接。

一种可能的设计，所述框架设置为倒置的u型，所述框架的顶板在其长度方向两端设有第一滚轮，所述第一滚轮设置为在所述钢轨上端面滚动；所述框架的侧板设有第二滚轮，所述第二滚轮设置为在所述钢轨的侧壁上滚动。

一种可能的设计，所述滑动轴上设有定位组件，用以在竖直方向定位所述滑动轴而吊起所述框架。

一种可能的设计，多个所述传感器包括车速传感器和距离传感器，所述车速传感器设置在所述机车或超声探伤装置上，所述距离传感器设置在所述超声探伤装置上。

一种可能的设计，所述机车上设置有两个所述超声探伤装置，以及两个与所述超声探伤装置对应的水箱，两所述水箱通过u形管连通。

一种轨道超声探伤方法，应用于上述的轨道超声探伤系统，包括：

检测超声探伤传感器与钢轨之间的间距数据和/或机车的移动速度数据；

控制器根据采集的数据计算得到控水阀的开度；

控制器控制所述控水阀变更为计算所得开度以使所述水箱的出水量满足检测需求。

一种可能的设计，所述水箱内设有水位传感器，所述水位传感器采集水箱的水位数据并传输给所述控制器，控制器根据水位数据和瞬时出水量计算超声探伤距离并显示。

一种可能的设计，所述水箱内设有水位传感器，所述水位传感器采集水箱的水位数据并传输给所述控制器，所述控制器设置为在水位数据低于预设水位时控制关闭所述控水阀。

一种可能的设计，所述超声探伤传感器设置为将测得的探伤数据并传输给所述控制器，所述控制器判断探伤数据的有效性情况，并当探伤数据无效时间达到预设时长时，所述控制器控制关闭所述控水阀。

本发明实施例的轨道超声探伤系统，可利用速度反馈和/或距离反馈调整控水阀的开度，从而改变其与钢轨之间的水介质的总量，保证填充均匀，进而确保超声探伤的测量结果连续有效。

本发明实施例的轨道超声探伤系统，可使用水位传感器探测水箱水位，了解水量，从而可以预估轨道超声探伤的长度，更好地为超声探伤作业提供数据支持，可更加有效地利用作业天窗期。

本发明实施例的轨道超声探伤系统的水箱安装于机车之上，水箱的重力都集中于机车上，超声探伤装置本身并不承受更多重力，在探测过程中，超声探伤装置与轨道的距离基本上是恒定不变的，从而保障了超声探伤的结果可信度。

本发明实施例的轨道超声探伤系统的水箱内设有恒定加压器，水会以恒定压力射出，可提高出水的稳定性，也进一步促使超声探伤的水介质稳定输出到钢轨表面。

本发明实施例的轨道超声探伤系统，速度可控的机车可匀速前进超声探伤，有效地减少了人工操作的干扰。

本发明实施例的轨道超声探伤系统，当测量结束后，可利用定位组件将超声探伤装置提升悬空，使得收纳和使用更加灵活方便。

本发明实施例的轨道超声探伤系统，可利用两个超声探伤装置对一段轨道的两条钢轨进行同步探伤，一次探测操作即可完成该段轨道的全部探伤，可大大提升探测效率，节省成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为根据本发明的一实施例的轨道超声探伤系统电连接示意图；

图2为超声探伤装置与钢轨连接第一示意图；

图3为图2中的超声探伤装置示意图；

图4为图2中的超声探伤装置工作状态示意图；

图5为图2中的超声探伤装置的局部示意图；

图6为超声探伤装置与钢轨连接第二示意图；

图7为根据本发明的另一实施例的轨道超声探伤系统示意图；

图8为根据本发明的又一实施例的轨道超声探伤系统示意图。

附图标记：1-钢轨、2-超声探伤装置、3-机车、4-出水口、5-测距传感器、6-超声探伤传感器、7-框架、8-第一滚轮、9-第二滚轮、10-滑动轴、11-可拆销钉、12-销孔、13-安装缺口、14-出水孔、15-配合面、16-移动主体、17-车速传感器、18-控水阀、19-水箱、20-水位传感器、21-恒定加压器、22-数据转换器、23-中央处理单元、24-管道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

请参阅图1至图6的本发明的一实施例的轨道超声探伤系统。如图1至图6所示，该轨道超声探伤系统包括机车3，以及设置在机车3上的超声探伤装置、水箱19、传感器和控制器，该超声探伤装置包括超声探伤传感器6，该水箱19通过带有控水阀18的管道24(图中未全部示出，仅示出设置在超声探伤装置6上的部分)向超声探伤传感器6和轨道之间的间隙供水，其中，传感器包括多个，设置为测量机车3的速度，以及超声探伤传感器5与钢轨之间的间距；该控制器设置为接收传感器测量得到的参数，根据该参数控制控水阀18的开度以使水箱19的出水量满足检测需求。

首先，一段轨道通常为两条平行的钢轨1构成，如要完成该段轨道的探伤检测，需对两条钢轨1都进行探伤。如图2和图6所示，上述机车3可(图中仅部分示出)高速行驶在轨道上，推行超声探伤装置2进行探伤，避免人工推行，也有效地减少了人工操作的干扰。该超声探伤装置2设置为在一条钢轨1上滑动且与钢轨1的上端面之间设有用以填充水介质的间隙；上述机车3的速度可调，可在轨道上匀速的人为驾驶或无人行驶。

该轨道超声探伤系统除了超声探伤传感器6外，还有两个传感器，即用以测量移动速度的车速传感器17以及用以测量距离的测距传感器5。这三个传感器都与控制器电连接，该控制器又包括电连接的中央处理单元23和数据转换器22，其中，数据转换器22可将超声探伤传感器6、车速传感器17和测距传感器5传递来的模拟信号转换为数字信号而传输给中央处理单元23，而数据转换器22又可将中央处理单元23的控制信息由数字信号转换为模拟信号分别传输给超声探伤传感器6、车速传感器17和测距传感器5。由此，车速传感器17测得的速度数据，测距传感器5测得的距离数据，超声探伤传感器6测得的探伤数据，都可传输至控制器。该控制器则可根据得到的探伤数据判断探伤数据有效性，而且该控制器还可根据探伤数据得出出水量是否满足检测需求，如若超声波反馈信号充足则说明水量合适(即满足检测需求)，若超声波反馈信号不充足则说明水量小。

上述水箱19装载在机车3上，管道24的一端设于水箱19底部，另一端设置在超声探伤装置2上并设有出水口4，水箱19内的水可利用自身重力由出水口4流出，该管道24上设有上述控水阀18，而控水阀18则可通过改变自身开度来调节流量。在本示例中，水箱18的重力都集中于机车3上，超声探伤装置2本身并不承受水箱19的重力，在探伤过程中，超声探伤装置2与钢轨1的距离基本上是恒定不变的，从而保障了超声探伤的结果可信度。上述车速传感器17也设置在机车3上，因机车3和超声探伤装置2移动速度相同，从而该车速传感器17可实时获得超声探伤装置2的移动速度。

如图2、图3、图4至图6所示，该超声探伤装置2包括框架7和用以与机车3滑动连接的滑动轴10，该框架7呈倒置的u型，包括顶板和设置在其两侧的侧板，该滑动轴10与框架7为一体件，滑动轴10竖直设置在框架7的顶板上端，该框架7的顶板面向钢轨1上端面设有与其匹配的配合面15。该框架7可扣在钢轨1的上端，而且该框架7的顶板的长度方向两端通过固定销分别连接有可转动的第一滚轮8，该第一滚轮8在钢轨1上端面上滚动，也使得配合面15与钢轨1上端面之间形成填充水的间隙；该框架7的侧板的长度方向两端通过固定销分别连接有可转动的第二滚轮9，该第二滚轮9在钢轨1的侧壁上滚动，可减小框架7侧板与钢轨1之间的摩擦，也可为框架7提供导向。而为了安装第一滚轮8和第二滚轮9，该框架7在第一滚轮8和第二滚轮9的安装位置开设有安装缺口13，第一滚轮8和第二滚轮9分别置于各个安装缺口13内。又如图4所示，图中的箭头为移动方向，而框架7的顶板由前至后依次设有测距传感器5、出水口4和超声探伤传感器6，该出水口4设于超声探伤传感器6前侧，在配合面15与钢轨1之间填充水，才能保证超声探伤传感器6能够正常工作。该出水口4设有均匀布置的多个出水孔14，以保证出水口4均匀出水。在一示例中，该测距传感器5的测量端位置、超声探伤传感器6的测量端位置都与框架7的下端面齐平，由此，该测距传感器5测得的距离数据是超声探伤传感器6与钢轨1之间的距离，也是框架7与钢轨1上端面之间的距离，该测距传感器5采用激光测距传感器，可精确得到距离数据。

另外，为了形成滑动轴10与机车3的滑动连接，该机车3上设有竖直的滑道，上述滑动轴10插入该滑道内，可沿其上下滑动，当机车3和超声探伤装置2都置于轨道上时，框架7的顶板与机车3的下端面之间存在间隙，而且滑动轴10的上端伸出滑道，使得上拉滑动轴10时可上提超声探伤装置2，而分离框架7和钢轨1，框架7处于吊起状态。同时，该滑动轴10上还设有定位组件，可定位滑动轴10而保持框架7处于吊起状态。该定位组件包括沿滑动轴10长度方向布置的多个销孔12，以及可插入销孔12的可拆销钉11，该可拆销钉11可抵在机车3上，防止滑动轴10下移，从而向下限位该超声探伤装置2。由此，在测量时操作人员可释放定位组件，即拆下可拆销钉11使得超声探伤装置2向下滑落，直至超声探伤装置2可在钢轨1上滑动，而当测量结束后，由于其结构精密，需要利用定位组件将超声探伤装置2提升悬空，无需再将超声探伤装置2拆除收纳，从而使得该超声探伤装置2的收纳和使用更加灵活方便。

在该轨道超声探伤装置运行时，需保证所到之处的钢轨1与超声探伤装置2之间充分填充水介质，若水量不均匀充分，则超声探伤的结果不可信。首先，该机车3可控制匀速行进于轨道之上，测距传感器5可以测出具体的距离变化，车速传感器17可测得具体速度，超声探伤传感器6可进行探伤检测，数据转换器22会将所有的测得参数汇总上报中央处理单元23，该中央处理单元23会综合各个传感器的数据计算得到控水阀18的开度，随后将控制量实时传递给控水阀18，改变开度，直至超声波反馈信号充足，满足检测需求，从而最终控制出水量。由此，该轨道超声探伤装置通过速度反馈和距离反馈，实现了自动控制出水量，以保持水介质供应充足均匀，确保超声探伤过程的一致性。同时，该控制器可判断探伤数据的有效性情况，当探伤数据无效时间达到预设时长时，该控制器控制关闭控水阀18，并停止机车3。另外，整个探伤过程，操作人员无须人工直接操作，只要保持匀速行驶即可，这也减少了超声探伤传感器测量不一致的问题。

在另一实施例中，如图7所示，该水箱19内设有水位传感器20，可监测水箱19内的水位，而该水位传感器20还与控制器电连接，可将水位信息传递给控制器。由此，控制器可根据瞬时出水量的大小和水箱19的水位信息，较为精确的预估前方可检测距离，给操作人员作为参考。另外，当水位传感器20测得的水位信息低于预设水位时，该控制器还可控制关闭控水阀18，控制停止机车3。

在又一实施例中，如图8所示，该水箱19设置为加压水箱，该加压水箱为水箱19内增设恒定加压器21，可随着水位降低而增加压力，以保持探伤过程中水箱19的出水口以恒定压力出水。其中，在出水口出设有压力感应器，可实时测得压力值，恒定加压器21可根据压力值输出，保持出水压力一致。相对于仅靠重力供水，恒定加压器21可为水箱19内的水提供稳定的流动动力，可提升出水的稳定性，使得水介质稳定输出到钢轨1的表面，而且也使得出水的流量可以更加精密地被控制，但是该装置的成本也会随之增加。

在又一实施例中，机车3上设有两个超声探伤装置2、两个水箱19和管道24，两个超声探伤装置2分别设置在一轨道的两条钢轨1上，两个超声探伤装置2上的传感器也分别电连接控制器，两个水箱19则分别为两个超声探伤装置2供水，而且两个水箱19通过u形管连通，以保持水位同步。由此，两个超声探伤装置2对应两条钢轨1，使得该系统可进行两钢轨1的同步测量，一段轨道一次测量即可，可大大提升检测效率，而且测量时可分别控制两个水箱19的出水，保证两个超声探伤装置2的超声探伤的测量结果都连续有效。

在又一实施例中，该轨道超声探伤系统仅设有超声探伤传感器6和测距传感器5，未设有车速传感器17，该控制器则根据超声探伤传感器6和测距传感器5的数据计算得到控水阀18的开度来控水阀18动作。由此，该系统仅通过距离反馈来调节出水，保证水填充均匀，进而确保超声探伤的测量结果连续有效。

在又一实施例中，该轨道超声探伤系统仅设有超声探伤传感器6和车速传感器17，未设有测距传感器5，该控制器则根据超声探伤传感器6和车速传感器17的数据计算得到控水阀18的开度来控水阀18动作。由此，该系统仅通过速度反馈来调节出水，保证水填充均匀，进而确保超声探伤的测量结果连续有效。

在又一实施例中，测距传感器采用红外测距传感器，同样可测得移动距离，而且相对于激光测距传感器，红外测距传感器的价格更加低廉，可降低装置造价和后期维护成本。

结合上述实施例，本发明实施例的轨道超声探伤系统，可利用速度反馈和/或距离反馈调整控水阀的开度，从而改变其与钢轨之间的水介质的总量，保证填充均匀，进而确保超声探伤的测量结果连续有效。本发明实施例的轨道超声探伤系统，可使用水位传感器探测水箱水位，了解水量，从而可以预估轨道超声探伤的长度，更好地为超声探伤作业提供数据支持，可更加有效地利用作业天窗期。本发明实施例的轨道超声探伤系统的水箱安装于机车之上，水箱的重力都集中于机车上，超声探伤装置本身并不承受更多重力，在探测过程中，超声探伤装置与轨道的距离基本上是恒定不变的，从而保障了超声探伤的结果可信度。本发明实施例的轨道超声探伤系统的水箱内设有恒定加压器，水会以恒定压力射出，可提高出水的稳定性，也进一步促使超声探伤的水介质稳定输出到钢轨表面。本发明实施例的轨道超声探伤系统，速度可控的机车可匀速前进超声探伤，有效地减少了人工操作的干扰。本发明实施例的轨道超声探伤系统，当测量结束后，可利用定位组件将超声探伤装置提升悬空，使得收纳和使用更加灵活方便。本发明实施例的轨道超声探伤系统，可利用两个超声探伤装置对一段轨道的两条钢轨进行同步探伤，一次探测操作即可完成该段轨道的全部探伤，可大大提升探测效率，节省成本。

在本发明中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

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