高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置及其檢測方法

專利名稱：高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置及其檢測方法
技術領域：
本發明涉及電磁超聲檢測技術，具體涉及一種高速列車車輪踏面缺陷檢測裝置及其檢測方法。
背景技術：
輪對是列車運行中極為重要的部件，不僅承受列車及其負載的重量，而且還要通過與鋼軌相接觸的踏面部分傳遞機車運行所需的驅動力和制動力。因此，列車輪對踏面必須保持良好的技術狀態，否則會嚴重影響行車安全。然而，由于制造工藝不良、裝配不合理、 緊急制動等多種因素，輪對踏面在運行一段時間后會產生擦傷、剝離、裂紋等缺陷。這些缺陷中，裂紋的影響最為嚴重。淺層裂紋是導致前兩種缺陷的直接原因，而且一旦裂紋深度超過6mm，列車則將面臨車輪迅速崩裂的危險。尤其是近年來，伴隨我國高鐵的大力發展，列車速度的不斷攀升，輪對踏面缺陷所造成的后果越來越引人關注。因此，研制一種高速列車車輪踏面缺陷的在線檢測裝置就顯得十分重要和迫切。目前，車輪踏面缺陷的無損檢測方法主要有壓電超聲法和光電法。壓電超聲法存在以下不足1、壓電超聲很難檢測車輪踏面及近踏面缺陷，而車輪踏面及近踏面的擦傷、剝離及裂紋卻恰恰是車輪崩潰的最主要因素；2、利用壓電超聲進行檢測時需要耦合劑，以保證探頭和車輪踏面的良好耦合；3、壓電超聲檢測時必須對車輪踏面進行必要的處理，保證良好的車輪踏面質量，從而保證超聲探頭與車輪踏面的良好耦合。而光電法采用圖像處理的方法對車輪踏面缺陷進行檢測，其也存在著無法對車輪近表面的缺陷進行檢測的不足， 而且檢測速度也無法保證。因此，目前這兩種方法很難實現高速列車車輪踏面及近踏面缺陷的在線實時檢測。電磁超聲技術是近年來越來越引人關注的一種無損檢測技術，如專利號為 ZL200320111599. 3，發明名稱為《鐵路機車、車輛車輪踏面在線自動化探傷裝置》的中國實用新型專利和申請號為200710176817. 4，發明名稱為《一種火車車輪表面自動電磁超聲檢測裝置和方法》的中國發明專利，專利號為ZL200610021238. 8，發明名稱為《機車車輛輪對缺陷在線動態監測用電磁超聲換能器》的中國發明專利，上述三個專利申請均描述了采用電磁超聲技術對車輪踏面檢測的裝置和方法，但由于其檢測裝置及檢測方式的限制，僅適用于低速列車車輪踏面缺陷的在線檢測，無法滿足高速列車車輪踏面的缺陷檢測。專利申請號為201010588350. 6，發明名稱為《高速列車輪對動態檢測系統》的中國發明專利雖然提到了高速列車輪對動態檢測，但是其是利用激光傳感器來實現的，其通過檢測列車通過前后鋼軌發生的彎曲變形度和激光光束的偏移量，結合輪軌關系計算出輪對的信息；這種檢測系統雖然可以實現對列車輪對踏面缺陷的檢測，但是由于其是采用對激光接收器的輸出電壓進行分析，進而推導得到輪對踏面信息的方式來實現的，所以這種檢測系統存在著受外界環境因素影響大，檢測輪對踏面信息不準確的問題。

發明內容
本發明為了解決現有采用電磁超聲技術的檢測裝置及檢測方法無法實現對高速列車車輪踏面缺陷檢測的問題；而提出的高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置及其檢測方法。高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置，所述檢測裝置由2η個相同的超聲表面波探頭、一個數據采集裝置和一個中心控制處理裝置組成；超聲表面波探頭的數據信號輸出端通過數據總線與數據采集裝置的數據信號輸入端相連，所述數據采集裝置的數據信號輸出端與中心控制處理裝置的數據信號輸入端相連；所述2η個相同的超聲表面波探頭均分為兩組、并分別設置在鋼軌左右兩根單軌上。應用上述的高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置實現高速列車車輪踏面缺陷的檢測方法，所述檢測方法由如下步驟實現步驟一根據被檢測列車的額定運行速度V，計算得到單根鋼軌上超聲表面波探頭的個數η以及單根鋼軌上超聲表面波探頭的間距L ；步驟二 根據步驟一計算得到單根鋼軌上超聲表面波探頭的個數η及間距L，將超聲表面波探頭固定安裝在鋼軌上，所述超聲表面波探頭的數據信號輸出端通過線纜與數據采集裝置的數據信號輸入端相連；所述數據采集裝置的數據信號輸出端與中心控制處理裝置的數據信號輸入端連接；步驟三通過超聲表面波探頭中的接近傳感器檢測列車的車輪是否進入檢測區， 當檢測到列車車輪進入到檢測區時，所述接近傳感器產生觸發信號使超聲表面波探頭開始工作，所述超聲表面波探頭在待檢測的車輪踏面產生超聲表面波；步驟四所述超聲表面波在待檢測的車輪踏面中傳播，當車輪踏面存在缺陷時，超聲表面波會發生反射或散射，缺陷的反射信號被超聲表面波探頭接收得到；步驟五所述超聲表面波探頭接收到的超聲信號經放大后發送給數據采集裝置； 所述數據采集裝置將接收到的超聲信號發送給中心控制處理裝置；步驟六所述中心控制處理裝置對接收到的超聲信號進行處理，確定車輪踏面是否存在缺陷；若車輪踏面存在缺陷，則通過發生反射或散射的超聲信號來提取該缺陷特征并對缺陷大小進行量化；步驟七檢測完畢后等待下一個待檢測車輪，重復執行步驟三至步驟六完成下一個帶檢測車輪的檢測。本發明具有實時檢測高速列車車輪踏面缺陷的優點。本發明采用電磁超聲技術是近年來越來越引人關注的一種無損檢測技術，利用該技術可以方便地產生超聲表面波，超聲表面波有以下優勢1、超聲表面波沿傳播路徑衰減較小，檢測距離長；2、超聲表面波在沿車輪踏面傳播時，質點振動遍及車輪踏面，可以檢測到車輪踏面的缺陷；3、電磁超聲是一種非接觸式無損檢測方式，可用于高速檢測；4、電磁超聲探頭通過電磁耦合產生表面波，不需要耦合劑；5、超聲表面波的檢測精度和檢測范圍受自身頻率的影響，因此，可以通過調節頻率實現踏面和不同深度的近表面缺陷的檢測。本發明可廣泛用于各種需要對高速列車車輪踏面缺陷檢測的場合。


圖1為本發明所述高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置的結構示意圖；圖2為本發明所述超聲表面波探頭1的結構示意圖；圖3為超聲表面波探頭1的縱剖視圖；圖4為超聲表面波探頭1裝設在鋼軌4上的俯視圖；圖5為超聲表面波探頭1裝設在鋼軌4上的前視圖；圖6為本發明所述電磁超聲線圈1-6，鋼軌4和列車車輪踏面的裝設配合圖；圖7為本發明所述電磁超聲線圈1-6和列車車輪踏面的裝設展開圖；圖8為單個超聲表面波探頭1檢測范圍示意圖，圖中陰影部分為單超聲表面波探頭1的檢測范圍；圖9 為四個超聲表面波探頭1對車輪踏面進行無盲區檢測的檢測點及其檢測范圍；a、b、c、d檢測范圍分別對應檢測點a、b、c、d ；圖10為列車車速最高為180km/h時四個超聲表面波探頭 1在單根鋼軌4上的裝設位置示意圖，Z的取值為360mm ；圖11為列車車速最高為270km/ h時二十個超聲表面波探頭1對車輪踏面進行無盲區檢測的檢測點及其檢測范圍示意圖；A 至T檢測范圍分別對應檢測點A-T ；圖12為檢測列車最高速度為270km/h時二十個超聲表面波探頭1的排布示意圖；X取值為286mm，Y取值為；圖13為所述檢測方法步驟四當車輪踏面存在缺陷時，接收到帶有故障信號的波形示意圖；圖中e表示故障信號。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，本實施方式用于高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置，所述檢測裝置由2η個相同的超聲表面波探頭1、一個數據采集裝置2和一個中心控制處理裝置3組成；超聲表面波探頭1的數據信號輸出端通過數據總線與數據采集裝置2的數據信號輸入端相連，所述數據采集裝置2的數據信號輸出端與中心控制處理裝置3的數據信號輸入端相連；所述2η個相同的超聲表面波探頭1 均分為兩組、并分別設置在鋼軌4左右兩根單軌上。
具體實施方式
二 結合圖2至圖5說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于所述超聲表面波探頭1包括踏面板1-1、箱體1-2、彈簧1-3、永磁體1-4、工字型永磁體槽1-5、電磁超聲線圈1-6、兩個相同的接近傳感器1-7、前置觸發電路1-8和箱體頂蓋1-11 ；所述永磁體1-4固定裝設在工字型永磁體槽1-5內部，所述踏面板1-1固定裝設在工字型永磁體槽1-5上，所述踏面板1-1的下表面朝向工字型永磁體槽1-5內部的永磁體1-4 ；所述踏面板1-1中心處設置有電磁超聲線圈槽，所述電磁超聲線圈1-6固定裝設在踏面板1-1中心處的電磁超聲線圈槽內部；所述箱體頂蓋1-11固定裝設在箱體1-2上， 所述箱體頂蓋1-11的中心處設置有通孔，所述工字型永磁體槽1-5通過箱體頂蓋1-11中心處的通孔可上下滑動地裝設在箱體1-2上，所述彈簧1-3裝設在箱體1-2內部，所述彈簧 1-3的一端固定設置在工字型永磁體槽1-5下表面上，所述彈簧1-3的另一端固定設置在箱體1-2內部的底面上；所述前置觸發電路1-8固定裝設在箱體1-2內部，所述兩個相同的接近傳感器1-7均嵌裝在踏面板1-1上表面上，所述兩個接近傳感器1-7沿車輪行進方向分別裝設在電磁超聲線圈1-6的兩側；所述兩個接近傳感器1-7的觸發信號輸出端分別與前置觸發電路1-8的觸發信號輸入端相連，所述超聲表面波探頭1固定裝設在鋼軌4側面，所述踏面板1-1與鋼軌4的軌面位于同一水平面上，所述超聲表面波探頭1采用可獨立發射及接收超聲表面波的電磁超聲探頭。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
二不同點在于所述超聲表面波探頭1還包括前置觸發電路箱1-9 ；所述前置觸發電路箱1-9固定裝設在箱體1-2內部，所述前置觸發電路1-8固定裝設在前置觸發電路箱1-9內部。其它組成和連接方式與具體實施方式
二相同。前置電路箱1-9用于保護前置電路1-8，防止前置電路1-8損壞。
具體實施方式
四結合圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
三不同點在于所述超聲表面波探頭1還包括安裝固定件1-10 ；所述安裝固定件1-10固定在箱體 1-2的側面。其它組成和連接方式與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五結合圖13說明本實施方式，應用具體實施方式
四所述的高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置實現高速列車車輪踏面缺陷的檢測方法， 所述檢測方法由如下步驟實現步驟一根據被檢測列車的額定運行速度V，計算得到單根鋼軌4上超聲表面波探頭1的個數η以及單根鋼軌4上超聲表面波探頭1的間距L ；步驟二 根據步驟一計算得到單根鋼軌4上超聲表面波探頭1的個數η及間距L， 將超聲表面波探頭1固定安裝在鋼軌4上，所述超聲表面波探頭1的數據信號輸出端通過線纜與數據采集裝置2的數據信號輸入端相連；所述數據采集裝置2的數據信號輸出端與中心控制處理裝置3的數據信號輸入端連接；步驟三通過超聲表面波探頭1中的接近傳感器檢測列車的車輪是否進入檢測區，當檢測到列車車輪進入到檢測區時，所述接近傳感器產生觸發信號使超聲表面波探頭1 開始工作，所述超聲表面波探頭1在待檢測的車輪踏面產生超聲表面波；步驟四所述超聲表面波在待檢測的車輪踏面中傳播，當車輪踏面存在缺陷時，超聲表面波會發生反射或散射，缺陷的反射信號被超聲表面波探頭1接收得到；步驟五所述超聲表面波探頭1接收到的超聲信號經放大后發送給數據采集裝置 2 ；所述數據采集裝置2將接收到的超聲信號發送給中心控制處理裝置3 ；步驟六所述中心控制處理裝置3對接收到的超聲信號進行處理，確定車輪踏面是否存在缺陷；若車輪踏面存在缺陷，則通過發生反射或散射的超聲信號來提取該缺陷特征并對缺陷大小進行量化；步驟七檢測完畢后等待下一個待檢測車輪，重復執行步驟三至步驟六完成下一個待檢測車輪的檢測。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五不同點在于步驟一所述根據被檢測列車的額定運行速度ν，計算單根鋼軌4上超聲表面波探頭1的個數η的過程設定電磁超聲線圈1-6的長度為Lt，列車運行的最高速度為v，超聲表面波在列車車輪踏面傳播的速度為Vs，則單個車輪通過電磁超聲線圈1-6所用的時間為、ti = Lt/v公式 1超聲表面波在、時間段內傳播的距離為Ls Ls = tlVs = vsLt/v公式 2超聲表面波在寬度方向上覆蓋整個車輪踏面需要傳播的距離即表面波在輪對踏面的檢測盲區為Lb，則對于反射法檢測來說，其超聲表面波的有效檢測距離為k Lr = Ls/2-Lb = VsLt/ (2v) -Lb 公式 3由公式3得到在已知超聲表面波的有效檢測距離L,時，列車運行的最高速度ν ν = vsLt/2 (Lr+Lb) 公式 4
列車車輪的直徑為D，得到單根鋼軌上所需超聲表面波探頭1的個數η η ≥ π D/2Lr公式 5。其它步驟與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
五不同點在于步驟一所述根據被檢測列車的額定運行速度v，計算單根鋼軌4上超聲表面波探頭1的間距L的過程一個超聲表面波探頭1激發的超聲表面波至少沿待檢測車輪踏面傳播兩周，得到相鄰兩個超聲表面波探頭1之間的最小距離Lmin Lmin = 2 π Dv/vs 公式 6單根鋼軌4上的超聲表面波探頭1至少為兩個；所述待檢測車輪踏面相鄰兩檢測點之間的距離Ld為Ld = π D/2n,單根鋼軌4上設置的每相鄰兩個超聲表面波探頭1的距離 L是Ld的整數倍。其它步驟與具體實施方式
二相同。由于實際檢測過程中超聲表面波探頭 1還包括必要的機械支撐結構，會影響超聲表面波探頭1的放置，考慮實際的檢測裝置的大小，超聲表面波探頭1之間的間距應大于檢測裝置的長度。其它步驟與具體實施方式
五相同。本發明所述高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲的檢測方法的工作原理根據列車運行速度V，計算得到單根鋼軌4上超聲表面波探頭1的個數η以及單根鋼軌4上超聲表面波探頭1的間距L ；根據得到超聲表面波探頭1的個數η及間距L，將超聲表面波探頭1固定安裝在鋼軌4上，當列車車輪進入檢測區時，通過接近傳感器產生的觸發信號使超聲表面波探頭1給電工作，所述超聲表面波探頭1在待檢測的車輪踏面產生超聲表面波；所述超聲表面波在待檢測的車輪踏面中傳播，當遇到車輪踏面存在缺陷時，超聲表面波會發生反射或散射，缺陷的反射信號被超聲表面波探頭1接收得到，其余未遇到故障的超聲表面波在車輪踏面繼續傳播；所述超聲表面波探頭1接收到的超聲信號經放大后發送給數據采集裝置2 ；所述數據采集裝置2將接收到的超聲信號發送給中心控制處理裝置3 ；所述中心控制處理裝置3對接收到的超聲信號進行處理，確定車輪踏面是否存在缺陷；若車輪踏面存在缺陷，則通過發生反射或散射的超聲信號來提取該缺陷特征并對缺陷大小進行量化。以列車行駛速度最高ν = 180km/h說明本發明所述檢測方法的檢測原理各項參數超聲表面波探頭1參數電磁超聲線圈1-6的長度Lt = 30mm ；電磁超聲線圈1-6的寬度Wt = 30mm。超聲表面波探頭1發出的超聲表面波的參數輻射角α = 5° ；傳播速度vs = 3000m/so列車車輪參數如下輪輞寬度W1 = 140mm ；客車車輪直徑Dk = 915mm ；貨車車輪直徑Dh = 840mm。鋼軌4采用60kg/m鋼軌，其尺寸為軌頭寬度Wh = 73mm ；軌腰寬度Ww = 20mm。由圖6和圖7可知超聲表面波的檢測盲區Lb為Lb = 40/tan α ^ 0. 5m由公式1得，從車輪通過電磁超聲線圈1-6所用的時間為ti = Lt/v = 0. 0006s在不考慮盲區的情況下，由公式3知，超聲表面波在此時間內其左右兩側分別可以實現有效的檢測范圍為
Lr = Ls/2-Lb = 0. 4m如圖8所示，單個超聲表面波探頭的檢測范圍為車輪踏面陰影區域。由此可知，當列車運行速度為180km/h時，每個超聲表面波探頭1可以實現對車輪圓周長度為2L, = 0. 8m范圍的檢測，客車車輪的圓周長度為2. 88m，因此，將車輪的圓周平分為8段，每段的長度約為0. 36m，通過選擇檢測點，可以實現車輪踏面的無盲區檢測，如圖 9所示的檢測點及檢測區域。通過上面的計算可得到在車輪通過超聲表面波探頭1的有效時間內，超聲表面波探頭1發出的超聲表面波可以檢測超聲表面波探頭1所在檢測點左右兩側到距其0. 5-0. 9m范圍內的踏面，而如圖9所示的標號為a的區域距其大致0. 54-0. 9m, 在其檢測范圍內。因此第a超聲表面波探頭1可以實現圖中a區域的車輪踏面的檢測。以此類推，第二至第四超聲表面波探頭1依次可以實現輪對踏面b，c, d區域的輪對踏面的檢測。因此只要檢測中使用4個探頭并且通過合理的布置，使鋼軌上安裝的4個超聲表面波探頭1與輪對上4個檢測點重合，就可以實現輪對踏面的無盲區檢測。為了防止相鄰兩個超聲表面波探頭1發射的超聲表面波相互干擾，由公式6可知Lmin = 2 π Dkv/vs = 96mm通過計算可知相鄰兩檢測點之間的距離為Ld = π Dk/8 = 360mm因此當車輪通過4個超聲表面波探頭1時，車輪與超聲表面波探頭1的4個接觸點也必須滿足上述的距離關系。實際檢測時，夾持超聲表面波探頭1的機械裝置在沿鋼軌方向上長度大致為 200mm,因此4個超聲表面波探頭1之間的距離必須大于200mm。綜合考慮上述各因素，超聲表面波探頭1的排布如圖10所示，四個超聲表面波探頭1按順序等間距依次排布于鋼軌4上，相鄰兩個超聲表面波探頭1的間距Z為360mm，其在客車運行最高時速為180km/h時可以實現輪對踏面的無盲區檢測。同樣，當列車為貨車時，即輪對直徑為840_，也可以實現踏面的全面檢測。由上述分析可知，列車運行的速度越快，單個超聲表面波探頭1所能檢測的范圍越短。以一個超聲表面波探頭1單側可以實現最少k = IOOmm范圍的檢測為最低要求，由公式4得，此時所允許的客車最高速度為ν = vsLt/2 (Lr+Lb) = 75m/s = 270km/h此速度符合目前國內大多數高速列車的平均運行速度，在此車速的條件下，一個超聲表面波探頭1最多可以實現列車車輪踏面200mm范圍內的檢測，因此根據列車車輪的圓周尺寸，要實現輪對踏面的無盲區檢測需要15個探頭，考慮安裝精度及裕量等，本申請采用20個探頭。輪對上檢測點及各檢測點所檢測的范圍如圖11所示。將超聲表面波探頭1嵌入鋼軌，此時第A個超聲表面波探頭1與檢測點A重合，如上面推算，當列車車速為 270km/h時，該超聲表面波探頭可以實現左右側距離探頭500-600mm范圍內踏面的檢測。而圖11中超聲表面波探頭1左右兩側標號為A的踏面區域與探頭的距離為503mm-574mm，在該探頭的檢測區域內。以此類推，從第A個超聲表面波探頭1開始每隔1/20個圓周依次為檢測點B-T，如圖11所示。當超聲表面波探頭1在這些檢測點時，可以實現與其標號相同的踏面范圍的檢測，而要實現輪對踏面的無盲區檢測，必須保證輪對壓過所有的探頭時，每個檢測點上至少要有一個探頭對車輪進行檢測。如圖11所示第B個超聲表面波探頭1若在輪對踏面的探測點上就可以實現輪對踏面上標號為B的兩個區域的檢測。如此類推，在所有的檢測點上都有一個超聲表面波探頭1進行檢測，就可以實現輪對踏面的全面檢測。超聲表面波探頭1布置考慮到的三個問題1、要保證超聲表面波探頭1之間不相互干擾，必須要保證在車輪到達下一個超聲表面波探頭1之前，上一個超聲表面波探頭1激發的超聲表面波必須至少沿車輪踏面傳播兩次。由公式6可得，當列車的速度為270km/h時必須保證，相鄰兩個超聲表面波探頭1之間的距離必須大于150mm ；2、車輪踏面相鄰兩檢測點之間的距離為1/20個圓周，即143mm，因此鋼軌4上布置的兩個超聲表面波探頭1的距離必須是143mm的整數倍；3、同時，探頭機械部分的尺寸大致為200mm左右。對應圖11中A-T檢測點，其對應的超聲表面波探頭1依次為第A個至第T個。綜合上述三個因素，選定超聲表面波探頭1的放置順序為A，C，E，. . .，S，B，D，F，. . .，T，其中探頭A，C，E，. . .，S等奇數號探頭之間距離為286mm ；B，D，F，...，T等偶數號探頭之間的距離為286mm ；S號和B號探頭之間的距離為143X3 = 4^mm。超聲表面波探頭1排布示意圖如圖12所示。在理想情況下，所述檢查裝置的最高檢測速度與電磁超聲線圈1-6的長度Lt以及規定的單個超聲表面波探頭1的單側最小檢測范圍k都有很大的關系。由公式4可以計算得到在實驗室目前的條件下的最高檢測速度如下表所示。
權利要求
1.高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置，其特征在于所述檢測裝置由2η個相同的超聲表面波探頭(1)、一個數據采集裝置( 和一個中心控制處理裝置(3) 組成；超聲表面波探頭(1)的數據信號輸出端通過數據總線與數據采集裝置O)的數據信號輸入端相連，所述數據采集裝置O)的數據信號輸出端與中心控制處理裝置(3)的數據信號輸入端相連；所述2η個相同的超聲表面波探頭(1)均分為兩組、并分別設置在鋼軌 (4)左右兩根單軌上。
2.根據權利要求1所述高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置；其特征在于所述超聲表面波探頭(1)包括踏面板(1-1)、箱體(1-2)、彈簧(1-3)、永磁體(1-4)、 工字型永磁體槽(1-5)、電磁超聲線圈(1-6)、兩個相同的接近傳感器(1-7)、前置觸發電路 (1-8)和箱體頂蓋(1-11)；所述永磁體(1-4)固定裝設在工字型永磁體槽(1-5)內部，所述踏面板(1-1)固定裝設在工字型永磁體槽(1- 上，所述踏面板(1-1)的下表面朝向工字型永磁體槽(1-5)內部的永磁體(1-4)；所述踏面板(1-1)中心處設置有電磁超聲線圈槽， 所述電磁超聲線圈(1-6)固定裝設在踏面板(1-1)中心處的電磁超聲線圈槽內部；所述箱體頂蓋(1-11)固定裝設在箱體(1- 上，所述箱體頂蓋(1-11)的中心處設置有通孔，所述工字型永磁體槽(1- 通過箱體頂蓋(1-11)中心處的通孔可上下滑動地裝設在箱體(1-2) 上，所述彈簧(1- 裝設在箱體(1-2)內部，所述彈簧(1- 的一端固定設置在工字型永磁體槽(1- 下表面上，所述彈簧(1- 的另一端固定設置在箱體(1-2)內部的底面上；所述前置觸發電路(1-8)固定裝設在箱體(1-2)內部，所述兩個相同的接近傳感器(1-7)均嵌裝在踏面板(1-1)上表面上，所述兩個接近傳感器(1-7)沿車輪行進方向分別裝設在電磁超聲線圈(1-6)的兩側；所述兩個接近傳感器(1-7)的觸發信號輸出端分別與前置觸發電路(1-8)的觸發信號輸入端相連，所述超聲表面波探頭(1)固定裝設在鋼軌(4)側面，所述踏面板(1-1)與鋼軌的軌面位于同一水平面上，所述超聲表面波探頭(1)采用可獨立發射及接收超聲表面波的電磁超聲探頭。
3.根據權利要求2所述的高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置， 其特征在于所述超聲表面波探頭(1)還包括前置觸發電路箱(1-9)；所述前置觸發電路箱 (1-9)固定裝設在箱體(1-2)內部，所述前置觸發電路(1-8)固定裝設在前置觸發電路箱 (1-9)內部。
4.根據權利要求3所述的高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置，其特征在于所述超聲表面波探頭(1)還包括安裝固定件(1-10)；所述安裝固定件(1-10)固定在箱體(1-2)的側面。
5.應用如權利要求4所述的高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置實現高速列車車輪踏面缺陷的檢測方法，其特征在于所述檢測方法由如下步驟實現步驟一根據被檢測列車的額定運行速度v，計算得到單根鋼軌(4)上超聲表面波探頭 (1)的個數η以及單根鋼軌(4)上超聲表面波探頭(1)的間距L ；步驟二 根據步驟一計算得到單根鋼軌(4)上超聲表面波探頭(1)的個數η及間距L， 將超聲表面波探頭(1)固定安裝在鋼軌(4)上，所述超聲表面波探頭(1)的數據信號輸出端通過線纜與數據采集裝置O)的數據信號輸入端相連；所述數據采集裝置O)的數據信號輸出端與中心控制處理裝置(3)的數據信號輸入端連接；步驟三通過超聲表面波探頭(1)中的接近傳感器檢測列車的車輪是否進入檢測區，當檢測到列車車輪進入到檢測區時，所述接近傳感器產生觸發信號使超聲表面波探頭(1) 開始工作，所述超聲表面波探頭(1)在待檢測的車輪踏面產生超聲表面波；步驟四所述超聲表面波在待檢測的車輪踏面中傳播，當車輪踏面存在缺陷時，超聲表面波會發生反射或散射，缺陷的反射信號被超聲表面波探頭(1)接收得到；步驟五所述超聲表面波探頭(1)接收到的超聲信號經放大后發送給數據采集裝置 ⑵；所述數據采集裝置⑵將接收到的超聲信號發送給中心控制處理裝置⑶；步驟六所述中心控制處理裝置C3)對接收到的超聲信號進行處理，確定車輪踏面是否存在缺陷；若車輪踏面存在缺陷，則通過發生反射或散射的超聲信號來提取該缺陷特征并對缺陷大小進行量化；步驟七檢測完畢后等待下一個待檢測車輪，重復執行步驟三至步驟六完成下一個待檢測車輪的檢測。
6.根據權利要求5所述的高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測方法，其特征在于步驟一所述根據被檢測列車的額定運行速度v，計算單根鋼軌(4)上超聲表面波探頭⑴的個數η的過程設定電磁超聲線圈(1-6)的長度為Lt，列車運行的最高速度為ν， 超聲表面波在列車車輪踏面傳播的速度為Vs，則單個車輪通過電磁超聲線圈(1-6)所用的時間為、ti = Lt/v公式 1超聲表面波在、時間段內傳播的距離為Ls Ls =、vs = vsLt/v公式 2超聲表面波在寬度方向上覆蓋整個車輪踏面需要傳播的距離即表面波在輪對踏面的檢測盲區為Lb，則對于反射法檢測來說，其超聲表面波的有效檢測距離為Lr Lr = Ls/2-Lb = vsLt/ (2v) -Lb 公式 3由公式3得到在已知超聲表面波的有效檢測距離k時，列車運行的最高速度ν ν = vsLt/2 (Lr+Lb)公式 4列車車輪的直徑為D，得到單根鋼軌上所需超聲表面波探頭(1)的個數η: η ^ π D/2Lr 公式 5。
7.根據權利要求5所述的高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測方法，其特征在于步驟一所述根據被檢測列車的額定運行速度v，計算單根鋼軌(4)上超聲表面波探頭(1)的間距L的過程一個超聲表面波探頭(1)激發的超聲表面波至少沿待檢測車輪踏面傳播兩周，得到相鄰兩個超聲表面波探頭(1)之間的最小距離Lmin:Lmin =231 Dv/vs 公式 6單根鋼軌(4)上的超聲表面波探頭(1)至少為兩個；所述待檢測車輪踏面相鄰兩檢測點之間的距離Ld為Ld= π /2η，單根鋼軌(4)上設置的每相鄰兩個超聲表面波探頭(1)的距離L是Ld的整數倍。
全文摘要
高速列車車輪踏面缺陷檢測的多探頭電磁超聲檢測裝置及其檢測方法，它涉及一種列車車輪踏面缺陷檢測裝置及其檢測方法。它為解決現有采用電磁超聲技術的檢測裝置及檢測方法無法實現對高速列車車輪踏面缺陷檢測的問題而提出。檢測方法一、計算探頭的個數及間距；二、將探頭安裝在鋼軌上，三、車輪進入檢測區，探頭產生超聲表面波；四探頭接收返回信號；五探頭將接收到的超聲信號經數據采集裝置發送給中心控制處理裝置；六中心控制處理裝置處理，確定車輪踏面是否存在缺陷；七檢測完畢后等下一個車輪，重復執行三至六；它具有實時檢測高速列車車輪踏面缺陷的優點。它可廣泛用于各種需要對高速列車車輪踏面缺陷檢測的場合。
文檔編號G01M17/08GK102564363SQ20111043668
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者康磊, 李鵬展, 汪開燦, 王亞坤, 王淑娟, 翟國富, 蘇日亮, 邱玉 申請人:哈爾濱工業大學