[发明专利]高速列车车轮踏面缺陷检测的多探头电磁超声检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁超声检测技术，具体涉及一种高速列车车轮踏面缺陷检测装置及其检测方法。

背景技术

轮对是列车运行中极为重要的部件，不仅承受列车及其负载的重量，而且还要通过与钢轨相接触的踏面部分传递机车运行所需的驱动力和制动力。因此，列车轮对踏面必须保持良好的技术状态，否则会严重影响行车安全。然而，由于制造工艺不良、装配不合理、紧急制动等多种因素，轮对踏面在运行一段时间后会产生擦伤、剥离、裂纹等缺陷。这些缺陷中，裂纹的影响最为严重。浅层裂纹是导致前两种缺陷的直接原因，而且一旦裂纹深度超过6mm，列车则将面临车轮迅速崩裂的危险。尤其是近年来，伴随我国高铁的大力发展，列车速度的不断攀升，轮对踏面缺陷所造成的后果越来越引人关注。因此，研制一种高速列车车轮踏面缺陷的在线检测装置就显得十分重要和迫切。

目前，车轮踏面缺陷的无损检测方法主要有压电超声法和光电法。压电超声法存在以下不足：1、压电超声很难检测车轮踏面及近踏面缺陷，而车轮踏面及近踏面的擦伤、剥离及裂纹却恰恰是车轮崩溃的最主要因素；2、利用压电超声进行检测时需要耦合剂，以保证探头和车轮踏面的良好耦合；3、压电超声检测时必须对车轮踏面进行必要的处理，保证良好的车轮踏面质量，从而保证超声探头与车轮踏面的良好耦合。而光电法采用图像处理的方法对车轮踏面缺陷进行检测，其也存在着无法对车轮近表面的缺陷进行检测的不足，而且检测速度也无法保证。因此，目前这两种方法很难实现高速列车车轮踏面及近踏面缺陷的在线实时检测。

电磁超声技术是近年来越来越引人关注的一种无损检测技术，如专利号为ZL200320111599.3，发明名称为《铁路机车、车辆车轮踏面在线自动化探伤装置》的中国实用新型专利和申请号为200710176817.4，发明名称为《一种火车车轮表面自动电磁超声检测装置和方法》的中国发明专利，专利号为ZL200610021238.8，发明名称为《机车车辆轮对缺陷在线动态监测用电磁超声换能器》的中国发明专利，上述三个专利申请均描述了采用电磁超声技术对车轮踏面检测的装置和方法，但由于其检测装置及检测方式的限制，仅适用于低速列车车轮踏面缺陷的在线检测，无法满足高速列车车轮踏面的缺陷检测。专利申请号为201010588350.6，发明名称为《高速列车轮对动态检测系统》的中国发明专利虽然提到了高速列车轮对动态检测，但是其是利用激光传感器来实现的，其通过检测列车通过前后钢轨发生的弯曲变形度和激光光束的偏移量，结合轮轨关系计算出轮对的信息；这种检测系统虽然可以实现对列车轮对踏面缺陷的检测，但是由于其是采用对激光接收器的输出电压进行分析，进而推导得到轮对踏面信息的方式来实现的，所以这种检测系统存在着受外界环境因素影响大，检测轮对踏面信息不准确的问题。

发明内容

本发明为了解决现有采用电磁超声技术的检测装置及检测方法无法实现对高速列车车轮踏面缺陷检测的问题；而提出的高速列车车轮踏面缺陷检测的多探头电磁超声检测装置及其检测方法。

高速列车车轮踏面缺陷检测的多探头电磁超声检测装置，所述检测装置由2n个相同的超声表面波探头、一个数据采集装置和一个中心控制处理装置组成；超声表面波探头的数据信号输出端通过数据总线与数据采集装置的数据信号输入端相连，所述数据采集装置的数据信号输出端与中心控制处理装置的数据信号输入端相连；所述2n个相同的超声表面波探头均分为两组、并分别设置在钢轨左右两根单轨上。

应用上述的高速列车车轮踏面缺陷检测的多探头电磁超声检测装置实现高速列车车轮踏面缺陷的检测方法，所述检测方法由如下步骤实现：

步骤一：根据被检测列车的额定运行速度v，计算得到单根钢轨上超声表面波探头的个数n以及单根钢轨上超声表面波探头的间距L；

步骤二：根据步骤一计算得到单根钢轨上超声表面波探头的个数n及间距L，将超声表面波探头固定安装在钢轨上，所述超声表面波探头的数据信号输出端通过线缆与数据采集装置的数据信号输入端相连；所述数据采集装置的数据信号输出端与中心控制处理装置的数据信号输入端连接；

步骤三：通过超声表面波探头中的接近传感器检测列车的车轮是否进入检测区，当检测到列车车轮进入到检测区时，所述接近传感器产生触发信号使超声表面波探头开始工作，所述超声表面波探头在待检测的车轮踏面产生超声表面波；

步骤四：所述超声表面波在待检测的车轮踏面中传播，当车轮踏面存在缺陷时，超声表面波会发生反射或散射，缺陷的反射信号被超声表面波探头接收得到；