[发明专利]现场超声检查铁路路轨的方法和装置

说明书

用于路轨的现场检查的铁路路轨超声检查系统、装置和方法，其包括轮组件，该轮组件包括装满流体的轮胎和安装在轮组件内的超声换能器。换能器被支承在轮胎内，以便换能器所产生的超声束带有与铁路路轨的轨头相交的声束轴线，相交位置从路轨的纵向中线平面向被超声束穿入的轨头一侧偏离。超声束被路轨上的裂纹以回波的形式反射。回波返回换能器，识别裂纹的位置。

本专利申请为分案申请；其原申请的申请日为2009年5月14日，申请号为200980126916.9，发明名称为“现场超声检查铁路路轨的方法和装置”。原申请是国际申请，其国际申请号为PCT/US2009/043873，国际申请日为2009年5月14日，进入中国国家阶段日为2011年1月5日。

技术领域

本发明大体上涉及对铁路轨道的路轨上可能存在的某些预定类型的不良的裂纹或缺陷进行非破坏性检验的方法和装置。本发明尤其涉及以超声探测路轨上的裂纹、在探测到裂纹时识别该裂纹的位置，以及记录所探测到的裂纹的位置以备将来可能需进行维修，或更可能需更换路轨的活动式耐用型装置。更具体的是，本发明涉及用于现场探测、识别及记录该装置在路轨上行走时所探测到的裂纹的位置的相对地快速和灵敏的方法和装置。

背景技术

由于制造过程，或由于自然环境过程和正常使用，铁路轨道的路轨的某些有害的裂纹会逐渐产生，这在铁路行业是公认的。这些裂纹可包括非严重缺陷和严重缺陷，严重缺陷有例如横向缺陷、轨头垂直的完全或裂口缺陷，以及轨头水平的完全或裂口缺陷。

只要裂纹仍是不严重，就可继续安全地在路轨上操作。然而，经过一段时间以后，即使不严重的裂纹也可能恶化或退化为严重缺陷，并且新的裂纹将会产生。如果对裂纹不加处理，所产生的缺陷就可能会引起一系列问题，包括灾难性的故障及火车脱轨。灾难性的或甚至较小的故障给铁路行业、被运送的货和人以及周围的住宅和企业带来财政、健康和安全上的风险。这种故障是可避免的，或至少能通过例行检查和保养而降低故障频率。而且，选择性的修复使例行保养能更具成本效益，而探测裂纹又使选择性修复更加容易。

超声测试被用作探测路轨的裂纹或缺陷。安装在车辆和轨道车上的检查装置被建成为沿轨道行走，持续不断地对铁路轨道的路轨进行现场超声测试。

一般而言，检查装置是采取安装在车上的滑板和轮的形式。如美国专利第4,700,574号所示的滑板，设计采用了在滑板上的超声换能器，该滑板沿涂覆有水的路轨被拖动以形成声桥。如美国专利第6,055,862号所示，轮的设计采用了被容纳在沿路轨滚动的小而薄壁的轮胎内的超声换能器。轮胎装满着流体，如防冻剂，以在换能器与路轨之间形成超声桥。

现有技术的设计带有很多缺点。例如，滑板的设计需要用大量的水，以使滑板和路轨充分连接并减少长途行程所造成的磨损。此外，滑板对于路轨行走面上的缺陷和裂纹更加敏感。轮的设计遭受轮胎表面壁上的声波反射所引起的声音反响(噪音)。噪音在每次声发射后都降低该装置的敏感度。

此外，两个设计都受到已知的换能器技术和结构的限制。一些声换能器的设计以大体上向垂直方向发射超声束来识别出一些路轨轨腰上的裂纹，但对路轨轨头里面部分的裂纹缺乏敏感度。在其他设计中，如美国专利第4,700,574号和第6,055,862号，换能器被放置成以与路轨的横向和纵向平面成某些角度发射超声束。声束的轴线在路轨的中央垂直纵向平面的一侧与路轨相交并横跨路轨的纵向平面伸延至另一侧。这些设计识别路轨上的另外一些裂纹，特别是路轨轨头一侧上的裂纹。还有其他一些声换能器的设计是包括带有另外的声束路径的更加复杂的换能器组件，但在识别路轨轨头的里面部分上的裂纹方面的能力仍是有限。

发明内容