一种探伤装置

技术领域

本发明涉及轨道工程机械技术领域，尤其是应用于铁路工程车辆采用自动对中调节方式的探伤装置。

背景技术

铁路运输安全是关系到社会经济发展和旅客人身安全的重大社会问题。钢轨等是铁路重要的基础设施，随着国内经济的发展、城市化进程的加快，不论是高铁还是地铁，其行车密度、运营负荷越来越大，超声波钢轨探伤是目前世界公认的早期发现钢轨内部伤损、降低断轨风险，提供列车运行安全性的最有效、最重要的手段之一。

由于线路的不平顺及轮对的蛇形运动，钢轨探伤车在线路上探伤作业时，会产生横摆、晃动等运动，从而造成探轮不能精准的正压在钢轨中心，出现探伤底波丢失现象，导致检测效果不良。因此，探轮自动对中控制是钢轨探伤车的关键核心技术，如何控制探轮位置使超声波有效入射钢轨将直接影响探伤检测质量和效果。目前国内大型钢轨探伤车上使用的自动对中系统都进口国外公司的电磁对中系统，造价昂贵，且对中效果不良，导致探伤作业时，大部分时间采用了手动控制来调节对中。因此，开发搭载新的探轮自动对中的探伤装置将变得十分必要。

在现有技术中，主要有以下技术方案与本申请相关：

现有技术1为2014年01月15日申请，并于2014年04月23日公开，公开号为CN103738357A的中国发明申请。该申请公开了一种基于转向架安装的探伤装置，探伤装置安装在转向架上，探伤装置具体包括左纵梁、右纵梁、框架组成、横梁、单元固定装置组成、电机组成、探轮组成和连接板。左纵梁、右纵梁通过横梁相互连接组成探伤装置的载体，两个框架组成沿横梁方向彼此相对地安装在载体上。单元固定装置组成通过连接板可活动地安装在框架组成上，探轮组成设置在单元固定装置组成上。电机组成设置在由单元固定装置组成和连接板组成的组合体与框架组成之间。电机组成驱动单元固定装置组成在框架组成上沿横梁方向移动。该发明装置结构紧凑、适应性强、效率和准确性高，适用于0～80km/h高速探伤作业，能够充分满足当前高密度、高速度的行车运行组织要求。

现有技术2为2016年05月10日申请，并于2016年11月23日公告，公告号为CN205706703U的中国实用新型专利。该实用新型公开了一种采用自动对中方式的钢轨探伤车，该钢轨探伤车包括：探伤车、探伤系统、自动对中系统；其中，探伤车，在钢轨上行驶；探伤系统，安装于探伤车上，包括探轮，用于进行钢轨内部的伤损检测；自动对中系统，安装于探伤车上，包括自动对中传感器、自动对中控制柜、自动对中驱动电机；其中，自动对中传感器，用于检测探轮与钢轨中心线的偏差，将检测结果发送至自动对中控制柜；自动对中控制柜，用于根据检测结果，发送控制指令至自动对中驱动电机；自动对中驱动电机，用于调整探轮的水平位置，修正探轮与钢轨中心线的偏差。

然而，上述现有技术1和2均存在探轮不能精准地正压于钢轨中心，容易出现探伤底波丢失现象，从而导致检测效果不良的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种探伤装置，以解决现有探伤装置存在的探轮不能精准地正压于钢轨中心，容易出现探伤底波丢失现象，从而导致检测效果不良的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种探伤装置的技术实现方案，探伤装置，安装于钢轨探伤车的车体下方，包括：安装框架、平移板、横向调节机构、承载框架、传感器安装单元、探伤传感器及升降机构。所述承载框架设置于安装框架上，所述平移板可活动地安装于承载框架上。所述横向调节机构的一端安装于承载框架，另一端连接于所述平移板上，所述平移板能在横向调节机构的推动下在承载框架上沿横向移动。所述探伤传感器安装于传感器安装单元上，所述传感器安装单元悬挂安装于平移板上。所述升降机构的一端安装于平移板，另一端连接至传感器安装单元。通过所述横向调节机构实现探伤传感器的对中调节，并通过所述升降机构实现探伤传感器的升降和下压。

进一步的，所述探伤装置还包括安装于平移板或传感器安装单元上的对中传感器，所述对中传感器用于采集钢轨的轮廓。

进一步的，所述探伤装置还包括对中控制单元及驱动单元，通过所述对中传感器采集钢轨的轮廓将探伤传感器在钢轨上的位置数据发送至对中控制单元。所述对中控制单元根据位置数据进行PID闭环控制计算并将计算得到的控制量发送至驱动单元。所述驱动单元驱动横向调节机构，再由所述横向调节机构带动探伤传感器在钢轨上横向移动，以减小所述探伤传感器与钢轨中心位置的偏差，完成闭环位置跟随。

进一步的，所述横向调节机构的一端通过安装座安装于承载框架上，所述对中传感器通过对中支架悬挂安装于平移板的端部。

进一步的，所述探伤装置通过安装框架与钢轨探伤车的转向架连接，所述安装框架包括纵梁及横梁，两根沿轨向延伸的纵梁沿横向彼此平行并相对设置，两根沿轨向彼此平行并相对设置的横梁连接于两根纵梁之间。

进一步的，所述承载框架通过连杆机构安装于横梁上，所述连杆机构的一端与横梁铰接，另一端铰接至所述承载框架。所述承载框架上沿横向设置有平移导轨，所述平移板的下部设置有滑块，所述滑块与平移导轨形成移动副，通过所述横向调节机构的伸缩实现平移板的横向位置调节。

进一步的，所述承载框架通过连杆机构安装于两根横梁之间，所述承载框架位于平移板的中部下方。其中一个探伤传感器通过传感器安装单元悬挂安装于承载框架的下方，其余探伤传感器沿轨向悬挂安装于所述承载框架的两侧下方。

进一步的，所述探伤装置还包括倾角调节机构，所述倾角调节机构的一端与承载框架铰接，另一端铰接至所述安装框架上，通过所述倾角调节机构的伸缩调节所述承载框架与钢轨水平面的夹角。

进一步的，所述纵梁包括矩形梁、花键衬套及连接臂，所述矩形梁的一端通过与花键衬套相连后再通过轴箱端盖连接至轴箱。所述矩形梁的另一端与连接臂相连后再通过轴箱端盖连接至轴箱。

进一步的，所述探伤传感器通过传感器安装单元悬挂安装于平移板的下方，所述传感器安装单元包括传感器安装架、升降导柱、升降导套、固定导柱、锁紧块及连接板。所述升降导柱及固定导柱彼此平行并垂直固定于平移板的下方，所述连接板连接于升降导柱与固定导柱之间。所述升降导套套设于升降导柱的外部，所述传感器安装架固定于升降导套上。所述探伤传感器通过锁紧块固定并悬挂安装于传感器安装架的下部，所述升降机构的一端连接至传感器安装架。通过所述升降机构带动传感器安装架及升降导套在升降导柱上滑动，实现所述探伤传感器的升降与下压。

通过实施上述本发明提供的探伤装置的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明探伤装置，除了满足高速探伤的基本功能外，还具备探伤传感器的自动对中功能，通过对中传感器采集钢轨轨腰等信息，然后匹配标准轨腰图形，推算出钢轨中心以及与探伤传感器的相对位置关系，最后控制伺服电机横向驱动调整探伤传感器位置，修正探伤传感器与钢轨中心线的偏差，从根本上解决了现有探伤装置存在的探伤传感器不能精准地正压于钢轨中心，容易出现探伤底波丢失现象，从而导致检测效果不良的技术问题；

(2)本发明探伤装置，以激光轨廓测量技术为基础，结合高性能闭环控制能够实现闭环位置跟随，能自动识别标准轨型，有效识别和滤除道岔、夹板等非标准轨型产生的测量误差，提高了探伤车对恶劣环境线路的适应能力，能够满足高铁和既有线钢轨探伤车探伤要求，同时结构设计精简合理，性能稳定，对中效果良好，大大提高了钢轨伤损的检出率，对铁路运行的安全起到了很大的促进作用；

(3)本发明探伤装置，采用探伤传感器倾角调节机构，该结构可通过电机驱动方式来调节探伤传感器与钢轨横断面之间的角度，满足不同线路轨道轨底坡的变化，从而达到实时车内调节探伤传感器角度的目的，能够很好地解决车下手动调节探伤传感器倾角不便的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的实施例。

图1是本发明探伤装置一种具体实施例的安装结构示意图；

图2是本发明探伤装置一种具体实施例的结构示意图；

图3是本发明探伤装置一种具体实施例的局部结构示意图；

图4是本发明探伤装置一种具体实施例中纵梁的结构示意图；

图5是本发明探伤装置一种具体实施例中横向对中调节机构的结构示意图；

图6是本发明探伤装置一种具体实施例中传感器安装单元的结构示意图；

图7是本发明探伤装置一种具体实施例中传感器安装单元的局部结构示意图；

图8是本发明探伤装置另一种具体实施例的结构示意图；

图9是本发明探伤装置另一种具体实施例中倾角调节机构的结构示意图；

图10是本发明探伤装置另一种具体实施例中倾角调节机构的局部结构示意图；

图11是本发明探伤装置一种具体实施例的控制原理框图；

图中：1-安装框架，2-纵梁，3-横梁，4-平移板，5-横向调节机构，6-承载框架，7-传感器安装单元，8-探伤传感器，9-对中传感器，10-升降机构，11-限位块，12-矩形梁，13-花键衬套，14-连接臂，15-弹性衬套，16-轴箱端盖，17-平移导轨，18-滑块，19-对中支架，20-传感器安装架，21-升降导柱，22-升降导套，23-固定导柱，24-锁紧块，25-连接板，26-钩挂机构，27-倾角调节机构，28-连杆机构，29-安装座，30-纵向夹板，31-安装支座，32-转轴，100-探伤装置，200-执行机构，300-控制单元，400-驱动单元，500-轴箱，600-转向架，700-钢轨。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容能够涵盖的范围内。

如附图1至附图11所示，给出了本发明探伤装置的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如附图1所示，一种探伤装置100的实施例，安装于钢轨探伤车的车体下方，作为超声波探伤检测系统中探伤传感器的承载和运动执行机构，用于进行钢轨700内部的伤损检测作业。在本实施例中，探伤装置100进一步安装于大型钢轨探伤车用于检测的转向架600下方，随车辆在钢轨700上自运行。如附图2所示，探伤装置100具体包括：安装框架1、平移板4、横向调节机构5、承载框架6、传感器安装单元7、探伤传感器8、对中传感器9及升降机构10。探伤装置100通过安装框架1与转向架600连接，安装框架1主要由横梁组件和纵梁组件组成，实现整个探伤装置100的承载以及与转向架600的连接固定，整个探伤装置100通过纵梁组件的端盖实现与钢轨探伤车车体的转向架600的连接。承载框架6设置于安装框架1上，平移板4沿轨向(如附图2、3、5、6、7及8中L所示方向)延伸并可活动地安装于承载框架6上。横向调节机构5的一端安装于承载框架6，另一端连接于平移板4上，平移板4能在横向调节机构5的推动下在承载框架6上沿横向(如附图2、3、5、7及10中W所示方向)移动。探伤传感器8安装于传感器安装单元7上，传感器安装单元7悬挂安装于平移板4上，对中传感器9悬挂安装于平移板4或传感器安装单元7上。升降机构10的一端固定安装于平移板4，另一端连接至传感器安装单元7。传感器安装单元7及对中传感器(即激光对中装置)9固定悬挂于矩形的承载框架6上的平移板4处，对中传感器9采集钢轨700轨腰的轮廓，反馈至车内对中控制单元，最后生成指令控制通过横向调节机构5(可以具体采用但不限于伺服电机)实现探伤传感器8的对中调节，并通过升降机构10(可以具体采用但不限于气动气缸)实现探伤传感器8的垂直升降和下压。

安装框架1进一步包括纵梁2及横梁3，两根沿轨向延伸的纵梁2沿横向彼此平行并相对设置，两根沿轨向彼此平行并相对设置的横梁3连接于两根纵梁2之间。如附图4所示，纵梁2进一步包括矩形梁12、花键衬套13及连接臂14，矩形梁12的一端通过与花键衬套13相连后再通过轴箱端盖16连接至轴箱500，矩形梁12的另一端与连接臂14相连后再通过轴箱端盖16连接至轴箱500。轴箱端盖16与矩形梁12的连接结构上设置了多个自由度，以自适应钢轨探伤车运行中转向架轮对间位置的物理变化，并保证探伤装置100的整体安全性与稳定性。其中，轴箱端盖16的连接轴处设有球轴承，可使纵梁2与轴箱端盖16之间具有一定角度的转动与偏摆裕量。花键衬套13中设置有滑块，可实现因轮对距离变化引起的纵向短距离滑移调节。在矩形梁12与横梁3连接的安装(螺栓)孔处嵌入设置有弹性衬套15，可将纯刚性连接转化为柔性连接，以减少振动带来的不利影响。此外，轴箱端盖16上还进行了开口式设计，无需拆卸端盖，便可进行车轴探伤检测。

如附图9和附图10所示，承载框架6进一步通过连杆机构28安装于横梁3上，连杆机构28的一端与横梁3铰接，另一端铰接至承载框架6。承载框架6上沿横向设置有平移导轨17，平移导轨17的两端还设置有限位块11，如附图5所示。平移板4的下部设置有滑块18，滑块18与平移导轨17形成移动副，通过横向调节机构5的伸缩实现平移板4的横向位置调节。作为本发明一种典型的具体实施例，承载框架6通过连杆机构28安装于两根横梁3之间，承载框架6位于平移板4的中部下方。其中一个探伤传感器8通过传感器安装单元7悬挂安装于承载框架6的下方，其余探伤传感器8沿轨向悬挂安装于承载框架6的两侧下方。

如附图6和附图7所示，探伤传感器8通过传感器安装单元7悬挂安装于平移板4的下方，传感器安装单元7进一步包括传感器安装架20、升降导柱21、升降导套22、固定导柱23、锁紧块24及连接板25。升降导柱21及固定导柱23彼此平行并垂直固定于平移板4的下方，连接板25连接于升降导柱21与固定导柱23之间。升降导套22套设于升降导柱21的外部，传感器安装架20固定于升降导套22上。探伤传感器8通过锁紧块24固定并悬挂安装于传感器安装架20的下部，升降机构10的一端连接至传感器安装架20。通过升降机构10带动传感器安装架20及升降导套22在升降导柱21上滑动，实现探伤传感器8沿垂向(如附图6及7中H所示方向)的升降与下压。

如附图5所示，横向调节机构5的一端通过安装座29安装于承载框架6上。如附图3所示，对中传感器9通过对中支架19悬挂安装于平移板4的端部，可以实现纵向和垂向一定位移的调节与横断面的角度调整，以满足激光线覆盖钢轨700内侧和轨面视角的需求。如附图7所示，传感器安装单元7还进一步包括钩挂机构26，钩挂机构26的一端固定连接于平移板4的下部，另一端可与传感器安装架20锁定，以实现探伤传感器8的解锁与连挂。

如附图11所示，探伤装置100还进一步包括对中控制单元300及驱动单元400，采用高精度钢轨位移测量技术，对中传感器9将探伤传感器8在钢轨700上的实时位置数据发送至对中控制单元300，对中控制单元300进行PID(Proportional Integral Derivative，比例积分微分控制)闭环控制计算并将计算得到的控制量发送至驱动单元400。驱动单元400驱动横向调节机构5，再由横向调节机构5带动探伤传感器8在钢轨700上横向移动，以减小探伤传感器8与钢轨700中心位置的偏差，完成闭环位置跟随，从而使得该探伤装置100能够同时满足高铁和既有线钢轨探伤的要求。

探伤装置100除了满足高速探伤的基本功能外，还具备探伤传感器8的自动对中功能，通过对中传感器9内的激光发射装置和相机，采集钢轨轨腰等信息，然后通过对中处理器(即对中控制单元300)匹配标准轨腰图形，推算出钢轨700中心以及与探伤传感器8的相对位置关系，最后通过指令控制伺服电机横向驱动调整探伤传感器8的位置，修正探伤传感器8与钢轨700中心线之间的偏差，从根本上解决了现有探伤装置100存在的探伤传感器8不能精准地正压于钢轨700的中心，容易出现探伤底波丢失现象，从而导致检测效果不良的技术问题。

在本实施例中，探伤传感器8均以轮式探轮为例进行了描述，其他如：滑靴式等其他探伤传感器结构均为其替代方案。对于探伤装置100的安装结构实施例以转向架安装方式为例进行了描述，采用其他方式与钢轨探伤车安装连接的结构均为其替代方案。

本实施例描述的探伤装置100采用自动对中调节结构，能够解决现有探伤车检测自动对中不良的技术问题，可实现钢轨探伤车安全可靠的高速探伤。探伤装置100以激光轨廓测量技术为基础，结合高性能闭环控制能够实现闭环位置跟随，能自动识别标准轨型，有效识别和滤除道岔、夹板等非标准轨型产生的测量误差，保持了控制的稳定性。探伤装置100结合轨廓各区域特征点的综合判断，对于钢轨部分被沙、雪覆盖的情况能有效输出，提高了探伤车对恶劣环境线路的适应能力，能够满足高铁和既有线钢轨探伤车探伤要求，同时结构设计精简合理，性能稳定，对中效果良好，大大提高了钢轨伤损的检出率，对铁路运行的安全起到了很大的促进作用。

实施例2

在实施例1中，承载框架6进一步通过连杆机构28安装于横梁3上，连杆机构28的一端与横梁3铰接，另一端铰接至承载框架6，如附图9所示。如附图8所示，在实施例1的基础上，探伤装置100进一步包括倾角调节机构27(可以进一步采用电机或电缸，角度调节精度可以设置为0.01mm，角度调节范围可以限定在-3°～6°)，倾角调节机构27的一端与承载框架6铰接，另一端铰接至安装框架1上。作为本发明一种典型的具体实施例，两根横梁3的两端均通过纵向夹板30相互连接，倾角调节机构27的一端与承载框架6铰接，另一端铰接至纵向夹板30上，通过倾角调节机构27的伸缩带动连杆机构28的偏摆，以调节承载框架6与钢轨700水平面的夹角，最终实现探伤传感器8角度调节的目的。如附图10所示，倾角调节机构27的一端与承载框架6底部的安装支座31铰接，另一端通过转轴32铰接至安装框架1上。

在本实施例中，倾角调节机构27以连杆机构28偏摆配合电动角度调节的单侧整体探轮(即探伤传感器8)角度调节方式为例进行了描述，其他如：采用单个探伤传感器8角度调节及气动角度调节等类似方式以实现探伤传感器8与钢轨700轨面之间角度调节目的调节装置均为其替代方案。

本实施例描述的探伤装置100采用探伤传感器倾角调节机构，该结构可通过电机驱动方式来调节探伤传感器与钢轨700横断面之间的角度，满足不同线路轨道轨底坡的变化，从而达到实时车内调节探伤传感器角度的目的，能够很好地解决车下手动调节探伤传感器倾角不便的问题。

在上述本实施例1和2中，导柱与导套(即升降导柱21与升降导套22)的组合还可以进一步采用滑块与导轨组合，以及齿轮与齿条组合等替代结构实现移动副功能。导轨与滑块(即平移导轨17与滑块18)的组合还可以进一步采用导柱与导套组合，以及齿轮与齿条组合等替代结构实现移动副功能。横向调节机构5、升降机构10及倾角调节机构27可以具体采用油缸、气缸、电缸或电机驱动等形式。

通过实施本发明具体实施例描述的探伤装置的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的探伤装置，除了满足高速探伤的基本功能外，还具备探伤传感器的自动对中功能，通过对中传感器采集钢轨轨腰等信息，然后匹配标准轨腰图形，推算出钢轨中心以及与探伤传感器的相对位置关系，最后控制伺服电机横向驱动调整探伤传感器位置，修正探伤传感器与钢轨中心线的偏差，从根本上解决了现有探伤装置存在的探伤传感器不能精准地正压于钢轨中心，容易出现探伤底波丢失现象，从而导致检测效果不良的技术问题；

(2)本发明具体实施例描述的探伤装置，以激光轨廓测量技术为基础，结合高性能闭环控制能够实现闭环位置跟随，能自动识别标准轨型，有效识别和滤除道岔、夹板等非标准轨型产生的测量误差，提高了探伤车对恶劣环境线路的适应能力，能够满足高铁和既有线钢轨探伤车探伤要求，同时结构设计精简合理，性能稳定，对中效果良好，大大提高了钢轨伤损的检出率，对铁路运行的安全起到了很大的促进作用；

(3)本发明具体实施例描述的探伤装置，采用探伤传感器倾角调节机构，该结构可通过电机驱动方式来调节探伤传感器与钢轨横断面之间的角度，满足不同线路轨道轨底坡的变化，从而达到实时车内调节探伤传感器角度的目的，能够很好地解决车下手动调节探伤传感器倾角不便的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。