钢轨高速探伤系统的研究

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仪仪表学报
上 滚 动 时!高 速 探 伤 数 据 采 集 系 统 接 收 反 射 回 波 信 号 并 由 计 算 机 处 理 取 得 探 伤 信 息!经 高 速 伤 损 分 析 系 统 实 时 处 理!使 探 伤 车 检 测 到 伤 损 信 息 实 时 地 在 屏 幕 上 显 示!检 测 数 据 被 记 录 和 打 印!并 可 随 时 回 放!重 现 当 时的检测结果"钢轨中对中伺服机构与多参数行车状 况 自 动 监 测 系 统 控 制 轮 探 头 自 动 对 中!保 证 超 声 发 生 接 收 装 置 始 终 对 准 钢 轨 轨 腰 的 中 心 线 位 置 !同 时 !在 高 速 行 车 探 伤 时 !也 完 成 了 探 头 的 自 动 钢 轨 循 迹 跟 踪 "
头 自 动 对 中 伺 服 装 置 *以 及 伤 损 信 号 处 理 等 系 统 组 成 (
.引 言
我 国 铁 路 运 输 繁 忙 *列 车 运 行 间 隔 只 有 十 几 分 钟 * 同 时*运 营 线 路 近 七 万 公 里*线 路 状 况 较 差*超 期 服 役 钢 轨 数 量 很 大 *钢 轨 伤 损 发 生 率 高 (为 了 保 障 铁 路 运 输 安 全*目 前 检 测 钢 轨 内 部 缺 陷 的 主 要 设 备 为 小 型 钢 轨 超 声 探 伤 仪 *由 人 工 进 行 钢 轨 伤 损 的 检 测 ( 为 防 止 /监 测 伤 损 的 发 生 /发 展 *平 均 每 年 每 条 线 路 检 测 需 十 遍 以 上 *总 检 测 里 程 近 一 百 万 公 里 *全 线 有 近 万 名 专 职 钢 轨 探伤人员负责钢轨内部伤损的检测(随着中国铁路的 第 三 次 提 速*使 铁 路 对 于 能 在 现 有 鱼 尾 板 联 结 线 路 上 完 成 高 速 探 伤 的 设 备 需 求 日 益 迫 切*研 究 开 发 钢 轨 高 速 探 伤 车 *使 其 在 检 测 时 不 影 响 铁 路 正 常 运 营 *对 铁 路 运输业具有重要的意义(
第 $期增刊
来完成数据采集和处理任务!其中计算机 "和计算机 #每 台 连 接 有 $块 数 据 采 集 卡%每 块 采 集 卡 有 &个 通 道%两 台 计 算 机 共 完 成 #’路 回 波 信 号 的 采 集%所 采 集 的 数 据 传 至 计 算 机 $进 行 整 理%再 送 至 计 算 机 &进 行 处 理%据 此 确 定 伤 损 类 型(绘 制 伤 损 图 形(进 行 自 动 识 别 和 标 记 !主 控 计 算 机 预 留 了 多 个 高 速 数 据 接 口 %以 用 于 )*+定位系统和高速有线或无线数据转发%使完整 的探伤信息迅速到达地面计算机数据系统!
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L结 论
无 论 航 天(航 海 还 是 机 械 工 程 中 结 构 的 受 载 情 况 的实时检测是工程技术人员十分关注的!目前国内外 对 结 构 的 载 荷 分 析 和 强 度 分 析 是 分 离 的%同 时 结 构 载 荷的取得又限于用标准的探头来转换!本系统从实验 力 学 的 相 似 性 关 系 出 发%导 出 一 套 新 的 实 时 载 荷 显 示 和强度报警的理论!并以此理论为出发点设计了一套 不需要预置标准探头且又把载荷分析及强度分析融于 一 个 微 机 智 能 仪 器 中%从 而 既 可 显 示 结 构 在 工 作 中 的 实 时 载 荷 值 %又 能 起 到 报 警 作 用 的 控 制 系 统 !实 现 载 荷
# 高速探轮的设计
在 高 速 探 伤 时 !为 获 得 较 高 的 钢 轨 伤 损 检 出 率 !将 探测密度设为 $%%微秒&次!在时速 ’%公里&小时的运 行速度下!超声探测重复频率为 (%%%次&秒"因此!在 高 速 探 伤 轮 设 计 时!首 先 要 使 超 声 探 头 与 钢 轨 轨 面 近 距 离 耦 合 !减 少 轮 式 探 头 的 轮 内 超 声 延 迟 " 其 次 !必 须 使 探 头 有 稳 定 的 钢 轨 对 中 循 迹 跟 踪!保 证 在 高 速 行 车 探 伤 时 !轮 探 头 和 超 声 收 发 装 置 的 自 动 对 中 !高 速 探 轮 结构如图 $所示"
图 1 探轮自动对中装置工作原理图
; 高速数据采集与伤损分析系统
为 了 探 测 钢 轨 不 同 部 位 的 伤 损!钢 轨 高 速 探 伤 系 统在两条路轨上采用四个探轮!每个探轮上分别以 %<! *’<!=%<三 种 角 度 安 装 (个 超 声 探 头!全 面 检 测 钢 轨+ 螺 孔 +轨 腰 +轨 缝 等 部 位 的 伤 损 信 息 "
显 示 (打 印 (贮 存 (报 警 的 一 体 化 智 能 仪 器 的 功 能 !由 本 理 论 而 实 现 的 仪 器 在 轧 机 上 进 行 了 实 验%所 得 结 果 与 理 论 分 析 完 全 一 致 %待 仪 器 产 业 化 后 %将 用 在 宝 钢 集 团 的轧机上实现现场检测!
第 $*卷
冲 击 力 +弹 性 力 +惯 性 力 +阻 尼 力 及 反 馈 力 之 和 为 零 !以 使探头悬挂装置达到随动调整的功能"
图 * 平衡力闭环伺服调整系统原理图
, 探轮自动对中伺服装置的设计
探轮自动对中装置保证每个轮探头在探测过程 中!其 轮 内 探 头 组 的 中 线 始 终 自 动 地 保 持 与 钢 轨 截 面 中 线 一 致!该 装 置 包 括 两 组 轨 道 对 中 传 感 器 及 独 立 的 调 节 装 置 "轨 道 对 中 传 感 器 用 于 钢 轨 轨 头 断 面 的 检 测 ! 由红外光源和线阵 --.组成!探测 范 围 为 /%%00!线 阵 --.有 效 象 素 为 /%$1!探 测 分 辨 率 为 /%%&/%$12 %3/00"探测部分信号采集周期为 (%45!相对于 ’%公 里 时 速 6%7$$00&458!探 测 密 度 为9%7$$: (%2 /3/ 6008!即在 ’%公里时速下每 /7/00 探测一次"调节 装置所用的驱动机构均采用无间隙的精密丝杠传动机 构!并 用 闭 环 控 制!具 有 良 好 的 电 气 及 机 械 阻 尼 特 性" 探轮自动对中装置工作原理如图所示"
参考文献
" 刘 镇 清%刘 骁 .超 声 无 损 检 测 的 若 干 新 进 展 .无 损 检 测% #’’’%##/01.
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,结 论
钢轨高速探伤系统经环行试验台多次模拟试验和
钢轨高速探伤系统的研究
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正式上路试验证明%该探伤系统达到了时速 -’公里以 上 的 高 速 探 测 要 求 %伤 损 检 出 率 达 到 预 期 目 标 %并 较 好 地 解 决 了 轮 探 头 (超 声 收 发 装 置 (探 轮 自 动 对 中 以 及 高 速数据采集和处理等关键技术!该系统完全适合我国 快速铁路要求的大型钢轨探伤要求!
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由 于 探 测 通 道 数 多 !且 超 声 波 发 射 &接 收 单 元 超 声 波 脉 冲 重 复 频 率 为 (>?@!在 每 个 周 期 内!要 保 证 每 个 通 道 都 能 采 集 到 信 号!且 记 录 每 个 回 波 的 时 间 和 波 峰 值!高 速 数 据 采 集 及 伤 损 分 析 系 统 所 采 集 和 处 理 的 数 据量很大"因此!采用一台主控计算机控制 1台计算机