专利名称：具备温控功能的轮式探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及无损检测领域，特别是涉及一种可应用于在役钢轨超声波探伤的具备温控功能的轮式探头，此外，该轮式探头结构同样适用于要求内部温度调控的其他领域轮式运转结构。
背景技术：
轮式探头，又称轮式换能器、探轮等，主要由超声波换能器架、超声波换能器组、线缆轴、光轴、转动及动密封组件、法兰盘、柔性透声外膜及安装附件等组成。轮式探头可在换能器架上安装一个或者多个超声换能器，探头内部充满耦合介质，外部安装柔性透声外膜。 超声波换能器发射的超声波经过轮内的耦合介质、透声外膜进入到被检测介质内部，当超声波检测到介质内部伤损时，反射回波又通过透声外膜、轮式耦合介质被超声波换能器接收。轮式探头在被检测介质表面持续滚动，从而实现了对被检测介质的不间断检测。目前，大型钢轨探伤车超声传感器所采用的轮式探头结构，其在相当长时间内满足了对在役钢轨伤损连续性检测的需求。随着铁路建设的大量增加，对钢轨探伤车的检测速度提出了更高的要求，钢轨探伤车检测速度的提升，导致了轮式探头工作时内部温度升高明显，尤其夏季作业时最高轮内温度可到70°C。轮式探头内部温度过高，带来了一系列问题，包括轮内超声波换能器工作效率降低、轮内耦合液声速改变、轴承、密封等组件的使用寿命缩短、超声波换能器及其线缆失效等。南昌铁路局钢轨探伤车通过增加外部耦合水的喷射量和喷射位置，来降低轮式探头外部介质的温度，以图降低轮式探头高速旋转产生的内部温度积累升高问题，但降温效果非常有限，同时造成水资源的浪费。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具备温控功能的轮式探头，其可克服现有轮式探头内部温度过高的问题。本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现—种具备温控功能的轮式探头，所述轮式探头包括换能器架，其上安装有超声波换能器组，且换能器架上安装有轮内换热块；线缆轴和温控轴，其中心轴线相同，且分别连接在所述换能器架的两侧，所述温控轴与所述轮内换热块相互连接；两个法兰盘，其分别位于所述换能器架的两端，其中一个法兰盘为动密封地可转动连接在所述线缆轴上，另一个法兰盘为动密封地可转动连接在所述温控轴上；柔性透声外膜，其包覆在两个法兰盘的外部，以在两个法兰盘之间形成轮内密封空间，所述轮内密封空间充满液体耦合介质。如上所述的具备温控功能的轮式探头，所述换能器架包括第一侧板，第二侧板以及在第一、二侧板之间的底端连接的底板，第一、二侧板相互平行，所述第一侧板的面积小于第二侧板的面积；所述温控轴和所述轮内换热块分别连接在所述第一侧板上，所述线缆轴连接在所述第二侧板上。如上所述的具备温控功能的轮式探头，所述第一侧板的端面上设有温控轴安装孔，所述温控轴的温控接头连接在所述温控轴安装孔内，所述第二侧板的端面上设有供所述线缆轴连接的线缆轴安装孔，所述线缆轴安装孔的中心线和温控轴安装孔的中心线为同轴线设置。如上所述的具备温控功能的轮式探头，所述温控轴安装孔为光孔，所述第一侧板上设有紧固切槽和紧固螺纹孔，所述紧固切槽从所述温控轴安装孔延伸到第一侧板的第二斜面，所述紧固螺纹孔的外端位于所述第二斜面上，紧固螺纹孔的内端垂直穿过所述紧固切槽而位于第一侧板的内部；所述温控轴的温控接头与所述温控轴安装孔为过滤配合连接，紧固螺栓螺设于紧固螺纹孔内，配合紧固切槽，将所述温控轴固定在所述第一侧板上。如上所述的具备温控功能的轮式探头，所述温控轴为阶梯轴，其内部设有进、出水管道，所述进、出水管道互不连通。如上所述的具备温控功能的轮式探头，所述温控轴上相对于所述温控接头的另一端的端部上设有内螺纹孔，且该端部设有两个平台；所述换能器架上设有线缆走线工艺孔， 所述线缆走线工艺孔和所述线缆轴安装孔连通。如上所述的具备温控功能的轮式探头，所述轮内换热块安装在所述第一侧板的第一斜面上，所述第一斜面上设有换热块接头槽，所述换热块接头槽与温控轴安装孔相连通， 所述轮内换热块的换热接头插设于所述换热块接头槽内，并与所述温控轴的接头密封连接。如上所述的具备温控功能的轮式探头，所述轮内换热块通过螺纹紧固件安装在所述第一侧板上，所述轮内换热块的内部设有循环水管道，所述循环水管道的两端分别与所述温控轴的进、出水管道连通。如上所述的具备温控功能的轮式探头，所述轮内换热块的壁厚不大于所述第一侧板的壁厚，所述轮内换热块远离所述第一斜面的一面为1/4圆形弧面。如上所述的具备温控功能的轮式探头，所述超声波换能器组包含O度换能器，45 度换能器和70度换能器。本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的特点和优点是其轮内换热块设置在换能器架上，并被包覆在透声外膜内，也就是说，轮式探头将温控模块内置在轮式探头内部，通过轮内换热块、温控轴将轮式探头内部的热量和温控柜进行交换，实现了轮式探头内部温度的显示和控制等。该具备温控功能的轮式探头结构，能满足高检测速度钢轨探伤车的应用需求，控制轮式探头内部温度在合理范围内，使其在冬季作业前可提前保温、夏季作业高速运转下内部不会累积多余热量，保证了换能器组的最大工作效率和使用寿命。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。
图1是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的立体示意图一；图2是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的立体示意图二 ；图3是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的立体示意图三；图4是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的主视示意图，图中未显示柔性 透声外膜；图5是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的侧视示意图；图6是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的主视示意图，图中示出了柔性 透声外膜；图7是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的换能器架、温控轴和轮内换热 块结合的立体示意图；图8是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的换能器架的立体示意图；图9是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的换能器架的主视示意图；图10是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的温控轴的立体示意图；图11是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的温控轴的主视示意图；图12是本发明实施例的具备温控功能的轮式探头的轮内换热块的立体示意图。
具体实施例方式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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参见图I至图5所示，本发明实施例提出的具备温控功能的轮式探头，其包括换能器架1，线缆轴2，温控轴3，两个法兰盘4和柔性透声外膜5。所述换能器架I上安装有超声波换能器组，且换能器架I上安装有轮内换热块6。线缆轴2和温控轴3的中心轴线相同，且分别连接在所述换能器架I的两侧，所述温控轴3与所述轮内换热块6相互连接。两个法兰盘4分别位于所述换能器架I的两端，其中一个法兰盘4为动密封地可转动连接在所述线缆轴2上，另一个法兰盘4为动密封地可转动连接在所述温控轴3上。柔性透声外膜5包覆在两个法兰盘4的外部，以在两个法兰盘4之间形成轮内密封空间，所述轮内密封空间充满液体耦合介质，配合图6所示。其中，所述超声波换能器组I可具有一个或多个换能器In，在此处超声波换能器组I包含有O度换能器，45度换能器和70度换能器，可实现对被检测介质的内部不同取向、 种类和类型伤损的检测。本发明在实施时，在温控轴3的一端连接温控系统，其中温控系统包括有循环管和温控柜，温控轴3通过循环管与温控柜连接。当需要对被检测介质(例如钢轨)进行探伤检测时，轮式探头放置在探伤车上，柔性透声外膜5与钢轨接触，随着探伤车的移动，柔性透声外膜5与钢轨相互摩擦，使得柔性透声外膜5和两个法兰盘4 一起转动，此时换能器架1，线缆轴2和温控轴3则是周向固定即不转动的，使超声波换能器组始终对应着钢轨。超声波换能器组发射的超声波经过液体耦合介质和柔性透声外膜5进入到钢轨内部，当超声波检测到钢轨内部伤损时，反射回波又通过透声外膜5和液体耦合介质被超声波换能器组吸收。随着探伤车的移动，轮式探头在钢轨表面持续滚动，可实现对钢轨的不间断检测。 在检测过程中，随着探伤车检测速度的提升，法兰盘4和透声外膜5高速旋转，轮式探头高速运转累积在其内部的热量通过轮内换热块6和温控轴3进入到温控系统的温控柜内，温控柜具备制冷、加热、温度显示及调节控制等功能。也就是说，温控系统自动调控轮式探头内部温控，保持轮式探头内部温控基本恒定和超声波换能器组的最佳工作效率。因此，所述轮内换热块6设置在换能器架I上，并被包覆在透声外膜5内，也就是说，轮式探头将温控模块内置在轮式探头内部，通过轮内换热块6、温控轴3将轮式探头内部的热量和温控柜进行交换，实现了轮式探头内部温度的显示和控制等。该具备温控功能的轮式探头结构，能满足高检测速度(例如60km/h)钢轨探伤车的应用需求，控制轮式探头内部温度在合理范围内，使其在冬季作业前可提前保温、夏季作业高速运转下内部不会累积多余热量，保证了换能器组的最大工作效率和使用寿命。同时，该具备温控功能的轮式探头，将温控单元内置在轮式探头内部，整体结构紧凑，避免了温控单元的意外损坏，不增加轮式探头安装、拆卸及调试的难度。根据本发明的一个实施方式，参见图7至图9所示，所述换能器架I包括第一侧板 la，第二侧板Ib以及在第一、二侧板la、lb之间的底端连接的底板lc，第一、二侧板la、lb 相互平行，所述第一侧板Ia的面积小于第二侧板Ib的面积；所述温控轴3和所述轮内换热块6分别连接在所述第一侧板Ia上，以便于温控轴3和轮内换热块6相连接，所述线缆轴 2连接在所述第二侧板Ib上。本实施例中，换能器架I成U字形，第一、二侧板la、lb的形状不对称，温控轴3安装在面积较小的侧板Ia上。所述第一侧板Ia的端面上设有温控轴安装孔ld，所述温控轴3的温控接头3a连接在温控轴安装孔Id内，所述第二侧板Ib的端面上设有线缆轴安装孔le，用来供所述线缆轴2连接的。所述线缆轴安装孔Ie的中心线和温控轴安装孔Id的中心线为同轴线设置， 以确保两个法兰盘4为同轴心转动。其中，线缆轴2是换能器组和超声波检测系统轮内至轮外的信号传输通道，即超声波换能器组的激励及回波信号通过线缆轴2输出，线缆轴2的一端安装多通道同轴连接器，通过线缆与轮外超声波检测系统连接，线缆轴2的另一端安装六个单通道微型同轴连接器，可与换能器组的每个换能器单独连接。线缆轴2仅在换能器架I的一侧，即线缆轴2由现有技术中的两端出线方式集成为一端出线方式，降低了线缆轴2的故障率。本实施例中，第一侧板Ia大致呈梯形，其在图9中显示有上、下、前、后、左、 右六个面，此处称前、后面为端面，左面为第一斜面If，右面为第二斜面lg。进一步地，所述温控轴安装孔Id可为光孔而不是螺纹孔，所述第一侧板Ia上设有紧固切槽Ih和紧固螺纹孔li，所述紧固切槽Ih从所述温控轴安装孔Id延伸到第一侧板 Ia的第二斜面lg，所述紧固螺纹孔Ii的外端位于所述第二斜面Ig上，紧固螺纹孔Ii的内端垂直穿过所述紧固切槽Ii而位于第一侧板Ia的内部；所述温控轴3的温控接头3a与所述温控轴安装孔Id为过滤配合连接，紧固螺栓Ij螺设于紧固螺纹孔Ii内，配合紧固切槽 lh，将所述温控轴3固定在第一侧板Ia上。本实施例在使用时，将温控轴3的温控接头3a 插入温控轴安装孔Id中，紧固螺栓Ij逐渐地拧入紧固螺纹Ii中，随着紧固螺栓Ij逐渐拧紧，紧固切槽Ih的缝隙越来越小，直到温控轴3被牢固地固定在第一侧板Ia上。如图10和图11所示，所述温控轴3为阶梯轴，例如，该阶梯轴具有温控轴安装孔Id的阶梯，下述旋转及动密封组件7的轴承的安装阶梯，下述磁密封安装阶梯及轮式探头架安装阶梯等。温控轴3内部设有进、出水管道，这是温控单元循环水的流通管道，所述进、 出水管道互不连通。所述温控轴3上相对于所述温控接头3a的另一端的端部上设有内螺纹孔3b，在该内螺纹孔3b处通过安装管接头等可与温控柜连接，且该端部设有两个平台3c，以方便管接头等安装件的安装和拆卸。所述换能器架I上设有线缆走线工艺孔Ip (配合图8所示)，所述线缆走线工艺孔Ip和所述线缆轴安装孔Ie连通。线缆走线工艺孔Ip可实现轮内换能器组和线缆轴间同轴线缆的牢固固定，防止轮内高速流动的耦合介质干扰。根据本发明的一个实施方式，参见图7、图8和图12所示，所述轮内换热块6安装在所述第一侧板Ia的第一斜面If上，第一斜面If的倾斜度可为45度，且所述第一斜面 If上设有换热块接头槽lk，所述换热块接头槽Ik与温控轴安装孔Id相连通，所述轮内换热块6的换热接头6a插设于所述换热块接头槽Ik内，并与所述温控轴3的接头3a密封连接。本实施例中，所述轮内换热块6固定在换能器架I的侧壁上，即具有45度角的第一斜面If上，且其安装后不会入侵至换能器架的U型框架内部，避免了由于安装换热块导致的对超声波换能器轮内声束的干涉。所述轮内换热块6通过螺纹紧固件安装在所述第一侧板Ia上，具体是，轮内换热块6上设有两个换热块紧固孔6b，换热块紧固孔6b位于轮内换热块6在与第一斜面If的连接面的两端，换热接头6a位于两个换热块紧固孔6b之间的位置上；所述第一斜面If的上下两端设有分别与换热块紧固孔6b对应的连接螺纹孔lm，螺栓6c穿过换热块紧固孔6b 而拧入连接螺纹孔Im中，将轮内换热块6螺纹连接在第一侧板Ia上。所述轮内换热块6的内部设有循环水管道，所述循环水管道的两端分别与所述温控轴3的进、出水管道连通，其中，循环水管道的两端为换热接头6a，如图12所示；温控轴 3的进、出水管道的端头分别体现为温控接头3a，如图10所示，换热接头6a与温控接头3a 通过安装密封圈可进行密封连接，以实现接头间循环液的密封。本实施例在使用时，冷却水从温控轴3的进水管道进入温控轴3内，并经由温控接头3a和换热接头6a进入轮内换热块6的循环水管道内，与轮式探头内部产生的热量进行热交换，接着换热接头6a和温控接头3a进入温控轴3的出水管道，以此进行循环冷却。本实施例由于采用液冷循环，内部循环液不会流失，不会增加水资源的浪费。所述轮内换热块6的壁厚不大于所述第一侧板Ia的壁厚，此处，轮内换热块6的壁厚与第一侧板Ia的壁厚相等，所述轮内换热块6远离所述第一斜面If的一面为1/4圆形弧面，如此避免了对轮内换能器声束的干涉。轮内换热块6在换能器架I上安装后，其最大外圆轮廓圆心和温控轴中心线重合，避免了与透声外膜5的干涉，方便了柔性透声外膜5 的安装和拆卸。此外，各法兰盘4分别是通过旋转及动密封组件7而动密封地可转动连接在所述线缆轴2上。其中，所述旋转及动密封组件7由高精度滚珠轴承和磁密封单元组成。通过安装旋转及动密封组件7，实现了线缆轴2、温控轴3和法兰盘4之间的高速旋转和轮内耦合液的密封。另外，还可通过压盖将柔性透声外膜5和法兰盘4之间紧固连接，实现轮内耦合液在柔性透声外膜5和法兰盘4之间的密封。本发明中的具备温控功能的轮式探头结构，在保证轮式探头正常功能和使用性能
7的基础上，通过配置温控系统，利用温控系统自动调控轮式探头内部温度，保证轮式探头内部温度基本恒定以及超声波换能器最大工作效率和使用寿命。再者，本发明实施例，可以通过对既有的60km/h钢轨探伤车的6英寸轮式探头进行改造实现，在无需对6英寸轮式探头结构上做大量改动的条件下，即可实现既有6英寸轮式探头的内部温控，解决目前的6英寸轮式探头的内部温升过高问题。以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种具备温控功能的轮式探头，其特征在于，所述轮式探头包括换能器架，其上安装有超声波换能器组，且换能器架上安装有轮内换热块；线缆轴和温控轴，其中心轴线相同，且分别连接在所述换能器架的两侧，所述温控轴与所述轮内换热块相互连接；两个法兰盘，其分别位于所述换能器架的两端，其中一个法兰盘为动密封地可转动连接在所述线缆轴上，另一个法兰盘为动密封地可转动连接在所述温控轴上；柔性透声外膜，其包覆在两个法兰盘的外部，以在两个法兰盘之间形成轮内密封空间， 所述轮内密封空间充满液体耦合介质。
2.根据权利要求I所述的具备温控功能的轮式探头，其特征在于，所述换能器架包括第一侧板，第二侧板以及在第一、二侧板之间的底端连接的底板，第一、二侧板相互平行，所述第一侧板的面积小于第二侧板的面积；所述温控轴和所述轮内换热块分别连接在所述第一侧板上，所述线缆轴连接在所述第二侧板上。
3.根据权利要求2所述的具备温控功能的轮式探头，其特征在于，所述第一侧板的端面上设有温控轴安装孔，所述温控轴的温控接头连接在所述温控轴安装孔内，所述第二侧板的端面上设有供所述线缆轴连接的线缆轴安装孔，所述线缆轴安装孔的中心线和温控轴安装孔的中心线为同轴线设置。
4.根据权利要求3所述的具备温控功能的轮式探头，其特征在于，所述温控轴安装孔为光孔，所述第一侧板上设有紧固切槽和紧固螺纹孔，所述紧固切槽从所述温控轴安装孔延伸到第一侧板的第二斜面，所述紧固螺纹孔的外端位于所述第二斜面上，紧固螺纹孔的内端垂直穿过所述紧固切槽而位于第一侧板的内部；所述温控轴的温控接头与所述温控轴安装孔为过滤配合连接，紧固螺栓螺设于紧固螺纹孔内，配合紧固切槽，将所述温控轴固定在所述第一侧板上。
5.根据权利要求4所述的具备温控功能的轮式探头，其特征在于，所述温控轴为阶梯轴，其内部设有进、出水管道，所述进、出水管道互不连通。
6.根据权利要求5所述的具备温控功能的轮式探头，其特征在于，所述温控轴上相对于所述温控接头的另一端的端部上设有内螺纹孔，且该端部设有两个平台；所述换能器架上设有线缆走线工艺孔，所述线缆走线工艺孔和所述线缆轴安装孔连通。
7.根据权利要求I至6所述的具备温控功能的轮式探头，其特征在于，所述轮内换热块安装在所述第一侧板的第一斜面上，所述第一斜面上设有换热块接头槽，所述换热块接头槽与温控轴安装孔相连通，所述轮内换热块的换热接头插设于所述换热块接头槽内，并与所述温控轴的接头密封连接。
8.根据权利要求7所述的具备温控功能的轮式探头，其特征在于，所述轮内换热块通过螺纹紧固件安装在所述第一侧板上，所述轮内换热块的内部设有循环水管道，所述循环水管道的两端分别与所述温控轴的进、出水管道连通。
9.根据权利要求8所述的具备温控功能的轮式探头，其特征在于，所述轮内换热块的壁厚不大于所述第一侧板的壁厚，所述轮内换热块远离所述第一斜面的一面为1/4圆形弧面。
10.根据权利要求I所述的具备温控功能的轮式探头，其特征在于，所述超声波换能器组包含O度换能器，45度换能器和70度换能器。
全文摘要
本发明公开了一种具备温控功能的轮式探头，包括换能器架，其上安装有超声波换能器组，且换能器架上安装有轮内换热块；线缆轴和温控轴，其中心轴线相同，且分别连接在所述换能器架的两侧，所述温控轴与所述轮内换热块相互连接；两个法兰盘，其分别位于所述换能器架的两端，其中一个法兰盘为动密封地可转动连接在所述线缆轴上，另一个法兰盘为动密封地可转动连接在所述温控轴上；柔性透声外膜，其包覆在两个法兰盘的外部，以在两个法兰盘之间形成轮内密封空间，所述轮内密封空间充满液体耦合介质。
文档编号G01N29/24GK102608217SQ201210060138
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者傅强, 李培, 马运忠 申请人:中国铁道科学研究院基础设施检测研究所, 北京铁科英迈技术有限公司