超声波轮式探头的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及超声波测量装置，尤其涉及一种用于钢轨探伤车的超声波轮式探头。
【背景技术】
[0002]超声波探伤作为无损检测的一种方式被广泛运用于多个技术领域，铁路系统对钢轨的检测就普遍利用超声波检测技术。列车的高速、高密、重载运行造成钢轨病害突出，对在列车间隔进行的探伤作业提出了更高的要求。在现有的探伤设备中，由超声波换能器即通常所说的探头，完成超声波的转化和发射、接收。目前，市场上常用的铁路探伤设备包括手推式探伤车和机动探伤车。手推式探伤车使用的为滑式探头，随着车轮的滚动，手推车在钢轨上移动，探头随之在钢轨上滑动，所述探头是具有不同折射角度的多个分离的探头。为使探头和钢轨耦合良好，必须在探头上施加一定的压力。由于探头在轨面的滑动导致探头保护靴的磨损，需要反复更换，增加了使用成本，而且如果钢轨轨面有不平整处，探头滑过这些地方时，有可能将探头卡住，导致探头损坏。同时，为了将超声波耦合到钢轨里去，必须在每一个探头前加一个滴水管，以水作为介质使超声波导入钢轨，超声波在钢轨里传播，遇到伤处将会反射，反射波被探头接收到经过一系列处理才能完成探伤任务，因此要用很大的水箱，使探伤车变得非常笨重。而大型机动探伤车虽然使用轮式探头，不仅全部依靠进口，价格昂贵，而且结构复杂。
【发明内容】
[0003]针对上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种应用于钢轨探伤车的结构简单、成本低、使用寿命长的超声波轮式探头。
[0004]本实用新型超声波轮式探头，包括若干独立的超声波探头模块、安装探头模块的探头支架、耦合介质，探头支架通过定位轴和出线轴与探伤车相连，出线轴为开有探头总线出孔12的中空轴，探头模块设在探头支架的下方，探头支架的上方设带有密闭空腔的封水盒，探头连线封装于密闭空腔内，并通过总线出孔12引出，定位轴和出线轴上设有轴承、密封件、法兰盘，探头外轮通过外轮压环与法兰盘连接构成密闭空间，密闭空间内充耦合介质，探头模块、支架和封水盒浸在耦合介质中。
[0005]作为一种改进，探头支架底面设有若干个与水平方向成预定角度的斜面，在斜面上安装探头模块，斜面上方开有通向封水盒空腔的探头引线孔。
[0006]作为一种改进，斜面包括两个使超声波在钢轨中折射角为61°?70°的斜面、两个使超声波在钢轨中折射角为36°?47°的斜面和一个使超声波垂直进入钢轨的0°探头安装水平面。
[0007]作为一种改进，定位轴采用半圆轴结构，半圆平面与0°探头模块声束垂直。
[0008]作为一种改进，法兰盘与外轮压环的连接孔为螺纹底孔。
[0009]本实用新型超声波轮式探头将多组探头模块安装密封于一个探头外轮内，在不降低探伤效能的情况下，减少了出水口，结构简单、轻便实用，满足了探伤要求，并且改滑动摩擦为滚动摩擦，减小了与钢轨间的摩擦力，延长了探头的使用寿命、提高了探伤速度，而且生产成本低、易加工，使用维护成本低，零部件易更换。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型超声波轮式探头的结构示意图；
[0011]图2是图1所示超声波轮式探头的轴向剖面示意图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，本实用新型超声波轮式探头主要包括:探头外轮1，若干独立的超声波探头模块13、15、16，封水盒2，安装探头模块的探头支架3，耦合介质18等。探头支架3为合金铝支架，也可以由其他材料制成，支架3的顶面为水平面。为减轻重量，在强度允许的情况下，可以将平面中间挖除一部分。支架3的底面具有多个探头模块安装面，安装面为与水平面成预定角度的斜面。当然，也可以将安装面做成水平面，而通过探头来改变控制角度。图1中包括两个使超声波以61°?70°折射角进入钢轨的安装斜面、两个使超声波以36°?47°折射角进入钢轨的安装斜面和一个使超声波垂直进入钢轨的0°探头的水平面。根据探头形状和尺寸的不同，安装面可以制成相应的形状和尺寸，优选的本实施例为70°探头模块15和37°探头模块16的安装面为长方形，长方形四角留有螺孔用来固定探头模块，在长方形平面上预留一个直通支架3顶部的圆孔作为0°探头模块13的安装位置，开口处留探头定位台，支架3顶面在圆孔两侧设置定位螺孔。
[0013]如图2所示，探头支架3用轴固定丝8 一侧通过定位轴7、一侧通过出线轴11与探伤车相连。定位轴7轴端为半圆柱形，半圆平面与0°探头模块声束垂直，也可采用一固定角度，通过调整定位轴半圆平面水平夹角，来保证探头模块射入钢轨的超声声束的折射角的准确，并设置有轴定位孔6，用于与超声波探伤车之间的连接定位与固定。出线轴11为中空轴，开有探头总线出孔12，用来引出探头总线。
[0014]如图1所示，探头模块13、15、16装在探头支架3的底面，探头支架3上开有通向上方封水盒空腔20的探头引线孔14。探头的发射面面向耦合介质18。探头支架3的上方设封水盒2，封水盒2优选为半圆柱状，装于探头支架3顶面的槽口之中，通过螺丝17固定于支架顶面，并与支架3构成密闭空腔20，空腔20用于封装各探头模块线和轮式探头总线的连接装置，使之与耦合液隔离开，保护探头连线，探头总线由出线轴11总线出孔12引出。探头模块是预制好的轮式探头专用探头，每一个都是独立的，更换时只需打开封水盒2，拆装维修简单方便。
[0015]如图2所示，在定位轴7和出线轴11上依次加轴密封件4、法兰盘10、轴承5，探头外轮I套在两个法兰盘10上，然后通过外轮压环9用外轮压环固定丝19与法兰盘10紧密连接在一起，构成密闭空间，密闭空间内填充耦合介质18，探头模块13、15、16、支架3和封水盒2浸在耦合介质18中。当探头在钢轨上滚动时带动法兰盘10、轴密封件4、轴承5 —起转动，而轴是固定不动的，相应的与之螺接的探头支架3也是固定不动的，保证了探头发射面一直向下面向钢轨。轴密封件4为橡胶制品，它与支架轴紧密配合，防止轴承5转动时内部耦合介质的溢出，同样法兰盘10外圆周上使用螺纹底孔，也是防止耦合介质的溢出。法兰盘10上设置一个注水孔和一个排气孔，用来向探头内灌注耦合介质18，本实施方案选用水作为耦合介质18，根据使用环境条件的不同，也可以选用其他液体作耦合介质。
[0016]探头外轮I为圆形，探伤时直接与钢轨接触，所以宜选用透声性好并有足够强度和韧性的材料制成。探头发射面向耦合介质18，超声波经耦合介质18进入钢轨才能完成探伤任务。根据超声波的传播特性，当超声波倾斜入射到异质界面上时，将发生反射和折射，探伤所需的是折射入钢轨的波束，由声学折射原理sina/sin|3 =Cl/C2(其中a为入射角、β为折射角，cPC2为声波在两种介质中的传播速度)可知，親合介质一定时，只需确定声波进入钢轨的角度，就能知道声波的入射角度，即支架3上探头安装斜面与水平面的夹角。根据钢轨的探伤需求，优选的支架3上安装斜面角度为16°?20°和24°?26°。
[0017]探伤车前进时，带动探头外轮I在钢轨上滚动，探头发射的超声波导入钢轨，经一系列处理完成探伤工作。
【主权项】
1.一种超声波轮式探头，包括若干独立的超声波探头模块(13、15、16)、安装探头模块的探头支架(3)、耦合介质(18)，其特征在于:探头支架(3)通过定位轴(7)和出线轴(11)与探伤车相连，出线轴(11)为开有探头总线出孔(12)的中空轴，探头模块(13、15、16)设在探头支架(3)的下方，探头支架(3)的上方设带有密闭空腔(20)的封水盒(2)，探头连线封装于密闭空腔(20)内，并通过总线出孔(12)引出，定位轴(7)和出线轴(11)上设有轴承(5)、密封件(4)、法兰盘(10)，探头外轮(I)通过外轮压环(9)与法兰盘(10)连接构成密闭空间，密闭空间内充耦合介质(18)，探头模块(13、15、16)、支架(3)和封水盒(2)浸在耦合介质(18)中。
2.根据权利要求1所述的超声波轮式探头，其特征在于:所述探头支架(3)底面设有若干个与水平方向成预定角度的斜面，在斜面上安装探头模块(13、15、16)，斜面上方开有通向封水盒空腔(20)的探头引线孔(14)。
3.根据权利要求2所述的超声波轮式探头，其特征在于:所述斜面包括两个使超声波在钢轨中折射角为61°?70°的斜面、两个使超声波在钢轨中折射角为36°?47°的斜面和一个使超声波垂直进入钢轨的0°探头安装水平面。
4.根据权利要求1所述的超声波轮式探头，其特征在于:所述定位轴(7)采用半圆轴结构，半圆平面与0°探头模块声束垂直。
5.根据权利要求1所述的超声波轮式探头，其特征在于:所述法兰盘(10)与外轮压环(9)的连接孔为螺纹底孔。
【专利摘要】本实用新型公开了一种超声波轮式探头，包括若干独立的超声波探头模块、探头支架、耦合介质，探头模块设在探头支架的下方，探头支架的上方设带有密闭空腔的封水盒，探头连线封装于密闭空腔内，通过探头总线出孔12与探伤车相连，探头外轮通过外轮压环与法兰盘连接构成密闭空间，填充耦合介质，探头模块、支架和封水盒浸在耦合介质中。本实用新型超声波轮式探头将多组探头模块安装密封于一个探头外轮内，在不降低探伤效能的情况下，减少了出水口，结构简单、轻便实用，并且改滑动摩擦为滚动摩擦，减小了与钢轨间的摩擦力，延长了探头的使用寿命、提高了探伤速度，而且成本低、易加工维护。
【IPC分类】G01N29-24
【公开号】CN204389450
【申请号】CN201520115122
【发明人】赵胤波, 薛俊东
【申请人】赵胤波
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月12日