专利名称：机车车辆轮对缺陷在线动态检测用电磁超声换能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无损检测领域用的电磁超声换能器，尤其涉及一种用于机车车辆轮对踏面缺陷在线动态检测用的电磁超声换能器。
背景技术：
轮对是机车走行系统的关键部件，轮对外形是否存在缺陷和损伤直接关系到行车安全。铁路提速的大发展以及机车车辆的高密度运行，加快了轮对的磨损速度。因此，为避免出现轮对出现缺陷而还在继续使用的情况，确保列车行驶的安全，需要及时对轮对踏面缺陷进行无损动态检测。常见的轮对探测方式采用压电超声换能器进行检测，压电超声换能器产生体波对轮对进行检测时，需沿踏面周缘逐点扫描进行体内径向检测，无法实现轮对表面及近表面的自动回扫检测，因而无法实现运行中的轮对进行动态检测。
无损检测领域的电磁超声换能器的结构和工作原理是利用磁铁产生一个与待测工件表面成水平或垂直的静态或准静态低频磁场，在磁场中放置有高频线圈。该高频线圈通过骨架固定，与待测工件表面平行。外接的高频信号发生器的高频信号流入高频线圈，产生高频磁场，在工件表面及近表面感应产生电涡流，高频磁场的频率范围在超声波频率范围内。根据洛伦兹力原理或磁致伸缩效应，电涡流在磁场的作用下形成超声表面波，该表面波将沿着工件表面及近表面传播，高频线圈同时感应接收反射回的超声表面波信号。换能器将该超声表面波信号转换为电信号后输出，由分析处理设备对其进行分析处理，即可实现对工件表面及近表面状态的无损检测。可见电磁超声换能器可以产生自动沿轮对踏面及其近表面绕行传播的表面波，能够方便地实现运行中轮对的动态检测。
但在电磁超声换能器的轮对踏面缺陷动态检测过程中，要求高频线圈与轮对踏面的表面距离小于1mm以实现电磁信号的良好耦合。而由于轮对踏面存在点蚀、连续剥离等现象，或者有其他异物存在，此类物理边界条件限制了电磁超声技术在轮对检测中的应用。并且电磁超声换能器的线圈绕线也会在轮对的接触、耦合过程中，因机械、化学或者热等因素而造成损坏。
现有的机车车辆轮对缺陷在线动态检测用电磁超声换能器，解决以上问题的处理方式是在线圈与工件表面间加入填充物质，对高频线圈进行保护。但是，在长期使用过程中，受车轮碾压作用，填充物质易脱落，损坏高频线圈。同时，电磁超声换能器线线圈顶部为平面，与圆弧形的车轮踏面为线接触，接触效果差，耦合效率低，检测精度低，可靠性差。
发明内容
本发明的目的就是提供一种机车车辆轮对缺陷在线动态检测用电磁超声换能器，该电磁超声换能器的高频线圈的使用寿命长，不易损坏；同时，高频线圈与被测车轮的电磁耦合效率高，检测精度高，可靠性强。
本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为一种机车车辆轮对缺陷在线动态检测用电磁超声换能器，包括面板、底板及面板与底板之间的磁铁箱体，磁铁箱体内固定有磁铁；骨架设在面板的矩形槽内，高频线圈绕在骨架上，其结构特点是骨架由介质整体浇注或铣削加工而成，其E形槽的缺口向下，高频线圈绕在骨架的E形槽上；骨架的上表面为与车轮踏面外形适配的弧形凹面；底板下方设有支架，底板与支架通过减震弹簧相连。
与现有技术相比，本发明的技术方案的有益效果是采用整体式、E形槽缺口向下的骨架，使得骨架被碾压部分与整个骨架为整体式结构，较之现有的加入填充物的碾压部分，其承受压力的能力明显增强，不易碾碎，高频线圈不易脱落，使用寿命长。骨架的上表面为与车轮踏面外形适配的弧形凹面，使得超声换能器与车轮踏面之间接触由线接触改为面接触，接触面积大大增加，提高电磁耦合效率，检测精度高，可靠性强。底板与支架之间的减震弹簧，可减弱车轮踏面在动态碾压过程中对电磁超声换能产生的冲击力，有效保护电磁超声换能器，延长使用寿命；同时也使车轮踏面与超声换能器之间的接触更紧密、良好，进一步提高电磁耦合效率。
上述的E形槽的底部与弧形凹面的距离≤1mm。这样可保证超声换能器线圈与轮对踏面间的电磁耦合良好。
上述的支架固定在卡座上，卡座则通过螺栓卡紧固定在钢轨的底部上。采用卡座的方式实现本发明与轨道之间的安装固定，对轨道的现有结构的破坏最小。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的描述。
图1是本发明实施例的主视结构示意图。
图2是图1的侧视图。
图3是图1的俯视图。
图4是本实施例的面板及其内部的骨架和线圈的局部剖视放大图(图1的B局部剖视放大图)。
图5是本实施例的面板的剖视放大图(图3的A向剖视放大图)。
图6是本实施例的前置放大盒10内部的前置放大电路的电路原理示意图。
具体实施例方式
实施例图1-5示出，本发明的一种具体实施方式
为一种机车车辆轮对缺陷在线动态检测用电磁超声换能器，包括面板2、底板13及面板2与底板13之间的磁铁箱体8，磁铁箱体8内固定有磁铁11；骨架4设在面板2的矩形槽内，高频线圈3绕在骨架4上，骨架4由介质整体浇注或铣削加工而成，其E形槽的缺口向下，高频线圈3绕在骨架4的E形槽上；骨架4的上表面12为与车轮1踏面外形适配的弧形凹面；底板13下方设有支架9，底板13与支架9通过减震弹簧5相连。
E形槽的底部与弧形凹面12的距离≤1mm。支架9固定在卡座6上，卡座6则通过螺栓14卡紧固定在钢轨的底部上。当然，在实际使用时，也可采用在轨道7的轨腰上开孔，以螺栓方式将支架安装式在轨道7上，而不用卡座。
本实施例的支架9上还固定有与高频线圈3相连的前置放大盒10。当然该前置放大盒10及其内部的前置放大电路也可置于其它的位置，如卡座6的上部。该前置放大盒10内部的前置放大电路的输入端与高频线圈3的引出端相连，该电路可以采用各种现有的超声波频段电信号的前置放大电路，如图6所示的前置放大电路。
本发明骨架4的弧形凹面12的曲率半径R与轮对1踏面滚动圆的曲率半径相当，取值范围通常在400mm-700mm。面板2的材料可以选用钢，也可以选用其他耐磨金属材料。电磁超声换能器所用磁铁11既可以使用直流电磁铁也可以采用永磁铁。
本发明通过对安装支座9及电磁超声换能器的外形结构进行改进，还可以应用于落轮检测系统中。去除安装支座9及减震弹簧系统5，添加手柄，则可以将其应用于轮对静态缺陷检测系统中。
本发明在实施时，除骨架4的上表面为弧形凹面12外，与骨架4相邻的面板2的部分上表面，也构成与骨架4曲率半径及圆心相同的弧形凹面12。当然，也可仅仅骨架4上表面是弧形凹面12，而面板2的上表面则不高于弧形凹面12的最高处。
权利要求
1.一种机车车辆轮对缺陷在线动态检测用电磁超声换能器，包括面板(2)、底板(13)及面板(2)与底板(13)之间的磁铁箱体(8)，磁铁箱体(8)内固定有磁铁(11)；骨架(4)设在面板(2)的矩形槽内，高频线圈(3)绕在骨架(4)上，其特征在于所述的骨架(4)由介质整体浇注或铣削加工而成，其E形槽的缺口向下，高频线圈(3)绕在骨架(4)的E形槽上；骨架(4)的上表面(12)为与车轮(1)踏面外形适配的弧形凹面；底板(13)下方设有支架(9)，底板(13)与支架(9)通过减震弹簧(5)相连。
2.根据权利要求1所述的电磁超声换能器，其特征在于所述的E形槽的底部与弧形凹面(12)的距离≤1mm。
3.根据权利要求1所述的电磁超声换能器，其特征在于所述的支架(9)固定在卡座(6)上，卡座(6)则通过螺栓(14)卡紧固定在钢轨的底部上。
全文摘要
本发明公开了一种机车车辆轮对缺陷在线动态检测用电磁超声换能器，它的骨架(4)由介质整体浇注或铣削加工而成，其E形槽的缺口向下，高频线圈(3)绕在骨架(4)的E形槽上；骨架(4)的上表面(12)为与车轮(1)踏面外形适配的弧形凹面；底板(13)下方设有支架(9)，底板(13)与支架(9)通过减震弹簧(5)相连。该电磁超声换能器的高频线圈的使用寿命长，不易损坏；同时，高频线圈与被测车轮的电磁耦合效率高，检测精度高，可靠性强。
文档编号G01M17/007GK1869584SQ200610021238
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者王黎, 高晓蓉, 王泽勇, 赵全轲, 彭建平, 张渝 申请人:西南交通大学