钢轨探伤检测小车设计

　　1 概述

　　我国铁路运营负荷重，超期服役的钢轨数量多，钢轨伤损发生率较高，迫切需要快速准确的钢轨探伤设备。钢轨探伤设备以多通道探伤车为主，在列车运营“天窗”时间上道作业。目前，我国钢轨探伤车与国外探伤设备比较还存在较大差距，主要表现为技术含量较低、缺乏存贮功能、探伤结果无法保存和核查[1]。

　　在充分调研国内外探伤设备的基础上，设计出基于超声波检测技术的新型钢轨探伤检测小车 (以下简称“检测车”)。检测车通过超声波换能器发射的超声波进入钢轨内部，遇到缺陷时，声阻抗发生变化，进而透射率、反射率也产生变化，通过在探伤仪上反映的反射波的多少、强弱、形状、分布范围、底波状况等，分析判断钢轨内部缺陷的位置和大小[2]。

　　检测车 1 次推行过程中，可检出多种钢轨内部缺陷。其设计采用 A 型显示及 8 路发射-接收系统，设置多路报警闸门，并将相关闸门巧妙组合，具有进波、失波报警和螺孔回波的识别功能，从而实现缺陷报警而螺孔不报警，降低误报率。

　　2 基本工作原理

　　检测车系统采用脉冲反射法检测钢轨内部缺陷。超声波换能器发射脉冲波进入钢轨内部，通过分析显示的波形判断钢轨内部缺陷情况。当钢轨内部无缺陷时，显示波形中仅有发射脉冲 T 和底面回波 B 的 2 个信号;当钢轨内部存在缺陷时，在发射脉冲与底面回波之间将出现来自缺陷的回波F，F 的高度反映缺陷的大小，F 与 T 的距离，反映缺陷的埋藏深度，如图 1 所示[3]。

　　脉冲反射法检测钢轨内部缺陷的主要工作过程如下[4]：

　　(1)将超声波转换器固定或靠近被测钢轨。

　　(2)将转换器对准被测钢轨，以脉冲方式激发，使超声波能量传入。

　　(3)超声波能量在被测钢轨中传播、反射和散射，在钢轨内部的分界面上改变方向，从而检查被测钢轨的几何特征或内部异常情况。

　　(4)将被反射的能量反映在波形图上，分析波形和波幅特征，确定钢轨内部缺陷情况。

　　3 硬件设计

　　3.1 组成结构及总体方案

　　检测车主要由多通道 A 型显示钢轨超声波探伤仪、工业 PC、LCD 液晶显示器、电源、电机、带耦合液水箱等构成。多通道 A 型显示钢轨超声波探伤仪可用于在役钢轨野外探伤作业，是具有 A型探伤图型显示的多通道超声波探伤设备。工业PC 机配有 Socomate PCI 板卡，用于多通道超声数据采集。LCD 液晶显示器用于显示缺陷的波形，电源采用锂电池，带耦合液水箱采用清洁水，用于探头与钢轨之间的耦合。另外，检测车采用固定轮距、可悬挂轴箱的走行装置，以提高运行安全性。检测车系统总体方案如图 2 所示。