CN111007146A - 一种钢轨垂直伤损检测系统和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢轨垂直伤损检测系统，包括基本沿直线依次设置的至少一个发射探头和至少一个接收探头；所述发射探头发出的超声波沿发射路径行进遇到探伤区域内某一高度的垂直伤损发生镜面反射，沿反射路径行进至钢轨底面，再经钢轨底面镜面反射后沿接收路径行进能够被对应的接收探头接收；本发明还提供了一种钢轨垂直伤损检测方法。本发明提供的钢轨垂直伤损检测系统和检测方法的优点在于：通过多个发射探头和接收探头的组合，有效的实现了在探伤区域内对所有高度进行同步扫查，从而能够直接将检测系统应用于探伤车对轨道进行连续扫查检测，显著提高了检测速度。

Description

一种钢轨垂直伤损检测系统和检测方法

技术领域

本发明涉及轨道探伤技术领域，尤其涉及一种钢轨垂直伤损检测系统和检测方法。

背景技术

钢轨在焊接过程中，由于焊接设备不稳定、工艺参数选择不当、钢轨母材等质量问题，焊接过程中产生缺陷，其中有体积状的，如疏松和夹渣等；有先如平面状的，如微裂纹、灰斑、未焊合等，为确保行车安全，必须将缺陷及早检出。

目前的伤损检测主要使用超声波探头，由于轨道内部的介质均匀，超声波遇到伤损后会发生镜面反射；利用这一原理，目前的钢轨探伤方法主要是利用多个不同角度的探头发射超声波信号，当超声波信号遇到与传播方向垂直的伤损时，会发生镜面反射使超声波沿发射路径返回被发射探头接收。

然而对于图1所示伤损30和31来说，由于伤损底面与轨道底面垂直，从轨道上表面以任意角度斜射过来的超声波信号，遇到该垂直伤损发生镜面反射后，超声波都无法原路返回到发射探头中，如果轨道存在垂直伤损则现有的探伤方法均无法发现这一伤损，导致无法及时更换或维修轨道，对列车运行会产生严重的安全风险。

参考图1，针对垂直伤损检测，中国专利申请CN208721616U,CN207552826U,CN206281846U公开了原理类似的串列式扫查架，在扫查架上设置两个相对扫查架中心点能够同步靠近或远离的发射探头10和接收探头20，通过发射探头10发出超声波信号，如果遇到垂直伤损30会被垂直伤损30和底面进行两次镜面反射回到接收探头20中，通过手动或自动将发射探头10和接收探头20同步移动到发射探头10’和接收探头20’的位置，则可对另一高度的垂直伤损31进行检测，逐渐同步调整两个探头的位置，即可实现对当前扫查位置整个竖直面内的伤损检测。

然而正如上述工作原理所述，上述申请提供的扫查架结构只能对特定位置手动调整实现某一高度区间内的全覆盖的检测，这种方法明显耗时耗力。为了快速扫查目前大都使用探伤车进行检测，然而将上述申请提供的扫查架与探伤车配合时只能检测一个高度位置是否存在垂直伤损，因而不能满足快速全面检测的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够对探伤区域高度范围进行全面扫查的探伤系统和探伤方法，以克服现有技术存在的效率低下的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种钢轨垂直伤损检测系统，包括基本沿直线依次设置的至少三个探头，其中包括至少一个发射探头或至少一个接收探头；所述发射探头发出的超声波沿发射路径行进遇到探伤区域内某一高度的垂直伤损发生镜面反射，沿反射路径行进至钢轨底面，再经钢轨底面镜面反射后沿接收路径行进能够被对应的接收探头接收，至少三个所述探头能够同时检测探伤区域内的多个高度的垂直伤损。

本申请通过一个接收探头接收多个发射探头的反射信号以及一个发射探头对应多个接收探头的组合方式，使用较少的探头实现了对探伤区域内的多个高度同时进行检测的目的，将该系统固定于探伤车上即可对轨道多个高度的垂直伤损进行探伤扫查，克服了现有技术的缺陷。

优选地，所述发射探头和接收探头在轨道表面不交叉的直线排列，所述发射探头能够作为接收探头接收反射后的超声波信号。

优选地，所述接收探头与接收路径和反射路径唯一对应，接收探头能够接收到反射信号的伤损的高度处于与其对应的反射路径和每个发射路径交点所在的高度。

优选地，探伤区域沿竖直方向被均匀划分为多个扫查高度，每个扫查高度对应有一个用于接收垂直伤损反射信号的接收探头或发射探头，与每个发射探头匹配用于接收其反射信号的接收探头或发射探头的数量基本一致。

优选地，接收探头数量m与发射探头数量n的关系表示为

其中，int()算符表示取整，H₂表示钢轨探伤区域的上界与钢轨底面的距离，H₁,H₁≥0表示钢轨探伤区域的下界与钢轨底面的距离，则探伤区域的高度即为H₂-H₁，h表示相邻扫查高度的垂直间距。

优选地，从第一个发射探头开始对所有探头进行顺序编号，则相邻探头之间的距离为：

其中，l_i表示第i个探头与第i-1个探头之间的距离，α表示发射路径与竖直平面的夹角。

优选地，α∈[38.65°,45°]。

优选地，h∈[8,12]。

本申请还提供了一种钢轨垂直伤损检测方法，将至少三个探头依次呈直线排列形成检测系统，其中包括至少一个发射探头或至少一个接收探头，将检测系统设置于轨道上表面；发射探头发出的超声波沿发射路径行进遇到探伤区域内某一高度的垂直伤损发生镜面反射，超声波信号沿反射路径行进至钢轨底面再次经镜面反射后沿接收路径行进被接收探头接收；所述发射探头和接收探头配合同时覆盖探伤区域内的多个高度，令包括发射探头和接收探头的系统整体沿钢轨表面同步行进对探伤区域进行连续扫查。

本发明提供的钢轨垂直伤损检测系统和检测方法的优点在于：通过多个发射探头和接收探头的组合，有效的实现了在探伤区域内对所有高度进行同步扫查，从而能够直接将检测系统应用于探伤车对轨道进行连续扫查检测，显著提高了检测速度。

附图说明

图1为本发明的引用的背景技术的工作原理图；

图2为本发明的实施例所提供的两个发射探头的钢轨垂直伤损检测系统原理图；

图3为本发明的实施例所提供的三个发射探头的钢轨垂直伤损检测系统原理图；

图4为本发明的实施例所提供的四个发射探头的钢轨垂直伤损检测系统原理图；

图5为将图2中的扫查高度增加情况下的钢轨垂直伤损检测系统原理图；

图6为本发明的实施例所提供的用于垂直伤损扫查的接触式探头安装架的示意图；

图7为本发明的实施例所提供的安装架固定系统的示意图；

图8为本发明的实施例所提供的安装架固定系统的示意图；

图9为本发明的实施例所提供的与安装架固定系统配合的探伤车矩形侧框架的结构示意图；

图10为本发明的实施例所提供的用于垂直伤损扫查的轮式探头固定系统与轨道的配合示意图；

图11为本发明的实施例所提供的用于垂直伤损扫查的轮式探头固定系统行走轮与水轮座配合的示意图；

图12为本发明的实施例所提供的用于垂直伤损扫查的轮式探头固定系统水轮座的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本实施例提供了一种钢轨垂直伤损检测系统，包括沿轨道表面大致呈直线依次排列的至少三个探头，其中包括至少一个发射探头或至少一个接收探头，当存在多个发射探头或多个接收探头时，发射探头和接收探头不交叉的排列，本实施例提供了图2所示的2个发射探头、图3所示的3个发射探头和图4所示的4个发射探头的检测系统，并对所有探头顺序编号，由此可以确认图2、3、4中的前2、3、4个探头为发射探头，其余为接收探头。

以图2为例，发射探头和接收探头均设置于钢轨的上表面，发射探头1发出的超声波信号沿发射路径A行进遇到探伤区域内某一高度D处的垂直伤损后会发生镜面反射，发射信号沿发射路径B行进到钢轨底面再次发生镜面反射，反射信号沿接收路径C行进被对应的接收探头7接收，分析接收探头7接收到的超声波信号即可确认伤损位置等信息，以便及时对不合格轨道进行更换；在此基础上，图2中为发射探头1设置了接收探头3-10来接收其在不同高度处遇到垂直伤损的反射信号，同时为发射探头2设置了接收探头3-10接收其在未被发射探头1覆盖的多个高度处遇到垂直伤损的反射信号，从而用2个发射探头和8个接收探头的组合覆盖了16个高度的伤损检测，相对于背景技术提到的两个探头检测一个高度的方案减少了22个探头，确保扫查高度覆盖了全部探伤区域的基础上，减少了所需探头的总数，同时能够缩短探头架设所需长度。

通过本实施例提供的垂直伤损检测系统，实现了对探伤区域内所有高度的全面扫查，将检测系统固定于探伤车等类似能在轨道上行驶的车辆上，使探头放置于轨道表面，通过车辆的行走即可对整个轨道内选定的垂直探伤区域连续进行全面的探伤扫查。

从上述描述可知，发射探头的发射方向与接收探头的接收方向平行，接收探头的接收方向向与其配合的发射探头一侧倾斜，发射探头和接收探头在轨道表面不交叉的直线排列，另外图2中利用了发射探头1和2的组合实现了对最下层扫查高度E的检测，即优选实施例中发射探头也可以作为接收探头接收经过反射后的超声波信号，另外由于发射探头1之前没有其他发射探头，即发射探头1不需要接收其他超声波信号，因此发射探头1可以不具备接收信号的能力。

在图2中，如果高度D和高度E处均存在垂直伤损，则发射探头1发出的超声波信号经过高度D处的伤损反射便沿反射路径B行进了，无法对高度E处的伤损进行有效检测。结合图2、图3和图4，本实施例将接收区域划分为多个扫查高度，通过上述陈述和附图本领域普通技术人员能够确定，接收探头与接收路径和反射路径是唯一对应的关系，接收探头能够检测到的垂直伤损高度为与其对应的反射路径和每个发射路径交点所在的高度，通过将连续的探测高度依次分配给了多个发射探头，从而在某一位置被其他伤损遮挡时能够通过其他发射探头的超声波信号在相邻高度进行扫查，降低漏检率，提高检测精度；基于这一情况，本领域技术人员在实施本申请的方案时不建议仅设置一个发射探头，但如果探伤区域的高度较低，或者在一辆探伤车上布置至少两个不同发射角度的垂直伤损检测系统时，使用一个发射探头也是能够有效探伤的。

基于对所有扫查高度进行全面扫查的要求，每个扫查高度优选对应有一个能够接收垂直伤损反射信号的接收探头或能够作为接收探头的发射探头。基于上文所述，本领域普通技术人员应当知晓，也可以对每个高度设置与不同发射探头配合的多个接收探头来进行垂直伤损检测，虽然这样的设置会增加系统搭设成本，但能够降低因探头损坏等因素导致的漏检率。

由于本实施例期望将连续的高度依次分配给不同的发射探头，因此每个发射探头的发射路径上能够检测出处于不同扫查高度上的伤损的数量大致相同，这在图4中尤为明显，在图4中接收探头5、6的反射路径均与发射探头1、2、3、4的发射路径存在交叉点，而接收探头7对应的反射路径仅与发射探头2、3、4的发射路径存在交叉点，在此基础上通过发射探头1和4的配合为发射探头1额外增加了其他扫查高度，同时在图4上标记了通过发射探头2和4的配合为发射探头2增加额外的扫查高度，但由于发射探头2、3、4均能够作为接收探头使用，且其本身并不会选择仅接受某一发射探头发出的信号，因此对于发射探头2和4配合覆盖的这一扫查高度，同样能够被发射探头1和3的组合检测到；同样的道理，在图4中被标记为被发射探头1和2覆盖的扫查高度的垂直伤损同样会被发射探头2和3及3和4的组合检测到，这样在上层存在伤损的情况下，能够提高底层伤损被检测到的概率，不考虑这些重复扫查的位置的情况下，每个发射探头的发射路径上能够检测到的伤损高度的数量大致相同。

图3展示的探头布置方案与图4的方案大致相同，可以确定当发射探头和接收探头的数量基本相同时，所需的探头总数较少且同一发射探头的相邻扫查高度间隔较大。基于本实施例提供的技术方案及图2-图4的示例性划分方式，本领域普通技术人员能够在本申请的检测原理对探头的具体布置方式和通信组合方式做出一定的改变，这些改变应该落在本申请权利要求书的保护范围之内。

基于本实施例提出的上述探头组合方式和扫查原理的解释，在将探伤区域均匀划分为多个间距为h的扫查高度的情况下，探头数量满足以下关系，

其中，m为接收探头数量，n为发射探头数量，int()算符表示取整，H₂表示钢轨探伤区域的上界与钢轨底面的距离，H₁,H₁≥0表示钢轨探伤区域的下界与钢轨底面的距离，则探伤区域的高度即为H₂-H₁。

由于发射路径直接发射到钢轨底面时会向与接收探头位置相反的方向发生反射，因此最低扫查高度需要高于钢轨底面，具体数值可以根据探伤灵敏度即伤损尺寸要求和探头参数确定，图2所示的为常见的60轨的扫查系统分布，60轨的总深度为176，探伤区域为整个钢轨的高度，即H₁＝0，H₂＝176，扫查高度间距为h＝10，图2选用了2个发射探头，则接收探头的数量为

从第一个发射探头开始对所有探头进行顺序编号，得到如图2所示的编号结果，其优选扫查组合方式为：

图3同样为60轨的划分方式，其中探伤区域依然是整个钢轨的高度，h＝12，则

探头的优选组合方式为：

图4与图3的区别仅在于使用了4个发射探头，根据发射探头与接收探头的数量关系可以知道接收探头为3个，则探头之间的优选组合关系为：

图5示出了将图2中的扫查高度间距增大到12的示意图，此时n＝2，m＝7。

基于图2-图5的实施例可以明显看出当扫查高度的间隔增加时探头的总数能够减少，本领域一般要求最低能够发现直径为4mm的平底孔伤损，基于这一要求一般令h≥4，优选实施例中令h∈[8,12]，当然本领域技术人员也可以基于扫查要求自行选择其他数据。

对所有探头顺序编号后，所有探头之间的距离满足如下关系：

其中，l_i表示第i个探头与第i-1个探头之间的距离，α表示发射路径与竖直平面的夹角。以上关系可由相似三角形关系简单计算得出，本申请不进行详细解释；如果相邻扫查高度的间距不完全相同，可以根据具体的距离确定探头的相对间距。从以上公式可以看出，相邻探头之间的距离与角度α有直接的关系，为了便于控制合适的相互间隔，优选实施例中令α∈[38.65°,45°]；但本领域普通技术人员应当知晓，对上述范围的适当外延也不会使距离产生明显的变化，而且即使距离发生了明显变化也是符合本申请提供的检测原理的。

本领域技术人员应当理解，本申请所述的探头之间的距离应是发射探头的发射路径和接收探头的接收路径与钢轨表面或其他与钢轨表面平行的平面上的交点之间的距离，而不一定是探头之间的实际空间距离，各探头的实际位置是需要根据探头类型和固定结构综合考量的。

前文已经说过，在对单一角度检测存在漏检的担忧时，可以在同一条轨道上设置至少两个角度α不同的检测系统，以不同的角度去检测伤损，以免底层伤损被上层遮挡，实际上同一扫查路径与轨道的上下表面交点的水平距离不会太大，而存在伤损时一般都会及时的更换轨道，所以即使下层伤损被上层伤损遮挡了，在更换这一段钢轨时也会被同时换掉，因此只用一套检测系统也是满足探伤需求的。本实施例提供的检测系统主要针对垂直伤损进行检测，当需要同步检测其他角度的伤损时，可同时串行设置现有技术中检测其他角度伤损的检测系统，从而在一次探伤过程中进行全面的扫查检测。

本实施例还提供了基于上述检测系统对钢轨垂直伤损进行检测的方法，将至少三个探头呈直线排列形成检测系统，其中包括连续排列的至少一个发射探头或连续排列的至少一个接收探头；将检测系统设置于轨道上表面；发射探头发出的超声波沿发射路径行进遇到探伤区域内某一高度的垂直伤损发生镜面反射，超声波信号沿反射路径行进至钢轨底面再次经镜面反射后沿接收路径行进被接收探头接收；令包括发射探头和接收探头的系统整体沿钢轨表面同步行进对探伤区域进行连续扫查。从而全面且快速的对轨道探伤区域内的所有高度进行检测。

在实际使用时，轨道并不是完全平直的，在转弯处两侧轨道会发生小幅度弯折，且两侧轨道的高度不完全一致，此时发射探头和接收探头应基本保持在轨道中心线上方，由于轨道不会出现大的转弯，因此对检测精度不会产生明显的影响。本实施例进一步提供了固定发射探头和接收探头的结构，具体如下。

接触式探头

参考图6，本实施例提供了一种用于垂直伤损扫查的接触式探头安装架，包括能够放置于轨道(图未示)表面的探头支架01和连接所述探头支架01和探伤车(图未示)的连接板02，所述探头支架01上沿探伤车的运动方向依次排列有至少三个接触式探头03，其中包括至少一个发射探头或至少一个接收探头，所述发射探头发出的超声波经轨道内部的垂直伤损和轨道底面两次镜面反射后能被一个接收探头接接收，所述探头支架01上的多个探头03配合能够对探伤区域内多个高度进行扫查。

本实施例通过多个发射探头和接收探头的组合实现同时对多个高度进行检测，通过安装架固定后，能够固定于探伤车上跟随探伤车运动实现对整个探伤区域内多个高度的连续扫查，在具体使用时，本领域技术人员可以根据背景技术中提到的CN208721616U,CN207552826U,CN206281846U等申请中公开的原理，即图1所示的探头布置方式，需要探测多少高度便设置多少组对应的发射探头和接收探头并合理设置每一组的两个探头之间的距离，即可便捷的实现对多个高度的扫查。

然而使用上述申请中公开的方法需要的探头03数量过多，增加了使用成本，而且当需要扫查的高度数量较多时，探头支架01的长度也需要设置很长才能满足使用需求，因而优选采用本申请提供的垂直伤损检测系统的方案来设置发射探头和接收探头。

参考图6，所述探头支架01沿行进方向的两端分别固定设置有至少一个垂直轨道表面的固定轴011，连接板02两端套设于所述固定轴011上，在固定轴011上螺接有限制连接板02运动的限位螺母012，从而实现探头支架01与连接板02的固定连接，由于在使用时需要将探头支架01的底面压在轨道表面上，优选实施例中在固定轴011上还套设有被限制在探头支架01和连接板02之间的弹簧013，限位螺母012固定后，弹簧013被压缩从而给探头支架01提供压力，确保在轨道表面不完全平整的情况下也能够让探头支架01始终紧压在轨道表面上。

所述探头支架01底部为长直板(图未示)，两端设置固定轴011的位置向上突出形成类似U型的结构，探头03被固定在U型结构的底部，所述探头支架01被整体放置于一保护软膜(图未示)内，所述保护软膜至少包裹探头支架01的底面和相对自身行进方向的两个侧面，由于本实施例提供的探头支架01底部两侧均为弧形过渡，优选实施例中保护软膜将探头支架底部和四个侧面全部包裹起来，且保护软膜的侧面上设置有与探头支架01固定连接的软膜固定板014，为了与软膜固定板014配合，探头支架01侧面可以根据需要开设螺纹孔；进一步的，所述探头支架01的上方还设置有穿设于两侧固定轴011是上并封闭保护软膜的防尘盖015。

所述探头03选用现有技术中的固定方式固定于探头支架01上即可，如中国专利申请CN106198760A(一种基于双阵列探头的轨道焊缝超声波成像检测方法及系统)中公开的相控阵超声探头安装相控阵超声楔块的方式，根据前文所述的相邻探头03之间的距离公式可知，发射探头之间的距离相对较近，为了简化结构，优选实施例中可以将多个发射探头安装在同一个楔块或其他安装结构上。

通过将本实施例提供的探头安装架固定在探伤车或通过其他中间结构安装在探伤车上，即可实现对轨道不同高度的连续探伤扫查，为实现精确探伤的目的，可以搭配相应的处理系统来记录探头03接收到的信号及时间或位置，从而准确的对伤损位置进行定位，方便作业人员对伤损轨道进行更换。

进一步的，本实施例还提供了将上述探头安装架与探伤车配合在一起进行工作的固定系统，参考图7，所述固定系统包括与连接板02固定连接的探头架04，所述探头架04设置于一固定架05上，所述固定架05与探伤车固定连接，固定架05至少底部的两端分别设置有一个行走轮06，行走轮06沿轨道行走时能够带动探头支架01沿轨道行进工作。

具体的，结合图7和图8，所述固定架05包括分置于轨道两侧的内固定板051和外固定板052，内固定板051和外固定板052的两端分别固定设置有连接内固定板051和外固定板052的行走轮光轴053，所述行走轮06的转轴两端分别固定有被限位套设在行走轮光轴053上的耳板061，行走轮06设置于两个耳板061之间，所述行走轮06内侧的一端具有突出于轮体并与轨道内侧面抵接限位的侧挡板062，行走轮光轴053上套设有被限制在行走轮06内侧的耳板061和内固定板051之间的复位弹簧054。

所述固定架05上还设置有固定连接内固定板051和外固定板052的探头光轴056，所述探头架04套设于探头光轴056上，并与探头光轴056沿轴向自由配合，两个所述行走轮06同侧的耳板061上固定连接有一加强板063，所述加强板063上固定有一电机07，所述电机07的动力端(图未示)与所述探头架04固定连接，在行走轮06放置在轨道上的位置确定的情况下，可以通过调整电机07动力端的伸出长度，调整探头03在轨道上的位置，尽可能让探头03处于轨道的中心处；在经过弯道或其他会使轨道距离发生变化的地方时，行走轮06能够在复位弹簧054的作用下紧压在轨道侧壁上，从而使探头03基本保持在轨道的中心处。

探头架04上至少设置有两个销轴041，所述连接板02的上表面具有分别与每个销轴041配合的销轴固定板021，从而实现连接板02与探头架04的固定连接，所述销轴041的轴向与运动方向平行，在经过两侧有高度差的轨道时，连接板02能够相对于探头架04发生偏转以适应轨道表面的倾斜，确保探头支架01底面与轨道表面的良好接触。

两端的所述行走轮06内侧的耳板061还分别沿行走方向的前后延伸形成搭接于轨道表面的梨头064，在经过岔道等位置时，可以通过前后的梨头064跨越岔口支撑整个固定架05，提高通过性，基于上述作用，在行走轮06在轨道上行走时，梨头064可与轨道表面具有间隙，从而降低磨损，梨头064的具体形状没有严格限定，只要与轨道接触时能提供稳定的支撑力即可。进一步的，前侧行走轮06的耳板061上还固定有处于行走轮06之前并作用于轨道表面的毛刷065和喷头066，对轨道进行清洁并降低软保护膜与轨道表面的摩擦力，在使用时将水箱放置于探伤车上并通过管道与喷头066连接即可。

为了进一步提高固定架05的稳定性，优选实施例中还可以在固定架05上设置适当数量的连接内固定板051和外固定板052的加强杆057；内固定板051的顶端还固定有至少两个与探伤车固定配合的连接块058；对于具有如图9所示的矩形侧框架0583的探伤车，本实施例提供的连接块058包括与内固定板051顶端固定连接并悬伸在固定架05之外的扣板0581，以及固定在扣板0581下方并与内固定板051平行的卡板0582，通过将连接块058卡合在探伤车的矩形侧框架0583上，使卡板0582和内固定板051分别与矩形侧框架0583的两个侧面配合即可便捷的实现固定架05与探伤车的配合，为了防止固定架05与探伤车发生相对滑移，可以在其矩形侧框架0583上设置用于容纳卡板0582的容置孔0584。

轮式探头

本实施例基于中国专利申请CN206114598U中公开的轮式探头支架，进一步提供了利用轮式探头构建本实施例提供的检测系统的具体方案；参考图10，本实施例提供了一种用于垂直伤损扫查的轮式探头固定系统，包括固定框架08、一对行走轮06和水轮座09，所述行走轮06安装在固定框架08的下端支撑固定框架08沿轨道行走，固定框架08固定在轨道探伤车(图未示)上，水轮座09跟随行走轮06沿轨道行走，水轮座09上的水轮被紧压在轨道067表面，水轮座09上设置有至少三个沿行走轮行进方向排列的探头，其中包括至少一个发射探头或至少一个接收探头，所述发射探头和接收探头分布在至少一个水轮内，所述发射探头发出的超声波经轨道067内部的垂直伤损和轨道067底面两次镜面反射后能够被一个接收探头接收，所述探头支架上的多个探头配合能够扫查探伤区域内多个高度的垂直伤损。

同样的，水轮座09上的探头布设方案也可以采用图1所示的现有技术，但在使用本实施例提供的垂直伤损检测系统的方案时，能够显著减少探头数量，降低硬件成本，缩短所需水轮座09的长度。

所述固定框架08包括分置于轨道两侧的内支撑板081和外支撑板082，以及连接内支撑板081和外支撑板082的行走轮滑杆083，所述行走轮06的转轴两端分别固定有被限位套设在行走轮滑杆083上的耳板061，行走轮06设置于两个耳板061之间，所述行走轮06内侧的一端具有突出于轮体并与轨道067内侧面抵接限位的侧挡板062，行走轮滑杆083上套设有被限制在行走轮06内侧的耳板061和内支撑板082之间的复位弹簧084。

结合图11和图12，所述固定框架08上还设置有连接内支撑板081和外支撑板082的支架滑杆085，所述支架滑杆085上套设有与水轮座09连接的水轮支架091，前后行走轮06同侧的耳板061上固定连接有一加强板063，所述加强板063上固定有一电机07，电机07的动力端071与所述水轮支架091固定连接。行走轮06在轨道067上行走时，由于侧挡板062与轨道067的侧面抵接，依次行走轮06与轨道067的相对位置能够确定，通过调整电机07动力端071的伸出长度，便能够调整水轮在轨道067表面的位置，确保探头作用于轨道067中间的位置，经过长期使用当侧挡板062被磨损后，可以通过增加动力端071的伸出长度让探头依然保持在轨道067上表面的中间位置；而当行走轮06经过轨道067拐弯的地方，两条轨道067之间的距离会增加，此时由于复位弹簧084的作用，依然能够将行走轮06的侧挡板062压在轨道067的侧面上，同时电机07也能够让探头保持在轨道067表面的中心，从而确保探头与轨道067的良好接触。

参考图12，沿垂直轨道067表面的方向看，所述水轮座09和水轮支架091均大致呈矩形结构，所述水轮座09沿行进方向的前后两端分别开设有固定通孔，水轮支架091沿行进方向的前后两端分别向下延伸设置有与固定通孔配合的吊板093；从而形成将水轮座09悬吊于水轮支架091下方的结构。

进一步的，结合图11和图12，所述电机07的动力端071与水轮支架091铰接固定，水轮座09沿行进方向的任一侧边向上延伸设置有铰接架094，水轮支架091与铰接架094相对的侧边上铰接有第二电机072，所述第二电机072的动力端073与铰接架094铰接配合；固定通孔与吊板093铰接配合；第二电机072的两个铰接轴、电机动力端071的铰接轴以及吊板与固定通孔093的铰接轴均与行走轮06行进方向平行，从而在轨道表面高度不平时，水轮支架091，水轮座09均能够发生偏转，最终使水轮跟随轨道067表面倾斜偏转，保证接触效果。

两端的所述行走轮06内侧的耳板061还分别沿行走方向的前后延伸形成能够搭接于轨道067表面的梨头064，在经过岔道等位置时，可以通过前后的梨头064跨越岔口支撑整个固定系统，提高通过性，基于上述作用，在行走轮06在轨道067上正常行走时，梨头064可与轨道067表面具有间隙，从而降低磨损，梨头064的具体形状没有严格限定，只要与轨道067接触时能提供稳定的支撑力即可。进一步的，前侧行走轮06的耳板061上还固定有处于行走轮06之前并作用于轨道067表面的毛刷065和喷头066，对轨道067进行清洁降低对水轮表面的磨损，在使用时将水箱放置于探伤车上并通过管道与喷头066连接即可。

为了进一步提高固定框架08的稳定性，优选实施例中还可以在固定框架08上设置适当数量的连接内支撑板081和外支撑板082的固定杆086，内固定板081的顶端还固定有至少两个与探伤车固定配合的连接块087，其具体形状可以参考接触式探头的方案。

Claims (9)

1.一种钢轨垂直伤损检测系统，其特征在于：包括沿轨道表面大致呈直线排列的至少三个探头，其中包括连续排列的至少一个发射探头或连续排列的至少一个接收探头；所述发射探头发出的超声波沿发射路径行进遇到探伤区域内某一高度的垂直伤损发生镜面反射，沿反射路径行进至钢轨底面，再经钢轨底面镜面反射后沿接收路径行进能够被对应的接收探头接收，至少三个所述探头能够同时检测探伤区域内的多个高度的垂直伤损。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨垂直伤损检测系统，其特征在于：所述发射探头能够作为接收探头接收反射后的超声波信号。

3.根据权利要求2所述的一种钢轨垂直伤损检测系统，其特征在于：所述接收探头与接收路径和反射路径唯一对应，接收探头能够接收到反射信号的伤损的高度处于与其对应的反射路径和每个发射路径交点所在的高度。

4.根据权利要求3所述的一种钢轨垂直伤损检测系统，其特征在于：探伤区域沿竖直方向被均匀划分为多个扫查高度，每个扫查高度对应有一个用于接收垂直伤损反射信号的接收探头或发射探头，与每个发射探头匹配用于接收其反射信号的接收探头或发射探头的数量基本一致。

5.根据权利要求4所述的一种钢轨垂直伤损检测系统，其特征在于：

接收探头数量m与发射探头数量n的关系表示为

其中，int()算符表示取整，H₂表示钢轨探伤区域的上界与钢轨底面的距离，H₁,H₁≥0表示钢轨探伤区域的下界与钢轨底面的距离，则探伤区域的高度即为H₂-H₁，h表示相邻扫查高度的垂直间距。

6.根据权利要求5所述的一种钢轨垂直伤损检测系统，其特征在于：从第一个发射探头开始对所有探头进行顺序编号，则相邻探头之间的距离为：

其中，l_i表示第i个探头与第i-1个探头之间的距离，α表示发射路径与竖直平面的夹角。

7.根据权利要求6所述的一种钢轨垂直伤损检测系统，其特征在于：α∈[38.65°,45°]。

8.根据权利要求3所述的一种钢轨垂直伤损检测系统，其特征在于：h∈[8,12]。

9.一种钢轨垂直伤损检测方法，其特征在于：将至少三个探头呈直线排列形成检测系统，其中包括连续排列的至少一个发射探头或连续排列的至少一个接收探头；将检测系统设置于轨道上表面；发射探头发出的超声波沿发射路径行进遇到探伤区域内某一高度的垂直伤损发生镜面反射，超声波信号沿反射路径行进至钢轨底面再次经镜面反射后沿接收路径行进被接收探头接收；所述发射探头和接收探头配合同时覆盖探伤区域内的多个高度，令包括发射探头和接收探头的系统整体沿钢轨表面同步行进对探伤区域进行连续扫查。

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