超聲波輪式探頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及超聲波測量裝置，尤其涉及一種用于鋼軌探傷車的超聲波輪式探頭。
【背景技術】
[0002]超聲波探傷作為無損檢測的一種方式被廣泛運用于多個技術領域，鐵路系統(tǒng)對鋼軌的檢測就普遍利用超聲波檢測技術。列車的高速、高密、重載運行造成鋼軌病害突出，對在列車間隔進行的探傷作業(yè)提出了更高的要求。在現(xiàn)有的探傷設備中，由超聲波換能器即通常所說的探頭，完成超聲波的轉化和發(fā)射、接收。目前，市場上常用的鐵路探傷設備包括手推式探傷車和機動探傷車。手推式探傷車使用的為滑式探頭，隨著車輪的滾動，手推車在鋼軌上移動，探頭隨之在鋼軌上滑動，所述探頭是具有不同折射角度的多個分離的探頭。為使探頭和鋼軌耦合良好，必須在探頭上施加一定的壓力。由于探頭在軌面的滑動導致探頭保護靴的磨損，需要反復更換，增加了使用成本，而且如果鋼軌軌面有不平整處，探頭滑過這些地方時，有可能將探頭卡住，導致探頭損壞。同時，為了將超聲波耦合到鋼軌里去，必須在每一個探頭前加一個滴水管，以水作為介質使超聲波導入鋼軌，超聲波在鋼軌里傳播，遇到傷處將會反射，反射波被探頭接收到經(jīng)過一系列處理才能完成探傷任務，因此要用很大的水箱，使探傷車變得非常笨重。而大型機動探傷車雖然使用輪式探頭，不僅全部依靠進口，價格昂貴，而且結構復雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對上述缺陷，本實用新型的目的是提供一種應用于鋼軌探傷車的結構簡單、成本低、使用壽命長的超聲波輪式探頭。
[0004]本實用新型超聲波輪式探頭，包括若干獨立的超聲波探頭模塊、安裝探頭模塊的探頭支架、耦合介質，探頭支架通過定位軸和出線軸與探傷車相連，出線軸為開有探頭總線出孔12的中空軸，探頭模塊設在探頭支架的下方，探頭支架的上方設帶有密閉空腔的封水盒，探頭連線封裝于密閉空腔內(nèi)，并通過總線出孔12引出，定位軸和出線軸上設有軸承、密封件、法蘭盤，探頭外輪通過外輪壓環(huán)與法蘭盤連接構成密閉空間，密閉空間內(nèi)充耦合介質，探頭模塊、支架和封水盒浸在耦合介質中。
[0005]作為一種改進，探頭支架底面設有若干個與水平方向成預定角度的斜面，在斜面上安裝探頭模塊，斜面上方開有通向封水盒空腔的探頭引線孔。
[0006]作為一種改進，斜面包括兩個使超聲波在鋼軌中折射角為61°?70°的斜面、兩個使超聲波在鋼軌中折射角為36°?47°的斜面和一個使超聲波垂直進入鋼軌的0°探頭安裝水平面。
[0007]作為一種改進，定位軸采用半圓軸結構，半圓平面與0°探頭模塊聲束垂直。
[0008]作為一種改進，法蘭盤與外輪壓環(huán)的連接孔為螺紋底孔。
[0009]本實用新型超聲波輪式探頭將多組探頭模塊安裝密封于一個探頭外輪內(nèi)，在不降低探傷效能的情況下，減少了出水口，結構簡單、輕便實用，滿足了探傷要求，并且改滑動摩擦為滾動摩擦，減小了與鋼軌間的摩擦力，延長了探頭的使用壽命、提高了探傷速度，而且生產(chǎn)成本低、易加工，使用維護成本低，零部件易更換。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型超聲波輪式探頭的結構示意圖；
[0011]圖2是圖1所示超聲波輪式探頭的軸向剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖1所示，本實用新型超聲波輪式探頭主要包括:探頭外輪1，若干獨立的超聲波探頭模塊13、15、16，封水盒2，安裝探頭模塊的探頭支架3，耦合介質18等。探頭支架3為合金鋁支架，也可以由其他材料制成，支架3的頂面為水平面。為減輕重量，在強度允許的情況下，可以將平面中間挖除一部分。支架3的底面具有多個探頭模塊安裝面，安裝面為與水平面成預定角度的斜面。當然，也可以將安裝面做成水平面，而通過探頭來改變控制角度。圖1中包括兩個使超聲波以61°?70°折射角進入鋼軌的安裝斜面、兩個使超聲波以36°?47°折射角進入鋼軌的安裝斜面和一個使超聲波垂直進入鋼軌的0°探頭的水平面。根據(jù)探頭形狀和尺寸的不同，安裝面可以制成相應的形狀和尺寸，優(yōu)選的本實施例為70°探頭模塊15和37°探頭模塊16的安裝面為長方形，長方形四角留有螺孔用來固定探頭模塊，在長方形平面上預留一個直通支架3頂部的圓孔作為0°探頭模塊13的安裝位置，開口處留探頭定位臺，支架3頂面在圓孔兩側設置定位螺孔。
[0013]如圖2所示，探頭支架3用軸固定絲8 一側通過定位軸7、一側通過出線軸11與探傷車相連。定位軸7軸端為半圓柱形，半圓平面與0°探頭模塊聲束垂直，也可采用一固定角度，通過調(diào)整定位軸半圓平面水平夾角，來保證探頭模塊射入鋼軌的超聲聲束的折射角的準確，并設置有軸定位孔6，用于與超聲波探傷車之間的連接定位與固定。出線軸11為中空軸，開有探頭總線出孔12，用來引出探頭總線。
[0014]如圖1所示，探頭模塊13、15、16裝在探頭支架3的底面，探頭支架3上開有通向上方封水盒空腔20的探頭引線孔14。探頭的發(fā)射面面向耦合介質18。探頭支架3的上方設封水盒2，封水盒2優(yōu)選為半圓柱狀，裝于探頭支架3頂面的槽口之中，通過螺絲17固定于支架頂面，并與支架3構成密閉空腔20，空腔20用于封裝各探頭模塊線和輪式探頭總線的連接裝置，使之與耦合液隔離開，保護探頭連線，探頭總線由出線軸11總線出孔12引出。探頭模塊是預制好的輪式探頭專用探頭，每一個都是獨立的，更換時只需打開封水盒2，拆裝維修簡單方便。
[0015]如圖2所示，在定位軸7和出線軸11上依次加軸密封件4、法蘭盤10、軸承5，探頭外輪I套在兩個法蘭盤10上，然后通過外輪壓環(huán)9用外輪壓環(huán)固定絲19與法蘭盤10緊密連接在一起，構成密閉空間，密閉空間內(nèi)填充耦合介質18，探頭模塊13、15、16、支架3和封水盒2浸在耦合介質18中。當探頭在鋼軌上滾動時帶動法蘭盤10、軸密封件4、軸承5 —起轉動，而軸是固定不動的，相應的與之螺接的探頭支架3也是固定不動的，保證了探頭發(fā)射面一直向下面向鋼軌。軸密封件4為橡膠制品，它與支架軸緊密配合，防止軸承5轉動時內(nèi)部耦合介質的溢出，同樣法蘭盤10外圓周上使用螺紋底孔，也是防止耦合介質的溢出。法蘭盤10上設置一個注水孔和一個排氣孔，用來向探頭內(nèi)灌注耦合介質18，本實施方案選用水作為耦合介質18，根據(jù)使用環(huán)境條件的不同，也可以選用其他液體作耦合介質。
[0016]探頭外輪I為圓形，探傷時直接與鋼軌接觸，所以宜選用透聲性好并有足夠強度和韌性的材料制成。探頭發(fā)射面向耦合介質18，超聲波經(jīng)耦合介質18進入鋼軌才能完成探傷任務。根據(jù)超聲波的傳播特性，當超聲波傾斜入射到異質界面上時，將發(fā)生反射和折射，探傷所需的是折射入鋼軌的波束，由聲學折射原理sina/sin|3 =Cl/C2(其中a為入射角、β為折射角，cPC2為聲波在兩種介質中的傳播速度)可知，親合介質一定時，只需確定聲波進入鋼軌的角度，就能知道聲波的入射角度，即支架3上探頭安裝斜面與水平面的夾角。根據(jù)鋼軌的探傷需求，優(yōu)選的支架3上安裝斜面角度為16°?20°和24°?26°。
[0017]探傷車前進時，帶動探頭外輪I在鋼軌上滾動，探頭發(fā)射的超聲波導入鋼軌，經(jīng)一系列處理完成探傷工作。
【主權項】
1.一種超聲波輪式探頭，包括若干獨立的超聲波探頭模塊(13、15、16)、安裝探頭模塊的探頭支架(3)、耦合介質(18)，其特征在于:探頭支架(3)通過定位軸(7)和出線軸(11)與探傷車相連，出線軸(11)為開有探頭總線出孔(12)的中空軸，探頭模塊(13、15、16)設在探頭支架(3)的下方，探頭支架(3)的上方設帶有密閉空腔(20)的封水盒(2)，探頭連線封裝于密閉空腔(20)內(nèi)，并通過總線出孔(12)引出，定位軸(7)和出線軸(11)上設有軸承(5)、密封件(4)、法蘭盤(10)，探頭外輪(I)通過外輪壓環(huán)(9)與法蘭盤(10)連接構成密閉空間，密閉空間內(nèi)充耦合介質(18)，探頭模塊(13、15、16)、支架(3)和封水盒(2)浸在耦合介質(18)中。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲波輪式探頭，其特征在于:所述探頭支架(3)底面設有若干個與水平方向成預定角度的斜面，在斜面上安裝探頭模塊(13、15、16)，斜面上方開有通向封水盒空腔(20)的探頭引線孔(14)。
3.根據(jù)權利要求2所述的超聲波輪式探頭，其特征在于:所述斜面包括兩個使超聲波在鋼軌中折射角為61°?70°的斜面、兩個使超聲波在鋼軌中折射角為36°?47°的斜面和一個使超聲波垂直進入鋼軌的0°探頭安裝水平面。
4.根據(jù)權利要求1所述的超聲波輪式探頭，其特征在于:所述定位軸(7)采用半圓軸結構，半圓平面與0°探頭模塊聲束垂直。
5.根據(jù)權利要求1所述的超聲波輪式探頭，其特征在于:所述法蘭盤(10)與外輪壓環(huán)(9)的連接孔為螺紋底孔。
【專利摘要】本實用新型公開了一種超聲波輪式探頭，包括若干獨立的超聲波探頭模塊、探頭支架、耦合介質，探頭模塊設在探頭支架的下方，探頭支架的上方設帶有密閉空腔的封水盒，探頭連線封裝于密閉空腔內(nèi)，通過探頭總線出孔12與探傷車相連，探頭外輪通過外輪壓環(huán)與法蘭盤連接構成密閉空間，填充耦合介質，探頭模塊、支架和封水盒浸在耦合介質中。本實用新型超聲波輪式探頭將多組探頭模塊安裝密封于一個探頭外輪內(nèi)，在不降低探傷效能的情況下，減少了出水口，結構簡單、輕便實用，并且改滑動摩擦為滾動摩擦，減小了與鋼軌間的摩擦力，延長了探頭的使用壽命、提高了探傷速度，而且成本低、易加工維護。
【IPC分類】G01N29-24
【公開號】CN204389450
【申請?zhí)枴緾N201520115122
【發(fā)明人】趙胤波, 薛俊東
【申請人】趙胤波
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月12日