一种服役钢轨轨底检测用超声探头、检测装置及检测方法

本发明涉及钢轨检测，尤其涉及一种服役钢轨轨底检测用超声探头、检测装置及检测方法。

背景技术：

1、服役钢轨的超声检测方法主要包含大型钢轨探伤车和便携式钢轨探伤车(单轨式和双轨式)2类。大型钢轨探伤车检测速度快，可以检测出轨头横向裂纹、螺孔裂纹、轨头轨腰纵向水平裂纹等；便携式钢轨探伤车检测精度高，但检测速度较慢。然而上述钢轨探伤方法都存在一定的检测盲区(见图1)，检测时主要从钢轨轨头入射，超声波可检测区域为钢轨轨头、轨腰以及轨底中部。对实际检测出的缺陷以及对钢轨断轨原因进行分析发现，轨底因腐蚀、起拨道等导致的缺陷常发生于钢轨轨底，而轨底缺陷相对较为隐蔽，尤其轨底两侧是超声自动检测装置的检测盲区，当前难以对轨底两侧的缺陷进行有效和快速检测，使得轨底缺陷未能及时检出，成为造成钢轨断轨的重要原因之一。

2、目前，胡剑虹等利用超声导波检测钢轨轨底缺陷，发现频率为64khz时适合检测钢轨道岔底部，其设计的系统能够有效检测出道岔轨底缺陷；曾紫焰等深入研究超声导波在钢轨中的传播特性，设计出适用轨底缺陷检测的导波换能器，通过对超声导波信号进行分析和处理，实现轨底裂纹的识别与定位；madhuri等利用激光诱导超声导波，使用有限元分析对轨底缺陷的检测进行模拟仿真，得到合适的导波频率和传感器安装位置；然而，上述研究主要是在实验室条件下进行，仅对一段独立的钢轨进行检测，未考虑钢轨铺设在线路上的现场情况，将上述研究应用到实际服役钢轨上进行缺陷检测，尤其是对服役钢轨轨底的无损检测，其检测效果是未知。

3、传统的，申请号为zl202311424580.2的一件中国专利公开了一种用于服役钢轨轨底伤损的超声检测设备，包括主车架，在主车架左右两侧铰接有两组装夹机构，两组装夹机构分别与两根连接杆的下端相铰接，两根连接杆的上端与同一根前侧握杆相铰接；每组装夹机构上设置有一排检测探头；但该专利提供的检测探头以及装夹机构不能使检测探头很好的紧贴钢轨面，从而影响检测效果。

4、因此，亟需一种服役钢轨轨底检测用超声探头、检测装置及检测方法，能够对服役钢轨轨底进行有效全面的检测。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种服役钢轨轨底检测用超声探头、检测装置及检测方法，旨在解决传统的无损检测探头及无损检测装置在对服役钢轨轨底检测时检测效果不佳的技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种服役钢轨轨底检测用超声探头，包括双晶混合探头和三晶混合探头；所述三晶混合探头用于对钢轨轨底的第一检测盲区进行检测，所述双晶混合探头用于对钢轨轨底的第二检测盲区进行检测；

3、所述双晶混合探头包括第一壳体、间隔设置在所述第一壳体内底部的第一晶片组件和第二晶片组件；

4、所述第一晶片组件包括第一晶片和用于设置所述第一晶片的第一晶片座；

5、所述第二晶片组件包括第二晶片和用于设置所述第二晶片的第二晶片座；

6、所述第一晶片所在平面与钢轨纵向延伸面呈第一预设夹角，所述第二晶片所在平面与钢轨纵向延伸面呈第二预设夹角；所述第一晶片所在平面和所述第二晶片所在平面呈第三预设夹角；

7、所述三晶混合探头包括第二壳体、间隔设置在所述第二壳体内底部的第三晶片组件和双晶片组件，

8、所述第三晶片组件包括第三晶片和用于设置所述第三晶片的第三晶片座；

9、所述双晶片组件包括并排设置的双晶片和用于设置所述双晶片的第四晶片座；

10、所述第三晶片所在平面与钢轨纵向延伸面呈第四预设夹角，所述双晶片所在平面与钢轨纵向延伸面呈第五预设夹角；所述第三晶片所在平面和所述双晶片所在平面呈第六预设夹角。

11、作为上述方案进一步的改进，所述第一预设夹角为40～50°；优选的，所述第一预设夹角为45°。

12、作为上述方案进一步的改进，所述第二预设夹角为40～50°；优选的，所述第二预设夹角为45°。

13、作为上述方案进一步的改进，所述第三预设夹角为10～20°；优选的，所述第三预设夹角为15°。

14、作为上述方案进一步的改进，所述第一晶片组件和所述第二晶片组件之间间隔为3～8mm。

15、作为上述方案进一步的改进，所述第四预设夹角为40～50°；优选的，所述第四预设夹角为45°。

16、作为上述方案进一步的改进，所述第五预设夹角为-5～5°；优选的，所述第五预设夹角为0°。

17、第二方面，本发明还提供一种检测装置，包括如第一方面提供的所述的服役钢轨轨底检测用超声探头，以及与钢轨匹配的搭载检测车；

18、所述搭载检测车包括车架，所述车架上部设有探伤仪，所述超声探头通过夹持机构设置在所述车架的底部；

19、所述夹持机构包括与所述车架底部连接的夹持吊架、设置在所述夹持吊架相对两侧的两个夹持组件，两个所述夹持组件用于将所述超声探头贴合设置在所述钢轨两侧；所述夹持组件的一端通过可滑动调整结构与所述夹持吊架连接，另一端设置有所述超声探头；

20、所述超声探头的双晶混合探头和三晶混合探头沿所述钢轨的延伸方向间隔设置在对应夹持组件的远离可滑动端；

21、所述车架的底部还设有喷淋组件，用于向钢轨上喷淋超声耦合介质，以便所述超声探头对钢轨轨底耦合探测。

22、作为上述方案进一步的改进，所述超声探头通过探头支撑结构可操作地贴合所述钢轨两侧或抬离所述钢轨两侧。

23、作为上述方案进一步的改进，所述探头支撑结构包括探头吊架、探头支架，以及探头挂钩，

24、所述探头吊架的一端设置在所述夹持组件的另一端，所述探头支架的一端与所述探头吊架的另一端铰接，所述探头支架的另一端设置所述超声探头；所述探头支架的远离其铰接端设置有供所述探头挂钩卡设的挂轴，对应的，所述探头挂钩设置在所述探头吊架上；

25、或者，所述探头支撑结构包括探头吊架、探头支架，以及伸缩动力，所述探头吊架的一端设置在所述夹持组件的另一端，所述探头支架的一端与所述探头吊架的另一端铰接，所述探头支架的另一端设置所述超声探头；所述伸缩动力的伸缩端与所述探头支架的远离其铰接端连接，远离伸缩端与所述探头吊架连接；优选的，所述伸缩动力为微型气缸或微型电缸。

26、作为上述方案进一步的改进，所述探头支架包括间隔平行对齐设置的两个折弯件，以及用于安装所述超声探头的安装件；

27、所述挂轴设置在两个所述折弯件之间，并将两个所述折弯件连接成一体；所述安装件设置在所述探头支架的远离铰接端，所述双晶混合探头或所述三晶混合探头可转动设置在所述安装件的安装空间内。

28、作为上述方案进一步的改进，所述夹持组件包括夹持架，所述夹持架的一端设有第一弧形滑槽；

29、所述可滑动调整结构包括所述第一弧形滑槽、连接螺栓和滚动套，所述滚动套套设在所述连接螺栓外部，所述连接螺栓穿过所述第一弧形滑槽与所述夹持吊架连接，所述滚动套与所述第一弧形滑槽可滑动触接。

30、作为上述方案进一步的改进，所述夹持架包括横向支撑件和间隔设置在所述横向支撑件上的两个弧形件，每个所述弧形件上设有所述第一弧形滑槽。

31、作为上述方案进一步的改进，所述喷淋组件包括喷嘴、与所述喷嘴连接的管道，以及与所述管道连接的超声耦合介质容器；

32、所述喷嘴设置在所述安装件上，邻近所述超声探头设置；所述超声耦合介质容器设置在所述车架上。

33、第三方面，本发明还提供如第二方面提供的所述一种检测装置的检测方法，其步骤包括：

34、s1、将双晶混合探头和三晶混合探头分别对应设置在钢轨两侧；调整所述可滑动调整结构以使所述钢轨两侧的服役钢轨轨底检测用超声探头均贴合在所述钢轨轨底上；

35、s2、启动搭载检测车、探伤仪以及喷淋组件，所述搭载检测车带动所述超声探头沿所述钢轨延伸方向进行检测；

36、所述钢轨两侧对应设置的所述三晶混合探头对钢轨轨底两侧的第一检测盲区进行检测，所述双晶混合探头对钢轨轨底两侧的第二检测盲区进行检测；

37、当所述搭载检测车行走至钢轨的拼接处，将所述三晶混合探头和所述双晶混合探头均抬起，直到通过所述拼接处，再将所述三晶混合探头和所述双晶混合探头放下并与所述钢轨两侧贴合，继续进行检测。

38、作为上述方案进一步的改进，在步骤s1中，将所述双晶混合探头的第一预设夹角和第二预设夹角均设为45°；所述第三预设夹角设为15°；

39、将所述三晶混合探头的第四预设夹角设为45°，所述第五预设夹角设为为0°。

40、由于本发明采用了以上技术方案，使本技术具备的有益效果在于：

41、1、本发明提供一种服役钢轨轨底检测用超声探头，包括双晶混合探头和三晶混合探头；在本发明提供的超声探头中通过设置一个三晶混合探头用于对钢轨轨底的第一检测盲区进行检测，设置一个双晶混合探头用于对钢轨轨底的第二检测盲区进行检测，两种混合探头的使用能够实现对钢轨轨底一侧的检测盲区的全面覆盖检测；具体的，在所述双晶混合探头中，将所述第一晶片所在平面与钢轨纵向延伸面呈第一预设夹角(优选的，所述第一预设夹角为45°)，所述第二晶片所在平面与钢轨纵向延伸面呈第二预设夹角(优选的，所述第二预设夹角为45°)；所述第一晶片所在平面和所述第二晶片所在平面呈第三预设夹角(优选的，所述第三预设夹角为15°)，如此的设置，参见图1和图6，能够有效的对钢轨轨底一侧的c区域(也即第二检测盲区)靠近轨底边缘的缺陷进行有效的覆盖检测；在所述三晶混合探头中，所述第三晶片所在平面与钢轨纵向延伸面呈第四预设夹角(优选的，所述第四预设夹角为45°)，所述双晶片所在平面与钢轨纵向延伸面呈第五预设夹角(优选的，所述第五预设夹角为0°)；如此的设置，参见图1和图6所述三晶混合探头能够有效的对钢轨轨底一侧的a、b区域(也即第一检测盲区)靠近轨底边缘的缺陷进行有效的覆盖检测；所述双晶混合探头和所述三晶混合探头的配合使用，能够对钢轨轨底检测盲区进行有效果覆盖检测。

42、2、本发明还提供一种检测装置，包括上述的服役钢轨轨底检测用超声探头，以及与钢轨匹配的搭载检测车；所述搭载检测车包括车架，所述车架上部设有探伤仪，所述超声探头通过夹持机构设置在所述车架的底部；所述夹持机构包括与所述车架底部连接的夹持吊架、设置在所述夹持吊架相对两侧的两个夹持组件，两个所述夹持组件用于将所述超声探头贴合设置在所述钢轨两侧；所述夹持组件的一端通过可滑动调整结构与所述夹持吊架连接，另一端设置有所述超声探头；所述超声探头的双晶混合探头和三晶混合探头沿所述钢轨的延伸方向间隔设置在对应夹持组件的远离可滑动端；所述车架的底部还设有喷淋组件，用于向钢轨上喷淋超声耦合介质，以便所述超声探头对钢轨轨底耦合探测；在本发明中通过夹持组件将上述服役钢轨轨底检测用超声探头设置在所述搭载检测车的车架上，且所述夹持组件的一端通过可滑动调整结构与所述夹持吊架连接，如此的设置，可通过所述可滑动调整结构调整所述超声探头与待检测钢轨轨底的贴合紧密程度，从而能够保证所述超声探头能够有效的与所述钢轨轨底有效贴合以保证检测效果；另外，可滑动调整结构的设置，使得本发明提供的检测装置能够适用不同规格的钢轨，可根据钢轨型号和/或生产厂家差异灵活的调整两个夹持组件的张开夹角以确保所述超声探头能够有效的贴合所述钢轨轨底，使得本检测装置具有通用性；在某些优选的实施例中，所述超声探头通过探头支撑结构可操作地贴合所述钢轨两侧或抬离所述钢轨两侧，所述探头支撑结构的设置，当超声探头达到两钢轨连接板的拼接区域，只需要通过操作所述探头支撑结构便可将所述超声探头抬离所述钢轨轨底，待搭载检测小车顺利通过后，再操作所述探头支撑结构放下所述超声探头，以使所述超声探头再次贴合所述钢轨轨底继续进行检测，所述探头支撑结构的设置，能够便捷的实现检测过程的平稳进行，确保检测效率，还可避免超声探头与两钢轨连接板碰触而损坏超声探头。