Page 117 - 无损检测2024年第六期

张海山，等：

双轨式钢轨超声检测系统的设计与应用

收。通过FPGA（现场可编程门阵列）进行时序控制
很容易实现该过程，但累积的时间太长会导致扫查
重复频率太低。故可在探头1发射后的30~40 µs，
接着触发探头2，形成一种嵌入式发射接收模式，重
复频率可提高一倍。
通过该垂直伤损检测系统，可实现对检测区域
内所有高度的全面扫查，将检测系统固定于能在轨
道上行驶的检测车辆上，将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检测区
域进行连续全面扫查。 图 5 采用串列式轮式探头的双轨式钢轨超声检测仪
1.2 轮式探头串列式扫查方案设计 外观
轮式探头具有耦合好、能够适应各种不同的复
2 应用于双轨式检测仪的焊缝轨底扫查系
杂线路的优点，故采用轮式探头实现垂直伤损检测。

统设计
但是如果按照图2所示的探头布局设计轮式探头，
轮式探头的数量会过多而导致现场安装使用较为困 当前的机械化检测设备的超声波从轨面发射，
难。通过简单的枚举分析，发现当5个探头发射，2个 因此只能检测钢轨头部、轨腰及轨底位于轨腰投影
探头接收时，探头的数量最少且声束能对钢轨缺陷 区域，其声束覆盖示意如图6所示。
形成覆盖，其发射和接收声束路径示意如图3所示。

图 6 不能对钢轨底部轨腰投影区域外进行有效检测
图 3 采用 5 个探头发射和 2 个探头接收时的声束路径示意 的声束覆盖示意
图 3 中，探头 5 既做发射用也做接收用。在这 2.1 轨底探轮设计原理
种设计下，探头之间的组合关系及发射接收时序
针对图6中出现的检测盲区，基于双轨仪的检
为 4 → 5，3 → 5，2 → 5，1 → 5，5 → 6，4 → 6，3 → 6，
测平台，采用在单轨内外侧各设置一个轮式探头的
2→6，1→6，5→7，4→7，3→7，2→7，1→7。
方法使钢轨两侧的轨底角区域都能被检测到，在单
前面5个探头由于相互之间的距离比较小，可
侧轨底角设置2个朝前发射的70°探头和2个朝后发
以将其组装设计在一个直径为8. 5英寸（21. 59 mm）
射的70°探头对轨底角进行检测。轨底焊缝探轮设
的轮式探头里面，其中各探头之间的距离可以通过
计如图7所示。
简单的三角函数关系计算。结合常规母材检测的轮
2.2 轨底焊缝检测系统
式探头可形成一套采用轮式探头的串列式检测系统
（见图4），检测系统外观如图5所示，其检测速度可 为了将图7中的轮式探头应用于双轨式钢轨超
达15 km · h 。 声检测仪，并实现对轨道焊缝的快速检测，设计了
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机械臂实现轮式探头的快速升起和放下，轨底焊缝
探轮支架收起状态时的检测系统结构如图8所示。
现场作业时，轨底焊缝轮式探头在不检测的情
况下上收，当双轨检测仪行进到焊缝处时，通过手柄

开关将轮式探头下放，对轨底焊缝进行检测，检测完
成后再通过手柄开关将轮式探头上收，其检测现场
图 4 采用轮式探头的串列式检测系统结构 如图9所示。
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2024 年 第 46 卷 第 6 期
无损检测