一种非接触式空心车轴超声波探伤机

摘要

本发明公开了一种非接触式空心车轴超声波探伤机，包括底盘、机体、进给机构、检测控制系统以及升降机构，所述底盘底部设有万向行走轮，在底盘的一侧设有控制手柄，所述升降机构安装在位于所述控制手柄安装侧相对另一侧的底盘上表面上，所述进给机构设置在控制手柄与升降机构之间的机体上。本发明与现有技术相比，本申请的非接触式空心车轴超声波探伤机采用非接触式超声波脉冲反射法对空心车轴进行检测，检测控制系统控制进给机构驱动探杆沿着空心车轴内表面前后移动，而探杆一端的探头载体在旋转电机的驱动下旋转，从而使得探头载体上的探头可以全方位的自动检测空心车轴，准确检测出空心车轴内、外表面上的横向裂纹、纵向裂纹和空心车轴内部的材质缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及一种车轴探伤机，具体地说是一种非接触式空心车轴超声波探伤机，属于金属超声波检测探伤装备技术领域。

背景技术

在我国铁路大提速的背景下，尤其需要对达到检修里程的高速铁路动车组进行检修，以保障运营安全。在检修时，需要对车轴进行超声波探伤检查。现有的超声波探伤设备仅能检测实心车轴，然而，高速铁路动车组采用的车轴为基本空心车轴，需要将探头伸入车轴内部进行全面检测。因此，亟待提供一种改进的空心车轴超声波探伤机以克服上述缺陷。

经检索发现，中国实用新型专利申请号为201120317694.3，公开一种高效率空心车轴超声波探伤机，其结构中也采用探杆对空心轴进行进行探伤，但此探伤机的探杆与空心轴的内壁为接触式结构，在探伤过程中相互摩擦，对探头载体的磨损较为严重，同时此结构的提升机构采用机械杠杆式提升，提升时探杆对准空心轴的精度较差，往往在对准时耗费时间较长，大大影响对空心车轴的探伤检测效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种可以准确检测空心车轴的横向、纵向裂纹及内部缺陷的非接触式空心车轴超声波探伤机。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种非接触式空心车轴超声波探伤机，包括底盘、机体、进给机构、检测控制系统以及升降机构，所述底盘底部设有万向行走轮，在底盘的一侧设有控制手柄，所述升降机构安装在位于所述控制手柄安装侧相对另一侧的底盘上表面上，所述进给机构设置在控制手柄与升降机构之间的机体上，所述进给机构包括壳体以及设于所述壳体中的传动组件和进给电机，所述壳体的一侧设有与进给机构相互配合的插头，在所述插头上装有进给机构连接线缆，在进给机构上装有探杆，所述探杆的安装端通过链条经传动组件与进给电机相连，所述探杆的探测端设有探头载体；

所述探杆载体通过法兰及滚珠轴承连接在探杆外侧的顶端，所述法兰与滚珠轴承过盈配合，所述滚珠轴座通过螺钉与探头载体连接，所述前端盖设置在所述探头载体上并通过螺钉与法兰相连，所述的探头两侧对称设有探头放置凹形槽，探头载体一侧探头放置凹形槽内设有三组探头放置凹形件，另一侧探头放置凹形槽内设有四组探头放置凹形件；探头放置凹形件在探头放置凹形槽内滑动，所述探头放置凹形件内固定安装有超声波探头，所述超声波探头并排排列在探头放置凹形件内，所述探头放置凹形件的表面还固定连接有探头保护金属框架，所述探头载体腔体内还设有探头定位平衡装置，所述探头定位平衡装置抵于探头放置凹形件限制探头放置凹形件及超声波探头的移动范围，所述探头载体上还设有超声波发射接收八通道接口用于发射接收超声波信号；所述探杆支架的两端设有定位环，所述探杆腔体内设置有旋转电机，所述旋转电机外侧套设有通过导线与旋转电机连接的金属石墨电刷集电环；探杆腔体内还设有耦合剂供给油路，所述耦合剂供给油路一端与安装在机体内的油箱连接，另一端与探头放置凹形件内壁接通，探头载体上还设有与耦合剂供给油路相适配的耦合剂出油口；所述探头载体、进给电机和旋转电机分别与所述检测控制系统通过线缆电连接；

所述升降机构包括机架，所述机架内竖直设有丝杠，所述丝杠的底部设有驱动丝杠转动的电机，在所述丝杠一侧还设有水平设置的升降平台，所述升降平台一侧具有与所述丝杠匹配的螺纹装置，通过所述螺纹装置与所述丝杠螺纹连接，所述升降平台通过丝杠的转动控制其做升降运动，所述升降平台上设有滑动导轨，所述滑动导轨上通过滑块安装有立柱安装底座，所述立柱安装底座上竖直的设置有升降臂立柱，所述升降臂立柱顶端通过轴承座连接有升降臂横梁，所述升降臂横梁与所述升降臂立柱垂直，所述升降臂横梁上还设有进给机构提升装置，所述提升装置包括所述的电机、丝杠、升降平台、升降臂，以及设置在升降臂立柱和升降臂横梁上的滑轮组、钢丝绳，所述电机驱动丝杠带动升降平台机构进行上下运动，同时带动升降臂做上下运动，升降臂立柱上端和升降臂横梁前端的滑轮组将钢丝绳一端连接进给机构，另一端通过滑轮组合与安装在升降臂立柱底部的平衡器连接，所述提升装置通过设置于底部的电机驱动丝杠对进给机构进行提升。

本发明所采用的探杆为非接触式空心车轴探伤探杆，该探伤探杆的探头设有保护装置在使用时探头保护装置与车轴内孔壁贴合，此时探头与探头保护装置之间有2mm的间隙，在探测时探头与探头保护装置之间充满耦合液，使探头浸没在耦合液中进行探伤，既有效的保护了探头，使得探头不在探伤时受到磨损，延长了探头的使用寿命，同时浸没式的探测方式又保证了探伤过程的耦合性能良好，从而保证结果的精确性，探头使用寿命长，探伤超声耦合性能高，能快速便捷、精确地对空心车轴内部危害性疲劳裂纹及缺陷进行检测，更好的维持空心车轴探伤检测设备正常工作。超声波探头不是固定安装在探伤主体上的，超声波探头安装在探头放置凹形件内，并能随探头放置凹形件在探头放置凹槽内上下移动，实现不同角度的调节，同时，结合耦合剂供油路，耦合剂能从探伤主体腔体流出充满超声波探头与空心车轴内孔之间，全部覆盖实现一种浸没式超声波探伤，能快速便捷、精确地对空心车轴内部危害性疲劳裂纹及缺陷进行检测，更好的维持空心车轴探伤检测设备正常工作；在探头载体连接处采用旋转电机，能带动探头载体的旋转，不需要操作人员手动进行旋转探伤探杆，减少操作人员的劳动强度，操作更方便，同时结合超声波探头能随探头放置凹形件移动旋转实现对空心车轴内孔各方位缺陷的检测探伤，使得探伤结果更精确性，确保探伤工作高质量完成。

此外在本发明的技术方案中采用的升降机构，其有效的解决了机械臂旋转或伸缩不到位而导致的进给机构无法进行探伤的现象，本发明的机械臂可以在一定角度上进行旋转和上下移动，由于采用丝杆进行升降操作，调整精度高，不易出现较大偏差，进给机构通过助力机械臂可以在一定范围内进行上下、左右和前后的精确操作。

由于本发明的探杆旋转电机外套设集电环，旋转电机采用径向集电环的连接方式，在连续旋转的同时从固定位置到旋转位置能顺利传输电源和信号，避免超声波探头旋转时扭伤导线，径向集电环采用金属石墨电刷，能提高系统性能，简化系统机构，通过改变电源的极性而实现旋转电机的正反转，从而改变超声波探头的旋转方向。

本发明的进一步限定技术方案：前述的非接触式空心车轴超声波探伤机，所述检测控制系统包括设于机体上的计算机、设于所述进给机构上的超声波电子处理单元、以及与所述旋转电机和所述进给电机上电机控制器连接的位置编码器，所述位置编码器和所述探头通过所述超声波电子处理单元与所述计算机电连接。检测控制系统对所述超声波电子处理单元发送的检测数据通过通用的探伤检测软件进行处理，与所述位置编码器获取的探头的位置信息相结合，进而可以准确生成空心车轴的超声波扫描图像。

前述的非接触式空心车轴超声波探伤机，所述探头定位平衡装置包括弹簧及弹簧支柱，所述弹簧支柱位于探头放置凹形件的底端；超声波探头包括横向裂纹检测探头、纵向裂纹检测探头和材质缺陷检测探头，探杆外设有至少一个定心环，所述定心环的外径大于所述探杆的外径，以保证所述探杆位于所述空心车轴的中心轴线处，进一步提高检测准确度。

前述的非接触式空心车轴超声波探伤机，所述给进机构的壳体中还设有油温传感器和加热装置，所述加热装置包覆在耦合剂供给油路外侧，所述油温传感器和加热装置分别与所述检测控制系统电连接，所述检测控制系统通过所述油温传感器和加热装置监测和控制所述耦合剂油的温度。

前述的非接触式空心车轴超声波探伤机，所述探头保护金属框架为弧形结构，在静止状态下探头保护金属框架的弧面与超声波探头形成2mm的表面间隙层，超声波探头与空心车轴内孔之间还具有2mm的空腔间隙，避免超声波探头与空心车轴内孔壁直接的接触摩擦，延长了超声波探头的使用寿命，实现非接触式的探伤，耦合剂由耦合剂供给油路由探头，实现一种浸没式超声波探伤，能快速便捷、精确地对空心车轴内部危害性疲劳裂纹及缺陷进行检测，更好的维持空心车轴探伤检测设备正常工作。

前述的非接触式空心车轴超声波探伤机，所述升降平台通过其两侧的升降导轨与机架连接，所述两侧的升降导轨竖直且相对应的设置于机架上，所述升降机构的滑动导轨由两条水平设置的平行导轨组成，所述滑块滑动固定于所述两条导轨上，两条直线导轨通过固定块固定在框架的两根横梁上，直线导轨上设有四个滑块，滑块上设有导向轮连接板，导向轮连接板四边均布四个导向轮支架，每个导向轮支架分别连接一个导向轮，此四个导向轮分别于升降臂的主臂四面相接触，起到在升降平台带动升降臂上下运动时的导向和限位作用，另外，滑动导轨机构上方还设有风琴罩装置，可以在升降臂左右运行时既可以保证升降臂顺畅的滑动又能够起到日常的防尘作用。

本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比，本申请的非接触式空心车轴超声波探伤机采用非接触式超声波脉冲反射法对空心车轴进行检测，检测控制系统控制进给机构驱动探杆沿着空心车轴内表面前后移动，而探杆一端的探头载体在旋转电机的驱动下旋转，从而使得探头载体上的探头可以全方位的自动检测空心车轴，准确检测出空心车轴内、外表面上的横向裂纹、纵向裂纹和空心车轴内部的材质缺陷。本发明的升降机构是由滑动导轨和丝杠组成，升降臂主臂一端安装在升降平台上，旋转臂与主臂另一端通过旋转装置连接。通过升降平台和旋转臂机构可以方便工作人员将探杆准确的插入待检测的空心车轴中，操作方便、安全可靠。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明进给机构结构示意图。

图3为本发明探杆结构示意图。

图4为图3的A点局部放大图。

图5为本发升降机构结构示意图。

图6为图5的B向视图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种非接触式空心车轴超声波探伤机，结构如图1至图6所示，包括底盘17、机体14、进给机构12、检测控制系统以及升降机构，底盘17底部设有万向行走轮18，在底盘的一侧设有控制手柄19，升降机构安装在位于控制手柄安装侧相对另一侧的底盘上表面上，进给机构设置在控制手柄与升降机构之间的机体14上，给进机构12包括壳体23以及设于壳体中的传动组件21和进给电机22，壳体的一侧设有与进给机构相互配合的插头，在插头上装有进给机构连接线缆，在进给机构上装有探杆，探杆的安装端通过链条经传动组件与进给电机相连，探杆的探测端设有探头载体2；探杆的安装端通过链条经传动组件与进给电机22相连，探杆的探测端设有探头载体探杆外设有一个定心环，定心环的外径大于探杆的外径；给进机构的壳体中还设有油温传感器和加热装置，加热装置包覆在耦合剂供给油路9外侧，油温传感器和加热装置分别与检测控制系统电连接；

探杆载体2通过法兰4及滚珠轴承连接在探杆外侧的顶端，法兰4与滚珠轴承过盈配合，滚珠轴座通过螺钉与探头载体连接，前端盖1设置在探头载体上并通过螺钉与法兰相连，探头载体2两侧对称设有探头放置凹形槽5，探头载体一侧探头放置凹形槽内设有三组探头放置凹形件6，另一侧探头放置凹形槽5内设有四组探头放置凹形件6；探头放置凹形件6在探头放置凹形槽5内滑动，探头放置凹形件6内固定安装有超声波探头7，超声波探头7并排排列在探头放置凹形件6内，本实施例的超声波探头包括横向纹检测探头、纵向裂纹检测探头和材质缺陷检测探头；探头放置凹形件6的表面还固定连接有探头保护金属框架8，探头载体腔体内还设有探头定位平衡装置，探头定位平衡装置抵于探头放置凹形件6限制探头放置凹形件6及超声波探头7的移动范围，探头定位平衡装置包括弹簧及弹簧支柱，弹簧支柱位于探头放置凹形件6的底端，最终用来限制超声波探头的上下移动范围；探头载体上还设有超声波发射接收八通道接口用于发射接收超声波信号；探杆支架的两端设有定位环11，探杆腔体内设置有旋转电机，旋转电机外侧套设有通过导线与旋转电机连接的集电环；探杆腔体内还设有耦合剂供给油路9，耦合剂供给油路9一端与安装在机体内的油箱连接，另一端与探头放置凹形件6内壁接通，探头载体上还设有与耦合剂供给油9路相适配的耦合剂出油口10；探头载体、进给电机和旋转电机分别与检测控制系统通过线缆电连接；

升降机构包括机架，机架内竖直设有丝杠，丝杠的底部设有驱动丝杠转动的电机，在丝杠一侧还设有水平设置的升降平台，升降平台一侧具有与丝杠匹配的螺纹装置，通过螺纹装置与丝杠螺纹连接，升降平台通过丝杠的转动控制其做升降运动，升降平台上设有滑动导轨，滑动导轨上通过滑块安装有立柱安装底座，立柱安装底座上竖直的设置有升降臂立柱，升降臂立柱顶端通过轴承座连接有升降臂横梁，升降臂横梁与升降臂立柱垂直，升降臂横梁上还设有进给机构提升装置，提升装置包括的电机、丝杠、升降平台、升降臂，以及设置在升降臂立柱和升降臂横梁上的滑轮组、钢丝绳，电机驱动丝杠带动升降平台机构进行上下运动，同时带动升降臂做上下运动，升降臂立柱上端和升降臂横梁前端的滑轮组将钢丝绳一端连接进给机构，另一端通过滑轮组合与安装在升降臂立柱底部的平衡器41连接，提升装置通过设置于底部的电机驱动丝杠对进给机构进行提升；

检测控制系统包括设于机体上的计算机、设于进给机构上的超声波电子处理单元、以及与旋转电机和进给电机上电机控制器连接的位置编码器，位置编码器和探头通过超声波电子处理单元与计算机电连接。

本实施例在使用时只需将尺寸匹配的探杆3连接在进给机构上，进给机构通过适配器与空心车轴连接，检测控制系统通过进给机构的电机驱动探头载体2沿着空心车轴内孔轴向进给运动，探头载体2在旋转电机作用下在空心车轴内孔内旋转，探头发射超声波脉冲信号，超声波进入车轴内孔内部，弧形探头保护金属框架8与空心车轴内孔壁紧密配合，超声波探头7在探头保护金属框架8内移动并超声波探头7移动到最接近探头保护金属框架8时，超声波探头7的表面与内孔壁形成两毫米的空腔，耦合剂通过耦合剂供给油路9及探伤主体2上的耦合剂出油口10进入此密闭空腔内，进行一种浸没式超声波探伤，在各个方向进行检测，在检测过程中如果发现横向缺陷、纵向缺陷或内部材质缺陷，超声波信号反射回来被超声波发射接收八通道接口接收数据传输系统反馈到控制单元并实时显示。探杆上的集电环通过导线与旋转电机连接，旋转电机的旋转最终改变了超声波探头7的旋转方向，超声波探头7具体的旋转位置检测则是由电机编码器反馈信号通过径向集电环和设置在探杆支架3内的接插件传送至控制单元来控制探头载体的。

使用本实施例的探伤探杆对空心车轴进行检测，该探伤探杆在使用时超声波探头7表面与空心车轴内孔壁留有空腔，被探头保护金属框架8保护延长超声波探头7的使用寿命，在超声波探头7与空心车轴内孔之间的空腔内形成耦合油层提高探伤超声耦合性能，实现一种浸没式的检测，能快速便捷、精确地对空心车轴内部危害性疲劳裂纹及缺陷进行检测，更好的维持空心车轴探伤检测设备正常工作。

本实施例升降机构的工作原理为：电机31驱动丝杠32旋转，使升降平台33沿其两侧的升降导轨30做竖直的升降移动，并使升降臂立柱36随着升降平台33一起做升降运动，机架40上的风琴罩限位装置39在升降平台33带动升降臂立柱36做升降运动时对其进行限位，升降臂立柱36通过滑块在滑动导轨34上运动，使升降臂立柱36做左右运动，升降臂横梁38可以通过轴承座37绕升降臂立柱36进行旋转，从而本实施例可以在一定范围内进行上下、左右前后和旋转动作，升降臂横梁38上还设有进给机构提升装置，提升装置包括电机31、丝杠32、升降平台33，以及设置在升降臂立柱和升降臂横梁上的滑轮组42、钢丝绳，电机驱动丝杠带动升降平台33机构进行上下运动，同时带动升降臂横梁38做上下运动，升降臂立柱上端和升降臂横梁前端的滑轮组将钢丝绳一端连接进给机构，另一端通过滑轮组合与安装在升降臂立柱底部的平衡器41连接，提升装置通过设置于底部的电机驱动丝杠对进给机构进行提升。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。