基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，包括監(jiān)測(cè)小車和供電組，監(jiān)測(cè)小車包含上車身、下車身、車輪、定位器和溫度測(cè)量?jī)x，下車身內(nèi)設(shè)有激光超聲監(jiān)測(cè)單元和數(shù)據(jù)分析處理單元，激光超聲監(jiān)測(cè)單元包含脈沖激光器、激光探針和信號(hào)調(diào)理放大電路，數(shù)據(jù)分析處理單元包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、處理器和無(wú)線傳輸模塊，脈沖激光器和激光探針置于下車身內(nèi)的前后側(cè)，信號(hào)調(diào)理放大電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和無(wú)線傳輸模塊通過數(shù)據(jù)線與處理器連接。脈沖激光器發(fā)出脈沖激光作用于鋼軌，產(chǎn)生超聲波，由激光探針接收超聲信號(hào)，將測(cè)量時(shí)間數(shù)值傳送到處理器，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力，為鋼軌無(wú)損檢測(cè)提供新手段，對(duì)保障鋼軌安全運(yùn)行具有重要意義。
【專利說(shuō)明】
基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，屬于無(wú)縫鋼 軌檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速鐵路廣泛使用無(wú)縫長(zhǎng)鐵軌，列車速度高，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，極大地提高了線路設(shè) 備和機(jī)車車輛的服役壽命。無(wú)縫鋼軌就是將25m長(zhǎng)的鋼軌焊接成1000m到2000m長(zhǎng)的鋼軌，鋪 設(shè)到線路上成為一段或爭(zhēng)端無(wú)縫線路。但隨著軌縫的消失，焊接在一起的鋼軌在軌溫發(fā)生 變化時(shí)便不能自由伸縮，于是鋼軌中產(chǎn)生溫度應(yīng)力。由于鐵軌受熱脹冷縮的影響，當(dāng)外界氣 溫較高時(shí)，鋼軌溫度會(huì)持續(xù)升高，鋼軌內(nèi)部會(huì)形成壓應(yīng)力，從而極易形成鋼軌之間的脹軌現(xiàn) 象；當(dāng)外界氣溫較低時(shí)，鋼軌內(nèi)部形成拉應(yīng)力導(dǎo)致鋼軌斷裂。鋼軌的斷裂和脹軌，嚴(yán)重地威 脅了列車運(yùn)行安全。因此鐵路工務(wù)部門必須實(shí)時(shí)了解鋼軌的溫度應(yīng)力，預(yù)測(cè)發(fā)生脹軌或斷 軌的可能性，以便采取措施消除事故隱患，保障高鐵系統(tǒng)的運(yùn)行效率、運(yùn)行安全性和運(yùn)行的 可靠性。
[0003] 現(xiàn)有，傳統(tǒng)鋼軌溫度應(yīng)力檢測(cè)的方法主要有:有損檢測(cè)(切條法、切槽法、盲孔法）、 標(biāo)定軌長(zhǎng)和無(wú)損檢測(cè)（巴克豪森法、X射線法、磁記憶法、超聲波法）。但由于自身的局限性， 如對(duì)鋼軌表面造成破壞、效率低、精度低、表面要求高和需耦合劑等，無(wú)法得到廣泛應(yīng)用。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力，為鋼軌無(wú)損檢測(cè)提出了新方 法。
[0005] 本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006] 基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，特點(diǎn)是:包括監(jiān)測(cè)小車和供電組， 所述監(jiān)測(cè)小車包含上車身、下車身、車輪、定位器和溫度測(cè)量?jī)x，上車身連接下車身，車輪通 過車軸安裝于上車身的兩側(cè)，定位器和溫度測(cè)量?jī)x安裝于下車身的底部;所述供電組包含 太陽(yáng)能板、太陽(yáng)能支撐架、轉(zhuǎn)臺(tái)、太陽(yáng)能控制器和蓄電池，太陽(yáng)能板、太陽(yáng)能支撐架、轉(zhuǎn)臺(tái)安 裝于上車身的頂部，太陽(yáng)能控制器和蓄電池置于下車身內(nèi)；
[0007] 所述下車身內(nèi)還設(shè)有激光超聲監(jiān)測(cè)單元和數(shù)據(jù)分析處理單元，激光超聲監(jiān)測(cè)單元 包含脈沖激光器、激光探針和信號(hào)調(diào)理放大電路，數(shù)據(jù)分析處理單元包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、處理 器和無(wú)線傳輸模塊，脈沖激光器和激光探針置于下車身內(nèi)的前后側(cè)，信號(hào)調(diào)理放大電路、數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器和無(wú)線傳輸模塊通過數(shù)據(jù)線與處理器連接。
[0008] 進(jìn)一步地，上述的基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，其中，所述上車 身內(nèi)安裝有電機(jī)，電機(jī)的輸出軸與車輪的車軸驅(qū)動(dòng)連接。
[0009] 更進(jìn)一步地，上述的基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，其中，所述定 位器和溫度測(cè)量?jī)x均與處理器相連。
[0010] 更進(jìn)一步地，上述的基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，其中，所述太 陽(yáng)能板連接太陽(yáng)能控制器，太陽(yáng)能控制器連接蓄電池。
[0011] 更進(jìn)一步地，上述的基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，其中，所述脈 沖激光器和激光探針置于下車身內(nèi)的前后側(cè)，位于同一高度，且與鋼軌軌腰處齊平。
[0012] 本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步主要體現(xiàn)在：
[0013] ①本實(shí)用新型能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力，為鋼軌無(wú)損檢測(cè)提供了一種新 方法，對(duì)保障鋼軌安全運(yùn)行具有重要的意義；
[0014] ②采用激光超聲法，非接觸式，對(duì)鋼軌的表面要求低，檢測(cè)速度快;無(wú)需人工操作， 可自動(dòng)運(yùn)行，通過遠(yuǎn)程控制裝置完成檢測(cè)工作，便利可靠；
[0015] ③采用無(wú)線通訊技術(shù)，可實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù);運(yùn)用太陽(yáng)能供電技術(shù)，無(wú)需提供外來(lái)電 源，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1:本實(shí)用新型裝置主視圖；
[0017]圖2:本實(shí)用新型裝置俯視圖；
[0018] 圖3:本實(shí)用新型下車身內(nèi)部俯視圖；
[0019] 圖4:本實(shí)用新型裝置立體示意圖；
[0020]圖5:本實(shí)用新型裝置原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1~4所示，基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，包括監(jiān)測(cè)小車和 供電組，監(jiān)測(cè)小車包含上車身1、下車身2、車輪3、定位器11和溫度測(cè)量?jī)x12,上車身1連接下 車身2，車輪3通過車軸安裝于上車身1的兩側(cè)，定位器11和溫度測(cè)量?jī)x12安裝于下車身2的 底部;供電組包含太陽(yáng)能板8、太陽(yáng)能支撐架9、轉(zhuǎn)臺(tái)10、太陽(yáng)能控制器13和蓄電池6,太陽(yáng)能 板8、太陽(yáng)能支撐架9、轉(zhuǎn)臺(tái)10安裝于上車身1的頂部，太陽(yáng)能控制器13和蓄電池6置于下車身 2內(nèi)，太陽(yáng)能板8連接太陽(yáng)能控制器13,太陽(yáng)能控制器13連接蓄電池6;上車身1內(nèi)安裝有電機(jī) 7，電機(jī)7的輸出軸與車輪3的車軸驅(qū)動(dòng)連接。
[0022]如圖5,下車身2內(nèi)還設(shè)有激光超聲監(jiān)測(cè)單元B和數(shù)據(jù)分析處理單元C，激光超聲監(jiān) 測(cè)單元B包含脈沖激光器4、激光探針5和信號(hào)調(diào)理放大電路14,數(shù)據(jù)分析處理單元C包含數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器15、處理器16和無(wú)線傳輸模塊17,脈沖激光器4和激光探針5置于下車身2內(nèi)的前后 側(cè)，信號(hào)調(diào)理放大電路14、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器15和無(wú)線傳輸模塊17通過數(shù)據(jù)線與處理器16連接，無(wú) 線傳輸模塊17將處理信息實(shí)時(shí)傳送給鐵路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與維護(hù)中心18。
[0023]另外，定位器11和溫度測(cè)量?jī)x12均與處理器16相連。
[0024] 脈沖激光器4和激光探針5置于下車身2內(nèi)的前后側(cè)，位于同一高度，且與鋼軌A軌 腰處齊平。
[0025] 太陽(yáng)能板8、太陽(yáng)能控制器13、蓄電池6依次連接，蓄電池為所有設(shè)備提供電能，無(wú) 需外來(lái)電源，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。固定太陽(yáng)能板8的固定包括太陽(yáng)能支撐架9和轉(zhuǎn)臺(tái)10,太陽(yáng)能支 撐架9包括第一支撐桿和第二支撐桿，通過螺栓連接固定，第二支撐桿通過螺栓連接轉(zhuǎn)臺(tái) 10。當(dāng)需要調(diào)整太陽(yáng)能板8的角度時(shí)，可松開固定支撐板上的螺母，調(diào)整到合適的角度后，擰 緊固定太陽(yáng)能支撐架9。轉(zhuǎn)臺(tái)10與上車身1連接，轉(zhuǎn)臺(tái)10可繞上車身360度旋轉(zhuǎn)。
[0026]基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的方法，脈沖激光器4發(fā)出脈沖激光作用 于鋼軌，產(chǎn)生超聲波，由激光探針5接收超聲信號(hào)，將測(cè)量的時(shí)間數(shù)值傳送到處理器，根據(jù)對(duì) 傳播時(shí)間和應(yīng)力關(guān)系的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度應(yīng)力的監(jiān)測(cè)。
[0027]激光超聲法測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力原理:激光超聲法是基于聲彈性原理，即傳播在彈性 體中的超聲波的波速，在傳播路徑不同應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生變化。利用脈沖激光器作用于鋼軌 面激發(fā)出超聲波，鋼軌在不同應(yīng)力〇下，波速發(fā)生變化，傳播時(shí)間t發(fā)生變化，根據(jù)超聲波傳 播距離L的時(shí)間來(lái)測(cè)得鋼軌的溫度應(yīng)力，采用如下計(jì)算公式：
[0029] 式中，t表示在應(yīng)力狀態(tài)下，在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的鋼軌中，超聲波傳播時(shí)間；
[0030] 表示零應(yīng)力狀態(tài)下，在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的鋼軌中，超聲波傳播時(shí)間；
[0031] B表示聲彈性系數(shù)；
[0032] 〇表示鋼軌溫度應(yīng)力。
[0033] 綜上所述，本實(shí)用新型提供基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置及其方 法，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力，為鋼軌無(wú)損檢測(cè)提供了一種新方法，對(duì)保障鋼軌安 全運(yùn)行具有重要的意義。
[0034] 采用激光超聲法，非接觸式，對(duì)鋼軌的表面要求低，檢測(cè)速度快;無(wú)需人工操作，可 自動(dòng)運(yùn)行，通過遠(yuǎn)程控制裝置完成檢測(cè)工作，便利可靠;采用無(wú)線通訊技術(shù)，可實(shí)時(shí)傳輸數(shù) 據(jù);運(yùn)用太陽(yáng)能供電技術(shù)，無(wú)需提供外來(lái)電源，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。
[0035] 需要理解到的是：以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些 改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，其特征在于:包括監(jiān)測(cè)小車和供電 組，所述監(jiān)測(cè)小車包含上車身、下車身、車輪、定位器和溫度測(cè)量?jī)x，上車身連接下車身，車 輪通過車軸安裝于上車身的兩側(cè)，定位器和溫度測(cè)量?jī)x安裝于下車身的底部;所述供電組 包含太陽(yáng)能板、太陽(yáng)能支撐架、轉(zhuǎn)臺(tái)、太陽(yáng)能控制器和蓄電池，太陽(yáng)能板、太陽(yáng)能支撐架、轉(zhuǎn) 臺(tái)安裝于上車身的頂部，太陽(yáng)能控制器和蓄電池置于下車身內(nèi)； 所述下車身內(nèi)還設(shè)有激光超聲監(jiān)測(cè)單元和數(shù)據(jù)分析處理單元，激光超聲監(jiān)測(cè)單元包含 脈沖激光器、激光探針和信號(hào)調(diào)理放大電路，數(shù)據(jù)分析處理單元包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、處理器和 無(wú)線傳輸模塊，脈沖激光器和激光探針置于下車身內(nèi)的前后側(cè)，信號(hào)調(diào)理放大電路、數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器和無(wú)線傳輸模塊通過數(shù)據(jù)線與處理器連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，其特征在于： 所述上車身內(nèi)安裝有電機(jī)，電機(jī)的輸出軸與車輪的車軸驅(qū)動(dòng)連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，其特征在于： 所述定位器和溫度測(cè)量?jī)x均與處理器相連。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，其特征在于： 所述太陽(yáng)能板連接太陽(yáng)能控制器，太陽(yáng)能控制器連接蓄電池。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光超聲法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌溫度應(yīng)力的裝置，其特征在于： 所述脈沖激光器和激光探針置于下車身內(nèi)的前后側(cè)，位于同一高度，且與鋼軌軌腰處齊平。
【文檔編號(hào)】G01L1/24GK205498939SQ201620345959
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】馮愛新, 張津超, 薛偉, 趙瑩, 楊海華, 程好, 繆熠楠
【申請(qǐng)人】溫州大學(xué)