本實用新型涉及一種檢測平臺，具體的說是一種軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺，屬于無損檢測領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

車軸是軌道車輛走行部件中的關(guān)鍵受力部件，它既承受來自車體的載荷(走行中施加的牽引力、制動力，)又承受軌道不平引起的行駛中的附加載荷，是一個受力復(fù)雜的零件，因此，車軸很容易產(chǎn)生疲勞破壞等損傷，。國家標(biāo)準(zhǔn)中亦規(guī)定當(dāng)軌道車輛行駛一定里程數(shù)后應(yīng)對車軸進(jìn)行超聲探傷。車軸超聲探傷的傳統(tǒng)方法是在軸的端面及側(cè)面的不同位置布置多個普通直探頭或不同角度的斜探頭，這種方法需要探頭的數(shù)量多，過程繁瑣，且超聲波束難以覆蓋整個車軸，容易發(fā)生漏檢；近年來也出現(xiàn)一些其他超聲探傷平臺，如為滿足不同直徑軸段的要求，將多個不同弧度的探頭安裝在一個探頭支架上，在檢測時，探頭隨探頭支架沿著車軸母線移動，在檢測不同直徑的軸段時，伸出相應(yīng)探頭即可，這種探傷平臺相比傳統(tǒng)方法自動化程度更高，大大提高了檢測效率，但是，其仍然需要多組探頭，對不同規(guī)格的車軸無法通用。

中國專利CN103760237A公開了一種空心軸超聲探傷裝置，采用推拉桿式結(jié)構(gòu)，將探頭伸入空心軸孔中進(jìn)行探傷檢測，這一類方法只適用于空心軸，而目前軌道車輛在用車軸既有空心軸也有實心軸，因此不能全部適用。中國專利CN202870036U公開了一種實心車軸的相控陣超聲檢測裝置，分別在車軸端面和軸頸部位布置相控陣超聲波探頭，難以做到聲波的全面覆蓋，而且對于不同規(guī)格的車軸需要重新設(shè)計布置探頭的位置，通用性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述缺陷，本實用新型解決的關(guān)鍵技術(shù)問題在于提供一種軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺，該探傷平臺可以對現(xiàn)有軌道車輛的各種規(guī)格實心軸或空心軸進(jìn)行全面地自動探傷，結(jié)合說明書附圖，本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺，包括床身1、車軸裝夾裝置、主軸驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)、探測機(jī)構(gòu)、耦合劑噴灑裝置、控制機(jī)構(gòu)和相控陣探傷儀2，其特征在于：

所述探測機(jī)構(gòu)包括軸向探測組件、徑向探測組件以及探頭組件；

所述軸向探測組件安裝于床身之上，通過其中的軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器21驅(qū)動軸向拖板3帶動探頭組件沿待測車軸15的軸向滑移；

所述徑向探測組件安裝于所述軸向拖板3之上，通過其中的徑向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器29驅(qū)動徑向拖板4帶動探頭組件沿待測車軸15的徑向滑移；

所述探頭組件固定安裝在所述徑向拖板上。

所述軸向探測組件還包括軸向絲杠24和軸向?qū)к?3；所述軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器21固定在床身1端部，并與固定在床身1側(cè)面的軸向絲杠24驅(qū)動連接；所述軸向?qū)к?3水平安裝于床身1之上，且所述軸向?qū)к?3與所述軸向絲杠24均沿待測車軸15軸向平行設(shè)置；所述軸向拖板3通過絲套與所述軸向絲杠24配套連接，所述軸向拖板3通過其底部安裝的軸向滑塊28與所述軸向?qū)к?3滑動連接。

所述徑向探測組件還包括徑向絲杠26和徑向?qū)к?7；所述徑向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器29安裝于軸向拖板3端部，并與固定在軸向拖板3上的徑向絲杠26驅(qū)動連接；所述徑向?qū)к?7水平安裝于軸向拖板3之上，且所述徑向?qū)к?7與所述徑向絲杠26均沿待測車軸15徑向平行設(shè)置；所述徑向拖板4通過絲套與所述徑向絲杠26配套連接，所述徑向拖板4通過其底部安裝的徑向滑塊25與所述徑向?qū)к?7滑動連接。

所述控制機(jī)構(gòu)與探測機(jī)構(gòu)控制連接，控制探測機(jī)構(gòu)沿待測車軸15軸向或徑向運動；

所述控制機(jī)構(gòu)包括位于主軸電機(jī)8上的主軸轉(zhuǎn)角編碼器、位于軸向驅(qū)動伺服電機(jī)上的軸向拖板轉(zhuǎn)角編碼器、位于徑向驅(qū)動伺服電機(jī)上的徑向拖板轉(zhuǎn)角編碼器、位于軸向拖板3上的軸向位置距離傳感器、位于徑向拖板4上的徑向位置距離傳感器以及控制器6；

所述軸向位置距離傳感器和徑向位置距離傳感器采集軸向和徑向位置信息并輸送至所述控制器6；所述控制器根據(jù)接收到的位置信息做出判斷和決策，驅(qū)動主軸電機(jī)8、軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及徑向驅(qū)動伺服電機(jī)運轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動主軸轉(zhuǎn)動、軸向拖板3和徑向拖板4移動；各編碼器記錄旋轉(zhuǎn)相位信息并反饋給控制器6。

所述探頭組件中的相控陣探頭10為柔性相控陣超聲換能器，通過控制所述柔性相控陣超聲換能器各陣元發(fā)射超聲信號的相位延遲來控制聲束在水平面及豎直面上的偏轉(zhuǎn)角度。

所述耦合劑噴灑裝置包括集液箱14、導(dǎo)管12、水泵13和噴頭11，所述集液箱14固定在所述軸向拖板3一側(cè)，所述導(dǎo)管12的一端伸入集液箱14底部，另一端通過水泵13與噴頭11連接，所述噴頭11斜向下指向待測車軸15，所述軸向拖板上設(shè)置有通向集液箱14的U型槽，實現(xiàn)耦合劑的回收再利用。

所述相控陣探傷儀2采用C掃描圖像的顯示方式，將待測車軸15的內(nèi)部圖像呈現(xiàn)在顯示屏上，能存儲、回放波形及數(shù)據(jù)，自動顯示缺陷回波位置。

所述車軸裝夾裝置包括三爪卡盤9和尾座18，三爪卡盤9連接在主軸驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)的輸出端；尾座18設(shè)有手輪19、頂尖16和鎖止機(jī)構(gòu)17，安裝于床身1尾座導(dǎo)軌20上，通過旋轉(zhuǎn)手輪調(diào)整尾座18的軸向位置。

所述主軸驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)包括固定在床身1上的主軸電機(jī)8和主軸蝸輪減速箱7，驅(qū)動待測車軸15旋轉(zhuǎn)。

所述床身1采用角鋼骨架，表面材質(zhì)為鋼板，并通過地腳螺栓22固定在地面上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果在于：

本實用新型所述探傷平臺可以對現(xiàn)有軌道車輛各種規(guī)格的實心軸、空心軸進(jìn)行全面地自動探傷，探傷速度快、自動化程度高、覆蓋范圍全面、具有較高的探測精度。

附圖說明

圖1為本實用新型的軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺正面立體視圖；

圖2為本實用新型的軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺背面立體視圖；

圖3為本實用新型的軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺的主視圖；

圖4為本實用新型的軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺的俯視圖；

圖5為本實用新型的軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺中的探測機(jī)構(gòu)部分放大圖；

圖6為本實用新型的軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺中的主軸驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)放大圖；

圖7為本實用新型的軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺的結(jié)構(gòu)組成框圖；

圖8為本實用新型的軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺中的探測機(jī)構(gòu)運動示意圖。

圖中：

1—床身；2—相控陣探傷儀；3—軸向拖板；4—徑向拖板；5—探頭支架；6—控制器；7—主軸渦輪減速箱；8—主軸電機(jī)；9—三爪卡盤；10—相控陣探頭；11—噴頭；12—導(dǎo)管；13—水泵；14—集液箱；15—待測車軸；16—頂尖；17—鎖止機(jī)構(gòu)；18—尾座；19—手輪；20—尾座導(dǎo)軌；21—軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器；22—地腳螺栓；23—軸向?qū)к墸?4—軸向絲杠；25—徑向滑塊；26—徑向絲杠；27—徑向?qū)к墸?8—軸向滑塊；29—徑向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器。

具體實施方式

下面通過說明書附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1、圖2、圖3、圖4和圖7所示，本實用新型公開了一種軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺，包括床身1、車軸裝夾裝置、主軸驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)、探測機(jī)構(gòu)、耦合劑噴灑裝置、控制機(jī)構(gòu)、相控陣探傷儀2以及相關(guān)連接件；

所述床身1作為其余各部件安裝及承接的基礎(chǔ)，采用角鋼骨架，其主體表面由鋼板制成，并采用地腳螺栓22固定在地面上；

如圖6所示，所述主軸驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)包括固定在床身1上的主軸電機(jī)8和主軸蝸輪減速箱7，用于驅(qū)動待測車軸旋轉(zhuǎn)。

所述車軸裝夾裝置包括三爪卡盤9和尾座18，三爪卡盤9連接在主軸渦輪減速箱7的輸出端，一方面對待測車軸15進(jìn)行定位和夾緊，另一方面用于將減速箱內(nèi)減速齒輪的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給待測車軸15；尾座18帶有手輪19、頂尖16和鎖止機(jī)構(gòu)17，安裝于床身的尾座導(dǎo)軌20上，對于不同長度的車軸，可通過旋轉(zhuǎn)手輪19調(diào)整尾座18的軸向位置，并通過鎖止機(jī)構(gòu)17固定，以使頂尖16頂緊待測車軸15。

所述探測機(jī)構(gòu)由軸向探測組件、徑向探測組件以及探頭組件組成。

如圖5所示，軸向探測組件包括軸向拖板3、軸向絲杠24、軸向?qū)к?3和軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器21。

徑向向探測組件徑向拖板4、軸向絲杠24、徑向絲杠26、徑向?qū)к?7和徑向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器29。

探頭組件包括探頭支架5和相控陣探頭10。

所述軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器21固定在床身1尾端的側(cè)板上，與軸向絲杠24相連接，所述軸向拖板3一側(cè)固定有與其相配合的絲套，軸向拖板3底部裝有與軸向?qū)к?3相配合的一組軸向滑塊28，所述軸向?qū)к?3通過螺栓固定在床身1上表面的兩側(cè)。

所述徑向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器29安裝在軸向拖板3上，與徑向絲杠26相連接，所述徑向拖板4底部固定有與其相配合的絲套，徑向拖板4底部還裝有與徑向?qū)к?7相配合的一組徑向滑塊25，所述徑向?qū)к?7通過螺栓固定在軸向拖板3上表面的兩側(cè)。

所述探頭支架5通過螺栓連接在徑向拖板4上，相控陣探頭10安裝在探頭支架5上。

所述相控陣探頭10采用柔性相控陣超聲換能器。通過控制換能器各陣元發(fā)射超聲信號的相位延遲來控制聲束在水平面及豎直面上的偏轉(zhuǎn)角度。傳統(tǒng)的超聲換能器為剛性結(jié)構(gòu)，為保證超聲換能器與工件表面無縫接觸，在檢測不同軸徑的軸段時須采用不同曲率的超聲換能器，因此檢測一根車軸往往需要4種以上的超聲換能器，本實用新型采用柔性相控陣超聲換能器，各陣元之間可相對運動，只要將所述柔性相控陣超聲換能器向車軸表面略微壓緊，便會與車軸表面自然貼合，因此僅需采用一個柔性相控陣超聲換能器即可檢測不同直徑的軸段。

所述探測機(jī)構(gòu)可根據(jù)控制器的控制，使軸向驅(qū)動伺服電機(jī)和徑向驅(qū)動伺服電機(jī)帶動軸向絲杠24和徑向絲杠26運轉(zhuǎn)，從而帶動軸向拖板3和徑向拖板4分別沿軸向?qū)к?3和徑向?qū)к?7移動，從而使固定在徑向拖板4上的探頭支架5帶動相控陣探頭10沿待測車軸15的軸向及徑向運動，對不同長度和直徑的軸段進(jìn)行超聲探傷；

如圖7所示，所述控制機(jī)構(gòu)包括主軸轉(zhuǎn)角編碼器、軸向拖板轉(zhuǎn)角編碼器、徑向拖板轉(zhuǎn)角編碼器、軸向位置距離傳感器、徑向位置距離傳感器以及控制器6，其中主軸轉(zhuǎn)角編碼器位于主軸電機(jī)8上，軸向拖板轉(zhuǎn)角編碼器位于軸向驅(qū)動伺服電機(jī)上，徑向拖板轉(zhuǎn)角編碼器位于 徑向驅(qū)動伺服電機(jī)上，軸向位置距離傳感器位于軸向拖板3上，徑向位置距離傳感器位于徑向拖板4上。所述軸向位置距離傳感器和徑向位置距離傳感器采集軸向和徑向位置信息并輸送至上位控制器6，控制器6根據(jù)接受到的位置信息做出判斷和決策，驅(qū)動主軸電機(jī)、軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及徑向驅(qū)動伺服電機(jī)運轉(zhuǎn)，帶動主軸運轉(zhuǎn)、軸向拖板3和徑向拖板4移動，從而產(chǎn)生探頭對車軸的掃查運動。各編碼器記錄旋轉(zhuǎn)相位信息并反饋給控制器6。

所述相控陣探傷儀采用C掃描圖像的顯示方式，將待測車軸15的內(nèi)部圖像呈現(xiàn)在顯示屏上，并且可以自由存儲、回放波形及數(shù)據(jù)，自動顯示缺陷回波位置。

所述無損探傷平臺可以對現(xiàn)有軌道車輛各種規(guī)格的實心軸、空心軸進(jìn)行自動探傷。

如圖5所示，所述耦合劑噴灑裝置包括集液箱14、導(dǎo)管12、水泵13和噴頭11，集液箱14固定在軸向拖板3一側(cè)，導(dǎo)管12末端伸入集液箱14底部，另一端通過水泵13與噴頭11連接，噴頭11斜向下指向待測車軸15，軸向拖板3上設(shè)置有通向集液箱14的U型槽，使耦合劑可經(jīng)該槽自動流回集液箱回收再利用。

如圖8所示，采用本實用新型對車軸進(jìn)行無損探傷的具體工作過程如下：

1、數(shù)據(jù)調(diào)用過程；

首先啟動軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺，在控制器6的控制面板上輸入待測車軸15的型號，控制系統(tǒng)將自動調(diào)用相應(yīng)型號車軸的尺寸數(shù)據(jù)。

2、車軸裝夾過程；

將待測車軸15放置于軌道車輛車軸相控陣超聲探傷平臺上，一端通過三爪卡盤9定位、夾緊，隨后旋轉(zhuǎn)尾座18上的手輪19，使尾座18在尾座導(dǎo)軌20上滑動，直到頂尖頂16緊車軸的另一端，最后控制鎖止機(jī)構(gòu)17使尾座18的位置固定，裝夾過程完畢。

3、車軸探傷過程；

1)軸向位置距離傳感器檢測軸向拖板3的位置信號，徑向位置距離傳感器檢測徑向拖板4的位置信號，二者均將檢測到的距離數(shù)據(jù)傳給上位控制器6，控制器6將接收到的數(shù)據(jù)與上述第一步中調(diào)用的待測車軸15的尺寸數(shù)據(jù)相對比，計算出此時相控陣探頭10的軸向位置以及相控陣探頭10與待測車軸15的徑向距離，并將此距離換算成徑向驅(qū)動伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，向其發(fā)出控制指令，位于徑向驅(qū)動伺服電機(jī)內(nèi)部的徑向拖板轉(zhuǎn)角編碼器向控制器6反饋轉(zhuǎn)角信息，該命令執(zhí)行的結(jié)果是相控陣探頭10徑向移動直到緊貼待測車軸15表面；

2)隨后控制器控制軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器21開始運轉(zhuǎn)，帶動相控陣探頭10探測該段車軸，當(dāng)所調(diào)用的車軸尺寸中出現(xiàn)軸徑變化的數(shù)據(jù)時，控制器6控制軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器21暫停運轉(zhuǎn)，并重復(fù)上述1)步過程，待徑向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器29帶動徑向拖板4調(diào)整相控陣探頭10的徑向位置，直到相控陣探頭10與該段車軸貼合以后，軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器21繼續(xù)運轉(zhuǎn)，繼續(xù)探測下一軸段，直到整個車軸檢測完畢。

4、耦合劑噴灑過程；

在上述第三步的整個探傷過程中，控制器6控制耦合劑噴灑裝置的水泵13與軸向驅(qū)動伺服電機(jī)及減速器21一起運轉(zhuǎn)，即當(dāng)相控陣探頭10沿軸向探測待測車軸15時噴灑耦合劑，當(dāng)軸向運動停止、相控陣探頭10調(diào)整徑向位置時，耦合劑不噴灑。水泵13的運轉(zhuǎn)使集液箱14中的耦合劑通過導(dǎo)管12和噴頭11噴灑到待測車軸15上，耦合劑將自動充滿相控陣探頭10與待測車軸15接觸位置的縫隙，使超聲波束更好的入射工件。

5、回波信號的處理與顯示過程；

在上述第三步的整個探傷過程中，控制器6控制柔性相控陣超聲換能器的各個陣元以一定規(guī)律的相位延遲來發(fā)射和接收超聲信號，從而控制聲束的偏轉(zhuǎn)角度，發(fā)射出的超聲波束遇到工件表面或工件內(nèi)部缺陷時會發(fā)生反射，各陣元接收到超聲回波信號以后經(jīng)過前置放大、程控放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換等處理后得到數(shù)字化超聲信號，送往存儲器存儲，并采用C掃描顯示方式，將工件內(nèi)部截面圖像呈現(xiàn)在相控陣探傷儀2的顯示屏上。