本發(fā)明涉及一種隧道襯砌無損檢測裝置，具體地說是一種通過本裝置自動對運營鐵路隧道襯砌表面敲擊，采集聲音信號進行分析，通過解析音頻信號獲得鐵路隧道襯砌的結(jié)構(gòu)參數(shù)、空洞等隧道健康狀況信息，實現(xiàn)對運營鐵路隧道襯砌無損檢測的裝置。

背景技術(shù)：

運營鐵路隧道的健康狀況關(guān)系著鐵路軌道交通運輸?shù)陌踩?，因此對鐵路隧道襯砌定期開展全面綜合的檢測對鐵路的安全運輸起著至關(guān)重要的作用。尤其運營多年的鐵路隧道襯砌可能存在滲漏水、襯砌變形、襯砌后背脫空、淺層空洞、空隙、掉塊等病害現(xiàn)象，需對其進行檢測。目前對運營鐵路隧道襯砌檢測的方法可以分為有損檢測和無損檢測兩類，有損檢測不僅破壞了隧道的襯砌結(jié)構(gòu)，而且具有檢測速度慢、代表性差等缺點；各種無損檢測法則能在不破壞檢測對象的條件下對測試體進行較為準確地檢測，但運營鐵路隧道遇到某些特殊環(huán)境或特別需要時，由于其中的一些無損方法自身存在局限，如早期隧道襯砌檢測采用人工敲擊，檢測效率低、客觀性不好、勞動強度大等弊病。隨著運營鐵路隧道的不斷增多，為保證運營鐵路隧道安全，需要開發(fā)出滿足運營鐵路隧道襯砌無損檢測的裝置，實現(xiàn)對運營隧道的自動化檢測，用于解決人工敲擊檢測勞動強度大、檢測效率低和效果差等問題。

運營鐵路隧道襯砌的檢測環(huán)境較為復(fù)雜，檢測的時間段及時間長短受運營狀態(tài)嚴格的限制，稱為“天窗時間”，且隧道檢測的地點及檢測時所用的工程車不固定，要求隧道檢測設(shè)備裝拆方便；加上運營隧道類型尺寸各異，有高鐵隧道和普通鐵路隧道、單線隧道和雙線隧道之分，要求一套隧道檢測裝備既能滿足同一隧道不同測線的檢測要求，又能滿足多尺寸類型的隧道檢測的要求；對運營鐵路隧道檢測時，還要求隧道襯砌檢測裝備操作簡單、可靠性高，即使普通操作人員也應(yīng)能完成檢測；另一個要求是隧道檢測裝備的檢測結(jié)果需可靠、受外界環(huán)境及人為因素影響小、客觀性強。根據(jù)上述隧道對檢測的要求，因此很有必要從多角度、多層面研究和開發(fā)運營鐵路隧道襯砌無損檢測裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要解決的現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而提供一種適應(yīng)性強、裝拆方便、操作簡單、經(jīng)濟實用、檢測客觀性強、檢測面積大、檢測效率高，能適用于各種尺寸類型的運營鐵路隧道襯砌進行自動的無損檢測的隧道襯砌無損檢測裝置。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種隧道襯砌無損檢測裝置，包括順序安裝的帶剎車萬向腳輪、工作臺、距離微調(diào)組件、高度調(diào)整組件、自動敲擊組件和外設(shè)的上位機；

所述的帶剎車萬向腳輪安裝在工作臺底座下端，用于裝置的移動、轉(zhuǎn)運和剎車固定；

所述的工作臺設(shè)有工作臺面、底座和扶梯，工作臺用于支撐工作臺面上安裝的距離微調(diào)組件，及距離微調(diào)組件上方的高度調(diào)整組件和自動敲擊組件，扶梯用于操作人員上到工作臺面上，操作自動敲擊組件與隧道襯砌的距離微調(diào)及高度調(diào)整；

所述的距離微調(diào)組件包含步進電機A、減速器A、前支撐座、滾珠絲杠、絲杠螺母、直線導(dǎo)軌、鋁型材、滑塊、后支撐座、上支撐板、滾珠絲杠軸承座和聯(lián)軸器，步進電機A和減速器A通過螺釘固定在前支撐座上，滾珠絲杠通過滾珠絲杠軸承座和后支撐座支撐，減速器A輸出軸與滾珠絲杠軸通過聯(lián)軸器連接，直線導(dǎo)軌通過螺釘固定在鋁型材上，上支撐板通過螺釘與絲杠螺母及滑塊連接，高度調(diào)整組件通過螺釘固定在上支撐板上；步進電機A轉(zhuǎn)動時帶動減速器A及滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠螺母平動，帶動滑塊及滑塊上部的上支撐板、高度調(diào)整組件、自動敲擊組件整體移動，實現(xiàn)自動敲擊組件與被測隧道襯砌壁距離的微調(diào)；

所述的高度調(diào)整組件包括支撐桿、動力傳動部件、圓柱齒條桿、斜支撐桿，支撐桿通過螺釘固定在距離微調(diào)組件的上支撐板上，動力傳動部件中設(shè)有蝸輪蝸桿、把手和齒輪，動力傳動部件安裝在支撐桿上，圓柱齒條桿通過動力傳動部件插裝在支撐桿中，斜支撐桿一端與圓柱齒條桿固連，另一端與自動敲擊組件固連；轉(zhuǎn)動動力傳動部件上的把手，通過蝸輪蝸桿傳動、齒輪及圓柱齒條桿的齒條傳動，實現(xiàn)圓柱齒條桿上升或下降，從而固連在圓柱齒條桿上的斜支撐桿帶動自動敲擊組件實現(xiàn)高度的調(diào)整；

所述的自動敲擊組件包括步進電機B、減速器B、組件安裝板、固定彈簧座、彈簧、錘頭、皮帶輪、麥克風(fēng)安裝座、麥克風(fēng)、彈簧安裝板和L型安裝板，所述的步進電機B、減速器B和麥克風(fēng)安裝座分別通過螺釘固定在組件安裝板上，皮帶輪過盈配合安裝在減速器B輸出軸上，皮帶輪上固連有四個固定彈簧座，四個彈簧通過彈簧安裝板分別與L型安裝板及固定彈簧座固連，四個錘頭與L型安裝板固連，麥克風(fēng)安裝在麥克風(fēng)安裝座上；步進電機B帶動減速器B轉(zhuǎn)動，進而帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶輪上安裝的固定彈簧座、彈簧帶動錘頭轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)錘頭對隧道襯砌的敲擊，四個錘頭用于增加敲擊頻率，并以相同間距敲擊襯砌滿足檢測密度的要求，麥克風(fēng)用于將敲擊的聲波信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過采集卡將電信號傳輸至外設(shè)的上位機中；

上位機安裝有解析軟件，用于聲波信號采集、存儲、處理，解析出運營鐵路隧道襯砌的健康狀況。

所述的工作臺、距離微調(diào)組件、高度調(diào)整組件和自動敲擊組件均采用模塊化設(shè)計。模塊化設(shè)計使各組件拆裝方便，滿足運營鐵路隧道檢測“天窗時間”對檢測時間段及時間長短限制，同時滿足轉(zhuǎn)運至其他隧道的裝拆要求。

所述的裝置工作時采用鋼管、腳手架直角扣件將裝置固定在鐵路工程車上，并由火車頭拖動鐵路工程車及裝置在運行過程中實施對隧道襯砌自動敲擊和檢測。采用鋼管、腳手架直角扣件固定裝置，目的是防止裝置在運行和敲擊過程中在鐵路工程車上竄動，保證裝置工作時的穩(wěn)定性。

所述的高度調(diào)整組件在圓柱齒條桿上固連的斜支撐桿及自動敲擊組件有1～4個，當(dāng)圓柱齒條桿上固連2～4個的斜支撐桿及自動敲擊組件時，實現(xiàn)同一隧道中2～4條測線的同時檢測。

本發(fā)明的隧道襯砌無損檢測裝置在工作臺的底座下方設(shè)有帶剎車萬向腳輪，裝置在非工作狀態(tài)時，帶剎車萬向腳輪可方便地將裝置移動至室內(nèi)以保護電氣、設(shè)備安全；裝置在工作狀態(tài)時，帶剎車萬向腳輪將裝置推到鐵路工程車上，先將自動敲擊組件粗調(diào)整至與隧道襯砌壁接近的位置，然后通過距離微調(diào)組件、高度調(diào)整組件進一步精確調(diào)整自動敲擊組件與隧道襯砌壁的距離，使錘頭按設(shè)定的力度可靠地敲擊隧道襯砌壁。設(shè)計的距離微調(diào)組件、高度調(diào)整組件可滿足裝置在同一隧道不同測線的檢測要求，及能適應(yīng)多尺寸類型的隧道檢測要求。

本發(fā)明的檢測裝置工作時只需通過調(diào)整距離微調(diào)組件、轉(zhuǎn)動動力傳動部件的把手，進行自動敲擊組件位置調(diào)整的操作，操作簡單，普通操作人員都可完成；再通過上位機控制和調(diào)整，保證四個錘頭每次以固定的間隔距離、固定的力度敲擊隧道襯砌，避免人力敲擊不同的敲擊密度、力度的差異造成的檢測誤差，在較大程度上提高了敲擊檢測的客觀性；同時可通過更換不同勁度系數(shù)的彈簧以及調(diào)整錘頭與隧道襯砌壁的距離均可獲得不同敲擊力度，增加本發(fā)明檢測裝置的適應(yīng)性；另外，自動敲擊組件采用彈簧的結(jié)構(gòu)也避免了隧道襯砌壁對裝置的剛性沖擊，保證錘頭在敲擊后能滑過隧道襯砌壁，避免錘頭卡死情況；安裝的四個錘頭，增加了檢測時敲擊的頻率，以及通過固定的敲擊相隔距離滿足敲擊檢測密度的要求。

本發(fā)明的隧道襯砌無損檢測裝置采用自動敲擊隧道襯砌表面采集并解析聲波信號的方式，實現(xiàn)對運營隧道的某條測線連續(xù)檢測，檢測效率高、檢測面積大，具有波場信息豐富、探測精度較高等特點，同時對聲波信號采集、存儲、處理都是由外設(shè)的上位機一體化完成，自動化程度高。

本發(fā)明的隧道襯砌無損檢測裝置具有如下優(yōu)點：

⑴、本發(fā)明的隧道襯砌無損檢測裝置采用模塊化的設(shè)計，各模塊裝拆均很方便，裝置總裝配也很容易，能滿足“天窗時間”及轉(zhuǎn)運至不同隧道的要求。

⑵、本發(fā)明的隧道襯砌無損檢測裝置適應(yīng)能力強，通過工作臺、距離微調(diào)組件、高度調(diào)整組件能調(diào)整自動敲擊組件與隧道壁的距離，滿足多尺寸類型的隧道檢測及同一隧道不同測線的檢測要求。

⑶、本發(fā)明的隧道襯砌無損檢測裝置操作簡單、采用錘頭自動敲擊、上位機一體化對聲波信號采集、存儲、處理，自動化程度高、檢測過程客觀性強，尤其在裝置上安裝多個自動敲擊組件對同一隧道中多條測線的同時檢測時，可以數(shù)倍地提高檢測效率。

⑷、本發(fā)明的裝置對隧道襯砌為無損檢測，檢測精度高，檢測結(jié)果可靠，檢測后對隧道襯砌的狀況判斷快速，性價比高，本發(fā)明的檢測裝置具有很好的推廣應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的隧道襯砌無損檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明檢測裝置的距離微調(diào)組件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明檢測裝置的自動敲擊組件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的檢測裝置工作時狀態(tài)側(cè)視示意圖。

圖5為本發(fā)明的檢測裝置檢測隧道時的正視圖。

上述圖中：1—鐵路工程車，2—帶剎車萬向腳輪，3—工作臺，3.1—底座，3.2—扶梯，3.3—工作臺面，4—距離微調(diào)組件，4.1—步進電機A，4.2—減速器A，4.3—前支撐座，4.4—滾珠絲杠，4.5—絲杠螺母，4.6—直線導(dǎo)軌，4.7—鋁型材，4.8—滑塊，4.9—后支撐座，4.10—上支撐板，4.11—滾珠絲杠軸承座，4.12—聯(lián)軸器，5—高度調(diào)整組件，5.1—支撐桿，5.2—動力傳動部件，5.3—圓柱齒條桿，5.4—斜支撐桿，6—自動敲擊組件，6.1—步進電機B，6.2—減速器B，6.3—組件安裝板，6.4—固定彈簧座，6.5—彈簧，6.6—錘頭，6.7—皮帶輪，6.8—麥克風(fēng)安裝座，6.9—麥克風(fēng)，6.10—彈簧安裝板，6.11—L型安裝板，7—鋼管，8—腳手架直角扣件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的隧道襯砌無損檢測裝置作進一步說明，但本發(fā)明的實施不限于此。

實施例1：本發(fā)明提供一種隧道襯砌無損檢測裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括帶剎車萬向腳輪2、工作臺3、距離微調(diào)組件4、高度調(diào)整組件5、自動敲擊組件6和外設(shè)的上位機。

所述的帶剎車萬向腳輪2安裝在工作臺3的底座3.1下端，用于在工作狀態(tài)時調(diào)整好裝置的位置，并鎖住帶剎車萬向腳輪的剎車閘進行隧道襯砌檢測，及在非檢測工作狀態(tài)時使用帶剎車萬向腳輪很方便裝置的移動和轉(zhuǎn)運。

所述的工作臺3設(shè)有底座3.1、扶梯3.2和工作臺面3.3，工作臺面和底座用于支撐工作臺面上安裝的距離微調(diào)組件4，及距離微調(diào)組件上方的高度調(diào)整組件5和自動敲擊組件6，扶梯用于操作人員上到工作臺面上，進行自動敲擊組件與隧道襯砌壁距離微調(diào)及高度調(diào)整等操作。

所述的距離微調(diào)組件4如圖2所示，包含步進電機A4.1、減速器A4.2、前支撐座4.3、滾珠絲杠4.4、絲杠螺母4.5、直線導(dǎo)軌4.6、鋁型材4.7、滑塊4.8、后支撐座4.9、上支撐板4.10、滾珠絲杠軸承座4.11、聯(lián)軸器4.12。步進電機A和減速器A通過螺釘固定在前支撐座上，滾珠絲杠通過滾珠絲杠軸承座和后支撐座支撐，減速器A輸出軸與滾珠絲杠軸通過聯(lián)軸器連接，直線導(dǎo)軌通過螺釘固定在鋁型材上，鋁型材選擇4040鋁型材，上支撐板通過螺釘與絲杠螺母及滑塊連接，自動敲擊組件6通過螺釘固定在上支撐板上，步進電機A4.1轉(zhuǎn)動帶動減速器A4.2及滾珠絲杠4.4轉(zhuǎn)動，絲杠螺母4.5平動，帶動滑塊4.8及滑塊上部的上支撐板4.10、高度調(diào)整組件5、自動敲擊組件6整體移動，實現(xiàn)自動敲擊組件與被測隧道壁距離的微調(diào)；

所述的高度調(diào)整組件參見圖1，包括支撐桿5.1、動力傳動部件5.2、圓柱齒條桿5.3、斜支撐桿5.4。支撐桿通過螺釘固定在距離微調(diào)組件的上支撐板4.10上，動力傳動部件中設(shè)有蝸輪蝸桿、把手和齒輪，動力傳動部件安裝在支撐桿上，圓柱齒條桿通過動力傳動部件插裝在支撐桿中，有1根斜支撐桿5.4一端焊在圓柱齒條桿上，另一端焊在自動敲擊組件6的組件安裝板6.3上；轉(zhuǎn)動動力傳動部件5.2上的把手，通過蝸輪蝸桿傳動、齒輪及圓柱齒條桿5.3的齒條傳動，實現(xiàn)圓柱齒條桿上升或下降，從而固連在圓柱齒條桿上的斜支撐桿帶動自動敲擊組件實現(xiàn)高度的調(diào)整。

所述的自動敲擊組件6參見圖3，包括步進電機B6.1、減速器B6.2、組件安裝板6.3、固定彈簧座6.4、彈簧6.5、錘頭6.6、皮帶輪6.7、麥克風(fēng)安裝座6.8、麥克風(fēng)6.9、彈簧安裝板6.10和L型安裝板6.11；所述的步進電機B、減速器B、麥克風(fēng)安裝座分別通過螺釘固定在組件安裝板上，皮帶輪過盈配合安裝在減速器B輸出軸上，皮帶輪上固連有四個固定彈簧座，四個彈簧通過彈簧安裝板分別與L型安裝板及固定彈簧座固連，四個錘頭與L型安裝板固連，麥克風(fēng)安裝在麥克風(fēng)安裝座上；步進電機B帶動減速器B轉(zhuǎn)動，進而帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶輪上安裝的固定彈簧座6.4、彈簧6.5帶動錘頭6.6轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)錘頭對隧道襯砌的敲擊，安裝的四個錘頭用于增加敲擊頻率，且每個錘頭敲擊的間距相同，滿足敲擊檢測密度的要求，麥克風(fēng)6.9用于將敲擊的聲波信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過采集卡將電信號傳輸至外設(shè)的上位機；

上位機安裝有解析軟件，用于聲波信號采集、存儲、處理，解析出運營隧道襯砌的健康狀況。

所述的工作臺3、距離微調(diào)組件4、高度調(diào)整組件5和自動敲擊組件6均采用模塊化設(shè)計。本發(fā)明的裝置設(shè)計的距離微調(diào)組件、高度調(diào)整組件可滿足同一隧道不同測線的檢測要求，也能適應(yīng)多尺寸類型的隧道襯砌檢測的要求。

本發(fā)明的檢測裝置采用模塊化設(shè)計，其裝配過程為：

a、首先將工作臺3的底座下帶剎車萬向腳輪2安裝好并鎖住；

b、裝配好距離微調(diào)組件4，然后將其整體抬至工作臺面3.3上，通過螺栓使距離微調(diào)組件與工作臺面固連；

c、裝配好高度調(diào)整組件5、自動敲擊組件6，將高度調(diào)整組件5的斜支撐桿5.4一端焊在圓柱齒條桿5.3上，另一端焊在自動敲擊組件6的組件安裝板6.3上，然后將其整體安裝至距離微調(diào)組件4的上支撐板4.10上，完成裝配。

本裝置拆卸過程與裝配過程相反，模塊化設(shè)計使隧道襯砌無損檢測裝置裝拆方便。

將上述隧道襯砌無損檢測裝置應(yīng)用于運營的鐵路隧道襯砌檢測，操作步驟如下：

⑴、工作前，首先將本發(fā)明的檢測裝置整體抬到鐵路工程車1上，移動帶剎車萬向腳輪2、工作臺3，同時通過高度調(diào)整組件5，對自動敲擊組件6高度及與隧道襯砌壁的距離做初步調(diào)整，使自動敲擊組件6與隧道襯砌壁的高度及距離在錘頭6.6敲擊范圍內(nèi)。

⑵、通過距離微調(diào)組件4微調(diào)自動敲擊組件6與隧道襯砌壁的距離，滿足對某條測線敲擊位置及力度的要求，距離調(diào)整好后，將兩根鋼管7穿過工作臺3的底座上焊接的方鋼壓住工作臺，兩根鋼管之間用腳手架直角扣件8固定，如圖4所示，保證裝置工作時的穩(wěn)定性。

⑶、開啟自動敲擊組件6的步進電機B6.1開關(guān)，步進電機B6.1、減速器B6.2旋轉(zhuǎn)帶動錘頭6.6旋轉(zhuǎn)對隧道襯砌面進行敲擊，麥克風(fēng)6.9用于將敲擊的聲波信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后通過采集卡將電信號傳輸至上位機中，上位機采集、存儲、處理檢測到的數(shù)據(jù)，上位機中軟件解析出運營隧道襯砌的健康狀況。參見如圖5，圖5為隧道襯砌無損檢測裝置對某條隧道測線進行敲擊檢測的工作圖。

實施例2：本發(fā)明提供一種隧道襯砌無損檢測裝置，其結(jié)構(gòu)、裝配過程及檢測操作步驟與實施例1基本相同，不同的只是裝置在所述的高度調(diào)整組件5的圓柱齒條桿上固連有4個斜支撐桿5.4及自動敲擊組件6，可以實現(xiàn)同一隧道中4條測線的同時檢測。

實施例3：本發(fā)明提供一種隧道襯砌無損檢測裝置，其結(jié)構(gòu)與實施例2相同，即在所述的高度調(diào)整組件5的圓柱齒條桿上固連有4個斜支撐桿5.4及自動敲擊組件6，不同的只是使用時將本發(fā)明2臺這樣相同結(jié)構(gòu)的檢測裝置固定在同一鐵路工程車1上，實現(xiàn)單線鐵路隧道8條測線的同時檢測。

本發(fā)明的隧道襯砌無損檢測裝置采用模塊化設(shè)計，裝拆方便、操作簡單。本裝置對隧道襯砌的檢測為無損檢測，檢測客觀性好，檢測面大，檢測效率高、檢測結(jié)果可靠，檢測后對隧道襯砌的狀況判斷快速，具有很好的推廣應(yīng)用前景。