学文网摘要：随着铁路向着高速、重载发展，钢轨损伤不断加剧。铁路钢轨无损检测技术有射线探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、超声探伤、计算机断层成像技术等探伤技术。目前我国主要采用的是磁粉探伤和超声探伤技术。磁粉探伤成本低，技术也比较成熟，但是探伤速度较低，容易影响运输效率。因此利用超声波探伤已经引起广泛关注，并投入大量的人力物力致力于基于超声波探伤的高速钢轨探伤车的研究。
关键词：铁路 钢轨 探伤
Abstract: with the development of high speed, heavy rail, rail damage growing. Rail NDT technology is ray flaw detection, magnetic particle testing, penetrant testing, eddy current testing, ultrasonic testing, computer tomography technology, testing technology. Magnetic particle inspection cost is low, technology is mature, but the detection speed is low, easy to influence the transport efficiency. Therefore the use of ultrasonic testing has aroused widespread concern, research and a large amount of manpower and material resources dedicated to high-speed track inspection car based on ultrasonic flaw detection.
Keywords: railway rail flaw detection
中***分类号：F407.1文献标识码A 文章编号
1超声波探伤原理
超声波是指频率为超过20kHz的声波，探伤利用了其三个特性：
发射特性：当超声波由一种介质进入另一种介质的时候会发生反射，当介质密度相差悬殊时，声波几乎完全反射回来。
衰减特性：在传播过程中，由于受到介质或者杂质的阻碍，强度会产生衰减。
声速特性：在同样条件下，其在同一介质中传播速度为常数，这是进行测量的基础。
对钢轨进行探伤基本原理是利用声波在不同介质中的传播特性，用200kHz的声波射人钢轨中，当遇到钢轨损伤时，根据反射回来的信号，即可判断伤痕的大小及位置。在探伤仪上安装有不同角度的探头，分别检查不同部位的损伤。如70度角探头可探轨头内的核伤或横裂纹，37.5度角探头可探轨腰及螺栓孔损伤，垂直探头发射纵波，可探轨头轨腰轨底的水平裂纹、纵裂纹。
超声波探伤中应用最广泛的方法是脉冲反射法，它是根据反射脉冲信号幅度及其在荧光屏上显示的位置来判断缺陷的方法。脉冲反射法具有适用范围广、探伤灵敏度高、缺陷定位正确、操作方便等优点。缺点是反射波受缺陷取向影响，超声波在传播过程中衰减大，对近表面的探测能力差。
2 探伤走行小车的研制
探伤走行小车是为超声波轮探头及其对中动作部件提供安装基础的一种走行装置，安装在钢轨探伤车检测车的中部车体底架上，通过提升装置对小车进行控制，在不进行探伤检测时，探伤小车可以吊起并锁紧。为满足钢轨探伤车80km/h的探伤检测速度，对小车的各项技术要求和性能指标有更高的要求。
2.1 探伤小车结构
探伤小车的总体结构主要由：构架、平行四杆连接装置、左右车轮架、探伤装置安装架、探伤装置、轨距跟踪装置、牵引装置、起吊装置、横向对中锁紧装置、垂向锁紧装置、四连杆装置、加压装置、速度传感装置等十三个部分组成。另外探伤小车还安装了轨面清扫装置，主要应对北方冬季低温的作业环境。结构如***1所示。
***1 探伤小车整体结构***
2.2 走行小车设计要求
为适应80km/h探伤速率要求，探伤小车性能必须达到以下目标(1)
A 不脱轨、不颠覆、不失稳。
B 运行平稳，且不影响探伤车辆的运行安全。
C 顺利通过曲线。
D 各部件满足强度要求，结构尽量简单。
E 兼顾性能指标、可靠性指标和经济性指标三者协调。
F 下车抬起锁紧后应满足车辆界限要求，满足探伤超声传感器和对中伺服系统的安装要求。
2.3 走行小车几个关键问题的解决方案
走行小车，作为探伤检测的一个关键部分，其作业非常重要，它是探伤轮探头的载体，为了使轮探头顺利在钢轨表面行走，必须有自动对中能力，同时还需要有升降功能，在检测停止时保护轮探头不受损伤。超声波的发生和接收装置都安装在探轮内，由于超声波的传播特性，要求小车对探轮有一定的下压力，同时能够喷洒耦合水使探轮与钢轨之间保持全面接触。本文就以上几个关键问题设计走行小车。
2.3.1 小车提升和自动对中系统
小车的提升和自动对中采用液压系统控制，其原理***如***2所示。
***2 液压系统原理***
小车液压系统有两个液压泵，一个为380V主液压泵，另一个为24V紧急液压泵，两个液压泵并联在液压系统中，当有小车提升或降落动作时，高压液压油在380V液压泵的动力作用下从液压油箱出发，经油冷器进入电磁溢流阀、电磁换向阀、单向阀、单向节流阀进入小车提升液压缸，然后再通过单向阀、滤油器、单向阀、液压泵回到液压油箱，形成一个完整的液压油回路。在液压回路有一电磁溢流阀，它是两个溢流阀组合在一起，当小车提升或降落时，通过电控系统的PLC输出给电磁溢流阀的电磁阀，接通高压溢流回路，系统压力可达8MPa，为小车提升提供足够的压力，而小车处于停止状态时（小车没有提升或降落动作），电磁溢流阀接通低压溢流回路，系统压力为3MPa。而当380V主液压泵出现问题不工作的时候，可以启动24V紧急液压泵，由紧急液压泵取代380V主液压泵为液压系统提供动力继续工作。
自动对中液压系统原理与小车提升液压系统原理是一样。只是产生的是横行力，调节探轮的左右位置，达到探轮自动对中的目的。
2.3.2 小车的加压与锁定
走行小车设计了气动系统来加压与锁定，气动系统包括进气球阀、多功能干燥器、空气过滤油雾调压三联件、压力开关、电磁阀、调压阀、气缸组件等。压缩空气经过电磁阀、调压阀进入气缸，从而使气缸动作。气动系统主要包括小车加压、钩子气缸。钩子气缸位于小车固架的四个角上平行于轨面，用于打开和闭合钩子，在探伤车停止检测时悬挂小车。小车加压气缸固定在探伤车底的固架上，位于小车的四个角且垂直于轨面，为小车车轮与钢轨之间提供足够的正向压力。
2.3.3 小车耦合水系统
小车耦合水系统原理***如***3所示。
1－耦合水箱 2－防冻油箱 3－6”球阀 4－Y型过滤器 5－6”常开电磁阀 6－6”常闭电磁阀 7－自动水泵 8－6”止回阀 9－4”球阀 10－21kw加热器 11－调压阀 12－过滤器 13－压力表 14－电磁阀15、16－喷嘴
***3 耦合水系统原理***
耦合水系统包括耦合水箱、防冻液箱、水泵、管路加热器、调压阀、过滤器、电磁阀、耦合水喷嘴、伴热带等。耦合水箱和防冻液箱均可向水泵供水或防冻液。正常情况下，耦合水水箱1的水通过球阀3、电磁阀5经水泵7加压，通过管路加热器10、调压阀11、滤清器12、电磁阀14、耦合水喷嘴，将水喷洒在钢轨表面，以使超声波能经耦合面进入钢轨。冬季检测时，室外环境温度较低，须用管路加热器和伴热带加热水和给管路伴热，以防止冻坏管路及其它各部件，并且达到良好的耦合效果。防冻液箱在冬季检测时，应加满防冻液。防冻液为乙二醇和水的混合液，通过乙二醇和水不同的混合比来达到防冻液的不同的凝点。当停止检测和检测等待时，切断耦合水箱通路，打开防冻液箱通往前后轮缘和前后耦合水喷嘴的电磁阀，使防冻液充满整个管路，以达到防冻的目的。
4 结论
以小车为走行装置的钢轨探伤车，经上线检测试验，探伤小车各系统工作状态良好，探轮更换方便，小车起降平稳，气缸、耦合水系统工作正常，基本满足80km/h探伤检测速度要求。
5 不足之处探讨
探伤检测时，小车下压力处于试验数据阶段，虽然基本满足探伤检测要求，但是探轮外圈扎破率比较高，因此小车下压力在多大时可以使探轮发射的超身波与钢轨全面耦合，同时能减少探轮外圈的破损，需要更进一步的力学理论依据，有待进一步研究。
参考文献
（1）金炜 范荣薇 孙琼 新型钢轨探伤中试验车探伤小车的研制[M]北京：铁道科学研究院，2005.
作者简历：侯克柱（1973—），男，本科，助理工程师，安徽萧县人，安徽省淮北矿业集团铁路运输处临涣机辆段，现从事铁路运输设备检修维护方面的研究。
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