專利名稱：用于火車車輪超聲測試設(shè)備的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲測試，尤其是在一個(gè)實(shí)施例中涉及火車車輪的超聲測試。
背景技術(shù)：
火車車輪通常是煅鋼或鑄鋼的，盡管有嚴(yán)格的質(zhì)量管理措施，其仍可能包含由制造工藝造成的缺陷。這些缺陷能夠潛在地包括能夠使車輪變?nèi)跚覞撛诘貙?dǎo)致車輪故障的空隙、裂縫以及雜質(zhì)。超聲測試已普遍地應(yīng)用于檢測這種缺陷。 通過固定位置傳感器超聲分析火車車輪典型地僅在繞車輪踏面或輪緣的周邊的離散的、單個(gè)位置檢查車輪和其下面的結(jié)構(gòu)。為了在固定位置傳感器不需要進(jìn)行密集分析的情況下獲得整個(gè)車輪結(jié)構(gòu)的更全面診斷分析，已經(jīng)開發(fā)了自動(dòng)超聲測試方法。在某種程度上，自動(dòng)超聲測試已受到能夠使得精確超聲測試數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集變得困難的火車車輪的尺寸和重量(典型地重量從700到1000磅)的挑戰(zhàn)。特別成問題的是火車車輪具有尺寸公差，盡管為了生產(chǎn)目的這些尺寸公差在可接受范圍內(nèi)，但尺寸公差妨礙精確測試數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集。在現(xiàn)有技術(shù)的測試用固定裝置中，典型的火車車輪可具有在車輪被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)以用于超聲檢查時(shí)能夠產(chǎn)生動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定的尺寸公差。這些不穩(wěn)定導(dǎo)致車輪從繞測試用固定裝置中車輪幾何中心的軸向中心線旋轉(zhuǎn)偏移。這已被證實(shí)會(huì)有問題，因?yàn)榫_超聲測試數(shù)據(jù)的收集通常要求在車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)保持穩(wěn)定的幾何定向。

發(fā)明內(nèi)容
提供對火車車輪應(yīng)用自動(dòng)超聲測試的一種方法和設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)收集速度，以及更精確和可重復(fù)的超聲測試數(shù)據(jù)，提出新方法和設(shè)備以減輕在超聲測試用固定裝置中由火車車輪旋轉(zhuǎn)造成的振動(dòng)和其它動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定。更具體地，在超聲測試用固定裝置中的新驅(qū)動(dòng)組件適應(yīng)地兼容旋轉(zhuǎn)火車車輪中的尺寸公差、抑制可能會(huì)潛在地影響超聲測試數(shù)據(jù)的精確性和重復(fù)性的偏轉(zhuǎn)和其它振動(dòng)。


在附圖中描述和示出了超聲測試設(shè)備的各種實(shí)施例。附圖僅以示例方式提供，且不意圖作為本發(fā)明的限制。因此，超聲測試設(shè)備和超聲測試用固定裝置在附圖中被通過示例而非限制性的方式示出，在附圖中圖I是超聲測試設(shè)備的示例性實(shí)施例的剖面視圖；圖2是通過圖I的截面2-2的剖面視圖3是圖I所示的超聲測試設(shè)備的安裝臺(tái)和編碼器組件的前視圖；圖4是圖3的編碼器組件的側(cè)面視圖；圖5是示出用于圖I的示例性超聲測試設(shè)備的控制電路示意圖的一個(gè)實(shí)施例；圖6是圖I示出的超聲測試設(shè)備的平面圖；圖7是通過圖6的截面7-7的視圖；圖8是編碼器組件的一個(gè)實(shí)施例的平面圖；圖9是示例性火車車輪的等軸測圖；圖10是示例性現(xiàn)有技術(shù)的整體式驅(qū)動(dòng)輥的一個(gè)實(shí)施例的正投影視圖； 圖11是通過圖10所示的現(xiàn)有技術(shù)的整體式驅(qū)動(dòng)輥的截面10-10的剖視圖。圖12是與圖11所示的示例性驅(qū)動(dòng)棍接合的示例性車輪的部分剖面圖；圖13是示例性分體式驅(qū)動(dòng)輥的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式盡管本說明書涉及火車車輪的測試，但是應(yīng)該理解本說明書公開的測試設(shè)備和方法同樣可應(yīng)用于其它在與鐵路產(chǎn)業(yè)不相關(guān)產(chǎn)業(yè)中所使用的鑄造和煅造輪子。因此，該新的方法和設(shè)備涉及火車車輪的描述僅是為了方便。火車車輪超聲測試設(shè)備在圖I的前視圖中和圖2的側(cè)視圖中示出超聲測試設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。超聲測試設(shè)備被設(shè)計(jì)成用于由圖9示出的示例性類型的火車車輪100的結(jié)構(gòu)的非損傷評估和內(nèi)部形
貌測量。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲測試設(shè)備包括用于捕獲和旋轉(zhuǎn)車輪的超聲測試用固定裝置11和超聲感測組件90。另外，在一些實(shí)施例中，可以使用CPU(例如可編程邏輯電路(PLC))(未示出)，以協(xié)調(diào)超聲感測組件90的數(shù)據(jù)獲取行為與超聲測試用固定裝置11執(zhí)行的車輪搬運(yùn)、轉(zhuǎn)移和驅(qū)動(dòng)功能。超聲測試設(shè)備10可以具有多個(gè)不同實(shí)施例，包括不同組合的附加組件。例如，火車車輪測試樣本的處理的自動(dòng)程度將影響測試設(shè)備所需的組件的數(shù)量和類型。在一個(gè)實(shí)施例中，測試設(shè)備10可包括多個(gè)可選組件以將測試樣本在測試用固定裝置11中定位和旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，除了用于旋轉(zhuǎn)測試樣本的驅(qū)動(dòng)組件80之外，這些組件包括轉(zhuǎn)移組件50、加載組件60、保持組件120和限制組件70。在該實(shí)施例中，每個(gè)組件被安裝在框架組件12和率禹合流體箱(coupling fluid tank)22上,或每個(gè)組件可與框架組件12和稱合流體箱22一起操作。如上面提到的，不是所有列出的組件都是收集超聲測試數(shù)據(jù)所必需的。例如，在另一實(shí)施例中，車輪100通過諸如起重機(jī)和鉤(未示出)的手動(dòng)裝置被放置在驅(qū)動(dòng)組件80上的適當(dāng)位置。結(jié)果，在該實(shí)施例中不需要車輪轉(zhuǎn)移和搬運(yùn)組件，替代地，在測試用固定裝置11中僅需要框架組件12、箱22和驅(qū)動(dòng)組件80。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，測試設(shè)備10可僅包括框架組件12、用于旋轉(zhuǎn)車輪的驅(qū)動(dòng)組件80、用于將車輪沉浸到耦合流體中的箱22和用于收集超聲測試數(shù)據(jù)的感測組件90。超聲測試設(shè)備10的其它實(shí)施例可包括組件的其它組合。例如，在使用其它方式將超聲傳感器耦合到車輪的實(shí)施例(例如，代替沉浸耦合的直接傳感器接觸)中不需要箱20。
參考圖I，在一個(gè)實(shí)施例中，超聲測試設(shè)備10示出了用于超聲測試數(shù)據(jù)收集的自動(dòng)系統(tǒng)。圖I中示出的超聲測試設(shè)備10具有框架組件12，該框架組件帶有錨固到地板17上的直立腿14、16、18和20。用于容納耦合流體155的箱22被安裝在腿14、16、18和20上且處于上腿端15。在一個(gè)實(shí)施例中，在圖I和2中箱22被示出具有矩形形狀。箱22由下壁23、前側(cè)壁25 (圖2中示出)、后側(cè)壁27、第一端壁29和第二端壁31限定。前側(cè)壁25、后側(cè)壁27、第一端壁29和第二端壁31形成上壁邊緣33且封閉了容積35。箱22的每個(gè)側(cè)壁25、27和端壁29、31具有下凸緣37和上凸緣39。在角部41處，超聲測試設(shè)備10具有從箱22和上凸緣39向上豎直延伸的直立臂24、26、28和30。直立臂24、26、28和30通過處于框架組件12的上端40的水平橫拉條36和38連接。盡管火車車輪通常相同，但是其可以根據(jù)具有不同尺寸和公差的不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建造。例如，參考圖9，示出用于與超聲測試設(shè)備結(jié)合使用的典型火車車輪100?；疖囓囕?00包括輪緣102、輪緣面104、踏面106、輪輞面108和帶有軸孔112的轂110。 再參考圖1，以兩種不同尺寸的虛線輪廓形式示出火車車輪100，以示出車輪在超聲測試設(shè)備10內(nèi)的通常位置。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)以其踏面106滾動(dòng)的車輪100沿帶有導(dǎo)軌(未示出)的軌道以大致直立的方式從左到右進(jìn)入框架組件12時(shí)，開始火車車輪的超聲測試。車輪100在上面提到的軌道上移動(dòng)且引導(dǎo)到框架組件12中的、位于箱22上方且在直立臂24、26、28和30之間的大致中央位置，以定位車輪使其與車輪轉(zhuǎn)移組件50連接。當(dāng)車輪100滾動(dòng)到適當(dāng)位置時(shí)，傳感器(未示出)傳送表示車輪100的位置的信號。當(dāng)車輪到達(dá)測試設(shè)備10中的預(yù)定位置時(shí)，橫向保持組件120被啟動(dòng)，將車輪停在車輪加載組件60的第一和第二車輪通道(runway)組件140、142上。車輪保持組件參考圖6和7，示出車輪保持組件120。保持組件120在測試期間保持車輪100在軌道上的橫向位置。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在構(gòu)成所述車輪保持組件120的兩個(gè)分離的子組件的每一個(gè)中的保持輥251通過氣壓缸平移到車輪在軌道上行進(jìn)的向前和倒退路徑中，以橫向捕獲車輪。保持組件120包括兩個(gè)分離的、但是大致相同的機(jī)械子組件以阻擋車輪的每一側(cè)第一和第二保持輥?zhàn)咏M件220、230。與第一保持輥?zhàn)咏M件220呈并列關(guān)系的第二保持輥?zhàn)咏M件230具有與第一保持輥?zhàn)咏M件220鏡像的關(guān)系和操作。在該實(shí)施例中，第一保持輥?zhàn)咏M件220的所有部件也與第二保持輥?zhàn)咏M件230以相同的方式存在和操作。因此，保持輥?zhàn)咏M件220的描述和操作通?？蓱?yīng)用于第二保持輥?zhàn)咏M件230的操作。車輪保持組件120中的兩個(gè)保持輥?zhàn)咏M件之一的操作在下面進(jìn)行描述。第一保持輥?zhàn)咏M件220包括第一保持用氣壓缸222，第一保持用氣壓缸222通過處于上缸端228的U形夾224和第一銷226以及第一眼板229可樞轉(zhuǎn)地連接到直立臂26。往復(fù)桿232可在氣缸下端234處從保持用氣壓缸222延伸。第二孔246處的軸襯250具有通過第二內(nèi)凹U形夾240和第二銷242與往復(fù)桿232的遠(yuǎn)端233連接的樞轉(zhuǎn)臂236。該連接允許樞轉(zhuǎn)臂236通過往復(fù)桿232在第一樞轉(zhuǎn)軸244 (延伸穿過第二孔246)上的樞轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。止動(dòng)器臂248在第一止動(dòng)器臂端249與軸襯250連接，保持輥251被固定到第二止動(dòng)臂端253處的銷252。桿232的往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生袖襯250和止動(dòng)器臂248的旋轉(zhuǎn)以將保持輥251定位在車輪100附近，在沿軌道行進(jìn)的一個(gè)方向上捕獲車輪100。在操作中，第一和第二保持輥?zhàn)咏M件220、230 —起作用，以通過在車輪兩側(cè)的保持輥251阻擋車輪100在超聲測試設(shè)備10內(nèi)的軌道上的橫向行進(jìn)。保持輥?zhàn)咏M件220、230被設(shè)計(jì)成將測試用固定裝置11中的車輪100與橋子組件自動(dòng)對準(zhǔn)，以為將車輪轉(zhuǎn)移到加載組件的操作做好準(zhǔn)備。車輪轉(zhuǎn)移組件車輪100初始移動(dòng)到車輪轉(zhuǎn)移組件50上，更具體地，進(jìn)入橋子組件130的向下延伸臂125、127和第二銷126。在車輪100被車輪保持組件120保持就位的狀態(tài)下，車輪轉(zhuǎn)移組件50的橋子組件130將車輪100轉(zhuǎn)移到車輪加載組件60中。在下面更詳細(xì)地描述車輪轉(zhuǎn)移組件50和其部件的一個(gè)實(shí)施例的操作。圖I和2中示出的車輪轉(zhuǎn)移組件50具有從水平支承部件38向下延伸的第一直立 支撐件131和第二直立支撐件132。向上延伸的角支架(angle bracket) 133、134被安裝在后側(cè)壁27上且被分別連接到直立支撐件131、132。錨固支承部件135和136被(分別)定位在角支架133、134的外表面上，固定螺栓137延伸穿過所述支承部件、支架和支撐件131-136。橫穿銷138分別延伸穿過支承部件135、136和帶有向下延伸的臂125和127的角支架133、134。第二銷126在向下延伸的臂125和127之間延伸。圖I和2中的車輪轉(zhuǎn)移組件50具有在其上端346通過U形夾344的眼板342固定的轉(zhuǎn)移用氣壓缸340。眼板342被安裝在第一和第二直立支撐件131和132上。連接臂348在其第一端349被樞轉(zhuǎn)地連接到在轉(zhuǎn)移用氣壓缸340的下端352處的驅(qū)動(dòng)桿350，且在連接臂348的下端354被驅(qū)動(dòng)地連接到橫穿銷138。當(dāng)車輪在橋子組件130中接合就位之后，轉(zhuǎn)移用氣壓缸340被致動(dòng)以使橋組件130旋轉(zhuǎn)。當(dāng)通過轉(zhuǎn)移用氣壓缸340使驅(qū)動(dòng)桿350延伸、旋轉(zhuǎn)連接臂348和銷138時(shí)，發(fā)生橋組件130旋轉(zhuǎn)，這進(jìn)而使向下延伸臂125和127繞銷軸139旋轉(zhuǎn)，從而將車輪100堆放在車輪加載組件60上，或從車輪加載組件60上捕獲車輪。這使車輪100定位在車輪加載組件60的第一和第二車輪通道子組件140、142上。車輪加載組件在車輪轉(zhuǎn)移組件50已定位車輪100以與第一和第二車輪通道子組件140、142接合之后，車輪加載組件60使車輪100降低以與驅(qū)動(dòng)組件80的驅(qū)動(dòng)輥150、152接合。車輪加載組件60中的車輪通道子組件是構(gòu)成車輪加載組件60的兩個(gè)分離且獨(dú)立的子組件的一部分。這兩個(gè)子組件在結(jié)構(gòu)和操作上大致相同，在測試用固定裝置11中并排布置于車輪的兩側(cè)。因?yàn)閮蓚€(gè)車輪通道子組件140、142的操作相同，只不過呈鏡像關(guān)系，因此將僅描述車輪通道子組件140的結(jié)構(gòu)和操作。圖I中示出車輪加載組件60的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，車輪由兩個(gè)車輪通道子組件140和142中的加載輥145、146支撐。車輪通道子組件140、142直接鄰接且等同地支撐居中地位于通道子組件上方的車輪100。車輪通道子組件140、142向下沿弧線旋轉(zhuǎn)地樞轉(zhuǎn)，以將通道子組件之間的車輪100降低到驅(qū)動(dòng)組件80的驅(qū)動(dòng)輥上。通過加載用氣壓缸300產(chǎn)生車輪通道子組件140的操作動(dòng)力。加載用氣壓缸300通過處于上缸端306的U形夾302和銷304以及第三眼板308樞轉(zhuǎn)地連接到直立臂24。具有遠(yuǎn)端314的往復(fù)桿310可從加載用氣壓缸300的下端312延伸，且在樞轉(zhuǎn)臂端322通過軸襯320和銷324被連接到樞轉(zhuǎn)臂316。樞轉(zhuǎn)臂316在其第二端319被固定到第一樞轉(zhuǎn)軸244上的其第二端處的軸襯318。圖I中的第一車輪通道子組件140具有通道臂144，通道臂144具有第一加載輥145和在其遠(yuǎn)端147處的第二加載輥146。通道臂144也被固定到第一樞轉(zhuǎn)軸244且通過樞轉(zhuǎn)臂316的移動(dòng)可旋轉(zhuǎn)以將加載輥145、146與軌道(未示出)對準(zhǔn)以接收車輪100。同樣地，第二車輪通道子組件142具有第二組加載輥145、146以將車輪100接收和轉(zhuǎn)移至超聲測試設(shè)備10或從超聲測試設(shè)備10中出來。如上所述，第二車輪通道子組件142與第一車輪通道子組件140并置，因此，往復(fù)軸的旋轉(zhuǎn)的方向和幾個(gè)組件樞轉(zhuǎn)的方向是車輪通道子組件140的組件的運(yùn)動(dòng)方向的鏡像。利用車輪加載組件60，車輪通道子組件140和142的第一和第二加載輥145、146使車輪100降低到驅(qū)動(dòng)組件80的驅(qū)動(dòng)輥150、152(見圖6)上。之后，車輪通道子組件140、142移動(dòng)離開不再與車輪100接觸。通過由加載用氣壓缸300延伸桿310，使第一樞轉(zhuǎn)軸244上的樞轉(zhuǎn)臂316移動(dòng)離開車輪，車輪通道子組件140、142被旋轉(zhuǎn)離開車輪100。 車輪豎直限制組件除了限制車輪100在測試設(shè)備10中的橫向運(yùn)動(dòng)，在某些實(shí)施例中，支撐車輪100的上部以防止翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也是理想的。車輪豎直限制組件70執(zhí)行該功能。參考圖2，在車輪100被轉(zhuǎn)移到加載組件60之后，車輪豎直限制組件70就位，以將車輪100的頂部捕獲在限制輥360的凹部362中。限制輥360被安裝在桿366的遠(yuǎn)端364上，且通過從限制用氣壓缸370延伸桿366而被移動(dòng)到框架組件12中的車輪100的上端處的位置。限制用氣壓缸370被大致安裝在框架組件12的上端40處、橫拉條32、34、36至38之間。限制輥360的凹部362捕獲框架組件12內(nèi)的車輪100的頂端，在測試周期期間將車輪保持在直立位置。在本實(shí)施例中，現(xiàn)在車輪100同時(shí)在豎直方向和橫向上被捕獲(在軌道上)。在車輪100與第一和第二驅(qū)動(dòng)輥150、152接合的狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)組件80可旋轉(zhuǎn)，以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輥150、152，進(jìn)而旋轉(zhuǎn)車輪100。車輪驅(qū)動(dòng)組件參考圖2和6，驅(qū)動(dòng)組件80包括第一和第二驅(qū)動(dòng)輥150、152，在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二驅(qū)動(dòng)棍150、152位于箱22中且位于稱合流體155的流體表面154下方。第一驅(qū)動(dòng)輥150和第二驅(qū)動(dòng)輥152每一個(gè)在每個(gè)驅(qū)動(dòng)輥周邊上分別具有弓形凹部190、192。第一驅(qū)動(dòng)輥150和第二驅(qū)動(dòng)輥152的凹部190、192對準(zhǔn)，以在測試期間接合車輪100的輪緣的一部分。凹部190、192與輪緣102接合以旋轉(zhuǎn)車輪100。第一驅(qū)動(dòng)輥150被安裝在第一驅(qū)動(dòng)軸158的第一端156上。第一驅(qū)動(dòng)軸158延伸穿過箱22的后側(cè)壁27中的第一孔160和第一密封件162，且分別穿過第一和第二軸臺(tái)(pillow block)和軸承164、166。第一和第二軸臺(tái)和軸承164、166被安裝在固定到框架組件12的支承板168上。固定到第一驅(qū)動(dòng)軸158的是安裝在第一驅(qū)動(dòng)軸158的第二端172上的第一從動(dòng)鏈輪(driven sprocket) 170。與第一驅(qū)動(dòng)輥150并置的是在第二驅(qū)動(dòng)軸174的第一端180上的第二驅(qū)動(dòng)輥152。圖6中的第二驅(qū)動(dòng)軸174大致平行于第一驅(qū)動(dòng)軸158且延伸穿過箱22中的第二孔176和密封件178。第二驅(qū)動(dòng)軸174繼續(xù)延伸分別穿過第三和第四軸臺(tái)和軸承182和184。第三和第四軸臺(tái)和軸承182和184被安裝在支承板168上。固定到第二驅(qū)動(dòng)軸174的是安裝在第二驅(qū)動(dòng)軸的第二端188上的第二從動(dòng)鏈輪186 (圖I中示出)。再參考圖1，車輪驅(qū)動(dòng)組件80還包括在第一從動(dòng)鏈輪170和驅(qū)動(dòng)鏈輪200之間延伸的驅(qū)動(dòng)鏈198。驅(qū)動(dòng)鏈輪200被固定到從驅(qū)動(dòng)馬達(dá)204延伸的馬達(dá)軸202。同樣，第二驅(qū)動(dòng)鏈206在驅(qū)動(dòng)鏈輪200和第二從動(dòng)鏈輪186之間延伸。通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)204旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鏈輪200和連接驅(qū)動(dòng)鏈198、206、驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)第一從動(dòng)鏈輪170或第二從動(dòng)鏈輪186的任一個(gè)或兩者，車輪100可旋轉(zhuǎn)。在替代實(shí)施例中，帶有分離的驅(qū)動(dòng)鏈輪(未示出)的第二驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(未示出)可被利用以獨(dú)立連接到第二從動(dòng)鏈輪186。也可以提供其它類型的驅(qū)動(dòng)器，包括例如皮帶和皮帶輪、齒輪驅(qū)動(dòng)器?？商娲?，在另一實(shí)施例中，第二從動(dòng)鏈輪186和第二驅(qū)動(dòng)軸174可作為不與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)直接連接的惰輪或輥，第二輥152僅作為用于車輪支撐的惰輪。參考圖10—現(xiàn)有技術(shù)的示例性實(shí)施例的正投影視圖，驅(qū)動(dòng)輥150被示出具有多個(gè)軸緊固件孔151。在本實(shí)施例中，軸緊固件孔與驅(qū)動(dòng)軸中的孔(未示出)對準(zhǔn)，以允許驅(qū)動(dòng)棍150通過螺紋緊固件(未示出)固定到驅(qū)動(dòng)軸。參考圖11，示出圖10中示出的驅(qū)動(dòng)輥150的剖面圖。繞著驅(qū)動(dòng)輥150的周邊形成用于捕獲車輪的輪緣的凹部190。在圖10和11示出的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)輥150是一體式部件。參考圖12，示出車輪100與驅(qū)動(dòng)輥150的凹部190的接合。通過驅(qū)動(dòng)輥150的凹部190和捕獲在凹部中的輪緣102之間的摩擦作用，驅(qū)動(dòng)輥150賦予車輪100旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。超聲測試設(shè)備10的該摩擦配合和有效性通常高度依賴于車輪100的尺寸公差。在實(shí)踐中，車輪100的尺寸公差的大的變化，特別在高旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，可產(chǎn)生導(dǎo)致車輪100從驅(qū)動(dòng)輥中的凹部脫離的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性。由于車輪的錯(cuò)誤運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的不穩(wěn)定性，結(jié)果導(dǎo)致數(shù)據(jù)收集精確度降低。為了減輕由車輪中的尺寸公差導(dǎo)致的振動(dòng)和動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，下面描述驅(qū)動(dòng)輥的替代和新的實(shí)施例。參考圖13，示出示例性的且新的驅(qū)動(dòng)輥(下文中稱為驅(qū)動(dòng)輥500)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)輥500由安裝在驅(qū)動(dòng)軸158的端部上的單構(gòu)件式結(jié)構(gòu)510構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)輥結(jié)構(gòu)510自身包括內(nèi)環(huán)形部分520和外環(huán)形部分530。在內(nèi)環(huán)形部分520和外環(huán)形部分530之間形成有間隙591。火車車輪100的輪緣102安裝在間隙591中。內(nèi)環(huán)形部分520可以包括切除區(qū)域(cutout section) 515,該切除區(qū)域515降低了內(nèi)環(huán)形部分520的剛性，使得內(nèi)環(huán)形部分520能夠撓曲(flex)并且能夠調(diào)節(jié)間隙591的寬度，以適應(yīng)各種尺寸和設(shè)計(jì)的火車車輪輪緣102。驅(qū)動(dòng)輥結(jié)構(gòu)510可由鋼或結(jié)構(gòu)塑料構(gòu)成，不過在任何情況下都設(shè)計(jì)成具有用于給火車車輪100施加旋轉(zhuǎn)的足夠的強(qiáng)度和耐磨損性能，同時(shí)具有長的使用壽命。超聲感測組件參考圖5，示出超聲測試設(shè)備控制系統(tǒng)的控制示意圖400，在一個(gè)實(shí)施例中，其包括超聲感測組件90。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲感測組件90包括超聲測試單元、傳感器和用于傳遞、接收以及處理超聲信號的編碼器組件。超聲傳感器超聲傳感器將超聲信號傳遞到測試樣本(即車輪100)且接收反射的超聲信號。反射的超聲信號提供對車輪中的結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行分析和探測所需的數(shù)據(jù)。在超聲感測組件90的一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)傳感器可一起工作以測定測試樣本中缺陷的位置。如圖4中所示，固定的傳感器414被設(shè)置在緊密接近輪輞面108的固定位置，以提供參考位置。另一傳感器是與踏面106緊密接近的、相對于車輪100移動(dòng)的分度傳感器416。為了使分度傳感器416相對于車輪100移動(dòng)，使用編碼器組件402來以固定的增量移動(dòng)分度傳感器416以橫越車輪100。編碼器組件在該實(shí)施例中，編碼器組件402 (如圖3、4和8所示)被固定到安裝臺(tái)404，且其 作用是移動(dòng)分度傳感器416且在分度傳感器416以離散的步幅增量地移動(dòng)越過車輪時(shí)記錄分度傳感器416的位置。編碼器組件使數(shù)據(jù)獲取與分度傳感器的位置同步，從而允許超聲測試設(shè)備精確識(shí)別在掃描中發(fā)現(xiàn)的缺陷的位置和尺寸。編碼器組件402包括傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)406、408、控制臺(tái)410和傳感器臂412。以下詳細(xì)描述編碼器組件402的這些組件的每一個(gè)。傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)如圖2和3中指示，編碼器組件402附接于其上的安裝臺(tái)404錨固到地板17。通過固定到處于安裝臺(tái)404頂部的控制臺(tái)410的第一或X-方向傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)406和第二或y_方向傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)408，編碼器組件402被固定到安裝臺(tái)404 (在軸臺(tái)和軸承164、166、182和184上方)。在該構(gòu)造中，控制臺(tái)410和傳感器臂412通過第一傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)406可在X方向(沿圖4所示平面水平地)移動(dòng)。同樣，第二傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)408可操作，以在如圖3指示的y-方向上移動(dòng)控制臺(tái)410。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)406、408可以是微步進(jìn)馬達(dá)。參考圖4，傳感器臂412被控制臺(tái)410控制。傳感器臂412在其遠(yuǎn)端具有分度傳感器416。在該實(shí)施例中，傳感器臂412具有向下延伸進(jìn)入箱22的耦合流體155中的大致L形形狀。分度傳感器416通過控制臺(tái)410和傳感器臂412被傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)406、408以增量步幅驅(qū)動(dòng)。通過由編碼器組件402控制分度傳感器416且使固定傳感器414的位置鄰近車輪，傳感器準(zhǔn)備好在超聲測試單元的控制下傳遞和接收超聲信號。超聲測試單元再參考圖5，在一個(gè)實(shí)施例中，超聲測試單元451控制傳感器414、416，包括頻率、電壓(或更通常地說，傳感器發(fā)出的超聲信號的功率)、脈沖重復(fù)率、濾波器選擇等。超聲測試單元451還從傳感器414、416接收超聲測試數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲測試單元451還提供輸入和輸出端口(例如USB端口)以提供與連接至打印機(jī)480的個(gè)人計(jì)算機(jī)470的直接通訊能力。個(gè)人計(jì)算機(jī)470起用于操作者的工作站的作用，允許數(shù)據(jù)收集的監(jiān)視以及提供對收集的數(shù)據(jù)執(zhí)行進(jìn)一步分析的能力。個(gè)人計(jì)算機(jī)470可包括用于處理收集的數(shù)據(jù)的軟件，提供警報(bào)監(jiān)視功能，以及用于顯示超聲數(shù)據(jù)的先進(jìn)的成像功能。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，固定的傳感器414通過線路452傳送信號至超聲測試單元451，信號通過線路471被進(jìn)一步傳送和存儲(chǔ)在個(gè)人計(jì)算機(jī)470中。同樣，分度傳感器416通過線路454傳送信號至超聲測試單元451，該信號通過線路471傳送和存儲(chǔ)在個(gè)人計(jì)算機(jī)470中，用于比較和評估。超聲測試設(shè)備控制
圖5中示出的電控制示意圖示出超聲測試設(shè)備10的操作和控制的一個(gè)實(shí)施例。超聲測試設(shè)備10具有與CPU450配合操作的超聲感測組件90，該CPU450使超聲感測組件90與超聲測試用固定裝置11的車輪處理能力(通過氣壓缸的控制)相協(xié)調(diào)。例如，在某些實(shí)施例中，CPU450可作為可編程邏輯控制器(PLC)進(jìn)行操作，以通過線路456對超聲測試用固定裝置11的氣壓缸提供控制信號，用于將車輪100輸送和傳遞到框架組件12和從框架組件12移走車輪100。這些氣壓缸存在于橫向保持組件、豎直保持組件、轉(zhuǎn)移組件和加載組件中。CPU450控制在上述組件中的氣壓缸的每一個(gè)，以將車輪定位在測試設(shè)備10中。在車輪100被初始定位在測試用固定裝置11中時(shí)，與CPU450通信的多個(gè)位置傳感器(未示出)觸發(fā)CPU450中的適當(dāng)處理序列。超聲測試設(shè)備10通過由CPU450執(zhí)行的軟件程序控制。然而，在另一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)組件可以只是存在于超聲測試設(shè)備中的車輪處理機(jī)構(gòu)(即氣壓缸控制不是必需的)。在一些實(shí)施例中，CPU450還需要控制編碼器組件402、分度傳感器46以及傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)406、408。因此，在一些實(shí)施例中，CPU450也是超聲感測組件90的一部分。 除了控制氣壓缸，CPU450還控制驅(qū)動(dòng)組件80中的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)204的操作以使測試樣本旋轉(zhuǎn)。一旦測試樣本與驅(qū)動(dòng)組件80接合，在一個(gè)實(shí)施例中，CPU450也可通過線路458傳送控制信號，以啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)204，用于車輪100在框架組件12中的定時(shí)旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，CPU450還協(xié)調(diào)超聲感測組件90的包括用于分度傳感器416的編碼器組件的部分的控制。在該實(shí)施例中，CPU450可通過線路460對傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)406和408提供驅(qū)動(dòng)控制信號以驅(qū)動(dòng)分度傳感器416。在其它實(shí)施例中，在非自動(dòng)化的超聲數(shù)據(jù)收集行為中，編碼器組件402和CPU450不是必須的。來自固定傳感器414的信號提供用于指不車輪100中的缺陷(由分度傳感器416記錄)的相對位置的參考點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，來自分度傳感器416和固定傳感器414的信號可分別通過線路454和452、線路455和453傳送到CPU450，以輔助測試用固定裝置11的控制和車輪的適當(dāng)處理和轉(zhuǎn)移。相控陣(phase array)超聲測試如果需要，可以使用包括相控陣超聲測試的更先進(jìn)的超聲測試儀器。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲測試單元451可以是能夠更精確地控制傳送和接收的來自相控陣傳感器的超聲信號的相控陣超聲單元。在一個(gè)實(shí)施例中，相控陣超聲單元包括用于傳送和接收超聲信號的脈沖發(fā)生器/接收板(未示出)和用于尋址多個(gè)元件的多路器、相位傳感器(未示出)。這些相控陣傳感器具有多元件構(gòu)造，以允許超聲測試單元451分別尋址且致動(dòng)傳感器中的特定元件以產(chǎn)生具有分別致動(dòng)的元件的計(jì)算分布的動(dòng)態(tài)受控孔隙。這些可編程孔隙針對測試樣本中的每個(gè)感興趣區(qū)域進(jìn)行定制，提供以最大化在該區(qū)域中的測試樣本的視覺表示清晰度的角度和深度的方式來集中超聲能量的能力。傳送相控陣傳感器(即傳送孔隙)和接收相控陣傳感器(即接收孔隙)可以預(yù)定焦距以獨(dú)立選擇的接收和傳送角度一起工作，以顯示在感興趣區(qū)域的測試樣本中的期望的圖像。底線數(shù)據(jù)(baselinedata)收集CPU450和超聲測試單元451的初始設(shè)定包括具有與待測試車輪相同尺寸的參考車輪的底線超聲測試結(jié)果的研究。從參考火車車輪收集的數(shù)據(jù)提供經(jīng)驗(yàn)參考參數(shù)的底線設(shè)定，以用于比較和評估通過傳感器414、416從測試樣本收集的測試數(shù)據(jù)。測試樣本數(shù)據(jù)收集支撐在驅(qū)動(dòng)輥150、152上的車輪100處于用于車輪踏面106的表面下方部位的測試和評估的適當(dāng)位置。在該位置，通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)204的致動(dòng)，車輪100可以被如上所述地旋轉(zhuǎn)。最開始，在一個(gè)實(shí)施例中，通過圖4中輪輞面108上的第一或固定傳感器414檢測的信號設(shè)定第二或分度傳感器416的相對位置。該相對位置信號通過線路452從超聲測試單元451傳送到CPU450，且被用于將輪輞面108與參考車輪數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以定位第二傳感器416。第二或分度傳感器416的位置以來自參考車輪的底線經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。該評估然后定位踏面106的中心線118，這確定分度傳感器416從輪輞面108朝輪緣102的行進(jìn)距 離。然而，在該實(shí)施例中，第二或分度傳感器416相對于水平面偏移圖4中的銳角“a”。銳角“a”是踏面106相對于水平面的角位移的傾斜度。從而，測試用固定裝置對該傾斜度或錐度進(jìn)行補(bǔ)償，以使分度傳感器416保持與踏面106成垂直或面對的關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器416的該初始位置從輪輞面108朝車輪100的中心線118(見圖2)偏移。之后，車輪100和驅(qū)動(dòng)輥150、152—起旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，在車輪100旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)406朝輪緣102增量地分度所述分度傳感器416。傳感器驅(qū)動(dòng)馬達(dá)406移動(dòng)臂412和與之一起的分度傳感器416。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器416沿踏面106以車輪每轉(zhuǎn)一圈橫向移動(dòng)約O. 075英寸的速度從輪輞面108向輪緣102分度地移動(dòng)，沿踏面106的表面提供約O. 675英寸的移動(dòng)范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，車輪100被以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)9圈。然而車輪轉(zhuǎn)數(shù)可通過操作者改變，以適應(yīng)車輪尺寸變化或其它變量。在分度傳感器在車輪上分度移動(dòng)時(shí)，超聲信號經(jīng)由箱22中的耦合流體155傳送到踏面106以分析表面的諸如裂縫、空洞和雜質(zhì)的各種不連續(xù)或缺陷。任一上述異?？蓪?dǎo)致由分度傳感器416檢測到的反射信號的不連續(xù)。可被模擬成反射雷達(dá)信號的反射信號提供與底線經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較信號。如果信號不能提示車輪結(jié)構(gòu)完好，將導(dǎo)致對車輪的進(jìn)一步的測試和評估、修復(fù)，或作為廢料被拒絕。在信號超過預(yù)定值的情況下，計(jì)算機(jī)能夠提供警報(bào)或其它信號以指示不可接受的產(chǎn)品或指示再運(yùn)行測試的需求。在一個(gè)實(shí)施例中，通過記錄車輪上的參考位置，上述測試設(shè)備跟蹤任何不連續(xù)部分的精確位置。用這些數(shù)據(jù)，該新的測試設(shè)備不僅提供用于提供踏面的全面測試的實(shí)用裝置，而且還提供用于開發(fā)利用超聲信號的歷史數(shù)據(jù)庫檢測初始故障的預(yù)報(bào)維護(hù)程序的方法學(xué)。此外，該新的測試設(shè)備提供了評價(jià)新制造的火車車輪以檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)完整性的機(jī)會(huì)，并且提供對制造過程中實(shí)施的質(zhì)量控制過程的有效性的檢查。雖然已經(jīng)結(jié)合幾個(gè)具體實(shí)施例說明了本發(fā)明，這些實(shí)施例是說明性的而不是限制性的。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，能夠?qū)@些實(shí)施例的每一個(gè)進(jìn)行各種變型和附加。因此，本發(fā)明應(yīng)該不被作為示例提供的具體實(shí)施例的上述描述限制。而是，本發(fā)明應(yīng)該僅由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于輪子的超聲測試用固定裝置，包括 用于支撐所述輪子的多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥，其中所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥中的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輥包括一體式結(jié)構(gòu)，所述一體式結(jié)構(gòu)具有第一環(huán)形部分和第二環(huán)形部分，所述第一環(huán)形部分圍繞驅(qū)動(dòng)軸固定，所述第二環(huán)形部分與所述第一環(huán)形部分鄰近以在所述第一環(huán)形部分和所述第二環(huán)形部分之間形成用于接合所述輪子的凹部；所述第一環(huán)形部分具有撓性，從而所述第一環(huán)形部分和第二環(huán)形部分之間的所述凹部能夠調(diào)整以適應(yīng)不同尺寸的輪子，以及 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)被連接到所述驅(qū)動(dòng)軸以使所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥中的所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輥旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求I所述的超聲測試用固定裝置，還包括穿過所述第一環(huán)形部分的孔，其中緊固件與所述孔滑動(dòng)地接合。
3.如權(quán)利要求I所述的超聲測試用固定裝置，還包括箱。
4.如權(quán)利要求3所述的超聲測試用固定裝置，還包括框架組件，其中所述箱被安裝到所述框架組件，并且所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥被安裝在所述箱內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求3所述的超聲測試用固定裝置，其中所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥被安裝在所述箱內(nèi)部，并且所述箱包含耦合流體。
6.如權(quán)利要求4所述的超聲測試用固定裝置，還包括安裝到所述框架組件的限制輥，所述限制輥用于與所述輪子選擇性接合，以維持所述輪子在所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥上的豎直定向。
7.一種用于輪子的超聲測試用固定裝置，包括 用于支撐所述輪子的多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥中的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輥用于使所述輪子旋轉(zhuǎn)，其中所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥中的所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輥包括固定到驅(qū)動(dòng)軸的內(nèi)環(huán)形部分以及相鄰的外環(huán)形部分，從而在所述內(nèi)環(huán)形部分和所述外環(huán)形部分之間形成用于接合輪子的凹部；所述內(nèi)環(huán)形部分和所述外環(huán)形部分中的一個(gè)環(huán)形部分能夠相對于另一個(gè)環(huán)形部分軸向移位，以改變所述凹部且適應(yīng)不同尺寸的輪子；以及 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)被連接到所述驅(qū)動(dòng)軸以使所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥中的所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輥旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的超聲測試用固定裝置，還包括穿過所述驅(qū)動(dòng)輥以接收所述驅(qū)動(dòng)軸的第一孔。
9.如權(quán)利要求7所述的超聲測試用固定裝置，還包括用于容納耦合流體的箱。
10.如權(quán)利要求7所述的超聲測試用固定裝置，還包括用于容納耦合流體的箱，其中所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥中的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輥被安裝在所述箱內(nèi)部。
11.如權(quán)利要求9所述的超聲測試用固定裝置，還包括框架組件，其中所述箱被安裝到所述框架組件，并且所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥被安裝在所述箱內(nèi)部。
12.如權(quán)利要求11所述的超聲測試用固定裝置，還包括限制輥，所述限制輥被安裝到所述框架組件，所述限制輥用于選擇性接合所述輪子，以維持所述輪子在所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)輥上的豎直定向。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過超聲測試設(shè)備從火車車輪收集超聲測試數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備。火車車輪被兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輥支撐，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輥具有與車輪接合且使車輪旋轉(zhuǎn)的凹部。分度傳感器橫移穿過旋轉(zhuǎn)的車輪，收集超聲測試數(shù)據(jù)，同時(shí)固定傳感器使車輪上的參考位置與收集的測試數(shù)據(jù)相關(guān)。為了維持參考位置相對于收集的測試數(shù)據(jù)的精度，理想的是維持車輪的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，最小化由車輪尺寸公差引起的任何動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性。為了減輕由尺寸公差導(dǎo)致的不穩(wěn)定性，利用彈性構(gòu)件使得與車輪接合且驅(qū)動(dòng)輪緣的驅(qū)動(dòng)輥的凹部的間隔可變，以維持車輪和驅(qū)動(dòng)輥之間的摩擦接觸。這允許凹部適應(yīng)輪緣的變化的尺寸公差，減輕由輪緣從凹部脫離而導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定的可能性。
文檔編號G01N29/04GK102890123SQ20121019086
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者J·R·奧利弗, J·D·奧利弗 申請人:阿母斯替德鐵路公司