第二节 钢轨探伤车
钢轨探伤车主要检测在役钢轨内部伤损。最新的探伤车也安装了巡检系统，能够对钢轨擦伤、钢轨磨耗、钢轨廓形、扣件状态等进行同步检测，并逐步向多项目复合型检测设备发展。近年来，随着高速铁路和高原铁路的开通运营，其站间距大、线路全封闭、夜间天窗作业、环境恶劣等特点，对工务钢轨探伤和轨道巡检都提出了全新挑战，传统的人工作业越来越困难，对多项目、高效率探伤车需求更加迫切。目前我国探伤车划分为GTC-40、GTC-60和GTC-80型，本节以GTC-80型探伤车（图4-7）为例介绍钢轨探伤车检测。
图4-7 GTC-80型探伤车
一、工作原理
钢轨探伤车超声检测系统配备4个A型探轮和2个B型探轮，即每股钢轨2个A型探轮和1个B型探轮，对称安装在转向架探轮支持机构上。A型探轮内配有6个超声换能器（简称探头），即0°、37.5°、70°三探头阵列及侧打探头；B型探轮内配有2个偏斜角探头（简称XF）和1个0°探头。每股钢轨上的探轮安装布置见图4-8，能够检测钢轨中不同位置和不同取向的伤损。
图4-8 探轮及声束示意图
当探轮中的压电晶片受到高电压脉冲激励之后，会按照自身固有的振动频率振动，比如2.25MHz。如果这个振动被引入到钢轨中，将会在钢轨中传播。一旦钢轨中存在缺陷或空洞，部分超声波能量将被反射回来，反射回来的能量被晶片接收后即为回波。
各种不同的超声探头得到的回波在超声换能器中转化成电信号，再经过模拟处理、数字处理、空间转换、伤损识别，最终在显示控制计算机上以B型图显示出来，完成钢轨不同部位、不同形态伤损的检测过程。
探伤车检测出的缺陷大小仅供参考，但需进行门限处理，即忽略低于设定门限的超声反射波信号，而仅对高于门限的信号进行处理。缺陷的大小则根据检测到的回波数目或探头的移动长度确定。探伤车以固定的距离间隔发射超声波脉冲，在探测同一缺陷时，接收到的反射波次数越多，则表明缺陷越大。
由于超声波以脉冲方式发射，为了不漏伤，要求超声波发射的间隔距离不能太大。在探伤车检测速度相同的情况下，发射超声波脉冲空间间隔越小，检测精度越高。
二、结构组成
1.整车结构布局
GTC-80型探伤车自重95t，全长35m，整车2节，由动力车和检测车组成，每节车体均采用两轴转向架，装有轨道车运行控制设备GYK和机车综合无线通信设备CIR等安全装备。整车既能自运行，又能与现有机车车辆连挂。动力车内设有司机室、机器间、维修间、厨房、卫生间等，检测车设有司机室、检测间、会议室、卧铺间、阀板间等，动力车、检测车布局见图4-9和图4-10。
图4-9 动力车布局（单位：mm）
1—司令台；2—座椅；3—电器柜；4—机器间；5—维修间；6—洗手池；7—卫生间
图4-10 检测车布局（单位：mm）
1—耦合水箱；2—电器柜；3—防冻液箱；4—卧铺间；5—恒温室；6—会议室；
7—检测室；8—探伤操作台；9—座椅；10—司机台；11—巡检操作台
GTC-80型探伤车的主要技术参数：
功率 2×400HP（298kW）
传动方式 液力传动
轨距 1435mm
牵引车转向架轴距 2300mm
检测车转向架轴距 2500mm
整备质量 约95t
车轮直径 ф915mm
通过最小曲线半径 140m
自行速度 120km/h
制动方式 压缩空气制动
车组全长 约35m
车钩中心距轨面高度 （880±10）mm
排障器距轨面高度 （110±10）mm
柴油箱容积 约3000L
2.超声检测系统的构成
（1）系统架构
超声检测系统可以分为车辆及探轮支持机构与超声电子系统两大部分。车辆及探轮支持机构为超声电子系统提供了载运工具及安装平台。超声电子系统包括数据采集处理系统、控制显示计算机系统、探轮组件和对中系统等。数据采集处理系统和控制显示计算机系统主要控制超声的发射、接收和超声采集后的数据处理；探轮组件是超声发射接收的基本单元，主要完成超声检测过程中的电能和声能转化。每股钢轨各有15个超声通道。
图4-11 超声电子系统架构图
（2）控制显示计算机系统
控制显示计算机采用工业PC计算机，放置在机柜内，主要完成超声系统中检测参数控制、伤损识别和伤损显示功能，处于超声检测系统的最顶层，其显示界面见图4-12。
图4-12 超声检测系统的显示界面
（3）探轮组件
目前国内投入使用的探伤车采用的传感器均为探轮形式，探轮直径有6英寸和9英寸两种，这里主要介绍9英寸探轮。
9英寸探轮类型有两种，一种是A型探轮，一种是B型探轮，主要由超声探头、中心架组件、法兰盘、探轮轴、轴承、磁密封副、压环、外膜等组成，见图4-13。
图4-13 9英寸探轮内部视图
（4）探轮支持机构
探轮支持机构有小车探轮承载装置和转向架探轮承载装置两种。
①小车探轮承载装置
小车探轮承载装置（简称“探伤小车”）是利用单独小车方式为探轮组件和对中系统的动作部件提供安装基础的一种走行装置。采用车轮轮缘贴靠钢轨内侧的跟踪技术和自动通过道岔技术，因此超声探轮跟踪钢轨中心（对中）变得更为容易，探伤小车的操作更为简单。小车装置控制系统采用可编程逻辑控制器对探伤小车安装的气动、液压、耦合等装置进行逻辑控制，为了保证所有动作的安全可靠，各动作之间有逻辑互锁。探伤小车见图4-14。
图4-14 探伤小车（小车探轮承载装置）
②转向架探轮承载装置
转向架探轮承载装置是为探轮组件和对中系统的动作部件提供安装基础的一种走行装置，采用电磁传感装置跟踪钢轨的位置实现超声探轮的自动对中，能够实现等速自动通过道岔，减小了系统的复杂程度，减小了轮轨接触，节约了车下的使用空间，所以这种探轮承载装置更加可靠、安全、实用。缺点是更换探轮不太便利，并且对对中系统的要求更高。转向架探轮承载装置见图4-15。
图4-15 转向架探轮承载装置