钢轨超声波高速探伤系统设计
《检测技术》课程设计说明书
同组成员：刘言5040309901
游宇5040309297
刘祖良5040309285
胡晟5040309165
吕吉5040309288
2007年6月
目录
一.设计题目 (1)
二.设计目的 (3)
三.设计要求 (3)
四.设计背景 (4)
五.技术原理 (9)
六.基本设计过程 (11)
1.探头的设计 (11)
2.探伤系统的设计 (15)
3.探伤小车的设计 (18)
4.探伤车组的设计 (22)
5.其他 (24)
七.高速探伤车的关键技术 (25)
八.设计总结 (27)
九.参考书目 (29)
钢轨超声波高速探伤设计说明书
【设计目的】
我国铁路运输繁忙，列车运行间隔只有十几分钟，同时，运
营线路近七万公里，线路状况较差，超期服役钢轨数量很大，
钢轨伤损发生率高。为了保障铁路运输安全，目前检测钢轨
内部缺陷的主要设备为小型钢轨超声探伤仪，由人工进行钢
轨伤损的检测。为防止、监测伤损的发生、发展，平均每年
每条线路检测需十遍以上，总检测里程近一百万公里，全线
有近万名专职钢轨探伤人员负责钢轨内部伤损的检测。随着
中国铁路的第三次提速，使铁路对于能在现有鱼尾板联结线
路上完成高速探伤的设备需求日益迫切，研究开发钢轨高速
探伤车，使其在检测时不影响铁路正常运营，对铁路运输业
具有重要的意义。试设计钢轨探伤系统。
【设计要求】
（1）以5人左右的小组为单位，注意发挥集体的力量。对问
题的讨论务必注意叙述的清晰性、严谨性。
（2）最后的结果必须以Word文档和PowerPoint 文档提
交，每组只提交一份文档即可。注意，文件的格式、图表的
美观将作为评价的一部分。其中图必须采用Microsoft Visio
描画。
（3）每组在班级作10-15分钟交流。
（4）可以进行自由选题，问题可超出教师拟定的问题之外。【设计背景】
钢轨和钢轨伤损
一．钢轨的作用和分类
（一）钢轨的作用：
钢轨是轨道结构的重要部件，主要作用是支持并引导机车车辆的车轮，直接承受来自车轮的载荷和冲击，并将其传
布于轨枕和扣件。在自动闭塞区段，钢轨成为信号电流的导
体，起到轨道电路的作用。在电气化区段，钢轨还起到牵引
电流的回流导线。
（二）钢轨的分类
目前我国定型钢轨分类如下：
a)按钢轨成份分：
i.普碳钢:U71、U74和U71Cu等
ii.合金钢:U71Mn、U70MnSi和U70MnSiCu等
b)按钢轨重量分：
38kg/m；
43kg/m；
50kg/m；
60kg/m（主要线路使用）；
75kg/m（主要线路使用）。
c)按钢轨长度分：
12.5m、25m以及超长无缝钢轨
二．钢轨的性能和成分
（一）钢轨的性能
1.机械性能
主要包括：强度，塑性，硬度，韧性，疲劳
2.综合性能
在列车行驶下的抗压性，耐磨性，抗剥离，抗磨擦，抗疲劳，
耐腐蚀，可焊接性。
（二）钢轨的成分
主要成分：钢和碳；
有益成分：锰、铜、钒、钛等；
有害成分：硫、磷、氧、氢等。
三．钢轨伤损和形成原因
共分五大类：
1.钢轨核伤（危害最大的伤损，也是探伤的主要项目）
2.钢轨接头伤损
3.钢轨水平和纵向裂纹
4.钢轨轨底裂纹
5.钢轨焊接接头伤损
（附：核伤形成的主要原因是钢轨本身存在白点、气泡、非金属杂质或严重偏折等缺陷。在列车动载荷的重复作用下，使这些微细疲劳源逐步扩展而形成斑痕，通常称为白核。当白核发展至轨面，疲劳斑痕受氧化，逐步发展成为黑核。除材质因素外还有下列原因：
a)接触疲劳形成的核伤
b)轨面剥离形成的核伤
c)鱼鳞破损形成的核伤
d)擦伤焊补形成的核伤
等等原因。实验表明，当核伤面积占轨头5%~10%，静力强度只有正常钢轨的16%~40%；当占10%~15%时，疲劳强度下降90%以上；当占20%~30%时将发生断轨。
由此可见，核伤是钢轨伤损中最为严重的项目，因此也就成为探伤中最重要的项目。
其他种类伤损形成原因及危害此处略，详见《钢轨探伤工》P135)
四．无损检测简介
1．无损检测的定义
无损检测是一门综合性的应用科学技术，它是在不改变或不影响被检对象使用性能的前提下，检验和分析材料、零件和构件的一种非破坏性检测方法。
2．无损检测的特点
a)不破坏被检对象；
b)可实现100%的检验；
c)发现缺陷并作做出质量评估；
d)可对缺陷成因及发展规律做出判断；
e)对关键部件和部位在运行中作定期检查，甚至长期监控，
以保障运行安全。
3．无损检测的方法
1.射线探伤（RT）;
2.磁粉探伤（MT）；
3.渗透探伤（PT）；
4.涡流探伤（ET）；
5.超声探伤（UT）；
X光探伤仪↑
6.计算机断层成像技术(CT)。
↑磁粉探伤仪
