阅读说明：本技术 一种斜拉索超声波探伤装置及方法 (Ultrasonic flaw detection device and method for stay cable ) 是由 孙建渊 商志诚 王致皓 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种斜拉索超声波探伤装置及方法,装置包括伸缩式框架系统、分别设于伸缩式框架系统上的爬升系统、超声波探测系统,以及分别与爬升系统、超声波探测系统电连接的控制系统；方法包括：1)将伸缩式框架系统安装于斜拉索外,使爬升系统与斜拉索相贴合；2)通过爬升系统使装置沿斜拉索爬升,并对斜拉索进行超声波探伤；3)当检测结果异常时,控制爬升系统使装置在异常处反复检测,确定结果异常后,记录位置,并继续爬升检测；4)待装置爬升至顶点处,检测结束,下降装置。与现有技术相比,本发明装置结构简单、轻便易携、成本较低、灵敏度高、结果准确、操作安全,可适用于不同直径的斜拉索,具有一定程度的可推广性。(The invention relates to an ultrasonic flaw detection device and method for a stay cable, wherein the device comprises a telescopic frame system, a climbing system and an ultrasonic detection system which are respectively arranged on the telescopic frame system, and a control system which is respectively and electrically connected with the climbing system and the ultrasonic detection system; the method comprises the following steps: 1) mounting the telescopic frame system outside the stay cable to make the climbing system fit with the stay cable; 2) enabling the device to climb along the stay cable through a climbing system, and carrying out ultrasonic flaw detection on the stay cable; 3) when the detection result is abnormal, controlling the climbing system to repeatedly detect the device at the abnormal position, recording the position after determining that the result is abnormal, and continuing climbing detection; 4) and after the device climbs to the vertex, finishing detection and descending the device. Compared with the prior art, the device has the advantages of simple structure, portability, low cost, high sensitivity, accurate result and safe operation, is suitable for stay cables with different diameters, and has certain popularization.)

一种斜拉索超声波探伤装置及方法

技术领域

本发明属于桥梁检测技术领域，涉及一种斜拉索超声波探伤装置及方法。

背景技术

斜索又称拉索，是把斜拉桥主梁及桥面重量直接传递到塔架上的主要承重部材。斜拉桥的拉索材料通常为钢索，其形式按其组成方法而不同，可由平行钢丝，平行钢缆、单根钢缆、钢丝绳、封闭式钢索或实体钢筋组成。由于拉索为倾斜放置，故称斜索。

斜拉索是斜拉桥的重要受力构件，但是由于斜拉索长期暴露在风雨中和潮湿空气中，因而斜拉索是非常容易受到腐蚀破坏的。这将直接影响到斜拉桥的安全使用。由于斜拉索的制作材料为钢材，因而具有容易腐蚀的特点。再加上斜拉索在车辆荷载的反复作用下会产生疲劳，而风荷载引起的抖振、颤振以及因雨水顺索流动而形成的雨振等振动现象加大了斜拉索疲劳作用的影响，这都会破坏斜拉索的防护体系，并加速斜拉索的锈蚀进程。所以，斜拉索检测是一项重点桥梁检测项目。

目前，主要使用的斜拉索检测方法有两种。一种是使用望远镜通过目力观测检测斜拉索的健康状况。这种方法因为观测距离远，所以很难获得准确的结果。还有一种是利用吊篮运送检测人员，并使用更高精度的观测设备近距离观测斜拉索。这种方法虽然结果比较准确，但是操作很麻烦，而且斜拉索内部的损伤难以检测到。

因此，发明一种结果准确、便携、低成本、使用方便、使用安全、可多次利用、适用范围广的超声波探伤装置是十分重要的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种斜拉索超声波探伤装置及方法，具体为得到一种操作安全、结果准确、设备轻便、适用范围较大的斜拉索探伤装置，并可通过基于该装置的检测方法实现对斜拉索的精确探伤检测。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种斜拉索超声波探伤装置，包括伸缩式框架系统、分别设于伸缩式框架系统上的爬升系统、超声波探测系统，以及分别与爬升系统、超声波探测系统电连接的控制系统。

通过控制系统启动爬升系统，使装置沿斜拉索爬升，通过超声波探测系统对斜拉索进行探伤检测，并将检测结果反馈至控制系统。

进一步地，所述的伸缩式框架系统包括并列设置的2个底部框架、分别设于2个底部框架上的2个侧面框架、分别设于2个底部框架上方的2个顶部框架，以及分别设于2个底部框架之间、侧面框架与顶部框架之间的伸缩连接组件。

所述的伸缩式框架系统用于支撑爬升系统及超声波探测系统，所述的伸缩连接组件可根据斜拉索的直径，调整2个底部框架之间、侧面框架与顶部框架之间的间距，使爬升系统与斜拉索充分贴合，既不会使装置从斜拉索上滑落，也不会因爬升系统与斜拉索贴合过紧影响装置移动。

进一步地，所述的伸缩连接组件包括连接杆及与连接杆相适配的连接卡槽，所述的连接杆及连接卡槽分别相对设置在2个底部框架上，或侧面框架与顶部框架上。

进一步地，所述的连接杆的一端侧壁上设有至少1个弹性凸起，所述的连接卡槽沿轴向开设有多个与弹性凸起相适配的卡口。

进一步地，所述的连接杆的一端侧壁上开设有盲孔，所述的弹性凸起包括滑动设于盲孔内的凸块及设于盲孔底部与凸块之间的弹簧。

所述的伸缩连接组件在使用时，将连接杆***连接卡槽内，根据需要将弹性凸起嵌于相应卡口处。

进一步地，所述的爬升系统包括分别设于2个顶部框架上的2个主动轮组件以及相对设置在2个侧面框架上的2个从动轮组件。

进一步地，所述的主动轮组件包括设于顶部框架顶部的电机及设于顶部框架底部并与电机传动连接的主动轮；

所述的从动轮组件包括沿斜拉索轴向布设于侧面框架上的多个从动轮。

所述的主动轮可沿斜拉索轴向布设多个，以实现装置沿斜拉索的平稳运行；每个主动轮可分别与相应的电机传动连接，或与同一个电机传动连接。

通过电机带动主动轮转动，从而使装置沿斜拉索升降，从动轮主要用于配合主动轮使装置与斜拉索的相对位置固定，从而使装置在斜拉索上平顺运行。

进一步地，所述的超声波探伤系统包括设于底部框架上的超声波发射器与超声波接收器。

进一步地，所述的控制系统包括与超声波探伤系统电连接的换能器、分别与换能器、爬升系统电连接的电磁波收发器、与电磁波收发器电连接的控制器，以及与控制器电连接的示波器。

在进行检测工作时，超声波发射器发射超声波，超声波在穿过斜拉索并反射后，被超声波接收器接收，换能器将接收到的超声波信号转换为电信号，电磁波收发器将电信号以电磁波的形式传输至控制器，并在示波器上显示，地面工作人员即可根据超声波的波形判断斜拉索断面的健康状况。

一种基于上述装置的斜拉索超声波探伤方法，包括以下步骤：

1)将底部框架、侧面框架及顶部框架安装于斜拉索外并通过伸缩连接组件调节2个底部框架之间、侧面框架与顶部框架之间的间距，使主动轮及从动轮分别与斜拉索相贴合；

2)启动超声波探测系统及控制系统，测试超声波探测系统的工作情况，之后启动电机，使装置沿斜拉索爬升，并通过超声波探测系统对斜拉索进行检测；

3)当检测结果异常时，控制电机使装置在异常处反复检测，确定结果异常后，记录位置，并继续爬升检测；

4)待装置爬升至顶点处，检测结束，装置下降。

工作原理：本装置基于超声波探伤技术对斜拉索进行探伤检测，通过可拆卸可调节的伸缩式框架系统的伸缩量使斜拉索与爬升系统相贴合，并通过爬升系统使装置沿斜拉索缓慢移动，同时通过超声波探伤系统对斜拉索进行探伤检测，检测结果以电磁波的形式传输至控制器，并通过示波器予以显示，地面工作人员基于示波器显示的波形判断相应斜拉索的健康情况。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明采用超声波探伤技术对斜拉索进行探伤检测，具有探测深度大、灵敏度高、结果准确、快速、操作安全等优点；

2)本发明通过结构简单的伸缩式框架系统搭载超声波探伤系统及爬升系统，使装置具有轻便易携、成本较低等优点；

3)本发明通过卡扣结构连接伸缩式框架系统的各个部件，并基于该结构实现伸缩式框架系统的伸缩功能，从而适应不同直径的斜拉索，使装置具有一定程度的可推广性。

附图说明

图1为本发明中一种斜拉索超声波探伤装置的主视结构示意图；

图2为本发明中一种斜拉索超声波探伤装置的俯视结构示意图；

图3为连接杆的主视结构示意图；

图4为连接杆的左视剖视图；

图5为连接卡槽的主视结构示意图；

图6为连接卡槽的左视剖视图；

图7为控制器及示波器的结构示意图；

图8为实施例1中设备箱内部的结构示意图；

图中标记说明：

1-底部框架、2-侧面框架、3-顶部框架、4-连接杆、5-连接卡槽、6-弹性凸起、601-凸块、602-弹簧、7-卡口、8-电机、9-斜拉索、10-主动轮、11-从动轮、12-超声波发射器、13-超声波接收器、14-换能器、15-电磁波收发器、16-控制器、17-示波器、18-电源、19-设备箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1、图2所示的一种斜拉索超声波探伤装置，装置重量共计在30kg以内，体积不大于1m³，包括伸缩式框架系统、分别设于伸缩式框架系统上的爬升系统、超声波探测系统，以及分别与爬升系统、超声波探测系统电连接的控制系统。

其中，伸缩式框架系统包括并列设置的2个底部框架1、分别设于2个底部框架1上的2个侧面框架2、分别设于2个底部框架1上方的2个顶部框架3，以及分别设于2个底部框架1之间、侧面框架2与顶部框架3之间的伸缩连接组件，该伸缩连接组件包括分别设于1个底部框架1与2个顶部框架3上的连接杆4，以及设于另一个底部框架1、2个侧面框架2上的连接卡槽5，其中，如图3及图4所示的连接杆4的端部两侧上分别设有2个弹性凸起6，该弹性凸起6设于连接杆4的一端侧壁上的盲孔内，包括滑动设于盲孔内的凸块601及设于盲孔底部与凸块601之间的弹簧602，如图5及图6所示的连接卡槽5两侧上分别开设有7个卡口7。

爬升系统包括分别设于2个顶部框架3上的2个主动轮组件以及相对设置在2个侧面框架2上的2个从动轮组件，其中，主动轮组件包括一上一下分别设于顶部框架3两侧的电机8及沿斜拉索9轴向布设的4个主动轮10，该主动轮10与电机8传动连接；从动轮组件包括沿斜拉索9轴向布设于侧面框架2上的4个从动轮11。

超声波探伤系统包括分别设于2个底部框架1上的超声波发射器12与超声波接收器13。

控制系统包括与超声波探伤系统电连接的换能器14、分别与换能器14、爬升系统电连接的电磁波收发器15、与电磁波收发器15电连接的如图7所示的控制器16，以及与控制器16电连接的如图7所示的示波器17。

此外，底部框架1上设有如图8所示的设备箱19，超声波探伤系统、换能器14、电磁波收发器15，以及分别与超声波探伤系统、换能器14、电磁波收发器15、电机8电连接的电源18均设于设备箱19内。

工作原理：本装置基于超声波探伤技术对斜拉索9进行探伤检测，通过可拆卸可调节的伸缩式框架系统使斜拉索9与爬升系统相贴合，并通过爬升系统使装置沿斜拉索9缓慢移动，同时通过超声波探伤系统对斜拉索9进行探伤检测，检测结果以电磁波的形式传输至控制器16，并通过示波器17予以显示，地面工作人员基于示波器17显示的波形判断相应斜拉索9的健康情况。

实施例2：

本实施例采用实施例1中的斜拉索超声波探伤装置对斜拉索进行探伤检测，包括以下步骤：

1)将底部框架1、侧面框架2及顶部框架3安装于斜拉索9外并通过伸缩连接组件调节2个底部框架1之间、侧面框架2与顶部框架3之间的间距，使主动轮10及从动轮11分别与斜拉索9相贴合；

2)启动超声波探测系统及控制系统，测试超声波探测系统的工作情况，之后启动电机8，使装置沿斜拉索9爬升，并通过超声波探测系统对斜拉索9进行检测；

3)检测结果异常时，控制电机8使装置在异常处反复检测，确定结果异常后，记录位置，并继续爬升检测；

4)待装置爬升至顶点处，检测结束，下降装置并从斜拉索9上拆除。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。