礦并提升機鋼絲繩無損檢測原理及應用

張瑞平

摘要

針對礦井提升機鋼絲繩檢測中存在的問題，分析了鋼絲繩失效機理，基于磁場空間矢量合成原理，采用高靈敏的傳感器，對鋼絲繩進行弱磁檢測，測試結果精確，測試方法簡單，與計算機技術、現代通訊技術相結合，可實現實時、無損、定位、定量檢測，做到事先診斷杜絕事故的發生，并且可以合理更換鋼絲繩，節省鋼絲繩用量。

【關鍵詞】弱磁檢測 提升鋼絲繩 故障診斷磁場空間矢量合成

礦井提升機擔負著運送原煤、材料、設備及人員的重任，因此鋼絲繩的工作狀態直接關系著提升系統能否安全穩定地運行，《煤礦安全規程》要求對鋼絲繩進行日常必要的安全生產檢查，因此采用先進的檢測技術，實現高效、準確的在線監測，做到防患于未然，在鋼絲繩失效、斷裂之前提前診斷，為避免斷繩等嚴重事故的發生提供了技術保障，一則杜絕斷繩帶來的安全事故，此外也可避免提前換繩帶來的浪費。

1 鋼絲繩失效分析

鋼絲繩在使用過程中由于承受交變載荷和沖擊載荷，引起斷絲（LF）和截面積縮小（LMA）等缺陷，斷絲達到一定數量或截面積減小量超過允許值鋼絲繩必須報廢。缺陷原因主要是疲勞、銹蝕、磨損、馬氏體化等，此外還存在變形、扭結、伸長、繩芯突出等現象。鋼絲繩的破壞從微裂紋萌生到逐步擴展乃至斷裂的一個使用周期壽命內，進行無損實時監測，捕捉細微變化，做到事前診斷和預防。

2 檢測機理分析

2.1 弱磁檢測原理

鋼絲繩失效原因多種多樣，利用霍爾元件通過檢測漏磁和磁通量的變化來判斷有無斷絲（LF）和截面積縮小（LMA）缺陷，存在很多弊端，而基于“空間磁場矢量合成原理”的弱磁檢測技術，將“LF”、“LMA”及其它損傷或功效降低統一擬合為鋼絲繩截面積損失當量ΔS⁰，依據GB8918-2006的鋼絲繩安全承載能力校核原則，判斷鋼絲繩是否需要史換。

2.2 磁場空間矢量的數學模型

對運行狀態下的鋼絲繩進行檢測，施加磁載后在鋼絲繩內部產生主磁場■，在其表面產生主漏磁場■，由于主漏磁場■與缺陷磁場方向相反，要有補償磁場■來抵消主漏磁場。

在任意一點竇氏傳感器捕捉到各種磁場矢量，如磨損磁場■、斷絲磁場■、疲勞磁場■、銹蝕磁場■、變形磁場■以及周圍環境磁場■。考慮地磁及周圍其它強磁的影響，會干擾檢測效果，因此在檢測時需要調零。

則：

式中：

■----調零矢量

■----偏移矢量

■----任意缺陷矢量

■----傳感器捕捉到的磁場矢量

上式中，如果調零矢量■不為零時，可調整偏移矢量■。

截取鋼絲繩橫斷面，通過磁感應強度B或磁場強度H可計算某一點的損失當量ΔS。在空氣中，B≈H，由于H∝ΔS，可認為H是ΔS的函數，記作：ΔS=F（H）

將（1）式帶入，可寫為：

式中：

A----比例系數

C----常量

總缺陷當量：

3 鋼絲繩在線自動檢測系統

磁場空間矢量合成理論的創立，克服了強磁檢測的缺點，提高了檢測精確度，抗干擾能力得到加強，與現代計算機技術、通訊技術等相結合，使鋼絲繩在線、無損、遠程診斷得以實現。

如圖1所示為鋼絲繩檢測系統圖，其工作過程為：

（1）弱磁加載裝置對鋼絲繩進行弱磁規劃;

（2）安裝傳感器檢測裝置，布置測點，實時采集原始信號并輸出;

（3）A/D轉換模塊對接收的信號轉換、初步處理，然后通過通訊系統傳輸到

主控中心;

（4）位置傳感器根據行程將采集的位置信號傳輸到主控中心;

（5）中控中心進行分析、計算、對比，得到檢測結果;

（6）在顯示終端顯示檢測結果;

（7）如果檢測結果超出規定值，則報警模塊啟動，發出預警信號;

（8）存儲模塊可將檢測信息存入數據庫中，打印設備可將檢測報告自動打印。

4 結束語

基于弱磁檢測技術的優勢，同煤集團近年來多個礦井選用了TCK鋼絲繩在線實時自動檢測系統，與以往的人工檢測相比，提高了準確性、安全性，降低了工人的勞動強度，杜絕了安全隱患，可以根據鋼絲繩的運行狀況合理更換，節約了鋼絲繩用量，減少了空轉能耗，實現了高效、安全、節能的無損在線監測。

參考文獻

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