矿并提升机钢丝绳无损检测原理及应用
2018-02-28张瑞平
张瑞平
摘要
针对矿井提升机钢丝绳检测中存在的问题，分析了钢丝绳失效机理，基于磁场空间矢量合成原理，采用高灵敏的传感器，对钢丝绳进行弱磁检测，测试结果精确，测试方法简单，与计算机技术、现代通讯技术相结合，可实现实时、无损、定位、定量检测，做到事先诊断杜绝事故的发生，并且可以合理更换钢丝绳，节省钢丝绳用量。
【关键词】弱磁检测 提升钢丝绳 故障诊断磁场空间矢量合成
矿井提升机担负着运送原煤、材料、设备及人员的重任，因此钢丝绳的工作状态直接关系着提升系统能否安全稳定地运行，《煤矿安全规程》要求对钢丝绳进行日常必要的安全生产检查，因此采用先进的检测技术，实现高效、准确的在线监测，做到防患于未然，在钢丝绳失效、断裂之前提前诊断，为避免断绳等严重事故的发生提供了技术保障，一则杜绝断绳带来的安全事故，此外也可避免提前换绳带来的浪费。
1 钢丝绳失效分析
钢丝绳在使用过程中由于承受交变载荷和冲击载荷，引起断丝（LF）和截面积缩小（LMA）等缺陷，断丝达到一定数量或截面积减小量超过允许值钢丝绳必须报废。缺陷原因主要是疲劳、锈蚀、磨损、马氏体化等，此外还存在变形、扭结、伸长、绳芯突出等现象。钢丝绳的破坏从微裂纹萌生到逐步扩展乃至断裂的一个使用周期寿命内，进行无损实时监测，捕捉细微变化，做到事前诊断和预防。
2 检测机理分析
2.1 弱磁检测原理
钢丝绳失效原因多种多样，利用霍尔元件通过检测漏磁和磁通量的变化来判断有无断丝（LF）和截面积缩小（LMA）缺陷，存在很多弊端，而基于“空间磁场矢量合成原理”的弱磁检测技术，将“LF”、“LMA”及其它损伤或功效降低统一拟合为钢丝绳截面积损失当量ΔS0，依据GB8918-2006的钢丝绳安全承载能力校核原则，判断钢丝绳是否需要史换。
2.2 磁场空间矢量的数学模型
对运行状态下的钢丝绳进行检测，施加磁载后在钢丝绳内部产生主磁场■，在其表面产生主漏磁场■，由于主漏磁场■与缺陷磁场方向相反，要有补偿磁场■来抵消主漏磁场。
在任意一点窦氏传感器捕捉到各种磁场矢量，如磨损磁场■、断丝磁场■、疲劳磁场■、锈蚀磁场■、变形磁场■以及周围环境磁场■。考虑地磁及周圍其它强磁的影响，会干扰检测效果，因此在检测时需要调零。
则：
式中：
■----调零矢量
■----偏移矢量
■----任意缺陷矢量
■----传感器捕捉到的磁场矢量
上式中，如果调零矢量■不为零时，可调整偏移矢量■。
截取钢丝绳横断面，通过磁感应强度B或磁场强度H可计算某一点的损失当量ΔS。在空气中，B≈H，由于H∝ΔS，可认为H是ΔS的函数，记作：ΔS=F（H）
将（1）式带入，可写为：
式中：
A----比例系数
C----常量
总缺陷当量：
3 钢丝绳在线自动检测系统
磁场空间矢量合成理论的创立，克服了强磁检测的缺点，提高了检测精确度，抗干扰能力得到加强，与现代计算机技术、通讯技术等相结合，使钢丝绳在线、无损、远程诊断得以实现。
如图1所示为钢丝绳检测系统图，其工作过程为：
（1）弱磁加载装置对钢丝绳进行弱磁规划;
（2）安装传感器检测装置，布置测点，实时采集原始信号并输出;
（3）A/D转换模块对接收的信号转换、初步处理，然后通过通讯系统传输到
主控中心;
（4）位置传感器根据行程将采集的位置信号传输到主控中心;
（5）中控中心进行分析、计算、对比，得到检测结果;
（6）在显示终端显示检测结果;
（7）如果检测结果超出规定值，则报警模块启动，发出预警信号;
（8）存储模块可将检测信息存入数据库中，打印设备可将检测报告自动打印。
4 结束语
基于弱磁检测技术的优势，同煤集团近年来多个矿井选用了TCK钢丝绳在线实时自动检测系统，与以往的人工检测相比，提高了准确性、安全性，降低了工人的劳动强度，杜绝了安全隐患，可以根据钢丝绳的运行状况合理更换，节约了钢丝绳用量，减少了空转能耗，实现了高效、安全、节能的无损在线监测。
参考文献
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