礦并提升機(jī)鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)原理及應(yīng)用

張瑞平

摘要

針對(duì)礦井提升機(jī)鋼絲繩檢測(cè)中存在的問(wèn)題，分析了鋼絲繩失效機(jī)理，基于磁場(chǎng)空間矢量合成原理，采用高靈敏的傳感器，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行弱磁檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果精確，測(cè)試方法簡(jiǎn)單，與計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、無(wú)損、定位、定量檢測(cè)，做到事先診斷杜絕事故的發(fā)生，并且可以合理更換鋼絲繩，節(jié)省鋼絲繩用量。

【關(guān)鍵詞】弱磁檢測(cè) 提升鋼絲繩 故障診斷磁場(chǎng)空間矢量合成

礦井提升機(jī)擔(dān)負(fù)著運(yùn)送原煤、材料、設(shè)備及人員的重任，因此鋼絲繩的工作狀態(tài)直接關(guān)系著提升系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定地運(yùn)行，《煤礦安全規(guī)程》要求對(duì)鋼絲繩進(jìn)行日常必要的安全生產(chǎn)檢查，因此采用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，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(yán)重事故的發(fā)生提供了技術(shù)保障，一則杜絕斷繩帶來(lái)的安全事故，此外也可避免提前換繩帶來(lái)的浪費(fèi)。

1 鋼絲繩失效分析

鋼絲繩在使用過(guò)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(dá)到一定數(shù)量或截面積減小量超過(guò)允許值鋼絲繩必須報(bào)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(jié)、伸長(zhǎng)、繩芯突出等現(xiàn)象。鋼絲繩的破壞從微裂紋萌生到逐步擴(kuò)展乃至斷裂的一個(gè)使用周期壽命內(nèi)，進(jìn)行無(wú)損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，捕捉細(xì)微變化，做到事前診斷和預(yù)防。

2 檢測(cè)機(jī)理分析

2.1 弱磁檢測(cè)原理

鋼絲繩失效原因多種多樣，利用霍爾元件通過(guò)檢測(cè)漏磁和磁通量的變化來(lái)判斷有無(wú)斷絲（LF）和截面積縮?。↙MA）缺陷，存在很多弊端，而基于“空間磁場(chǎng)矢量合成原理”的弱磁檢測(cè)技術(shù)，將“LF”、“LMA”及其它損傷或功效降低統(tǒng)一擬合為鋼絲繩截面積損失當(dāng)量ΔS⁰，依據(jù)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(chǎng)空間矢量的數(shù)學(xué)模型

對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的鋼絲繩進(jìn)行檢測(cè)，施加磁載后在鋼絲繩內(nèi)部產(chǎn)生主磁場(chǎng)■，在其表面產(chǎn)生主漏磁場(chǎng)■，由于主漏磁場(chǎng)■與缺陷磁場(chǎng)方向相反，要有補(bǔ)償磁場(chǎng)■來(lái)抵消主漏磁場(chǎng)。

在任意一點(diǎn)竇氏傳感器捕捉到各種磁場(chǎng)矢量，如磨損磁場(chǎng)■、斷絲磁場(chǎng)■、疲勞磁場(chǎng)■、銹蝕磁場(chǎng)■、變形磁場(chǎng)■以及周?chē)h(huán)境磁場(chǎng)■。考慮地磁及周?chē)渌鼜?qiáng)磁的影響，會(huì)干擾檢測(cè)效果，因此在檢測(cè)時(shí)需要調(diào)零。

則：

式中：

■----調(diào)零矢量

■----偏移矢量

■----任意缺陷矢量

■----傳感器捕捉到的磁場(chǎng)矢量

上式中，如果調(diào)零矢量■不為零時(shí)，可調(diào)整偏移矢量■。

截取鋼絲繩橫斷面，通過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁場(chǎng)強(qiáng)度H可計(jì)算某一點(diǎn)的損失當(dāng)量ΔS。在空氣中，B≈H，由于H∝ΔS，可認(rèn)為H是ΔS的函數(shù)，記作：ΔS=F（H）

將（1）式帶入，可寫(xiě)為：

式中：

A----比例系數(shù)

C----常量

總?cè)毕莓?dāng)量：

3 鋼絲繩在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

磁場(chǎng)空間矢量合成理論的創(chuàng)立，克服了強(qiáng)磁檢測(cè)的缺點(diǎn)，提高了檢測(cè)精確度，抗干擾能力得到加強(qiáng)，與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)等相結(jié)合，使鋼絲繩在線(xiàn)、無(wú)損、遠(yuǎn)程診斷得以實(shí)現(xiàn)。

如圖1所示為鋼絲繩檢測(cè)系統(tǒng)圖，其工作過(guò)程為：

（1）弱磁加載裝置對(duì)鋼絲繩進(jìn)行弱磁規(guī)劃;

（2）安裝傳感器檢測(cè)裝置，布置測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集原始信號(hào)并輸出;

（3）A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換、初步處理，然后通過(guò)通訊系統(tǒng)傳輸?shù)?/p>

主控中心;

（4）位置傳感器根據(jù)行程將采集的位置信號(hào)傳輸?shù)街骺刂行?

（5）中控中心進(jìn)行分析、計(jì)算、對(duì)比，得到檢測(cè)結(jié)果;

（6）在顯示終端顯示檢測(cè)結(jié)果;

（7）如果檢測(cè)結(jié)果超出規(guī)定值，則報(bào)警模塊啟動(dòng)，發(fā)出預(yù)警信號(hào);

（8）存儲(chǔ)模塊可將檢測(cè)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，打印設(shè)備可將檢測(cè)報(bào)告自動(dòng)打印。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于弱磁檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，同煤集團(tuán)近年來(lái)多個(gè)礦井選用了TCK鋼絲繩在線(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，與以往的人工檢測(cè)相比，提高了準(zhǔn)確性、安全性，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，杜絕了安全隱患，可以根據(jù)鋼絲繩的運(yùn)行狀況合理更換，節(jié)約了鋼絲繩用量，減少了空轉(zhuǎn)能耗，實(shí)現(xiàn)了高效、安全、節(jié)能的無(wú)損在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1]王中天.現(xiàn)代礦井提升機(jī)鋼絲繩安全監(jiān)管模式探討[J].煤礦安全，2011（01）.

[2]張旭輝，馬宏偉，毛清華.煤礦帶式輸送機(jī)多級(jí)防護(hù)系統(tǒng)研究與測(cè)試[J].中國(guó)科技論文，2015（02）.

[3]趙樹(shù)貴.鋼絲繩探傷儀的選型應(yīng)用探討[J].煤炭技術(shù)，2012（05）.

[4]薛鵬，段躍新.TCK鋼絲繩在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在煤礦提升鋼絲繩安全管理中的應(yīng)用[J].建井技術(shù)，2011（08）.

[5]竇柏林，楊旭，繆康.我國(guó)鋼絲繩安全現(xiàn)狀及檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新[J].中國(guó)特種設(shè)備安全，2008（04）.