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钢丝绳芯胶带探伤技术概况
【作者/来源:江苏高盛华宇电力设备制造有限公司】【发布时间:2010/10/8】

 

钢丝绳芯胶带探伤技术概况

                            

    钢丝绳芯带式输送机,具有抗张强度高、伸长率小、体柔软、设备紧凑,使用寿命长,耐曲挠疲劳,抗冲击性能好,运输能力大,启动平稳,运行安全等优点,在长距离运输时,具有其它运输设备不可替代的优势,被广泛应用于港口、煤矿、钢厂、电厂、船厂、冶矿等各重要行业的生产中。
    随着煤矿工业的迅猛发展,综合机械化程度的提高,生产能力的增大,皮带输送机使用量也日益增加,一条龙的煤炭输送、提升系统的矿井已屡见不鲜,例如,山西某煤业集团,从80年代中期,开始大规模使用钢丝绳芯强力带式输送机,至今在籍已有皮带输送机792部,运输长度52万m,随着开拓的延深,皮带输送机还在不断增加,已成为煤炭运输不可替代的设备。然而,随着皮带运输机使用量的不断增加,运输皮带断裂事故,对煤矿也造成了极其严重的负面影响,直接影响生产与人身安全。
    大同煤业集团,从1989年至1995年,发生7次皮带断带事故,共影响生产400h,影响产量达30万吨,不仅影响生产和效益,还严重地破坏了其它生产用的重要设备。
    据不完全统计,平煤集团自1992年到目前,共发生断带事故24起。1994年5月20日和7月31日,山东省七五煤矿连续2次发生断带事故,每次均造成直接经济损失约9.8万元,间接损失达250余万元。2003年7月22日,华亭煤业集团公司砚北煤矿主井输送带发生断带事故,造成停产,整整用了10天处理事故。
    皮带输送机使用环境恶劣,经常处于腐蚀、磨损、日晒水淋等环境中,给皮带机的安全使用带来极大的隐患,如何预防钢丝绳芯强力运输带的断裂,已经成为保证煤炭生产的重要课题,由于没有完备的检测手段,只能凭经验检测,正确率和精确度很差,往往会造成超期使用或超前更换,据统计,更换下来的钢丝绳芯胶带有70%仅有很少强度损耗。究其导致上述问题的原因,就是由于目前对钢丝绳芯胶带,没有完备的检测手段,只能凭经验检测,正确率和精确度很差。因此,开发X射线实时无损探伤系统,尤其显得有极重要的价值。通过X-射线穿透胶带内钢丝绳芯后产生的透视图像,为我们提供了非常直观且丰富多彩的大量信息、资料和数据,通过分析软件处理后的透视图像信息,既为确保运输胶带的使用安全提供了有效手段,又能为定期更换胶带,提供实际数据与图像化的信息依据,减少因过早更换而造成的浪费,既确保皮带机的安全使用,又能减少因过早报废而造成的浪费,达到节能目的,是具有极重要的经济价值的。

一、钢丝绳芯强力皮带机无损检测技术
    强力输送带内部钢丝绳芯无损检测,理论上探讨过很多方法,包括超声波、声发射、电涡流、射线、光学及磁检测法等,只有磁检测法得到实践和推广;其它方法,或因检测信号易受干扰,检测结果难以记录;或因设备费用太高,检测局限性太大,均未推广应用, 目前主要采用下列几种方法:
(一)人工探伤
    所谓人工探伤,就是现场机电维修人员用眼睛直接观察皮带外形,看是否有鼓泡,在皮带接头处刻上记号,每天用钢尺测量,判断皮带接头有否伸长,再辅助使用X光照相的方法,对皮带的坏损进行检测,一般皮带机的长度为1000~5000m左右,此方法,操作繁琐,测量周期长,只能在可疑部位局部实现重点检测,人身安全保障差。
(二)超声波、红外线探伤
    在国外,如德国、澳大利亚、原苏联、英国和美国等采用过超声波探伤、红外线探伤等,但都不成熟。
(三)X射线在增强屏上成像
    FENLIK公司创建于1965年,总部设在德国,在英国、美国、瑞典、墨西哥、加拿大等国家和地区拥有分公司和生产基地,是世界上最大的称重及检测产品制造商之一。SMKX型高强皮带探伤仪是由菲力克技术有限公司开发的新一代的工业用短波射线检测仪器,它采用平板型影像增强器和内置式高压发生装置,同时带有工业微距摄像机,可以通过USB与电脑相连,通过电脑处理检测仪的图像。但是这款产品具有以下几个致命的弱点:
1、不能实时检测:一般以开一分钟停三分钟为宜,并且当前一次开机后关机,至后一次开机,中间必须间隔至少5秒钟以上,以避免前次的高压在关机后未完全退完后与后一次高压积累成瞬间高压,击穿短波射线球管,造成人为机器故障。
2、不能大面积检测:短波射线机的有效视野为Φ75mm,而皮带机的宽度为800~2000mm,要全范围检测是很困难的。
3、使用维护工作量大:设备在开始使用前,特别注意,在插入电池或接通电源时,不得按住主机上的按钮开关,否则将会使仪器造成严重损坏。设备在不使用时,必须放到铝箱中,如果暂时不用,必须横放在桌上以免损坏。平时铝箱存放时要避免摔倒,以免损坏仪器;每次使用前,须先察看主机的准直器是否有明显的角度偏差,显示器是否有玻璃破损。每过两年,本仪器就必须寄回生产厂一次,由生产厂进行一次保养,以确保安全使用。
(四)电磁感应探伤
    澳大利亚学者A·哈里森首先采用电磁感应原理,研制出“CBM强力输送带钢绳芯探伤装置”。而后各国都有类似设备出现,国内各科研院所,如:中科院力学所、煤科总院抚顺分院、原阜新矿院、原山西矿院等单位,也都研制出类似的探伤装置。
    电磁感应就是弱磁检测技术,采用漏交联谐振放大器或叫漏磁放大器对钢丝绳芯上剩磁信号进行检测,但由于钢丝绳中剩磁随时间变化很大,稳定的剩磁很小,如此小的剩磁,很容易被其它钢丝所屏蔽和磁短路,又很容易受到周围磁场的影响,此种情况下检测到的剩磁强度、剩磁分布,能否反映钢丝绳的缺陷程度?检测仪器的基础:①必须基于成熟的传感技术。②必须有可靠的理论为依据,再智能化也不可能解决原理带来的先天不足,智能化只是让操作使用更方便,减少人为因素而已。该方法不能全面直观地看到皮带内钢丝绳芯的图像,只能测试出几条曲线(类似心电图),对皮带接头伸长错位检测效果不佳,不能对胶带内部钢丝绳芯状况进行全面直观地了解,不能对胶带接头伸长定量计算,不直观。

二、钢丝绳芯输送带实时监测装置
    采用x射线透视及计算机图形处理技术,对钢丝绳芯透视成像,再通过计算机图像处理技术:识别、判断、鉴别分析透视图像,对钢丝绳芯强力皮带机进行实时检测,是一种可行、可靠,信息量丰富的方法。
(一)x射线实时监测装置硬件
    钢丝绳芯输送带实时监测装置原理,如图(1) 所示,当X射线通过强力输送胶带,照射到X光射线的接收板上,接收板上有x射线探测器阵列,将透过的x射线转换为电流信号,经过放大和转换,最终将数据上传至主机,主机实时对数据进行分析、处理和显示;检测的过程实时、直观、准确、快速,可将采集的图像存入硬盘,以供再现分析计算,对故障超标进行声响报警和信息提示。图(2)检测的输送带钢丝绳芯的图像。

图(1)钢丝绳芯输送带监测装置的结构原理图

图(2)钢丝绳芯输送带监测装置的图像

(二)x射线实时监测装置软件
    该软件基于Microsoft公司的Visual C++开发,运行于windows XP操作平台,操作方式简单,运行状况稳定可靠。操作软件主要有以下几大模块
1、数据采集模块(XDataRead);
2、数据处理模块(XDataProcess);
3、图像显示模块(GShowing);
4、智能处理模块(KnowledgeImg);
5、自动控制模块(AutoCtrl)。
(三)钢丝绳芯输送带实时监测装置的技术指标
1、输送机胶带宽度 800~2000mm,带速0~10m/s。
2、对接头抽动及钢丝绳断头损伤判断准确率达90%以上,横向定位距离误差小于50mm,可判断接头距离小于10mm。
3、实时存储以帧为单位的图像,可事后再现,放大及计算等。
4、对皮带图象进行强度计算,当钢丝绳芯坏损或锈蚀强度降低时报警。
5、对皮带接头图像进行伸长计算,伸长大于20mm时,报警。
6、控制主机在设备的10m内,具备网络传输功能。
7、使用寿命:x射线发生器一般为10000小时,计入损耗一般达到5000小时,X射线管失效后,更换X射线管,即可继续使用。
8、本产品使用微剂量x射线源,使用时漏泄剂量,大大低于国家标准允许的范围。

三、钢丝绳芯输送带实时监测装置的先进技术
1、高速的x射线阵列
    选用日本公司的x射线探测器,性能可靠稳定,自主研发的高速数据采集系统,满足实时在线检测。常规产品已经广泛用于安全检查领域。
2、功能强大的实时图像处理
    本软件综合了计算机图像处理技术、核物理成像技术、信号处理技术、大数据通信传输技术、模式识别、机电一体化等多学科。图(4)经过软件处理的图像。

图(4)经过软件处理的图像

四、钢丝绳芯输送带实时监测装置外型机构安装示意图
图(5)为外形机械结构壳体。

图(5)外形结构及安装示意图

五、市场前景
    本产品在钢丝绳芯强力输送带的维护、安全监测与质量检测等技术领域取得了重大突破;实用性强,具有极大的经济和社会效益。该技术填补国内空白,具有国际先进水平,解决了钢丝绳芯在线定量检测的技术难题。目前国内国际都未见该产品的实际应用。

 
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