基本信息
- 項目名稱：
- 鋼絲繩芯膠帶中鋼絲繩陣列的無損檢測裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目設(shè)計一種鋼絲繩芯膠帶中鋼絲繩陣列的無損檢測裝置。鋼絲繩芯傳輸機，是在礦山企業(yè)中用來運輸煤礦、礦石等物料的大型運輸設(shè)備，膠帶是其關(guān)鍵部件，膠帶由外層的硫化橡膠和內(nèi)部鋼絲繩陣列組成。當內(nèi)部鋼絲繩出現(xiàn)斷繩等缺陷時，膠帶承載力下降，容易產(chǎn)生安全事故。本項目設(shè)計的裝置采用漏磁檢測方法，檢測有缺陷的鋼絲繩，用電路進行數(shù)據(jù)處理，計算機軟件顯示和控制。
- 詳細介紹：
- 鋼絲繩芯傳輸帶（膠帶）是皮帶機的關(guān)鍵設(shè)備，其鋼絲繩的缺陷狀況直接關(guān)系到礦山安全，目前缺乏有效地檢測膠帶內(nèi)部鋼絲繩缺陷的裝置。本作品以本科生為主體，于2009年1月立項，2009年9月被批準為國家大學生創(chuàng)新項目，已于2011年4月結(jié)題，并被評為優(yōu)秀。作品于2010年8月赴中國科學院電工研究所開展學術(shù)交流，學術(shù)論文還參加了全國無損檢測年會，目前已申報兩項國家專利。作品的立意是借助現(xiàn)代技術(shù)手段，融合結(jié)構(gòu)學、電磁探傷、傳感器技術(shù)、光纖通訊技術(shù)、計算機技術(shù)，研究一種對膠帶中的鋼絲繩的斷股、斷繩、編接頭進行有效檢測的設(shè)備，以解決礦山企業(yè)在線膠帶檢測方面的不足。作品思路：作品立足于電磁方法，設(shè)計一套檢測系統(tǒng)，用磁化器磁化膠帶中的鋼絲繩陣列，以在其周圍產(chǎn)生漏磁場；發(fā)現(xiàn)膠帶有缺陷存在后，一方面通過皮帶機運行控制器使皮帶機停機，另一方面將檢測數(shù)據(jù)通過井上、下光纖收發(fā)器、通訊光纜送入井上計算機，作進一步地定性和定量分析，完成數(shù)據(jù)的分析、顯示、存儲，同時開發(fā)了用于井下系統(tǒng)的服務(wù)器程序和用于井上計算機系統(tǒng)的客戶服務(wù)程序。創(chuàng)新成果與前景：作品涉及檢測系統(tǒng)、分立式磁化器、分立式檢測傳感器、聚磁技術(shù)、全通道檢測技術(shù)等多個創(chuàng)新點，配套自主開發(fā)的服務(wù)器與客服端軟件。作品包括學術(shù)論文、自主開發(fā)軟件、兩項國家專利（已獲申報號）、檢測裝置等，經(jīng)過實驗測試檢測可靠，具有極大的市場應(yīng)用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 鋼絲繩芯傳輸帶（以下簡稱膠帶）是皮帶機的關(guān)鍵設(shè)備，直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)安全，目前還沒有較可靠的檢測膠帶內(nèi)部鋼絲繩陣列的裝置。作品的立意是借助現(xiàn)代技術(shù)手段，融合結(jié)構(gòu)學、電磁探傷、傳感器技術(shù)、光通訊技術(shù)、計算機技術(shù)研究和設(shè)計一種能對膠帶中的鋼絲繩的斷股、斷繩、編結(jié)頭進行有效檢測的設(shè)備，以解決礦山企業(yè)在線膠帶檢測方面的不足。作品立足于電磁方法，設(shè)計一套檢測系統(tǒng)。用磁化器磁化膠帶中的鋼絲繩陣列，以在其周圍產(chǎn)生漏磁場；發(fā)現(xiàn)膠帶有缺陷存在后，一方面通過皮帶機運行控制器使皮帶機停機，另一方面將檢測數(shù)據(jù)通過井上、下光纖收發(fā)器、通訊光纜送入井上計算機，作進一步地定性和定量分析，完成數(shù)據(jù)的分析、顯示、存儲。作品的創(chuàng)新點是：檢測系統(tǒng)，分立式磁化器，分立式檢測傳感器，聚磁技術(shù)，全通道檢測技術(shù)等。作品的技術(shù)關(guān)鍵是：勵磁磁路設(shè)計，測量磁路設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計；數(shù)/模信號處理系統(tǒng)設(shè)計；電磁仿真系統(tǒng)建模；缺陷電磁信號的特征提取、識別、分類和量化算法；微細缺陷的信號提取和識別算法。主要技術(shù)指標：皮帶最大運行速度為5m/s，缺陷定位到根，最小可檢斷口3mm。
科學性、先進性
- 近兩年，國內(nèi)市場上陸續(xù)出現(xiàn)了1-2種初級的膠帶檢測儀，并已進入礦井試運行，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這些產(chǎn)品存在兩個關(guān)鍵性缺陷： (1) 監(jiān)測通道少，膠帶中的鋼絲繩少則數(shù)十根，多則一百多根，任一根鋼絲繩斷裂都會改變膠帶局部的受力狀態(tài)，進而對其他鋼絲繩造成影響，導致狀況惡化，因此，將檢測必須定位到每一根鋼絲繩，但是由于技術(shù)方面的原因，這些儀器都無法做到全通道檢測； (2) 不能定量，對于編接頭而言，接頭的滑移量是判斷膠帶是否需要維修的關(guān)鍵依據(jù)，但是目前的儀器都不能實現(xiàn)此功能。本作品的技術(shù)先進性則體現(xiàn)在： (1) 實現(xiàn)鋼絲繩的斷繩、斷股的定性測量，實現(xiàn)編接頭滑移的定量測量； (2) 智能化管理歷史數(shù)據(jù)，能分析編接頭滑移的趨勢，生成報表，打?。?(3) 實時監(jiān)測膠帶的工作狀態(tài)； (4) 對斷繩、斷股和編接頭出現(xiàn)的異常狀況報警，并提供控制信號； (5) 通過光纖傳輸數(shù)據(jù)，傳輸距離長。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月在****科技文化節(jié)中進行作品展示。 2011年4月日在**組織的國家大學生創(chuàng)新項目結(jié)題驗收評審中獲優(yōu)秀。2011年6月在湖北省第八屆挑戰(zhàn)杯競賽中獲省一等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品在通電后，首先啟動服務(wù)器端軟件，確定網(wǎng)絡(luò)IP地址，然后開啟監(jiān)聽，接著在客戶端啟動膠帶檢測軟件，分別進行系統(tǒng)設(shè)置、新建作業(yè)、作業(yè)設(shè)計，標定后，開始檢測，查看波形和報表。該作品，使膠帶內(nèi)的鋼絲繩組獲得全面可靠地掃查，杜絕了漏檢所造成的危害；實現(xiàn)缺陷的智能識別和數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理，避免人為因素對檢測結(jié)果的影響。該裝置將能對膠帶內(nèi)鋼絲繩的斷繩和接頭移動等缺陷進行全面掃查，給膠帶的安全運行提供可靠的依據(jù)；采用計算機技術(shù)，監(jiān)測和判斷交給計算機軟件，杜絕了人為因素對檢測結(jié)果的影響；采用數(shù)字化技術(shù)，能對大量的歷史數(shù)據(jù)和結(jié)果進行自動歸類和保存，便于歷史數(shù)據(jù)的回溯和對膠帶狀況的分析；運輸機是煤礦、港口、鋼鐵企業(yè)和水利工程的重要運輸設(shè)備，全國總量在幾千萬米以上，煤礦出現(xiàn)的問題，其它相關(guān)行業(yè)同樣存在，因此鋼絲繩芯膠帶的檢測問題將形成巨大的市場，“鋼絲繩芯傳輸帶電磁無損檢測裝置”系統(tǒng)填補了國內(nèi)空白，具有巨大的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外針對強力膠帶中的鋼絲繩陣列的研究還沒有較成熟的方法，近幾年國內(nèi)出現(xiàn)了1-2種設(shè)備，這些設(shè)備的源頭可以追溯到德國，但是其在礦山企業(yè)的應(yīng)用并不理想，存在一些關(guān)鍵性的技術(shù)問題。本作品主要是針對這些問題開展，基本上解決了這些問題。電磁無損檢測新技術(shù)近年來不斷取得發(fā)展和進步。然而，要在實際工程中成熟應(yīng)用，就得權(quán)衡多方面的因素，選擇出最合適的方法。以下針對工程應(yīng)用對漏磁檢測法、感應(yīng)線圈檢測法、磁通門檢測法和磁致伸縮檢測法進行比較分析。 1.漏磁檢測法首先利用永磁體在膠帶周圍建立磁場，使其沿鋼絲繩軸向達到深度磁飽和。一旦某處存在缺陷，當其通過所施加的磁場時，會在鋼絲繩表面缺陷處產(chǎn)生漏磁場，或引起鋼絲繩磁路中磁通量變化。再由傳感器捕獲磁漏，并信號做進一步計算處理，就可間接分析出鋼絲繩的缺陷位置和類型。 2.感應(yīng)線圈檢測法利用Faraday電磁感應(yīng)定律，通過測量因缺陷引起的空間磁通量的變化而在線圈上感應(yīng)出的電動勢，以這種變化率來反映缺陷的情況。但此測方法缺陷，就是測量結(jié)果受膠帶與檢測設(shè)備的相對運行速度影響。一般情況下此相對運行速度在一定范圍內(nèi)波動，這就導致此法的誤差難以估量，檢測精度大打折扣。 3.磁通門檢測法與磁致伸縮檢測法雖然分別有著抗干擾能力強以及靈敏度高和檢測速度快、檢測效率高的優(yōu)點，但此法成本相對高，且在理論研究和實際技術(shù)應(yīng)用都不算成熟，依舊存在一些難以克服的技術(shù)問題。 4.漏磁檢測的測量信號表征缺陷處的磁場絕對大小，這樣一方面避免了檢測設(shè)備與膠帶之間相對速度不定而引入的測量誤差，另一方面也便于檢測的定量分析。而且絕對磁場強度值含有信號幅值大小、位置、數(shù)量等信息，易于提取，從而據(jù)此可推導出膠帶鋼絲繩陣列缺陷的缺損程度、缺陷位置以及缺陷數(shù)量，進而實現(xiàn)對缺陷檢測的定量化。如果再進一步，在擁有廣泛數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上甚至可以形成一項對膠帶電磁無損檢測的標準數(shù)據(jù)庫，為衡量膠帶是否需要檢查維護、淘汰更換提供可靠的依據(jù)。綜合上述分析和工程實際，針對膠帶的檢測，漏磁檢測法是目前相對可靠又經(jīng)濟的電磁檢測方法。 5. 射線法是一種較成熟的檢查金屬內(nèi)部狀況的方法，但是對于膠帶而言，三維的鋼絲繩被投影到二維的膠片上，接頭的松動根本無法分辨，再加上接頭太多（如神華金峰煤礦的接頭共有數(shù)千個），射線檢測根本不可能實現(xiàn)接頭的全面檢測，因此，大量的漏檢不可避免，膠帶的安全隱患并沒有消除。
