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【摘要】為了確保煤礦提升設(shè)備的安全運(yùn)行,隨時(shí)掌握鋼絲繩的安全狀況,有效解決鋼絲繩運(yùn)行管理中“隱患、浪費(fèi)、低效”同在的三大矛盾,采用了TCK.W鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)從十二個(gè)方面強(qiáng)化對(duì)鋼絲繩的安全保障作用,及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼絲繩的內(nèi)外部損傷,有效避免重大鋼絲繩安全事故,保璋了生命財(cái)產(chǎn)安全,具有顯著的社會(huì)效益。鋼絲繩檢測(cè)儀
鋼絲繩無損檢測(cè)儀 鋼絲繩探傷儀
【關(guān)鍵詞】鋼絲繩探傷;TCK.W鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用;鋼絲繩在線檢測(cè)
1 立項(xiàng)原因
為確保煤礦提升設(shè)備的安全運(yùn)行,《煤礦安全規(guī)程》對(duì)提升鋼絲繩做了詳細(xì)的規(guī)定,第401條:提升裝置使用的鋼絲繩做定期檢驗(yàn)時(shí)安全系數(shù)有下列情況之一時(shí)必須更換,①專為升降人員用的小于7,②升降人員物科用的鋼絲繩升降人員時(shí)小于7.升降物料時(shí)小于6。⑶專為升降物料和是掛吊盤用的小于5。在實(shí)際使用中安全系數(shù)選多大才合理昵。該礦進(jìn)行了提升鋼絲繩安全系數(shù)與使用壽命關(guān)系的探索發(fā)現(xiàn)鋼絲繩隨載荷的增加會(huì)有微量的伸長,當(dāng)載荷超過彈性極限時(shí)鋼絲繩就可能斷裂,實(shí)際上,鋼絲繩在工作時(shí),除了受到靜載荷外,還受到因加速度和沖擊引起的動(dòng)載荷,因彎曲引起的附加載荷等,當(dāng)除了靜載荷以外的其他載荷增加時(shí),實(shí)際的安全系數(shù)就會(huì)降低。根據(jù)煤礦鋼絲繩使用經(jīng)驗(yàn),除少數(shù)鋼絲繩由于斷絲、磨損等超出《規(guī)程》外大多數(shù)采用定期更換的方法,由于檢測(cè)手段落后,無法掌握使用中鋼絲繩的損傷情況,疲勞程度,使鋼絲繩的安全管理存在著一定的隱患。我礦對(duì)能否在線檢測(cè)出鋼絲繩的實(shí)際承載能力,隨時(shí)掌握鋼絲繩的安全狀況,進(jìn)行了檢測(cè)方法的探索。TCK.W弱磁檢測(cè)技術(shù)一舉突破了困擾全球鋼絲繩無損探傷界的百年技術(shù)難題,為有效解決鋼絲繩運(yùn)行管理中“隱患、浪費(fèi)、低效”同在的三大矛盾,實(shí)現(xiàn)其“安全、節(jié)約、高效”運(yùn)行的三重目標(biāo),提供了重要的安全技術(shù)保障
2 研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
鋼絲繩作為重要提升、運(yùn)輸設(shè)備中的“高度危險(xiǎn)構(gòu)件”,始終是安全監(jiān)管的“盲點(diǎn)”,由于缺少有效的檢測(cè)控制手段,因此,長期以來,一直是影響煤炭系統(tǒng)安全生產(chǎn)的“重大危險(xiǎn)源”為了避免事故發(fā)生,目前煤炭企業(yè)普遍采用的方法是:人工檢測(cè)與定期換繩。
2.1 TCK.W弱磁檢測(cè)技術(shù)原理
TCK.W弱磁撿測(cè)技術(shù)是基于“空間磁場(chǎng)矢量合成”,采用寬距、非接觸式弱磁能勢(shì)感應(yīng)裝置,通過提取已施加磁載的鐵磁性材料上弱磁能勢(shì)分布差異信息,完成定位、定性和定量識(shí)別鋼絲繩
內(nèi)外部各種缺陷的創(chuàng)新性電磁無損檢測(cè)技術(shù)。(如圖1、圖2),通過提取已施
加磁載的鐵磁性材料上弱磁能勢(shì)分布差異信息,完成定位、定性和定量識(shí)別鋼絲繩內(nèi)外部各種缺陷的創(chuàng)新性電磁無損檢測(cè)技術(shù)。
TCK.W弱磁檢測(cè)技術(shù)遵從國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO154:1988)規(guī)范的鋼絲繩安全承載能力校核原則,提取的鐵磁性材料物理場(chǎng)變信息,單值等效映射鋼絲繩上鐵磁性材料體積元的綜合退變特征,為系統(tǒng)評(píng)估鋼絲繩抗拉/彎/扭綜合承載性能、安全使用壽命和安全負(fù)菏系數(shù),提供了科學(xué)的依據(jù)。
注:磁能勢(shì)即磁場(chǎng)能量梯度;體積元,即鋼絲繩沿軸向的體積微分。體積元內(nèi)載荷材料的綜合退變特征也就是鋼絲繩金屬截面積損失(LMA)和局部缺陷(LF)的綜臺(tái)反映。
TCK.W傳感器基于“空間磁場(chǎng)矢量合成原理”,釋能元鋼絲繩內(nèi)部各種缺陷產(chǎn)生在體積元的磁能勢(shì)差異件,提供一個(gè)給定弱電磁場(chǎng)Bx,與鋼絲繩體積元的弱TCK.W弱磁傳感器能夠清晰、完整、快速地識(shí)別和提磁場(chǎng)B關(guān)聯(lián)出磁場(chǎng)By,磁衡元件則把By的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電量信號(hào),取這種物理場(chǎng)變信息。
1)鐵磁性材料的磁特性.根據(jù)量子力學(xué)理論由于相鄰電子自旋磁矩的交換耦臺(tái)作用,使得鐵磁性介質(zhì)內(nèi)部排列形成一定形狀的“磁疇”每個(gè)磁疇內(nèi)部具有同一個(gè)自旋磁矩方向(如圖3)。
如果某一方向的磁疇在統(tǒng)計(jì)學(xué)分布中具備數(shù)量或者體積上的優(yōu)勢(shì),就會(huì)宏觀上顯示出材料磁性。而如果各磁疇的分布雜亂無章,在任一方向上均無憂勢(shì),則不會(huì)有宏觀磁性產(chǎn)生。給定的外部磁場(chǎng)作用會(huì)改變某一方向的磁疇數(shù)量,使鐵磁性材料儲(chǔ)備或釋放一定的磁能。而且這種改變不隨外部磁場(chǎng)的退出而復(fù)原,卻形成所謂磁載。磁載在一定的對(duì)稱空間建立磁能勢(shì)場(chǎng),只要沒有劇烈機(jī)械振動(dòng)或高溫變化等就會(huì)在鐵磁性材料內(nèi)部穩(wěn)定地保持較長時(shí)間。
2)自然狀態(tài)下的鋼絲繩。磁能勢(shì)由磁載決定并依托于鋼絲繩體積元內(nèi)參與機(jī)械負(fù)荷的鐵磁性金屬材料(以下稱”載荷材料”)而分布由于制造、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行等歷史過程對(duì)鋼絲繩留下了未知的磁載(其無序狀如圖4),所以自然狀態(tài)下的磁能勢(shì)還不能真實(shí)地反映體積元的材質(zhì)特征,即材料究竟是正常還是有缺陷。因此先需要一種方法以建立磁載與載菏材料材質(zhì)特征之間的物理對(duì)應(yīng)。
3)弱磁規(guī)劃方法。弱磁規(guī)劃方法——即弱磁能積規(guī)劃方法,也稱“弱磁加載”方法。向鐵磁性構(gòu)件(鋼絲繩)施加給定磁載,使所有敦荷材料具有同等適度的低量級(jí)磁能積(材料的磁能量密度),并且如果載荷材料沿鋼絲繩軸向等量均勻,連續(xù)分布,則任意體積元的磁能積也是等量均勻的。即沿鋼絲繩所建的軸向磁場(chǎng)均勻而且連續(xù),穿過任意體積元的磁通等量,而且磁通密度均勻(如圖5)。注:磁能積反映單位體積的磁載儲(chǔ)存能量水平,類似于物理學(xué)中運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能。
2.2 鋼絲繩損傷及其磁性特征
在拉、彎、扭等機(jī)械負(fù)荷及其它次生負(fù)荷的反復(fù)作用下,鋼絲繩某些體積元的材料組織出現(xiàn)變異、退化、損失或者應(yīng)力集中?;蛞蚶焖苄詮娇s、碾壓/研磨/銹蝕性缺損(LMA),或因疲勞裂隙、裂斷等突變/間斷(LF),磁力線在這些退變的體積元中只能沿不規(guī)則的低能耗路徑排布,磁通密度隨之變化,磁能積分布不均勻,使各體積元產(chǎn)生磁能勢(shì)差異。而且,這些退變的程度越嚴(yán)重,磁能勢(shì)差異就越突出。發(fā)生退變的體積元,或因拉伸塑性徑縮、碾壓/研磨/銹蝕性缺損(LMA)或因疲勞裂隙、裂斷等突變,間斷(LF),磁力線在這些退變的體積元中只能沿不規(guī)則的低能耗路徑排布,磁通密度隨之變化,磁能積分布不均勻,使各體積元產(chǎn)生磁能勢(shì)差異。而且,這些退變的程度越嚴(yán)重,磁能勢(shì)差異就越突出。
只要對(duì)鋼絲繩正常載荷材料體積元進(jìn)行“完好定義”____標(biāo)定無缺陷體積元的磁能勢(shì)特征量,通過與提取的鋼絲繩全部載荷材料體積元磁能勢(shì)特征量的模式對(duì)比,即可有效識(shí)別載荷材料因退變產(chǎn)生的磁能勢(shì)差異,并由這種載荷材料物理場(chǎng)變量映射其機(jī)械承載性能相關(guān)變化的定量關(guān)系,也就實(shí)現(xiàn)了無損條件下定位、定性和定量檢測(cè)鋼絲繩各種退變特征的技術(shù)目標(biāo)
2.3 TCK.W鋼絲繩在線自動(dòng)檢測(cè)系分析軟件
TCK.W鋼絲繩在線自動(dòng)撿測(cè)系統(tǒng),采用專家型計(jì)算機(jī)控制應(yīng)用程序,實(shí)現(xiàn)了無人值守、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)數(shù)據(jù)集成、并自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告的系統(tǒng)化功能,根據(jù)行業(yè)性監(jiān)管模式,具備“數(shù)據(jù)表格/損傷曲線/統(tǒng)計(jì)圖表多重預(yù)置”?!昂笈_(tái)數(shù)據(jù)運(yùn)算”、“自動(dòng)建檔”、“系統(tǒng)自撿”及“故障預(yù)普處置”等強(qiáng)大功能
3 應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益
重大提升運(yùn)輸設(shè)TCK.W鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),與傳統(tǒng)的鋼絲繩檢測(cè)及管理方式相比,從十二個(gè)主要方面強(qiáng)化了對(duì)鋼絲繩的安全保障作用.
通過鋼絲繩數(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)的建立運(yùn)行,將徹底改變陳舊的鋼絲繩管理方式,對(duì)安全生產(chǎn)意義重大。通過實(shí)施在線實(shí)時(shí)監(jiān),及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼絲繩的內(nèi)外部損傷,并可隨時(shí)跟進(jìn)各類損傷的發(fā)展趨勢(shì)極大地提高了重大運(yùn)輸設(shè)備的本質(zhì)安全程度,有效避免重大鋼絲繩安全事故,保障了生命財(cái)產(chǎn)安全,具有顯著的社會(huì)效益。
4 推廣應(yīng)用前景
TCK.W鋼絲繩在線檢測(cè)技術(shù)目前已在我公司各礦推廣開來,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【參考文獻(xiàn)】
[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[s].機(jī)械工業(yè)出版社,2000.6
[2]鋼絲繩在線實(shí)時(shí)安全檢測(cè)管理系統(tǒng)[s].中國洛陽TCK.W鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)有限公司出版,2009.10
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責(zé)任編輯:湯靜
技術(shù)交流:wm@wmndt.com
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