基本信息
- 项目名称：
- 钢丝绳芯胶带中钢丝绳阵列的无损检测装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目设计一种钢丝绳芯胶带中钢丝绳阵列的无损检测装置。钢丝绳芯传输机，是在矿山企业中用来运输煤矿、矿石等物料的大型运输设备，胶带是其关键部件，胶带由外层的硫化橡胶和内部钢丝绳阵列组成。当内部钢丝绳出现断绳等缺陷时，胶带承载力下降，容易产生安全事故。本项目设计的装置采用漏磁检测方法，检测有缺陷的钢丝绳，用电路进行数据处理，计算机软件显示和控制。
- 详细介绍：
- 钢丝绳芯传输带（胶带）是皮带机的关键设备，其钢丝绳的缺陷状况直接关系到矿山安全，目前缺乏有效地检测胶带内部钢丝绳缺陷的装置。本作品以本科生为主体，于2009年1月立项，2009年9月被批准为国家大学生创新项目，已于2011年4月结题，并被评为优秀。作品于2010年8月赴中国科学院电工研究所开展学术交流，学术论文还参加了全国无损检测年会，目前已申报两项国家专利。作品的立意是借助现代技术手段，融合结构学、电磁探伤、传感器技术、光纤通讯技术、计算机技术，研究一种对胶带中的钢丝绳的断股、断绳、编接头进行有效检测的设备，以解决矿山企业在线胶带检测方面的不足。作品思路：作品立足于电磁方法，设计一套检测系统，用磁化器磁化胶带中的钢丝绳阵列，以在其周围产生漏磁场；发现胶带有缺陷存在后，一方面通过皮带机运行控制器使皮带机停机，另一方面将检测数据通过井上、下光纤收发器、通讯光缆送入井上计算机，作进一步地定性和定量分析，完成数据的分析、显示、存储，同时开发了用于井下系统的服务器程序和用于井上计算机系统的客户服务程序。创新成果与前景：作品涉及检测系统、分立式磁化器、分立式检测传感器、聚磁技术、全通道检测技术等多个创新点，配套自主开发的服务器与客服端软件。作品包括学术论文、自主开发软件、两项国家专利（已获申报号）、检测装置等，经过实验测试检测可靠，具有极大的市场应用前景。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 钢丝绳芯传输带（以下简称胶带）是皮带机的关键设备，直接关系到矿山的生产安全，目前还没有较可靠的检测胶带内部钢丝绳阵列的装置。作品的立意是借助现代技术手段，融合结构学、电磁探伤、传感器技术、光通讯技术、计算机技术研究和设计一种能对胶带中的钢丝绳的断股、断绳、编结头进行有效检测的设备，以解决矿山企业在线胶带检测方面的不足。作品立足于电磁方法，设计一套检测系统。用磁化器磁化胶带中的钢丝绳阵列，以在其周围产生漏磁场；发现胶带有缺陷存在后，一方面通过皮带机运行控制器使皮带机停机，另一方面将检测数据通过井上、下光纤收发器、通讯光缆送入井上计算机，作进一步地定性和定量分析，完成数据的分析、显示、存储。作品的创新点是：检测系统，分立式磁化器，分立式检测传感器，聚磁技术，全通道检测技术等。作品的技术关键是：励磁磁路设计，测量磁路设计和结构设计；数/模信号处理系统设计；电磁仿真系统建模；缺陷电磁信号的特征提取、识别、分类和量化算法；微细缺陷的信号提取和识别算法。主要技术指标：皮带最大运行速度为5m/s，缺陷定位到根，最小可检断口3mm。
科学性、先进性
- 近两年，国内市场上陆续出现了1-2种初级的胶带检测仪，并已进入矿井试运行，调研发现，这些产品存在两个关键性缺陷： (1) 监测通道少，胶带中的钢丝绳少则数十根，多则一百多根，任一根钢丝绳断裂都会改变胶带局部的受力状态，进而对其他钢丝绳造成影响，导致状况恶化，因此，将检测必须定位到每一根钢丝绳，但是由于技术方面的原因，这些仪器都无法做到全通道检测； (2) 不能定量，对于编接头而言，接头的滑移量是判断胶带是否需要维修的关键依据，但是目前的仪器都不能实现此功能。本作品的技术先进性则体现在： (1) 实现钢丝绳的断绳、断股的定性测量，实现编接头滑移的定量测量； (2) 智能化管理历史数据，能分析编接头滑移的趋势，生成报表，打印； (3) 实时监测胶带的工作状态； (4) 对断绳、断股和编接头出现的异常状况报警，并提供控制信号； (5) 通过光纤传输数据，传输距离长。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月在****科技文化节中进行作品展示。 2011年4月日在**组织的国家大学生创新项目结题验收评审中获优秀。2011年6月在湖北省第八届挑战杯竞赛中获省一等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品在通电后，首先启动服务器端软件，确定网络IP地址，然后开启监听，接着在客户端启动胶带检测软件，分别进行系统设置、新建作业、作业设计，标定后，开始检测，查看波形和报表。该作品，使胶带内的钢丝绳组获得全面可靠地扫查，杜绝了漏检所造成的危害；实现缺陷的智能识别和数据的数字化管理，避免人为因素对检测结果的影响。该装置将能对胶带内钢丝绳的断绳和接头移动等缺陷进行全面扫查，给胶带的安全运行提供可靠的依据；采用计算机技术，监测和判断交给计算机软件，杜绝了人为因素对检测结果的影响；采用数字化技术，能对大量的历史数据和结果进行自动归类和保存，便于历史数据的回溯和对胶带状况的分析；运输机是煤矿、港口、钢铁企业和水利工程的重要运输设备，全国总量在几千万米以上，煤矿出现的问题，其它相关行业同样存在，因此钢丝绳芯胶带的检测问题将形成巨大的市场，“钢丝绳芯传输带电磁无损检测装置”系统填补了国内空白，具有巨大的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 国内外针对强力胶带中的钢丝绳阵列的研究还没有较成熟的方法，近几年国内出现了1-2种设备，这些设备的源头可以追溯到德国，但是其在矿山企业的应用并不理想，存在一些关键性的技术问题。本作品主要是针对这些问题开展，基本上解决了这些问题。电磁无损检测新技术近年来不断取得发展和进步。然而，要在实际工程中成熟应用，就得权衡多方面的因素，选择出最合适的方法。以下针对工程应用对漏磁检测法、感应线圈检测法、磁通门检测法和磁致伸缩检测法进行比较分析。 1.漏磁检测法首先利用永磁体在胶带周围建立磁场，使其沿钢丝绳轴向达到深度磁饱和。一旦某处存在缺陷，当其通过所施加的磁场时，会在钢丝绳表面缺陷处产生漏磁场，或引起钢丝绳磁路中磁通量变化。再由传感器捕获磁漏，并信号做进一步计算处理，就可间接分析出钢丝绳的缺陷位置和类型。 2.感应线圈检测法利用Faraday电磁感应定律，通过测量因缺陷引起的空间磁通量的变化而在线圈上感应出的电动势，以这种变化率来反映缺陷的情况。但此测方法缺陷，就是测量结果受胶带与检测设备的相对运行速度影响。一般情况下此相对运行速度在一定范围内波动，这就导致此法的误差难以估量，检测精度大打折扣。 3.磁通门检测法与磁致伸缩检测法虽然分别有着抗干扰能力强以及灵敏度高和检测速度快、检测效率高的优点，但此法成本相对高，且在理论研究和实际技术应用都不算成熟，依旧存在一些难以克服的技术问题。 4.漏磁检测的测量信号表征缺陷处的磁场绝对大小，这样一方面避免了检测设备与胶带之间相对速度不定而引入的测量误差，另一方面也便于检测的定量分析。而且绝对磁场强度值含有信号幅值大小、位置、数量等信息，易于提取，从而据此可推导出胶带钢丝绳阵列缺陷的缺损程度、缺陷位置以及缺陷数量，进而实现对缺陷检测的定量化。如果再进一步，在拥有广泛数据的基础上甚至可以形成一项对胶带电磁无损检测的标准数据库，为衡量胶带是否需要检查维护、淘汰更换提供可靠的依据。综合上述分析和工程实际，针对胶带的检测，漏磁检测法是目前相对可靠又经济的电磁检测方法。 5. 射线法是一种较成熟的检查金属内部状况的方法，但是对于胶带而言，三维的钢丝绳被投影到二维的胶片上，接头的松动根本无法分辨，再加上接头太多（如神华金峰煤矿的接头共有数千个），射线检测根本不可能实现接头的全面检测，因此，大量的漏检不可避免，胶带的安全隐患并没有消除。
