CN105116046A - 一种煤矿钢丝绳实时在线检测装置 - Google Patents

Abstract

一种煤矿钢丝绳实时在线检测装置及其检测方法，属于矿井提升机构在线检测领域，其特征在于是一种在线检测煤矿提升机构钢丝绳发生断丝或应力集中的装置及其检测方法。本发明钢丝绳检测探头部分根据金属磁记忆检测技术设计，不需要对检测构件进行磁化，而且也避免了像漏磁检测装置那样永磁体对检测构件磁化不均匀的弊端。为了消除外界干扰对钢丝绳检测信号的影响，钢丝绳检测探头设计采用平衡和差分的方法。克服了外界对钢丝绳缺陷输出信号的干扰；克服了钢丝绳抖动对检测装置的破坏，提高了检测装置的强度；克服了传统漏磁检测技术对钢丝绳磁化不均匀的弊端。能实现检测传感器与钢丝绳之间零接触，减小检测提离值在实时检测过程中的变化。

Description

一种煤矿钢丝绳实时在线检测装置

技术领域

本发明一种煤矿钢丝绳实时在线检测装置，属于矿井提升机构在线检测领域，具体涉及一种在线检测煤矿提升机构钢丝绳发生断丝或应力集中的装置。

技术背景

钢丝绳是一种柔性的空间螺旋结构钢制品，被广泛地应用于矿山机械、建筑、桥梁等领域，在煤炭、冶金飞交通运输、建筑和旅游等国民经济各主要行业和部门得到广泛应用，其可靠性对设备的安全可靠运行至关重要。它具有强度高、自重轻、弹性好、工作平稳可靠、承受动载和过载能力强以及能在高速工作条件下运行和卷绕无噪声等许多优点。钢丝绳的直径一般范围5mm-80mm，应用的场合各不相同，对于煤矿使用的钢丝绳来讲，直径相对来讲比较粗，一般为39mm。煤矿提升机在高速运行时，钢丝绳存在着大幅度的摆动，加上所使用的钢丝绳直径一般都比较大，如何克服这些弊端一直是矿用钢丝绳在线检测的一个难题。已经提出的钢丝绳缺陷无损检测方法有:①机械检测法。②射线检测法。③电流检溯法。④声发射检侧法。⑤光学检侧法。⑥电揭流检侧法。⑦超声波检测法。⑧振动检测法。⑨磁性检测法。矿用钢丝绳的检测技术一般采用磁性检测方法，包括漏磁检测、金属磁记忆检测等。提升机高速运行时，钢丝绳的摆动会使其磁化不均匀，同时也会使传感器的提离值不断改变，而且外界环境对钢丝绳干扰大，从而导致信号输出失真、信号重复性差，而且也会极大的缩短钢丝绳检测装置的寿命。

发明内容

本发明一种煤矿钢丝绳实时在线检测装置，目的在于克服上述煤矿提升机构钢丝绳在线检测的弊端，提供一种基于金属磁记忆检测技术的，不需要对检测构件进行磁化，在设计检测探头时不需要考虑磁化装置，避免了像漏磁检测装置那样永磁体对检测构件磁化不均匀的煤矿提升机构钢丝绳在线装置及其检测方法。

本发明一种煤矿钢丝绳实时在线检测装置，其特征在于是一种基于金属磁记忆检测技术的，不需要对检测构件进行磁化，避免了像漏磁检测装置那样永磁体对检测构件磁化不均匀的煤矿提升机构钢丝绳在线装置，该装置包括钢丝绳检测探头部分和可适应钢丝绳抖动的探头支撑部分，钢丝绳检测探头部分主要由第一磁敏传感器2A、第二磁敏传感器2B、第三磁敏传感器2C、第四磁敏传感器2D，探头外壳3和传感器保护套4组成；可适应钢丝绳抖动的探头支撑部分主要由第一固定导轮5A、第二固定导轮5B、第三固定导轮5C、第四固定导轮5D、检测探头6、第一不固定导轮7A、第二不固定导轮7B、第三不固定导轮7C、第四不固定导轮7D、第一小弹簧8A、第二小弹簧8B、第一螺钉9A、第二螺钉9B、第三螺钉9C、第四螺钉9D、立柱10、第一大弹簧11A、第二大弹簧11B、铰接臂12、第一导轨13A、第二导轨13B、第一导轮14A、第二导轮14B、连接体15、第一铰接头16A、第二铰接头16B、第一铰接臂固定座17A、第二铰接臂固定座17B、第一铰接螺栓18A，第二铰接螺栓18B，第三铰接螺栓18C和第四铰接螺栓18D组成，(如图1所示)，钢丝绳1经过检测探头6，第一磁敏传感器2A、第二磁敏传感器2B、第三磁敏传感器2C和第四磁敏传感器2D安装在外壳3里面，第一磁敏传感器2A、第二磁敏传感器2B、第三磁敏传感器2C和第四磁敏传感器2D与钢丝绳1之间隔着传感器保护套4，第一磁敏传感器2A和第三磁敏传感器2C为第一组传感器中的其中两传感器，第二磁敏传感器2B和第四磁敏传感器2D为第二组传感器中的其中两传感器，两组磁敏传感器两两传感器分别构成差分平衡结构消除外界干扰，两组传感器在外壳3内安装方向一致，钢丝绳无缺陷或应力集中时，第一组传感器输出信号为Hp(y1)＝0，第二组传感器输出信号Hp(y2)＝0，经过运算放大器减法器输出信号为Hp(y1)-Hp(y2)＝0，当外界磁场发生改变对检测钢丝绳产生干扰信号Hp，会使第一组传感器输出信号为Hp(y1)＝0+Hp＝Hp，第二组传感器输出信号Hp(y2)＝0+Hp＝Hp，经过运算放大器减法器输出信号为Hp(y1)-Hp(y2)＝Hp-Hp＝0，输出信号仍为零，当有缺陷的钢丝绳经过传感器时，先经过第一组传感器，此时第一组传感器的输出为Hp(y1)＝Hp1+Hp，第二组传感器的输出为Hp(y2)＝0+Hp＝Hp，经过减法器传感器总的输出发生变化Hp(y1)-Hp(y2)＝Hp1+Hp-Hp＝Hp1；反之，当缺陷钢丝绳经过第二组传感器，第二组的输出为Hp(y2)＝Hp1+Hp，而第一组传感器的输出又恢复以前的输出Hp(y1)＝0+Hp＝Hp，经过减法器总的输出发生变化Hp(y1)-Hp(y2)＝Hp-(Hp1+Hp)＝-Hp1，最终传感器输出正负两个信号，根据外界干扰对两组传感器输出信号同时增加或同时减小克服外界环境变化对钢丝绳在线检测信号输出的影响，检测装置示意图参考图2、图3，探头6外部安装有第一固定导轮5A、第二固定导轮5B、第三固定导轮5C、第四固定导轮5D和探头第一不固定导轮7A、第二不固定导轮7B、第三不固定导轮7C、第四不固定导轮7D保证钢丝绳1稳定通过检测探头6，第一固定导轮5A、第二固定导轮5B、第三固定导轮5C、第四固定导轮5D分别通过第一螺钉9A、第二螺钉9B、第三螺钉9C、第四螺钉9D固定，第一不固定导轮7A和第二不固定导轮7B分别通过弹簧第一小弹簧8A和第二小弹簧8B以及与固定臂78通过铰接确保其能够围绕铰接中心点完成范围转动，探头支撑部分采用优质不锈钢及铝合金专用型材制作，采用平行四边形原理铰接，伸缩灵活行程大，在安装过程中，立柱10立于与煤矿需要检测的钢丝绳地面或者平台上，克服钢丝绳抖动主要依靠导轮第一导轮14A和第二导轮14B分别在第一导轨13A和第二导轨13B上横向移动消除横向抖动，依靠铰接四臂12克服钢丝绳上下抖动，第一大弹簧11A和第二大弹簧11B确保铰接四臂尽量维持其固有形态以及在钢丝绳抖动后恢复其固有形态；两组导轮通过连接体15进行连接，铰接四臂通过第一铰接臂固定座17A和第二铰接臂固定座17B固定于连接体15之上，第一铰接螺栓18A、第二铰接螺栓18B、第三铰接螺栓18C和第四铰接螺栓18D是铰接四臂的铰接螺栓，探头部分和探头支撑部分通过第一铰接头16A和第二铰接头16B进行铰接。如图4钢丝绳探头支撑部分三维示意图所示；如图5探头部分与探头支撑部分安装示意图所示；如图6钢丝绳实时在线检测装置示意图所示。

本发明一种煤矿钢丝绳实时在线检测装置的检测过程：钢丝绳在线检测支撑部分实现钢丝绳抖动横向分量(以下称为横向抖动)通过导轮的横向移动消除，抖动竖直分量(以下称为上下抖动)通过四臂杆根据平行四边形铰接，具有伸缩灵活行程大的特点，本发明采用两组四臂杆提高装置的强度。钢丝绳在线检测探头实现原理：本发明采用平衡和差分的方式消除外界干扰，钢丝绳无缺陷或应力集中时，第一组传感器与第二组传感器输出大小相等、方向相同的两个信号，经过运算放大器减法器输出信号为零。当外界磁场发生改变，会使两路输出信号同时增加或减小，输出信号仍为零，当有缺陷的钢丝绳经过传感器时，先经过第一组传感器，此时第一组传感器的输出变化，而第二组没有变化，经过减法器传感器总的输出发生变化。反之，当缺陷钢丝绳经过第二组传感器，第二组的输出发生变化，而第一组传感器的输出又回复以前的输出，经过减法器总的输出发生变化，最终传感器输出正负两个信号，克服外界环境突变对钢丝绳在线检测信号输出的影响。

本发明一种煤矿钢丝绳实时在线检测装置具有以下优点：钢丝绳检测探头部分根据金属磁记忆检测技术设计，由于金属磁记忆检测技术不需要对检测构件进行磁化，所以在设计检测探头时，不需要考虑磁化装置，而且也避免了像漏磁检测装置那样永磁体对检测构件磁化不均匀的弊端。为了消除外界干扰对钢丝绳检测信号的影响，钢丝绳检测探头设计采用平衡和差分的方法。克服了外界对钢丝绳缺陷输出信号的干扰；克服了钢丝绳抖动对检测装置的破坏，提高了检测装置的强度；克服了传统漏磁检测技术对钢丝绳磁化不均匀的弊端。能实现检测传感器与钢丝绳之间零接触，减小检测提离值在实时检测过程中的变化。

附图说明

图1钢丝绳探头的剖面示意图。

图2钢丝绳探头俯视示意图。

图3钢丝绳探头前视示意图。

图4钢丝绳探头支撑部分三维示意图。

图5探头部分与探头支撑部分安装示意图。

图6钢丝绳实时在线检测装置示意图。

图7传感器连接框图。

其中：1-钢丝绳，2A-第一磁敏传感器，2B-第二磁敏传感器，2C-第三磁敏传感器，2D-第四磁敏传感器，3-探头外壳，4-传感器保护套，5A第一固定导轮，5B第二固定导轮，5C第三固定导轮，5D第四固定导轮，6-检测探头，7A第一不固定导轮，7B第二不固定导轮，8A第一小弹簧，8B第二小弹簧，9A第一螺钉，9B第二螺钉，9C第三螺钉，9D第四螺钉，10-立柱，11A第一大弹簧，11B第二大弹簧，12-铰接臂，13A第一导轨，13B第二导轨，14A第一导轮，14B第二导轮，15连接体，16A第一铰接头，16B第二铰接头，17A第一铰接臂固定座，17B第二铰接臂固定座，18A第一铰接螺栓，18B第二铰接螺栓，18C第三铰接螺栓，18D第四铰接螺栓，78-固定臂。

具体实施方式

实施方式1

本发明钢丝绳实时在线检测装置包括探头部分和探头支撑部分，钢丝绳检测探头部分主要由第一磁敏传感器2A、第二磁敏传感器2B、第三磁敏传感器2C、第四磁敏传感器2D，探头外壳3和传感器保护套4组成；可适应钢丝绳抖动的探头支撑部分主要由第一固定导轮5A、第二固定导轮5B、第三固定导轮5C、第四固定导轮5D、检测探头6、第一不固定导轮7A、第二不固定导轮7B、第三不固定导轮7C、第四不固定导轮7D、第一小弹簧8A、第二小弹簧8B、第一螺钉9A、第二螺钉9B、第三螺钉9C、第四螺钉9D、立柱10、第一大弹簧11A、第二大弹簧11B、铰接臂12、第一导轨13A、第二导轨13B、第一导轮14A、第二导轮14B、连接体15、第一铰接头16A、第二铰接头16B、第一铰接臂固定座17A、第二铰接臂固定座17B、第一铰接螺栓18A，第二铰接螺栓18B，第三铰接螺栓18C，第四铰接螺栓18D组成，(如图1所示)，钢丝绳1经过检测探头6，第一磁敏传感器2A、第二磁敏传感器2B、第三磁敏传感器2C和第四磁敏传感器2D安装在外壳3里面，第一磁敏传感器2A、第二磁敏传感器2B、第三磁敏传感器2C和第四磁敏传感器2D与钢丝绳1之间隔着传感器保护套4，第一磁敏传感器2A和第三磁敏传感器2C为第一组传感器中的其中两传感器，第二磁敏传感器2B和第四磁敏传感器2D为第二组传感器中的其中两传感器，两组磁敏传感器两两传感器分别构成差分平衡结构消除外界干扰，如图7所示，两组磁敏传感器中对应的对应的传感器通过减法器连接，两组传感器中所有的传感器安装方向一致，两组传感器在外壳3内安装方向一致，钢丝绳无缺陷或应力集中时，第一组传感器输出信号为Hp(y1)＝0，第二组传感器输出信号Hp(y2)＝0，经过运算放大器减法器输出信号为Hp(y1)-Hp(y2)＝0，当外界磁场发生改变对检测钢丝绳产生干扰信号Hp，会使第一组传感器输出信号为Hp(y1)＝0+Hp＝Hp，第二组传感器输出信号Hp(y2)＝0+Hp＝Hp，经过运算放大器减法器输出信号为Hp(y1)-Hp(y2)＝Hp-Hp＝0，输出信号仍为零，当有缺陷的钢丝绳经过传感器时，先经过第一组传感器，此时第一组传感器的输出为Hp(y1)＝Hp1+Hp，第二组传感器的输出为Hp(y2)＝0+Hp＝Hp，经过减法器传感器总的输出发生变化Hp(y1)-Hp(y2)＝Hp1+Hp-Hp＝Hp1；反之，当缺陷钢丝绳经过第二组传感器，第二组的输出为Hp(y2)＝Hp1+Hp，而第一组传感器的输出又恢复以前的输出Hp(y1)＝0+Hp＝Hp，经过减法器总的输出发生变化Hp(y1)-Hp(y2)＝Hp-(Hp1+Hp)＝-Hp1，最终传感器输出正负两个信号，根据外界干扰对两组传感器输出信号同时增加或同时减小克服外界环境变化对钢丝绳在线检测信号输出的影响，检测装置示意图参考图2、图3，检测探头6外部安装有第一固定导轮5A、第二固定导轮5B、第三固定导轮5C、第四固定导轮5D和探头第一不固定导轮7A、第二不固定导轮7B、第三不固定导轮7C、第四不固定导轮7D保证钢丝绳1稳定通过检测探头6，第一固定导轮5A、第二固定导轮5B、第三固定导轮5C、第四固定导轮5D分别通过第一螺钉9A、第二螺钉9B、第三螺钉9C、第四螺钉9D固定，第一不固定导轮7A和第二不固定导轮7B分别通过弹簧第一小弹簧8A和第二小弹簧8B以及与固定臂78通过铰接确保其能够围绕铰接中心点完成范围转动，探头支撑部分采用优质不锈钢及铝合金专用型材制作，采用平行四边形原理铰接，伸缩灵活行程大，在安装过程中，立柱10立于与煤矿需要检测的钢丝绳地面或者平台上，克服钢丝绳抖动主要依靠导轮第一导轮14A和第二导轮14B分别在第一导轨13A和第二导轨13B上横向移动消除横向抖动，依靠铰接四臂12克服钢丝绳上下抖动，第一大弹簧11A和第二大弹簧11B确保铰接四臂尽量维持其固有形态以及在钢丝绳抖动后恢复其固有形态；两组导轮通过连接体15进行连接，铰接四臂通过第一铰接臂固定座17A和第二铰接臂固定座17B固定于连接体15之上，18A第一铰接螺栓、18B第二铰接螺、18C第三铰接螺栓和18D第四铰接螺栓是铰接四臂的铰接螺栓，探头部分和探头支撑部分通过第一铰接头16A和第二铰接头16B进行铰接。作为一种优选方式：探头所使用磁敏传感器采用一维传感器，检测磁记忆信号的法相分量，其信号特征为改变正负方向。

实施方式2

作为一种优选方式：阵列传感器有两组，每组传感器个数均匀布置6个。其它同实施方式1。

实施方式3

作为一种优选方式：磁敏传感器选用灵敏度较高的霍尔传感器或者霍尼韦尔磁敏传感器HMC1021Z。其它同实施方式1。

实施方式4

作为一种优选方式：两组阵列传感器在探头外壳内布置方向一致，使用减法器对两组传感器各对应信号取差,输出6路信号，输出为波形显示。其它同实施方式1。

实施方式5

作为一种优选方式：探头支撑部分铰接臂采用优质不锈钢及铝合金专用型材制作。其它同实施方式1。

Claims (1)

1.一种煤矿钢丝绳实时在线检测装置，其特征在于是一种基于金属磁记忆检测技术的，不需要对检测构件进行磁化，避免了像漏磁检测装置那样永磁体对检测构件磁化不均匀的煤矿提升机构钢丝绳在线装置，该装置包括钢丝绳检测探头部分和可适应钢丝绳抖动的探头支撑部分，钢丝绳检测探头部分主要由第一磁敏传感器(2A)、第二磁敏传感器(2B)、第三磁敏传感器(2C)、第四磁敏传感器(2D)、探头外壳(3)和传感器保护套(4)组成；可适应钢丝绳抖动的探头支撑部分主要由第一固定导轮(5A)、第二固定导轮(5B)、第三固定导轮(5C)、第四固定导轮(5D)、检测探头(6)、第一不固定导轮(7A)、第二不固定导轮(7B)、第三不固定导轮(7C)、第四不固定导轮(7D)、第一小弹簧(8A)、第二小弹簧(8B)、第一螺钉(9A)、第二螺钉(9B)、第三螺钉(9C)、第四螺钉(9D)、立柱(10)、第一大弹簧(11A)、第二大弹簧(11B)、铰接臂(12)、第一导轨(13A)、第二导轨(13B)、第一导轮(14A)、第二导轮(14B)、连接体(15)、第一铰接头(16A)、第二铰接头(16B)、第一铰接臂固定座(17A)、第二铰接臂固定座(17B)、第一铰接螺栓(18A)、第二铰接螺栓(18B)、第三铰接螺栓(18C)和第四铰接螺栓(18D)组成，钢丝绳(1)经过检测探头(6)，第一磁敏传感器(2A)、第二磁敏传感器(2B)、第三磁敏传感器(2C)和第四磁敏传感器(2D)安装在外壳(3)里面，第一磁敏传感器(2A)、第二磁敏传感器(2B)、第三磁敏传感器(2C)和第四磁敏传感器(2D)与钢丝绳(1)之间隔着传感器保护套(4)，第一磁敏传感器(2A)和第三磁敏传感器(2C)为第一组传感器中的其中两传感器，第二磁敏传感器(2B)和第四磁敏传感器(2D)为第二组传感器中的其中两传感器，两组磁敏传感器两两传感器分别构成差分平衡结构消除外界干扰，两组传感器在外壳(3)内安装方向一致，钢丝绳无缺陷或应力集中时，第一组传感器输出信号为Hp(y1)＝0，第二组传感器输出信号Hp(y2)＝0，经过运算放大器减法器输出信号为Hp(y1)-Hp(y2)＝0，当外界磁场发生改变对检测钢丝绳产生干扰信号Hp，会使第一组传感器输出信号为Hp(y1)＝0+Hp＝Hp，第二组传感器输出信号Hp(y2)＝0+Hp＝Hp，经过运算放大器减法器输出信号为Hp(y1)-Hp(y2)＝Hp-Hp＝0，输出信号仍为零，当有缺陷的钢丝绳经过传感器时，先经过第一组传感器，此时第一组传感器的输出为Hp(y1)＝Hp1+Hp，第二组传感器的输出为Hp(y2)＝0+Hp＝Hp，经过减法器传感器总的输出发生变化Hp(y1)-Hp(y2)＝Hp1+Hp-Hp＝Hp1；反之，当缺陷钢丝绳经过第二组传感器，第二组的输出为Hp(y2)＝Hp1+Hp，而第一组传感器的输出又恢复以前的输出Hp(y1)＝0+Hp＝Hp，经过减法器总的输出发生变化Hp(y1)-Hp(y2)＝Hp-(Hp1+Hp)＝-Hp1，最终传感器输出正负两个信号，根据外界干扰对两组传感器输出信号同时增加或同时减小克服外界环境变化对钢丝绳在线检测信号输出的影响，检测探头(6)外部安装有第一固定导轮(5A)、第二固定导轮(5B)、第三固定导轮(5C)、第四固定导轮(5D)、探头第一不固定导轮(7A)、第二不固定导轮(7B)、第三不固定导轮(7C)和第四不固定导轮(7D)保证钢丝绳(1)稳定通过检测探头(6)，第一固定导轮(5A)、第二固定导轮(5B)、第三固定导轮(5C)和第四固定导轮5D分别通过第一螺钉(9A)、第二螺钉(9B)、第三螺钉(9C)和第四螺钉(9D)固定，第一不固定导轮(7A)和第二不固定导轮(7B)分别通过弹簧第一小弹簧(8A)和第二小弹簧(8B)以及与固定臂(78)通过铰接确保其能够围绕铰接中心点完成范围转动，探头支撑部分采用优质不锈钢及铝合金专用型材制作，采用平行四边形原理铰接，伸缩灵活行程大，在安装过程中，立柱(10)立于与煤矿需要检测的钢丝绳地面或者平台上，克服钢丝绳抖动主要依靠导轮第一导轮(14A)和第二导轮(14B)分别在第一导轨(13A)和第二导轨(13B)上横向移动消除横向抖动，依靠铰接四臂(12)克服钢丝绳(1)上下抖动，第一大弹簧(11A)和第二大弹簧(11B)确保铰接四臂尽量维持其固有形态以及在钢丝绳抖动后恢复其固有形态；两组导轮通过连接体(15)进行连接，铰接四臂通过第一铰接臂固定座(17A)和第二铰接臂固定座(17B)固定于连接体(15)之上，第一铰接螺栓(18A)、第二铰接螺栓(18B)、第三铰接螺栓(18C)和第四铰接螺栓(18D)是铰接四臂的铰接螺栓，探头部分和探头支撑部分通过第一铰接头(6A)和第二铰接头(16B)进行铰接。