Key technique of a detection sensor for coal mine wire ropes

Wire ropes,employed extensively in coal mine hoists and transportation systems are subject to damage due to wear,corrosion and fatigue.The extent of damage and the carrying capacity of ropes are closely related to the sense of safety by staff and equipments.Magnetic flux leakage detection method(MFL),as an effective method,is these days widely used in detection of broken strands of wire ropes.In order to improve the accuracy of detection of flaws in wire ropes by magnetic flux leakage(MFL),the effect of the distance between a sensor and the surface of a wire rope(i.e.,lift-off) on detection by magnetic flux leakage was in-vestigated.An analysis of the main principles for the choice of lift-off is described by us and a new method that improves the structure of the detector is proposed from the point of view of the design of a magnetic circuit,to restrain the impact of fluctuations of sensor lift-off.The effect of this kind of method is validated by simulation and computation.The results show that the detection sensitivity is markedly increased by this method.Furthermore,the signal-to-noise ratio(SNR) can be increased by over 28%.This method will lend itself to offer reliable scientific information to optimize the structure of excitation devices and improve the accuracy of MFL detection.

Dynamic design of a nonlinear energy sink with NiTiNOL-steel wire ropes based on nonlinear output frequency response functions

A novel vibration isolation device called the nonlinear energy sink(NES)with NiTiNOL-steel wire ropes(NiTi-ST)is applied to a whole-spacecraft system.The NiTi-ST is used to describe the damping of the NES,which is coupled with the modified Bouc-Wen model of hysteresis.The NES with NiTi-ST vibration reduction principle uses the irreversibility of targeted energy transfer(TET)to concentrate the energy locally on the nonlinear oscillator,and then dissipates it through damping in the NES with NiTi-ST.The generalized vibration transmissibility,obtained by the root mean square treatment of the harmonic response of the nonlinear output frequency response functions(NOFRFs),is first used as the evaluation index to analyze the whole-spacecraft system in the future.An optimization analysis of the impact of system responses is performed using different parameters of NES with NiTi-ST based on the transmissibility of NOFRFs.Finally,the effects of vibration suppression by varying the parameters of NiTi-ST are analyzed from the perspective of energy absorption.The results indicate that NES with NiTi-ST can reduce excessive vibration of the whole-spacecraft system,without changing its natural frequency.Moreover,the NES with NiTi-ST can be directly used in practical engineering applications.

Principles of X-Ray Non-Destructive Testing for Steel Wire Ropes in Conveyer Belt

The principles of X-ray Non-destructive testing (NDT) for steel wire ropes buried in conveyer belt is described in the paper. The mathematical model for calculating the effective cross section of wire ropes has been developed. The test data on steel wire rope samples of various types are presented,which have been compared with the National Standard. And this calculation model for the effective cross section is very important to the prediction system for transverse failure of conveyer belt.

基于整体与局部纹理特征加权融合的港机装备钢丝绳断丝缺陷检测研究

钢丝绳是港机装备的重要部件,由于作业工况环境恶劣,钢丝绳表面极易引起断丝等缺陷,影响港机装备作业安全。针对港机装备钢丝绳表面油泥严重、光照亮度不均,以及港机装备钢丝绳断丝缺陷能够在钢丝绳股顶钢丝椭圆形区域内有效体现的特点,提出了一种基于钢丝绳整体纹理特征与股顶钢丝椭圆形区域边缘轮廓纹理特征加权融合的钢丝绳断丝缺陷检测方法。首先采用图像降噪、增强、校正技术对钢丝绳原始图像进行预处理。然后采用图像平滑、阈值分割及边缘特征提取技术对股顶钢丝椭圆形区域边缘轮廓进行提取。接着采用局部二值模式(LBP)算子分别提取钢丝绳整体纹理特征与股顶钢丝椭圆形区域边缘轮廓纹理特征,并对钢丝绳整体纹理及边缘轮廓纹理特征进行特征加权融合。最后对加权融合后的特征向量进行主成分分析(PCA)法降维,并应用支持向量机(SVM)技术对钢丝绳断丝缺陷进行检测。研究结果表明:本文提出的方法对实际工况下重油泥、光照不均等钢丝绳断丝缺陷具有较好的检测效果,具有一定的工程应用价值。

一种基于单轴向充磁永磁环励磁的钢丝绳无损检测方法

为提高钢丝绳缺陷检测能力,简化励磁结构,提出一种基于单个轴向充磁永磁环励磁的钢丝绳无损检测方法。通过分析钢丝绳缺陷在单个轴向充磁永磁环励磁方法下产生的漏磁场,得到该方法能通过漏磁场感知缺陷运动方向的结论。在此基础上,利用COMSOL软件对该励磁方式进行有限元建模,通过仿真计算缺陷处漏磁的分布,验证了结论的正确性,分析了影响漏磁场的因素,并结合霍尔元件性能参数,给出了传感器的最佳布置位置。最后,通过设计信号调理电路,结合3D打印实现传感器结构,完成了实验平台搭建。仿真结果表明,对于同一缺陷,基于该励磁方式产生的最大漏磁场明显大于传统方式。实验结果表明,对于10 mm粗的钢丝绳,当霍尔元件布置的提离值为3 mm和8 mm时,均能够通过缺陷处漏磁信号感知钢丝绳运动方向。

面向输电线路铁塔组立施工承力系统安全检测的力传感器设计

现阶段,输电线路铁塔组立工艺在承力系统吊装施工过程中,安全措施主要依赖施工人员的施工经验、人工监测以及视频监控等方式,严重缺乏直观可视的保障手段;在针对施工过程受力检测方案中,缺少适配范围广,安装简便,与现有工艺结合性强的设备。为解决上述问题,在铁塔组立吊装过程中,选择抱杆、钢丝绳和卸扣主要承力部件作为检测对象,检测包括抱杆姿态、钢丝绳张力和姿态、卸扣所受拉力和姿态等数据;与传统串联型力传感器相比,该文在不改变钢丝绳外在结构的情况下,依靠绳索端固定的卸扣实现准确的力感知;针对D型卸扣设计可包覆、可拆卸专用的触感单元支架,然后通过受力分析与仿真,得到施力下的力敏感区域,并将应变片贴置于力敏感区域。最后通过仿真与实验,证明该文设计的力传感器能够实现输电线路铁塔组立施工承力检测。

钢丝绳远程监测系统的设计与实现

针对现有的工业钢丝绳损伤监测系统的局限性,设计并实现了一款基于LabVIEW、Flask和Vue.js的钢丝绳远程智慧监测系统。该系统兼具传感器数据采集、信号处理、可视化展示、远程检测、数据分析等多项功能,以满足钢丝绳检测的全面需求。系统使用LabVIEW进行传感器数据采集和实时处理,Flask用于构建后端服务器以及数据处理,Vue.js负责前端的可视化展示和用户界面,使工程师和操作人员能够远程监测钢丝绳状态并及时作出反应。试验结果表明,采用的综合性系统设计不仅提升了工业生产中钢丝绳的质量控制水平,也大幅提高了远程监测能力,为工程人员提供了全方位的实时监测和管理工具。

基于磁敏调向的钢丝绳漏磁检测绳股信号抑制方法

分析钢丝绳漏磁检测方法中绳股信号的形成原因,提出了基于磁敏调向的钢丝绳漏磁检测绳股信号抑制方法,且搭建了消除绳股信号特征的磁敏调向试验装置,通过试验对比分析了不同磁敏方向的绳股信号特征,最终确定了抑制绳股信号的最佳磁敏调向。结果表明,该方法极大地抑制了绳股噪声信号,提高了钢丝绳损伤信号信噪比。

强噪声与非周期脉冲激励下单稳系统的随机共振及应用

随机共振是噪声背景下非线性系统对微弱特征信号的最优响应,能够对微弱特征信号进行增强。偏置单稳态系统相较于传统的双稳态系统,对非周期脉冲激励具有良好的共振特性。然而,非线性系统的参数影响系统的最优输出,对不同的非周期脉冲激励,系统难以自适应调节。针对上述问题,该研究强噪声与非周期脉冲激励下偏置单稳态自适应随机共振。首先,基于优化算法实现不同非周期脉冲激励下的自适应随机共振。然后,以强噪声背景下钢丝绳漏磁检测信号为应用对象,经偏置单稳态系统自适应随机共振输出后,以峰峰值作为损伤特征演化评价指标,评估不同微弱损伤特征间的差异。同时,应用偏置单稳态自适应随机共振法和自适应移位平均法对强噪声背景下钢丝绳漏磁信号进行对比分析,以峰峰值增益和信噪比增益为指标,结果表明偏置单稳态自适应随机共振法效果优于自适应移位平均法。最后,讨论了噪声强度对单稳态自适应随机共振的影响,发现偏置单稳态自适应随机共振具有较强的抗噪能力。

多通道钢丝绳的漏磁检测信号融合方法

分析了现有钢丝绳漏磁检测系统中存在的损伤信号幅值较小、前端多个磁敏元件处理方式较为简单等问题,提出了一种钢丝绳漏磁检测系统中的多通道信号融合方法。首先从磁敏元件阵列的角度出发,提出了多种磁敏元件阵列方式;其次从信号处理模拟电路的角度出发,设计了多通道信号融合硬件电路;最后,针对钢丝绳进行了实际测试,验证了此方法的可行性。

Si对缆索钢丝绳用热轧盘条组织和力学性能的影响

利用扫描电镜和能谱(EBSD)仪器对两种不同Si含量的热轧盘条的横截面和纵截面的组织形貌进行观测,并用万能试验机测试热轧盘条的拉伸性能,结果表明:随着Si含量的增加,珠光体转变的过冷度增加,热轧盘条的珠光体团尺寸和珠光体片间距减小。Si元素使Mn元素在渗碳体中偏聚,增加了渗碳体的稳定性,减小了渗碳体片层的球化倾向。Si元素使盘条横、纵截面珠光体的织构强度减弱,珠光体组织更加均匀,取向更加随机。Si元素能大幅度提升热轧盘条和成品钢丝的强度,小幅度提升塑性。低Si盘条的抗拉强度为1134 MPa,均匀伸长率为7.1%;高Si盘条的抗拉强度为1263 MPa,均匀伸长率为7.3%。低Si钢丝的抗拉强度为1937 MPa,均匀伸长率为2.2%;高Si钢丝的抗拉强度为2106 MPa,均匀伸长率为2.3%。

海洋石油工程起重船变幅钢丝绳无损检测的技术措施

海洋石油工程起重船变幅钢丝绳作为船舶起重机主要的受力构件,使用工况及环境较为特殊,为延长钢丝绳寿命及安全运营,对起重船的变幅钢丝绳进行预防性维护和安全性检测非常重要。文章阐述了国内外目前较为先进的无损检测技术及设备现状,剖析了在具体应用环节存在的问题,并提出了起重机变幅钢丝绳有效、准确检测的技术措施。

基于PCB线圈的钢丝绳金属横截面积损失检测方法

钢丝绳金属横截面积损失(Loss of Metallic area)直接影响钢丝绳承载强度等特性,因此其检测及定量分析对于设备安全可靠运行具有重要意义。针对目前主磁通检测中存在的线圈绕制困难、参数确定模糊等问题,基于仿真模型提出一种基于印制电路板(Printed Circuit Board)的分体式线圈结构,分析了线圈匝数、线圈层数、线距等参数对检测信号的影响;建立主磁通检测模型,探究损伤宽度对主磁通检测信号的影响规律,并针对损伤宽度变化造成的信号损失设计补偿方法;最后通过钢丝实验验证金属横截面积定量检测效果,表明该方法定量误差在1%以内,能够有效检测钢丝绳的LMA。

矿井提升机钢丝绳外观缺陷视觉识别技术研究

针对多根钢丝绳检测部署困难、钢丝绳图像采集质量较低、视觉检测法适应性差、准确性不高等问题,提出了一种基于计算机视觉和深度学习的矿井提升机钢丝绳外观缺陷视觉识别方法。首先构建矿井提升机钢丝绳在线监测系统;其次由地面移动巡检平台和井下本安高速相机采集钢丝绳图像,建立钢丝绳图像数据集;然后考虑井下粉尘影响、相机镜头易受污染、光照不均、钢丝绳高光反射等问题,采用基于Retinex算法的图像去噪方法和基于同态滤波的图像去噪方法对钢丝绳图像进行去噪处理,处理结果表明,基于色彩增益加权的多尺度Retinex(AutoMSRCR)算法为较优方案;最后缺陷检测过程以卷积神经网络为基础,构建基于YOLOv5s的缺陷检测模型,为降低人为因素影响、调参工作量,在YOLOv5s中加入Focus结构对其进行优化,并将改进的YOLOv5s模型作为钢丝绳缺陷检测的预训练模型,以进一步降低模型内存占用率,提高模型加载和检测速度。实验结果表明,所提方法对钢丝绳2处断丝的检测误差分别为1.61%,1.35%,对钢丝绳4处磨损的检测误差分别为2.43%,3.44%,2.11%,3.39%。针对淮河能源控股集团顾北煤矿主井提升机原有钢丝绳安全监测系统的检测精度无法满足现场需求的问题,采用所提方法对原系统进行改进,现场应用效果表明,钢丝绳断丝检测准确率由80%提升至96%,损伤定位误差由500 mm降低至300 mm范围内,损伤定位准确率由75%提升至98%,损伤实时检出率由76%提升至90%,尾绳畸变检出率由70%提升至85%。

基于PROFIBUS-DP总线的矿用钢丝性能智能检测系统

针对目前检测矿用钢丝性能参数存在检测误差大、检测效率低和数据不便管理等弊端,文章提出了一种基于PROFIBUS-DP总线的矿用钢丝性能检测系统的设计方法,介绍了该系统的硬件组成、软件设计及系统特点。该系统采用三层网络结构实现对钢丝拉断装置的监视和控制,通过组态软件WinCC和数据库完成对钢丝性能参数的计算与统计,提高了系统的检测精度,具有一定的应用价值。

镀锌钢丝拉拔出成品模单丝温度影响因素分析

钢丝绳生产过程中常出现因捻制断丝导致产品合格率下降,生产效率降低。分析了镀锌钢丝拉拔过程中影响出成品模单丝温度的主要因素。结果表明:出成品模单丝温度最主要的影响因素是最后1道次的压缩率,最后道次的压缩率较大,出成品模单丝的温度越高;最后道次压缩率较小,出成品模单丝的温度越低。生产过程中的拉拔速度、镀锌钢丝的抗拉强度对出成品模单丝温度无明显影响。

提升机钢丝绳载荷动态检测装置的设计及仿真分析

为保证提升机的安全平稳运行,设计了一套提升机钢丝绳载荷动态检测装置。首先,对检测装置的结构进行了分析研究,通过液压连通装置中平衡油缸的动态特性和液压油的流动性的检测来验证动态检测装置的准确性。然后,基于AMESim模型库设计系统,分别建立了液压缸仿真模型和连通装置仿真模型进行仿真分析。为之后提升机钢丝绳载荷动态检测装置的生产实现提供了理论依据。

基于BO-WT-VMD组合模型的钢丝绳的损伤信号降噪方法

为了准确识别钢丝绳缺陷的故障数据,消除被测信号中的噪音,可使用基于贝叶斯优化-小波变换-变分模态分解(BO-WT-VMD)的组合降噪模型进行降噪。首先利用小波变换(WT)对原始信号进行处理;其次对处理后的信号再利用变分模态分解算法(VMD)进行模态分解,计算分解的各个模态与原信号之间的相关系数,以完成信号的模态选择和重构;再次利用贝叶斯优化算法(BO)对VMD算法的模态数目K以及α值进行寻参,避免其受序列分解和预测精度的影响,从而找到最优超参数组合。最后,在仿真实验和真实数据中,计算BO-WT-VMD、WT和VMD算法的SNR值和RMSE值,分别为(17.3403,0.1010),(15.6170,0.1232)和(15.6492,0.1227),说明提出的算法能够有效地去除信号噪音。

提升机钢丝绳张力检测系统设计研究

基于提升机钢丝绳加速提升、减少爬坡过程中持续的高张力运行工况,提出一种提升机钢丝绳张力检测系统设计方案。分析了张力检测系统主体结构,并进行张力数据采集发射、提升容器行程检测等程序设计,实现了对提升机钢丝绳张力的实时检测、记录功能。

基于漏磁检测的钢丝绳无损检测实验设计及实践

以科研项目为基础,以实际工程问题为导向,搭建了基于霍尔传感器的钢丝绳无损检测实验平台。该实验平台通过双回路励磁结构磁化钢丝绳,利用霍尔传感器阵列检测并采集磁化后钢丝绳径向的磁场分布,再通过信号处理技术识别出钢丝绳断丝漏磁信号,进而判断钢丝绳的局部损伤。实验过程涉及信号“产生—传感—采集—传输—记录—处理—应用”的全过程,构成知识闭环,有助于学生全方位地理解课程知识体系,激发学生的学习兴趣,培养学生的科研能力和创新能力。