TCK鋼絲繩芯輸送帶在線監(jiān)測系統(tǒng)應用研究

摘要：針對鋼繩芯輸送帶在煤礦運輸中存在檢查監(jiān)測困難的缺陷，TCK采用弱磁檢測技術，結合現(xiàn)代網絡通訊技術、計算機技術、防爆技術等現(xiàn)代前沿科技成果，成功解決了鋼絲繩芯輸送帶的在線自動監(jiān)測難題。

關鍵詞：鋼絲繩芯輸送帶 在線監(jiān)測

1 概述

鋼絲繩芯帶式輸送機是煤礦生產領域的重要運輸設備。在實際工作中，受接頭抽動、繩芯斷裂、銹蝕等各種隱蔽性因素的影響和制約，進一步使得鋼絲繩芯引發(fā)斷帶事故。因此，檢測鋼絲繩芯輸送帶安全隱患顯得尤為重要。冀中能源股份有限公司邢臺礦為年產量為195萬噸的礦井，二強皮帶負責井下原煤輸送的咽喉要道，一旦發(fā)生事故，直接影響原煤的運輸任務，將對礦井造成巨大的危害，因此二強皮帶的運行狀態(tài)，始終受到管理者的高度關注。

目前，通過采用人工目測法、輔助儀器檢測法的方式對鋼絲繩芯帶式輸送機展開日常維護檢查工作，其不足是耽誤時間，影響生產。因此，研究一種在線、實時、自動的檢測系統(tǒng)，對鋼絲繩芯帶式輸送機進行檢測顯得尤為重要。

TCK鋼絲繩芯帶式輸送機在線實時自動監(jiān)測系統(tǒng)作為一種先進的檢測技術，是集網絡通訊、電腦軟件、防爆等功能于一體，該檢測系統(tǒng)提出了一種全新的安全監(jiān)管解決方法。能夠準確檢測輸送帶中鋼絲繩芯接頭的抽動、位移，以及斷繩、疲勞、銹蝕等可能導致斷帶事故的安全隱患，有效的解決了輸送帶隱患檢測的技術難題。

2 弱磁檢測的基本原理

膠帶中的鋼絲繩采用優(yōu)質鋼材制成，具有良好的導磁能力。當鋼絲繩芯輸送帶中的鋼絲被磁化后，在鋼絲繩表面產生感應磁場Bz1，與缺陷磁感應強度方向相比，Bz1正好相反。傳感器綜合處理磁感應強度時，主漏磁感應強度Bz1通過用步長磁感應強度矢量Bb進行抵消。

對于傳感器線圈來說，其某點捕捉到的磁感應強度是鋼絲繩外改點各種磁感應強度沿軸向方向分量的矢量和，即：

BS=BZ1+Bb+Bh+By+Bd+Bm+Bx+Bp+B'b+……Bn=■Bi 式中：Bs、Bz1、Bb、Bh、By、Bd、Bm、Bx、Bp、B'b、Bn、Bi分別代表傳感器線圈捕捉到的磁感應強度、主漏磁感應強度、補償磁感應強度、環(huán)境磁感應強度、偏移磁感應強度、斷絲漏磁感應強度、磨損漏磁感應強度、銹蝕漏磁感應強度、疲勞漏磁感應強度、變形漏磁感應強度、第n個磁感應強度矢量、任何缺陷磁感應強度。

經過實驗表明：傳感線圈的輸出信號U是Bs的函數(shù)，而缺陷當量△S又是U的函數(shù)，因此可以寫成：

U=F（Bs），△S=F（U）

式中：U代表傳感線圈輸出的電壓信號；

所以△S=A■Bi+C

式中：△S、A、C分別代表：缺陷當量或損耗面積的百分比、比例系數(shù)、常數(shù)。在這種情況下，鋼絲繩芯損傷點的面積損耗值△S變成場強Bi的函數(shù)。

TCK鋼絲繩芯輸送帶在線實時監(jiān)測系統(tǒng)作為一種檢測裝置，組要采用水平+垂直響應的傳感器模塊化組合陣列：對于水平傳感器來說，由于能夠靈敏地感應到金屬的分布程度特征，因此，鋼絲繩芯斷繩（包括接頭）、疲勞、銹腐蝕等信號通過水平傳感器的幅值輸出可以對檢測精度進行量化；對于垂直傳感器來說，由于對金屬分布的運動特征更加靈敏，例如接頭、斷繩等信號，波形陡峭，進而提高了定位檢測的可靠性。充分保證了檢測的定位和定量檢測性能。

3 系統(tǒng)組成和工作流程

TCK-GMS型弱磁加載裝置、TCK-GMS型探傷檢測器、TCK-GMS行程編碼器、自控聲光報警裝置、TCK-短信報告功能裝置、TCK終端主控裝置等共同組成TCK鋼絲繩芯輸送帶在線實時自動監(jiān)測系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，磁感傳感器陣列箱、數(shù)據(jù)采集、通訊模塊、多路輸出隔爆兼本安電源等組成TCK-GMS型探傷檢測器，在組合傳感箱內對這些部件進行集成，同時在輸送機下行膠帶的底部進行安裝。對于傳感器箱來說，其內部設有多臺磁感傳感器，每臺傳感器能夠分別對一定數(shù)量的鋼絲繩進行監(jiān)測。輸送機運行過程中，連續(xù)掃描輸送帶內的鋼絲繩芯。在掃描過程中，如果發(fā)現(xiàn)存在斷頭、銹蝕、損傷或硫化接頭發(fā)生抽動等現(xiàn)象，傳感器在故障部位發(fā)出電信號。對于磁感傳感器及其他信息，通過數(shù)據(jù)采集模塊進行實時采集，并利用通訊模塊和多路輸出將采集的信息通過礦井的工業(yè)以太網傳遞給地面監(jiān)控室中的TCK終端主控裝置。軟件系統(tǒng)對當前的數(shù)據(jù)、基礎數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)進行比較和查詢，對發(fā)現(xiàn)的故障性質進行實時的掃描，同時計算量值。該檢測系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計、自動報警、檢測結果打印和遠程傳輸?shù)裙δ?。其工作流程，如圖1所示：

4 系統(tǒng)的功能

4.1 在不影響膠帶運行的情況下，可對被測鋼絲繩芯帶式輸送機進行非接觸檢測，減少膠帶的停電檢修時間，提高膠帶運輸效率。

4.2 鋼絲繩芯帶式輸送機能進行在線自動鎖定，并能出示檢測結果、聲光報警、自動打印檢測報告等多項功能。

4.3 通過定量、定位的方式對被測鋼絲繩芯輸送帶非接頭區(qū)鋼絲繩芯斷芯、磨損、銹腐蝕等損傷進行檢測。

4.4 無人值守，全天候連續(xù)不間斷在線自動監(jiān)測。

4.5 提取、轉換、處理及存儲被測鋼絲繩芯輸送帶全程狀態(tài)信息，同時提供檢測分析報告。

4.6 TCK專用軟件技術，中文界面、對話式操作、數(shù)據(jù)分析、實時圖像重構、實時壓盤存儲、歷史數(shù)據(jù)回訪查詢。

5 系統(tǒng)的技術特點

5.1 高分辨率

瞬值檢測精度1mm，能夠對輸送帶鋼絲繩芯接頭的彈性位移和永久位移進行準確有效地識別。

5.2 高靈敏度

由TCK發(fā)明的5V/Gs高靈敏度磁感元件，可以定量檢測接頭抽動、內部斷繩、疲勞銹蝕等早期安全隱患。

5.3 精確定位

該系統(tǒng)采用水平+垂直響應組合式“傳感器空間陣列”，對鋼絲繩芯輸送帶內部損傷的二維平面進行精確定位。

6 系統(tǒng)軟件流程圖

圖2

7 主要性能指標

①傳感器靈敏度調制區(qū)間：A=2.5～5V/G。

②檢測器距被測輸送帶表面間距：50～110mm。

③采樣響應頻率：8kHz。

④數(shù)據(jù)傳輸速率：10M/100Mbps自適應。

⑤定位檢測分辨率：1mm。

⑥鋼絲繩芯疲勞、銹蝕檢測準確率：>90%。

⑦接頭位移檢測準確率：>95%。

⑧內部斷芯檢測準確率：99%。

⑨故障定位誤差：

帶長方向：±100mm

帶寬方向：±50mm。

8 結論

冀中能源股份公司邢臺礦積極推進運輸設備的安全管理創(chuàng)新，在二強皮帶上安裝了TCK鋼絲繩芯輸送帶在線實時自動監(jiān)測系統(tǒng)，有效解決鋼絲繩芯輸送帶上這一類潛伏的安全隱患。

TCK鋼絲繩芯帶式輸送機在線監(jiān)測系統(tǒng)在邢臺礦二強皮帶的運行表明，該系統(tǒng)具有對輸送帶內鋼繩芯損傷點或接頭的實時在線自動監(jiān)測的功能，對重點隱患部位的變化狀態(tài)實時監(jiān)測，檢測數(shù)據(jù)可通過日期、接頭位置等選項進行查詢、觀看和比對分析，給維修人員以直觀的判斷，給領導決策提供了可靠的依據(jù)。該系統(tǒng)的應用改變了過去人工檢查的模式，在生產的同時完成檢測，降低了工人的勞動強度，減少了停產檢修時間。

參考文獻：

[1]劉澤宇.鋼絲繩芯膠帶實時在線檢測儀的應用[J].煤礦開采，2006（3）.

[2]喬巨忠.強力輸送帶無損探傷儀的研制[J].山西焦煤科技，2005（3）.

[3]劉志河，張海濤，紹慶龍.鋼繩芯膠帶繩芯在線實時監(jiān)測系統(tǒng)[J].煤炭科學技術，1998（5）.

作者簡介：呂能江（1972-），男，河北邢臺人，本科學歷，助理工程師，主要從事煤礦機電技術與管理工作。