基于双级永磁励磁的钢丝绳无损检测装置设计及试验研究

摘要

目前，钢丝绳广泛应用于各种生产生活领域。钢丝绳的服役性能好坏直接影响使用安全，因此需要准确判断钢丝绳剩余寿命。由于钢丝绳在使用过程中会产生各种损伤，直接影响钢丝绳服役性能，精确检测识别钢丝绳损伤情况，是实现准确判断钢丝绳剩余寿命，避免安全事故发生的前提。本课题在国家重点研发计划项目课题的资助下，开展了基于新型双级励磁结构的钢丝绳无损检测装置设计及试验研究，旨在能够提出一种有效的新型钢丝绳磁化器结构与信号提取方法，为钢丝绳损伤漏磁场信号准确识别与定量判断提供可行方案。 首先，基于钢丝绳结构特点及主要损伤形式并结合磁偶极子模型，分析了缺陷特征与装置参数对漏磁场信号的影响，明确了无损检测装置主要检测目的。 其次，对钢丝绳无损检测装置进行整体设计，确定了装置结构，并设计了由三组永磁体组成的双级励磁结构；建立双级励磁结构三维有限元模型，开展双级励磁结构三维静磁场有限元仿真分析，掌握了永磁体牌号与磁极间距对励磁强度的影响，确定了双级励磁结构的关键参数。 再次，结合漏磁场检测原理，确定漏磁场损伤信号检测传感器类型与型号，设计实现了钢丝绳漏磁场信号采集电路模块；针对钢丝绳无损检测过程中需要定位损伤位置的要求，设计编写了钢丝绳损伤与位移信号同步采集程序。 最后，基于设计实现的钢丝绳无损检测装置，提出了一种两级信号偏移叠加降噪方法，并利用该方法对断丝试样损伤信号进行提取与识别，得出了钢丝绳断丝数量与信号幅值之间的函数关系；基于该函数关系进行钢丝绳试样磨损断丝数量识别试验，试验表明了该装置具有一定的断丝数量识别能力。

目录

声明

致谢

变量注释表

1绪论

1.1 选题背景及意义

1.2.1国内外钢丝绳无损检测的内容及检测手段

1.2.2国内外钢丝绳电磁无损检测方法及其现状

1.2.3现有钢丝绳励磁结构

1.3存在的问题和不足

1.4研究内容和研究目标

1.5课题来源

1.6本章小结

2钢丝绳结构损伤及漏磁场检测原理

2.1钢丝绳结构分类

2.2钢丝绳局部缺陷与特征

2.2.1断丝

2.2.2磨损

2.2.3锈蚀

2.2.4形崩

2.3钢丝绳局部缺陷漏磁场检测原理

2.4钢丝绳断丝漏磁场建模仿真分析

2.4.1基于磁偶极子模型的钢丝绳断丝漏磁场仿真模型建立

2.4.2基于磁偶极子模型的钢丝绳断丝漏磁场信号仿真分析

2.5本章小结

3钢丝绳无损检测装置双级永磁励磁结构设计

3.1无损检测装置整体结构设计

3.2磁化方式与磁化强度选择

3.2.1磁化方式

3.2.2磁化强度选择

3.3双级励磁结构设计

3.4双级励磁结构励磁效果有限元分析

3.4.1有限元法基本原理

3.4.2双级励磁结构仿真模型建立

3.4.3双级励磁结构有限元模型建立

3.4.4有限元网格自适应剖分方法划分网格

3.4.5仿真参数设定

3.4.6钕铁硼永磁体牌号对磁场分布影响

3.4.7磁极间距对磁场分布影响

3.4.8钢丝绳缺陷漏磁场有限元仿真分析

3.5本章小结

4钢丝绳漏磁场信号检测系统设计

4.1.1磁敏传感器的选择

4.1.2多路漏磁信号检测

4.1.3距离检测与采样触发实现

4.2数据采集程序设计

4.2.1等空间数据采集实现

4.2.2传感器数据AD转换

4.2.3数据传输与存储

4.3本章小结

5钢丝绳损伤信号提取与识别

5.1.1信号偏移叠加抑制股波降噪方法实现

5.1.2滑动平均滤波方法降噪实现

5.2损伤检测信号的提取与标定

5.2.1标准试样设定

5.2.2试样损伤信号识别

5.3损伤信号量化

5.4钢丝绳损伤漏磁场检测试验设计

5.4.1试验目的

5.4.2试验试样

5.4.3试验内容

5.5钢丝绳损伤漏磁场检测试验结果分析

5.6本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2主要创新点

6.3研究工作展望

参考文献

作者简历

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