基于三轴磁记忆的矿用钢丝绳缺陷检测系统研究

摘要

钢丝绳作为一种承载能力强、抗拉强度高的铁磁性构件，大量应用在矿用提升装置、矿用牵引装置、矿用挖掘装置、矿用卷扬装置等煤炭工业设备中。在煤矿正常生产过程中，矿井提升机钢丝绳作为井上井下运送物料和人员的工具，由于长期工作和频繁使用，常会在应力集中部位出现断丝。随着断丝数目的增多，一旦钢丝绳两端受到较大的载荷冲击，就会出现钢丝绳断绳现象，进而导致矿山矿难事故的发生，并且严重影响煤矿正常生产秩序和人员的生命安全。因此针对矿用钢丝绳缺陷检测新技术、新方法的研究显得尤为重要。 各个煤矿及钢丝绳使用单位一直在探索钢丝绳缺陷检测的有效方法，但是由于钢丝绳结构的特殊性和工作环境的复杂性，作为煤矿工业中比较薄弱的环节，在受力过程中承受拉伸、弯曲、扭转和腐蚀的作用，容易受到多种不确定载荷以及恶劣的环境因素的影响，使得钢丝绳缺陷检测异常困难，目前还未形成一套完整的检测理论和检测方法来满足煤矿现场实际检测的要求。 本文通过分析矿用钢丝绳缺陷周围磁记忆信号三维场信息，提出了同时采集法平面和切平面特征信号的三轴磁记忆检测方法，对矿用钢丝绳最常见的断丝缺陷进行研究。在矿用钢丝绳三轴磁记忆检测方法的基础上，本文设计了三轴磁记忆检测方案，包括矿用钢丝绳三轴磁记忆检测系统硬件设计和软件开发。其中硬件部分设计了三轴磁记忆阵列传感器、磁记忆信号调理电路、磁记忆主控电路及供电电源电路，并根据PCB设计图制作了硬件实物。在下位机上采用汇编语言与 C 混合编程的方法进行了信号采集、信号传输及信号预处理的程序编写；在上位机上采用QT进行了磁记忆信号的特征提取及图形化显示，实现了历史数据的保存、查询及打印等功能；针对磁记忆信号干扰大的特点，提出了经验-小波降噪法，并在计算机上进行了磁记忆信号的仿真设计。对于下位机和上位机无线通讯需求，本文采用了无线串口通信模块，实现了对矿用钢丝绳的远程缺陷检测及预警。 为了对本文提出的三轴磁记忆检测方法的有效性进行验证，在实验室搭建了矿用钢丝绳三轴磁记忆检测系统实验平台，实验结果表明本文设计的三轴磁记忆阵列传感器能够采集到矿用钢丝绳断丝缺陷信号，经过经验-小波降噪法去噪后特征值明显；采用两级综合判断法作为钢丝绳缺陷判断依据，避免了单分量检测法对矿用钢丝绳缺陷检测的误判，提高了检测的准确率；针对本文搭建的实验平台采集到的实验数据运用支持向量机进行缺陷分类。

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