密封钢丝绳断丝漏磁监测系统

　　密封钢丝绳是一种外表面近似封闭的单捻钢丝绳。与六股钢丝绳不同,密封钢丝绳的外层由一定规格的异型钢丝镶合而成,外表面比较光滑;而且相邻层的螺旋角相反,因此具有一定的抗扭转能力。典型密封钢丝绳的截面及异型钢丝如图1所示。与传统的股钢丝绳相比,密封钢丝绳的优点是①在相同的直径下,承载力更大。②外表面比较光滑,因此更加耐磨。③不旋转。④刚度大。⑤抗腐蚀能力强。⑥几何尺寸稳定。⑦承受径向压力的能力强[1]。因此,经过多年的研究和推广,密封钢丝绳已广泛应用于桥梁、矿山和索道等领域。

　　密封钢丝绳在合股的过程中,原来存在于钢丝内部的材质偏析和不合理的拉制工艺对钢丝造成的损伤,在加工设备的挤压和扭转下,逐渐发展成为断丝;此外,不合理的捻股工艺也会使钢丝受到损伤,当达到一定的程度时,也会发展为断丝。断丝对钢丝绳性能的影响是非常大的,因此,为了防止含有断丝的密封钢丝绳进入应用领域,生产厂商一方面通过改进生产工艺,提高制造水平,另一方面安排检查人员对密封钢丝绳的断丝进行检查。但是,由于检查量大,根本无法靠目视或挂纱的方法进行长时间的检查,而且受检查人员的技术水平和专心程度影响,检查可靠性不高。因此,研制密封钢丝绳在线断丝无损监测设备,以替代人工检查是十分必要的。

　　1　监测系统设计

　　1.1　断丝检测原理

　　密封钢丝绳检测的原理如图2所示。励磁回路由衔铁、磁钢、空气隙和密封钢丝绳组成。磁钢为励磁回路提供充足的磁化能量,使密封钢丝绳饱和磁化;作为一种铁磁性物质,钢丝绳中存在的断丝和磨损等缺陷将使相应部位的磁阻发生变化,在磁场的作用下,这些变化将在钢丝绳的磁场特征中有所体现,如钢丝绳中流过的主磁通,钢丝绳周围的泄露磁场等。通过磁场测量元件获取该磁场特征,并加以分析,可获得钢丝绳中的缺陷信息。获取缺陷信息方法有主磁通法、回磁通法和漏磁法等,各种方法各有优缺点,相关文献已作过详细介绍^[2];对磁场的测量可以采用感应线圈、磁通门和霍尔器件等。根据检测钢丝绳断丝的实际特征,选择利用霍尔器件测量磁场的漏磁通检测法(图2)^[3]。

　　1.2　检测系统结构

　　图3为检测系统的工作原理框图。传感器收集密封钢丝绳表面的漏磁信息,通过磁电转换过程将其转换成微弱的电信号;信号预处理器对采集的电信号放大、滤波及调理后使其成为A/D转换器能够接受的有效信号;A/D转换器将经过预处理后的模拟信号转换成计算机系统识别的数字信号;计算机系统在检测软件的支持下,完成数据的分析和显示,并且在发现断丝时,向后续功能单元提供触发信号,推动电铃和打标器动作。考虑到工作现场的实际状况,传感器和打标器安装在成绳机的压辊和牵引轮间的密封钢丝绳段上(图3)。信号预处理器、A/D转换器和打标器驱动单元集成在仪表箱中,各功能单元之间通过信号线连接。