钢丝绳芯输送带检测技术及其发展状况.docx

钢丝绳芯输送带检测技术及其发展状况吉增超 1陆振洋 2(1.平顶山天安煤业股份有限公司四矿，河南 平顶山 467000；2.平顶山煤业股份有限责任公司十一矿，河南 平顶山 467000)摘 要：介绍了钢丝绳芯输送带探伤的检测方法，分析了常用检测方法的特点，展望了国内外钢丝绳芯胶带检测技术的发展趋势。关键词：钢绳芯胶带；无损检测；漏磁检测；x光检测中图分类号：td528.1文献标识码：a文章编号：1672-4801(2011)04-168-03(1) “起泡”现象观测法4。“起泡”现象是接头损伤常见的一种故障特征，其原因是起泡部位的 钢绳芯抽动所致。这是一种常被我国煤矿现场使 用的简易检测法，即在停机后清除接头区的胶带 表面，查看有无“起泡”现象发生，一旦发现有起 泡现象，便予以注意，当起泡区域发展到全带宽 的 1/3 时，则立刻予以更新处理。(2) 接头长度测量法。在刚做好的硫化接头 两边界适当位置，等距离地刻划 3 组标志线，并 量取每组标志线的长度。胶带投入使用后，定期 地测量每条标志线的长度，当发现三者中任意一 个的伸长量超过某一阈值时，就用 x 射线探测仪 对该硫化接头进行拍片分析，以确定该接头的损 坏程度以及能否继续使用。(3) 表面应变测量法。首先在低应力区给接 头表面划上网格，当胶带运转到高张力区时重复 测量网格的变形情况，判明胶带内钢绳芯之间是 否产生抽动及其严重程度。1.2 x 射线探测检测法x 射线探测检测法是一种基于 x 射线投影成 像及计算机图像处理的无损探伤技术。其原理是 让扇形 x 射线束穿透以检修速度运行中的钢绳芯 胶带，由二维 x 射线光伏探测器接收，形成图像 像素电信号，经采集转换、传输和处理，得到输 送带的二维投影图像，通过它观察胶带内钢绳芯 及接头的完好情况。同时还可以将其转换为数字 信号储存在计算机上，进行再现，供进一步分析 和判断。可以说这是一种可行、可靠，信息量丰 富的方法5。该检测方法以充实的基础理论为依据，可直接移植的成熟技术非常丰富，被广泛应用于医疗、安检、质检、交通等领域6。钢丝绳芯输送带是一种内嵌钢丝绳的胶带，其抗拉强度远远大于普通胶带，因此它常常被应 用于长距离、大运量、大倾角的煤矿、冶金、码 头、电力等部门的大型运输系统中，具有运输功 率大、运输距离长等特点。一条长距离的钢丝绳 芯输送带是由几条、十几条，甚至更多胶带用一 种特殊的硫化工艺连接起来的，因此接头硫化工 艺的好坏直接影响到整条胶带的抗拉强度，从而 也直接影响到整条输送带运输的安全可靠性。长距离的钢绳芯胶带有很多硫化接头，在生 产应用中难以长期保持出厂时的接头强度值，所 以胶带接头成为整条钢绳芯胶带抗拉最薄弱的环 节。据不完全统计，这类胶带输送机的断带事故 中 93.75%发生在接头处12，就现有煤炭企业中 钢绳芯胶带断裂事故来看，主要是因为钢绳芯硫 化胶带接头内钢绳芯的断裂、抽动、断丝、锈蚀 等引起的3。因此，如何判断钢丝绳芯输送带接 头及整条胶带的好坏就成了钢丝绳芯输送带运输 安全的头等大事。为了解决钢绳芯胶带的安全使用问题，各国 专家进行了长达一百多年的探索努力，先后研制 了十多种探伤的检测方法，本文就一些常见的断 带监测与诊断方法进行简述。1钢丝绳芯输送带探伤的检测方法1.1 简易接头变形检测法简易接头变形检测法即传统的人工检查方 法，就是现场维修人员用眼睛直接观察皮带外形， 判断皮带接头是否伸长，再辅助使用便携式 x 光 照相的方法，对皮带的坏损进行检测，主要有以 下 3 种方法。*基金项目：平顶山市 2008 年重大科技攻关计划项目(2008049)。作者简介：吉增超(1975-)，男，助理工程师，研究方向：机电一体化技术，煤矿电气设备与控制。第 4 期吉增超 等：钢丝绳芯输送带检测技术及其发展状况1691.3 红外线、超声波探伤法在国外，如原苏联、德国、澳大利亚、英国 和美国等都采用过超声波探伤、红外线探伤等， 但都不成熟6。1.4 基于电磁感应原理的漏磁检测法其检测方法是贴近回程胶带安装磁感应线 圈，在其上游安装一组永久性磁铁，利用磁化传 感器对钢绳芯进行均匀磁化，使钢绳芯具有均匀 的磁性，同时安装一只测速仪测胶带速度，采用 漏磁放大器对钢丝绳芯上剩磁信号进行检测。正 常胶带的磁图像在非接头区近似为一条平缓的直 线，只在接头处有一个高的尖脉冲信号；当胶带钢绳芯发生断丝、锈蚀或位移等故障时，磁图像将会出现凸出或凹下的变化。于是根据胶带的运 行速度和获得的磁图像的形貌，便可识别出钢芯 带及接头是否存在故障，以及故障的类型、程度 和具体位置。通常这种监测方法的故障分析与诊 断技术较复杂，且计算量非常大，其诊断的准确 性、可靠性及实时性尚有待提高。2目前常用检测方法的分析比较目前实际应用于钢绳芯胶带检（监）测方法 特点比较与分析见表 1。表 1常用钢绳芯胶带检（监）测方法比较序号比较项目人工检测便携式 x 光机检测电磁在线检测x 光在线检测内部断头、接头抽动检测时胶带的 状态对人工检查到的可疑 可定性检测所有大小断可定量检测所有大小断头、抽动、锈蚀可高速在线检测，6.0 m/s一般 1020 分钟，视 胶带长度而定自动在线检测，对健康 无影响x 光检测装置，投入资 金较多图像观察，计算机分析 测量，精度高1凭经验判断点进行局部拍照头、抽动、锈蚀可高速在线检测，6.0 m/s2静止静止完成整个胶带 一个检修班时间内检测所需时间 几乎不可能完成对人体健康影 处在恶劣条件下，一个检修班时间内几 一般 1020 分钟，视胶3乎不可能完成处在 x 光辐射下，严 重影响健康手提式 x 光机，投入 资金较少带长度而定自动在线检测，对健康 无影响电磁检测装置，投入资 金较多模拟信号量，计算机分 析4响影响健康设备投入无需设备5人工目测、手摸检测直观性图像，较直观6由表 1 可知：(1) 人工检测，主要依靠胶带维护人员，利 用设备的检修班时间，在胶带静止情况下，采用 目测、手摸或做记号的方法，检测胶带的表面变 化情况，完全凭经验判断胶带接头等状况，具有 不需投入设备，检测方法简单的优点，但存在检 测时输送带必须完全停止、检测一个循环需要时 间长，影响正常的运输时间；检测的环境条件恶 劣、劳动强度大；对观测到的表面破口、接头起 泡等情况无法进一步的确认或检测；对输送带表 面小幅损伤、接头小幅抽动等情况无法检测，从 而给胶带的安全运行留下极大的隐患；工人目测 的水平参差不齐，管理制度难以百之百落实，很 容易造成漏检等缺陷。(2) 便携式 x 光机检测，具有设备投入较少， 可以直观地看到接头处钢丝绳抽动及钢丝绳断绳 情况的优点，主要缺点是使用光源较小，仅能 实现局部定点成像，对整条胶带及所有接头进行 全部检测难度大、时间长，检测时必须停止生产，从而减少有效的运输时间，不能实现胶带的实时在线自动检测，从而会给胶带的安全运行留下极 大的隐患，检测人员受 x 光的照射严重影响检测 人员的身体健康；工人的劳动强度大。(3) 电磁与 x 光在线监测，是在输送带正常 的运行速度下，对输送带的全幅面进行不停机在 线检测，主要优点是胶带正常运输的情况下对输 送带的全幅面进行检测，可分别定性、定量地检 测到所有断头、抽动、锈蚀情况，可准确定位钢 丝绳损伤位置和接头抽动的位置，计算机系统给 出输送带钢丝绳的安全检测报告，直观性强，为 实施预防性的检修提供重要的依据。主要缺陷是 响应速度、测量精度、可靠性有待提高。3国内外钢丝绳芯胶带检测技术发展状况钢丝绳芯胶带无损探伤装置直是国内外研 究的一个重要课题。近几年来随着计算机技术的 发展，这研究也有了飞速的发展。3.1 国外发展概况170机电技术2011 年 8 月1979 年澳大利亚的哈里逊(harrison)最先发明了一种新的钢绳芯胶带输送机胶带监测系统并 获得专利，1982 到 1987 年这种方法被广泛地用于德国、南非、加拿大、美国等的采矿工业，同 时这种检测技术也广泛用于其他的工业领域。1990 年澳大利亚新萨斯特尔大学研制了一种阵列传感器系统，美国输送机技术公司和美国 tunra 公司利用这种系统(beltsaner tm)检测 钢绳芯胶带开发了几种钢绳芯胶带的无损检测系统，可以取代 harrison 早期发明的输送带无损检 测技术，但胶带的检验成本很高7。近几年来美国、德国对该项研究投入较大，发展也比较快，他们的最新研究成果为 cbm 检 测器8，用磁感应原理对钢绳芯胶带进行检测。 该检测器由上、下两个传感器和固定架组成。通 过上下传感器对中间钢绳芯检测，将检测信号进 行处理，显示就可知道钢绳芯的受损情况。这种 检测器完全抛开了 x 光机的检测，实现了电磁检 测的目标。对这项研究的发展迈出了很大的一步， 但这种检测器需要上下两个传感器，并需要较大 压力使上下传感器紧压住胶带，这样不仅增大了 胶带的磨擦力，而旦还受胶带的抖动影响。因此， 这种检测器的使用受到一定的限制。3.2 国内的发展概况在我国，过去一直采用传统的人工检查方法 辅助采用 x 光机人工对钢芯带进行静态检测，多 年来有不少单位对钢丝绳芯胶带无损检测进行研究，中国矿业大学(北京)研制的“钢丝绳芯输送机 皮带横向 x 射线透视探伤监测装置”， 解决了钢 丝绳芯在线定量检测的技术难题，这一研究对皮带钢丝绳检测的发展起到巨大的推动作用。98 年原山西矿院的一些科研人员，利用电磁转换技术，采用感应中频调制传感器，成功研发了电磁式皮 带钢丝绳无损检测设备，这一成果是皮带无损检 测技术的又一次突破，又一次推动了皮带检测技 术的发展。随着计算机技术、传感器技术、图像处理技 术的发展和光学器件加工工艺的改进，近几年，我国多家单位又相继研制出了电磁在线检测装 置、x 光在线检测装置、集电磁检测与 x 光机检测与一体的钢丝绳芯胶带实时在线无损检测装置 等，这些研究成果对钢绳芯无损检测的发展起到 了巨大的推动作用，一定程度上解决上 x 光机对人体的辐射及在线检测等问题。 目前，钢丝绳芯胶带实时监测系统正朝着如下几个方面完善和进步：提高可靠性，以适用恶劣工作环境的要求；提高响应速度和测量精 度；实现测量过程的最佳化控制；测控系统 向数字化、智能化、自动化、信息化、网络化方 向发展。在线检测实时监控。4结束语判断胶带内钢丝绳状态与钢丝绳硫化接头的 状态，是钢丝绳芯输送带无损检测的重要目的， 但目前还没有相应权威的标准，判定钢丝绳芯胶 带的使用寿命，需要相应的操作标准和判断标准， 钢丝绳芯输送带检测技术，已经从传统的人工检 查辅助便携式 x 光机检测时代，迈向电磁在线检 测实时监控与 x 光在线检测实时监控的时代，因 此，研究制定权威的钢丝绳芯输送带检测判定标 准，将是目前继续解决的技术问题。参考文献：1 愚刃.钢绳芯胶带断带事故的预防j.煤矿机电，1996(2).2 谭继文，黄凤岐.钢丝绳芯胶带定量探伤系统的研究j.煤矿安全，1996(1).3 刘敬大型带式输送机皮带撕裂特征及应用d武汉：武汉理工大学，2007. 4 吴瑞清胶带输送机的国内外发展趋势j煤炭技术，2000，19(6)：4-65 g.p. singh and s. udpa. the role of digital signal processing in ndt. ndt international,june 1986, volume 19, issue 3, pages 127-130.6 warren t, ni j w. an automated radiographic ndt system for weld inspectionj.ndt&e international, 1996, 29(3):150-159.7 ziegler，ma new