基于漏磁原理的钢丝绳典型缺陷检测实验研究

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钢丝绳由于自重小、强度高、弹性强、工作平稳可靠,承受动载和过载能力强等优点,在矿山、冶金、石油天然气开采、机械及航空航天领域成为必不可少的材料或部件。作为主要的承重构件,钢丝绳在使用过程中,由于工作环境比较恶劣,经常会受到弯曲疲劳、磨损、锈蚀和机械冲击,因此不可避免地会出现如断丝、磨损、锈蚀甚至突然断裂等现象,一旦发生故障不仅会造成巨大的经济损失,而且威胁人身安全,因此需要对钢丝绳的工作状态进行实时监测和检验。  针对钢丝绳常见典型缺陷,研究漏磁检测的基本原理,建立了缺陷漏磁场的理论模型并运用Maxwell软件建立仿真模型进行分析,得到了缺陷物理参数对缺陷表面漏磁场强度的影响关系;同时建立钢丝绳缺陷漏磁信号信息处理模型,研究并学习缺陷漏磁信号处理及特征提取方法,为实现钢丝绳典型缺陷检测奠定理论基础。  基于漏磁线圈传感器搭建了钢丝绳缺陷检测平台,该试验台通过液压油缸对钢丝绳进行横向加载,最高负载可达3吨,且通过基于可编程逻辑控制器的控制系统实现钢丝绳的连续循环运转及自动往复运转,并使用变频器通过调节频率实现对钢丝绳运行速度的调节。同时搭建了基于LabVIEW的数据采集系统,能够实时采集分析并存储典型缺陷钢丝绳的漏磁信号。该检测平台可满足各种复杂繁琐的钢丝绳检测实验的全方位要求。  进行钢丝绳典型缺陷漏磁检测实验,针对断丝、磨损和锈蚀三种典型缺陷形式制作缺陷样绳,每根样绳缺陷的位置及损伤程度均不相同。使用小波包能量谱分析来诊断钢丝绳典型缺陷的损伤程度,小波分解与重构及小波尺度变换来检测典型缺陷的位置,并提出了一组包括峰峰值、波宽、起始波等3种参数的故障特征指标体系来判别钢丝绳的三种典型缺陷类型。实验结果表明,利用小波包能量谱分析,小波分析尺度变换,及本文提出的故障特征指标体系能够准确、有效地检测出钢丝绳三种典型缺陷(断丝、磨损、锈蚀)的位置、种类及损伤程度。  对钢丝绳施加变化的载荷并进行漏磁检测实验,研究加载力对缺陷钢丝绳漏磁信号的影响。通过对两种不同直径钢丝绳的三种典型缺陷(断丝、磨损及锈蚀)施加相同变化的加载力进行漏磁检测实验,根据实验结果进行分析,加载力主要影响断丝缺陷的漏磁信号,对磨损和锈蚀缺陷的影响不显著。钢丝绳所受加载力越大,断丝缺陷漏磁信号的故障特征值越大,断丝缺陷越容易被检测出来,这对提高实际工作中钢丝绳断丝缺陷的检测精度具有指导意义。
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