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淺談礦用鋼絲繩損傷定量識別

文檔作者：張麗娟文檔來源：潞安集團司馬煤業(yè)公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月06日
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江西煤炭科技
JIANGXI COAL SCIENCE &amp;amp; TECHNOLOGY
2013年第4期
N0．4 2013
淺談礦用鋼絲繩損傷定量識剮
張麗娟
(潞安集團司馬煤業(yè)公司，山西長治047105)
摘要：針對礦用提升鋼絲繩缺陷檢測的實際需要提出鋼絲繩無損檢測方法，檢測系統(tǒng)通過提取損傷信號特征量，進行定
量識別，提出基于最小二乘法的定量識別技術。經(jīng)大量測試和實驗表明：所研究開發(fā)的缺陷信號分析處理系統(tǒng)基本實現(xiàn)鋼
絲繩的無損檢測，其信號分析處理結果也與鋼絲繩實際故障情況基本符合，具有較好的實用價值。
關鍵詞：鋼絲繩；漏磁信號；最tb-乘法；定量識別
中圖分類號：TD532 文獻標識碼：B 文章編號：1006—2572(2013)04—0166—02
Discuss on Quantitative Identification of Mining Wire Rope Damage
Zhang L~uan
(Sima Coal Industry Co．，Luan Group，Changzhi，Shanxi 047105)
Abstract：Aiming at the actual needs of mining hoisting rope defect detection。the method of nondestructive testing
of wire rope was put forward，quantitative identification was conducted by extracting the characteristic
quantity of damage signal，and quantitative identification technology based on least square method was proposed．
Quantity of testing and experiments shew that faults signals processing system studied and developed could basi—
cally realize n0ndestructive testing of wire rope。the signal processing results were also in line with actua1 faults
situation of wire rope，which had good practical value．
Key word：wire rope；magnetic flux leakage signal；1east square method；quantitative identification
礦井提升鋼絲繩是煤礦提升、運輸系統(tǒng)的一個重要組
成部分。由于煤礦本身環(huán)境惡劣，在鋼絲繩使用過程中不
可避免地出現(xiàn)各種問題，如由于磨損、銹蝕，鋼絲繩會出現(xiàn)
斷絲，其損傷程度及承載能力直接關系到設備及人身安
全。所以為防止鋼絲繩斷裂事故的發(fā)生，確保礦井安全生
產(chǎn)，需對其進行檢測。目前國內人工探查效率低，無法檢
測其內部損傷，且影響礦井生產(chǎn)。本文針對這一問題對鋼
絲繩無損檢測技術進行實驗研究，其是在不影響鋼絲繩使
用狀態(tài)的情況下，應用一定的檢測技術和檢測裝置以及分
析方法，對鋼絲繩的狀態(tài)特性(如斷絲、磨損、銹蝕、疲勞缺
陷以及剩余承載能力、安全系數(shù))加以測定，并根據(jù)相關標
準對鋼絲繩的使用狀況和剩余壽命做出評估。
1 鋼絲繩損傷信號分析
在實際的工程中，有用信號通常表現(xiàn)為低頻信號或是
一些比較平穩(wěn)的信號，噪聲信號則通常表現(xiàn)為高頻信號。
一維鋼絲繩漏磁檢測信號利用小波進行除噪處理。小波
分析進行閾值處理有強制消噪處理、默認閾值消噪處理、
給定閾值(軟／硬)消噪處理三種主要處理方法。由于給定
閾值(軟／硬)消噪方法可以根據(jù)經(jīng)驗公式或某種實際需求
達到理想的消噪要求。因此，本文采用給定軟閾值的消噪
方法。
· l66 ·
以 24．5(6×19)鋼絲繩一次檢測數(shù)據(jù)為分析對象，
給定軟閾值法研究基于小波的多分辨分析提取斷絲信號
的相關問題(見圖1)。
圖1 q)24．5(6×19)鋼絲繩斷絲信號多分辨率分解
將以上損傷信號重構為斷絲信號(見圖2)，可知雖然
經(jīng)過小波分析后的斷絲信號峰值較原始信號小，但經(jīng)過重
構過的斷絲信號抑制了其它頻率區(qū)間的干擾，使得斷絲信
號分辨率有了較大的提高，為后續(xù)的定量模式識別提供了
良好的信號預處理方法。
LF原始信號
i ；
重 !
i魁 ： 扛
LF重構信號
圖2 024．5(6×19)斷絲原始和重構信號
2 鋼絲繩斷絲定量識別
鋼絲繩損傷信號的定量識別是對缺陷信號的特征量
進行分析和檢測識別。本文利用最'b-乘法的基本原理，
求出鋼絲繩斷絲損傷數(shù)量與損傷信號特征量之間的的函
數(shù)關系，并將該函數(shù)關系作為斷絲損傷情況的識別公式。
在對鋼絲繩的損傷檢測過程中采集有效的特征量后，并用
其對相應斷絲損傷數(shù)量進行定量識別。
2．1 代數(shù)多項式擬合
如果給代數(shù)多項式擬合 (x)一P +P x+P。 +? +
P xm 以下參數(shù)：
中(x)= 1， (x)一x，伽(x)一x ，? ，銣(x)一xm ，
則超定方程組的系數(shù)矩陣為：
fpl I( 1)+P2 2( 1)+?+P ( 1)=j，1 {．．．?
．
【pI l( )+P2 ( )+?+P ( )=Y
1 1 ? I
I 王2． 2==引I tl>m)，
l 1 ： ? J
將 (x)一P +P。x這種情況視為線性擬合；將甲(x)一
P +P。x+P。)【2做曲線擬合，稱二次擬合；對下面的多項式
(x)一P +P x+ P?！?2+ P 】【3做曲線擬合，即m=4， (x)
一1，，q,21(x)一X，q，3(x)一x。，q，4(x)一x。，可得如下方程組，
當取n>4的一組數(shù)據(jù)點(】【i，Y1)(i一1，2．--n)就可以對上面
的方程組進行求解，進而得出一組系數(shù){P ，P。，P。，P )。
p,n+P2Σ + Σ#+ Σ =Σ
l=l —l ，
p1Σ +p2ΣX}+P3Σ + Σ =Σ
j_1 i=1 ，-】 t
Σx~+P2Σ + Σ +p4Σ =Σ#
f；l t 扭1 i=1 l
ΣX}+P2Σ + Σ +P4Σ =Zgy,
2．2 三次擬合在斷絲診斷中的實現(xiàn)
通常情況下將三次多項式擬合為斷絲與特征信號之間的
一個函數(shù)關系，即將一個線性空間基函數(shù) 一{1，x， ， }進
行3次最小二乘擬合，得出一個擬合公式，如下所示：
y—P。+p2x+P3 x2+ )【3，
為采集實際的鋼絲繩損傷漏磁檢測信號數(shù)據(jù)，搭建鋼
絲繩漏磁檢測實驗平臺。由于不同直徑和結構的鋼絲繩
的斷絲損傷特征量有較大差別，在實際應用中，針對使用
繩的類型需要分別作標定以分別確定其擬合參數(shù)。
在測試中選取024．5(6×19)煤礦提升鋼絲繩作為測
試原件，在測試鋼絲繩上人為的在8個不同位置上制作斷
絲損傷，各斷絲具體信息見表1。
表1 斷絲信息
斷絲位置／m 2．88 3．51 3．72 3．95 4．53 4．87 6．76 7．76
斷絲根數(shù)8 9 10 12 11 8 3 6
令鋼絲繩的運行速度為3．19 m／s，采樣間隔為0．5
m，每次從開始位置重復檢測，讀取6組斷絲與其對應的特
征量來確定曲線擬合參數(shù)見表2。
表2 斷絲根數(shù)與對應特征量
由擬合算法程序設計得到
P1= 1．Z1256，P2— 0．00231254，
P3= 2．24011× 10_。，P 一7．20464× 10-1 ，
故擬合函數(shù)確定為：
y一1．21256+ 0．00231254 x一2．24011× 1O 】【2+
7．20464× 10一 X3。
如果對同類型鋼絲繩斷絲定量檢測時，檢測系統(tǒng)由提
取到的斷絲波形下面積特征量代入上擬合函數(shù)式，自動生
成斷絲檢測報表。由于通過三次擬合曲線與實際斷絲數(shù)
量的誤差平方和達到最小，因此，其斷絲數(shù)量總會有一些
誤差。但是，如果該組數(shù)據(jù)涵蓋了鋼絲繩斷絲數(shù)量以及其
對應的特征量的所有可能，得出的擬合曲線將變得更加光
滑，誤差也就更小。
3 結語
本文主要對礦用鋼絲繩漏磁信號定量識別技術進行
了深入研究，根據(jù)鋼絲繩缺陷信號的特征量選取和提取算
法，采用離散數(shù)據(jù)擬合的方法獲得缺陷量化診斷公式，實
驗結果顯示最終得到了較準確的缺陷量化信息，實現(xiàn)了斷
絲和截面積損失漏磁信號的檢測與定量分析，對鋼絲繩的
狀態(tài)特性檢測具有實際應用價值。
作者簡介：張麗娟(1972一)，女，山西長治人，畢業(yè)于山西廣播電視
大學機械制造及自動化專業(yè)，本科，工程師，現(xiàn)就職于潞安集團司馬
煤業(yè)公司科技管理辦公室，長期從事電氣自動化技術管理工作。
收稿日期i2013—1O一15 編輯i胡中祺
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