張揣平 李文武 張占東

摘要 礦用鋼絲繩芯輸送帶在煤炭運(yùn)輸過程中會(huì)出現(xiàn)斷裂、劃傷、銹蝕、接頭伸長、脫膠等故障，針對這一問題設(shè)計(jì)基于X射線的在線檢測裝置，該檢測裝置可及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、診斷故障，實(shí)現(xiàn)無損檢測，避免重大斷帶安全事故的發(fā)生。本文對該檢測裝置的工作原理、結(jié)構(gòu)組成及有關(guān)軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】x射線 鋼絲繩芯輸送帶 實(shí)時(shí)檢測故障診斷

鋼絲繩芯帶式輸送機(jī)是煤炭生產(chǎn)中重要的運(yùn)輸設(shè)備，伴隨著提升載荷量的增加、帶速的提高，其載荷量也在不斷增加。如果帶式輸送機(jī)安裝調(diào)整不當(dāng)、鋼絲繩芯接頭搭接不規(guī)范或者被異物劃傷，則會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩芯抽離、斷裂、銹蝕、接頭伸長等故障，一旦發(fā)生故障將會(huì)造成重大斷帶安全事故，造成停產(chǎn)、物料損耗，設(shè)備損壞，甚至人員傷亡。因此在我國煤礦生產(chǎn)安全規(guī)程規(guī)定設(shè)計(jì)鋼絲繩芯輸送帶運(yùn)輸系統(tǒng)時(shí)，要求對鋼絲繩芯輸送帶進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。目前常用的輸送帶檢測方法有人工檢測法、X射線檢測法和電磁檢測法，隨著煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)代化、智能化，對檢測手段的要求也越來越高，實(shí)現(xiàn)可靠、無損、防暴、準(zhǔn)確定位、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測，是鋼絲繩芯輸送帶安全穩(wěn)定運(yùn)行的保證。

1 設(shè)計(jì)原理

利用X射線的透視原理，即對不同物質(zhì)的穿透能力的不同，當(dāng)鋼絲繩芯出現(xiàn)銹蝕、斷裂、接頭變化等缺陷時(shí)，透過的光強(qiáng)與正常部位不同，因此根據(jù)光強(qiáng)的變化可以判斷鋼絲繩的工作狀態(tài)。在輸送帶運(yùn)行過程中，應(yīng)用X射線探測原理對輸送帶進(jìn)行照射，感光器將得到信號傳輸?shù)阶R別系統(tǒng)，通過對圖像處理進(jìn)行鋼絲繩芯輸送帶性能分析，從而判別其是否出現(xiàn)故障并及時(shí)報(bào)警，避免由于斷帶引起重大安全事故，防患于未然，減少不必要的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

2 設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)內(nèi)容

通過對目前市場上同類產(chǎn)品進(jìn)行分析以及煤礦調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在對鋼絲繩芯輸送帶檢測中存在諸多問題，如輸送帶鋼絲繩芯掃描速度慢、實(shí)時(shí)性差、檢測準(zhǔn)確率低，易出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象，不具有自動(dòng)識別故障和強(qiáng)度性能分析功能等。因此為解決上述問題，結(jié)合圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種學(xué)科，需要研發(fā)一種新的高性能的鋼絲繩芯輸送帶檢測系統(tǒng)，其具體實(shí)施方案及流程如圖1。

2.1 X射線探測器

X射線探測器由光電轉(zhuǎn)換模塊、信號采集模塊、信號處理傳輸模塊組成。X射線掃描運(yùn)行的鋼絲繩芯輸送帶，光電模塊內(nèi)的感光材料可將X射線轉(zhuǎn)換成可見光，這個(gè)光信號再由光電二極管陣列轉(zhuǎn)換為模擬電信號，經(jīng)過兩級放大線路送給信號采集模塊。由于輸送帶有多種規(guī)格，根據(jù)寬度不同，為了能夠一次檢測到全部鋼絲繩芯截面，可以串聯(lián)多組光電轉(zhuǎn)換板。

信號采集模塊對接收到的模擬信號進(jìn)行放大、濾波，通過A/D轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號給信號處理傳輸模塊;信號處理傳輸模塊含有FPGA、電源、存儲(chǔ)器及外圍一些硬件和軟件組成，主要是優(yōu)化圖像質(zhì)量，然后傳輸給計(jì)算機(jī)。

2.2 鋼絲繩芯輸送帶圖像處理

帶式輸送機(jī)鋼絲繩芯經(jīng)X射線掃描后，生成的圖像需要進(jìn)一步處理，進(jìn)行縮放算法、濾波、灰度增強(qiáng)、銳化、二值化等。具有一定分辨率能清晰、直觀反映接頭狀況，并能進(jìn)行圖像分析，避免對有故障的接頭漏檢和合格接頭誤報(bào)。圖像的缺陷分析是通過對接頭篩選、比對、測量來進(jìn)行分析，鋼絲繩芯輸送帶接頭強(qiáng)度與搭接長度有關(guān)，其有效承載面積是鋼絲繩芯的“斷面”，根據(jù)X射線投影的灰度數(shù)據(jù)可計(jì)算掃描的切片橫截面積，因此搭接長度和切片橫截面積可反映接頭的完好程度，如果存在抽離、斷裂、劃傷、脫膠等故障，能定位該故障位置，并出發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)警。

2.3 防爆裝置的設(shè)計(jì)

檢測裝置在井下工作，因此對其有防暴要求，根據(jù)國標(biāo)要求對隔爆型X光發(fā)射箱、控制箱進(jìn)行防暴設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)選取安全系數(shù)k-1.3，設(shè)計(jì)壓力p-IMpa，材料可選用Q235或Q345，通過強(qiáng)度校核可計(jì)算箱體的鋼板厚度。

本安型接收箱內(nèi)裝有X射線接收板、數(shù)據(jù)采集板、信號處理傳輸板和電源板，外殼為非隔爆結(jié)構(gòu)，按照國標(biāo)規(guī)定，設(shè)計(jì)防護(hù)等級為IP54。

3 檢測裝置組成及工作過程

該檢測裝置包括X射線發(fā)生器、高速X射線探測器、控制器、供電電源及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)及其它零部件，其組成如圖2所示。

該裝置工作過程：X射線發(fā)生器一般安裝在回程皮帶架體上，發(fā)出的扇形射線掃描正常運(yùn)行的鋼絲繩芯輸送帶，探測器的光電轉(zhuǎn)換模塊感受到射線并最終轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸?shù)竭h(yuǎn)程計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)接收到信號后實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)輸送帶鋼絲繩芯圖像，并通過分析比對做出判斷，給出強(qiáng)度性能分析結(jié)果。

4 結(jié)論

利用X射線掃描鋼絲繩芯輸送帶，可以實(shí)時(shí)檢測輸送帶鋼絲繩芯工作狀況，并且可將圖像信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程終端，通過對鋼絲繩芯圖像進(jìn)行處理與分析，可以識別其故障并及時(shí)報(bào)警，顯示直觀、使用方便、準(zhǔn)確性高，工作安全可靠。

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