基于多磁性参数的钢丝绳状态监测与安全诊断研究

The wire rope is used widely and its condition and safety directly relate to personal security and production safety. So the research on condition monitoring and safety diagnosis for wire rope is of great significance.Based on the material property of the wire rope, the relations among multi magnetic parameters(such as μj,R,Φn,Bl,Hs,Bs,Hc,Br,CM,ΔΦn) and the magnetic measurement principles are researched by the method of theory analysis,emulation and test. The sensor is designed to inspect multi magnetic parameters. The effects of each kind of wire rope damage on multi magnetic parameters are studied.The quantitative identification models of the wire rope damage(LF and LMA) based on μj,Φn,Bl,R and of the fatigue and material degradation based on Hs,Bs,Hc,Br,μj,R,Φn are set up. According as the strength theory and the above models, the residual strength calculation model is built. The magneto-elastic effect of the wire rope is researched and the load stress calculation model is built based on μj,CM,ΔΦn. At last, based on the residual strength and the load stress, the safety diagnosis model, fusing multi magnetic parameters, is built. The virtual instrument system is constructed to monitor the condition and diagnose the satety condition of wire rope, then the essential relationship between safety condition and the multi magnetic parameters is revealed. The theoretical basis and scientific method are offered for condition monitoring and safety diagnosis of wire rope.

钢丝绳应用广泛，其状态与安全直接关系到人员生命和生产安全。因此，开展钢丝绳状态监测与安全诊断研究意义重大。本项目依据钢丝绳材料性质，通过理论分析、仿真和试验，研究钢丝绳多磁性参数（μj、R、Φn、Bl、Hs、Bs、Hc、Br、CM、ΔΦn）之间的关系和磁测机理、设计多磁性参数检测传感器；研究钢丝绳各类损伤对多磁性参数的影响，建立基于μj、Φn、Bl、R的钢丝绳损伤（LF、LMA）定量识别模型和基于Hs、Bs、Hc、Br、μj、R、Φn的钢丝绳疲劳与材质劣化定量识别模型；依据强度理论和上述模型，建立钢丝绳剩余强度计算模型；研究钢丝绳的磁弹效应，建立基于μj、CM、ΔΦn的载荷应力计算模型；以剩余强度和载荷应力为基础，建立基于多磁性参数融合的钢丝绳安全诊断模型；开发钢丝绳状态监测与安全诊断虚拟仪器；揭示钢丝绳安全状态与多磁性参数之间的本质关系，为钢丝绳状态监测与安全诊断提供理论依据和科学方法。

钢丝绳在矿山、建筑、桥梁、索道等诸多领域广泛应用，在使用过程中，不可避免会出现断丝、磨损、疲劳和材质劣化等损伤以及张力的变化，导致其强度降低，甚至突然断裂，直接危及人员生命和生产安全。因此，开展钢丝绳状态监测与安全诊断研究具有重要的理论意义和实用价值。.该项目按照预定的研究计划，通过理论分析和建模仿真，研究了钢丝绳的磁化特性、多磁性参数之间的关系、磁测参数的检测机理与电磁转换方法；分析了钢丝绳损伤与材质劣化所产生的漏磁场特征、钢丝绳张力与钢丝绳内部磁参数的变化关系、钢丝绳剩余强度与钢丝绳损伤及疲劳的关系等，建立了基于磁参数的钢丝绳损伤与材质劣化识别模型、钢丝绳张力计算模型以及钢丝绳剩余强度计算模型。基于仿真优化结果，设计制作了永磁式钢丝绳励磁器、旁路式线圈励磁器、直接式线圈励磁器，以及线圈式磁参数检测器与聚磁环式霍尔检测器。开发了钢丝绳检测信息采集与处理系统；研制出可自动加载和自动控制运行的钢丝绳安全检测实验台；制作了大量钢丝绳各类损伤试件，进行了试验研究，并验证理论分析和仿真结果。项目执行期间，申请发明专利5项（已授权1项）、实用新型专利4项；发表论文12篇；培养博士生2名、硕士生9名，完成并通过答辩硕士学位论文7篇；获山东省科技厅重点研发计划资助项目1项，山东省教育厅科技计划资助项目1项。.项目研究成果，为基于磁特性参数监测钢丝绳安全状态提供了理论依据，对钢丝绳安全监测装置的开发应用具有重要的指导意义。