外文翻譯- 無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)傳送帶狀態(tài)的評(píng)估

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無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)傳送帶狀態(tài)的評(píng)估 摘要 皮帶機(jī)是許多國家用于挖掘材料的主要交通運(yùn)輸技術(shù)，特別是波蘭的采礦業(yè)。其中一個(gè)關(guān)鍵并且具有挑戰(zhàn)性的問題是傳送帶的維護(hù)方案，這個(gè)方案可能是輸送機(jī)最重要的部分。波蘭采礦業(yè)輸送帶總長度超過2200公里。考慮到安全、經(jīng)濟(jì)、可靠性和其他方面的因素，傳送帶的維護(hù)成為一項(xiàng)嚴(yán)肅的任務(wù)。如何檢測(cè)皮帶上的損傷？如何檢測(cè)損傷與狀態(tài)評(píng)估？何時(shí)一個(gè)皮帶段（拼接或者整個(gè)傳送帶循環(huán)）應(yīng)當(dāng)更換？何時(shí)皮帶的實(shí)際抗拉強(qiáng)度符合操作要求？為露天開采褐煤而開展的無損檢測(cè)技術(shù)解釋了這些問題。這些技術(shù)和視覺系統(tǒng)、磁系統(tǒng)還有紅外熱成像相關(guān)。有一些技術(shù)是在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行測(cè)試，而其他已經(jīng)在部署階段，并且同在這些技術(shù)上最先進(jìn)的國家分享經(jīng)驗(yàn)似乎是有效果的。在本文，我們對(duì)每個(gè)應(yīng)用方法的簡要想法進(jìn)行了解釋，對(duì)一些實(shí)驗(yàn)室以及工業(yè)調(diào)查的例子進(jìn)行了討論。 關(guān)鍵詞 皮帶機(jī)；無損檢測(cè)；狀態(tài)檢測(cè)與診斷；維修 1引言 連續(xù)（皮帶機(jī)）運(yùn)輸系統(tǒng)是許多工業(yè)部門非常流行的物料運(yùn)輸方式。礦業(yè)公司是皮帶運(yùn)輸機(jī)的最大用戶之一。如今在波蘭有四個(gè)安裝了500公里的輸送帶用于露天開采褐煤，分別是Belchatow、Turow、Konin、Adamow。更多的輸送機(jī)安裝在地下礦山（例如只在波蘭KGHM銅業(yè)還有260多公里的傳送帶）。一個(gè)普遍的問題就是所有的皮帶機(jī)用戶是如何維護(hù)皮帶的，即如何檢測(cè)皮帶的損傷，如何估計(jì)被測(cè)皮帶的真實(shí)情況，如何估計(jì)應(yīng)更換的皮帶段，而不是現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，應(yīng)采用什么標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行皮帶修復(fù)程序的分類等。在計(jì)量學(xué)、信息技術(shù)、數(shù)據(jù)分析、無損檢測(cè)、結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)等領(lǐng)域所取得的成就，使之有機(jī)會(huì)使用檢測(cè)和診斷系統(tǒng)進(jìn)行皮帶維修管理。然而，皮帶性能的狀態(tài)檢測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的問題。沒有通用的解決方案。根據(jù)皮帶類型、操作條件和材料類型（表面褐煤礦、地下硬煤或銅礦石），最常見的降解過程等形式，可用的解決方案可能是簡單廉價(jià)的或者復(fù)雜昂貴的。 在本文中，帶有鋼簾線的傳送帶常用于露天褐煤礦的開采。在這種情況下，兩個(gè)重要的問題已經(jīng)確定：皮帶芯—鋼絲繩和皮帶頂面的條件—一個(gè)承載蓋。對(duì)于鋼簾線以磁為基礎(chǔ)而監(jiān)測(cè)的診斷系統(tǒng)已經(jīng)研制成功，還介紹了一些和紅外熱成像相關(guān)的新的想法，并且創(chuàng)建了分析帶頂蓋條件的專業(yè)視覺系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是在LABVIEW環(huán)境下發(fā)展起來的，可以將他們作為傳送帶狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)綜合的子系統(tǒng)并且以不同來源的信息為基礎(chǔ)。對(duì)來自不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成問題是文獻(xiàn)數(shù)據(jù)信息的融合。在所提出的方法中使用幾個(gè)技術(shù)組成一個(gè)平臺(tái)。根據(jù)定義的任務(wù)，技術(shù)和財(cái)務(wù)問題可以通過選擇所需組件組裝從而定制特定的皮帶狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。本文中提到的子系統(tǒng)（即構(gòu)成平臺(tái)的組成部分）簡要介紹了一些已經(jīng)完成工業(yè)實(shí)現(xiàn)的例子。 2 試驗(yàn)臺(tái)和真正的機(jī)器測(cè)量 正如它所提到的，本文中的結(jié)果是來自實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)臺(tái)和工作在露天開采褐煤礦的皮帶機(jī)輸送工作。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中使用的試驗(yàn)臺(tái)已經(jīng)開發(fā)用于調(diào)查皮帶狀態(tài)檢測(cè)的測(cè)量技術(shù)。它由驅(qū)動(dòng)單元、滑輪、閑散零件和17米的傳動(dòng)帶組成（圖1-1）。傳送帶分為三段，段與段之間通過硫化接頭連接（圖5-1）。它提供了一個(gè)很好的模型，真正的輸送帶用于采礦輸送機(jī)。安全帶和鋼絲繩的幾種損壞都是因?yàn)榘踩珟У倪\(yùn)動(dòng)。對(duì)不同尺寸和形狀的覆蓋損傷進(jìn)行了視覺系統(tǒng)的測(cè)試，在這些試驗(yàn)中，一些鋼絲繩芯的額外損傷被無損檢測(cè)系統(tǒng)和紅外熱成像檢測(cè)到。這些損壞的位置和皮帶環(huán)結(jié)構(gòu)見圖5-1。損傷案例如圖5-2所示（左）。 圖3-1-1 試驗(yàn)中使用的試驗(yàn)臺(tái) 3 磁檢測(cè)系統(tǒng) 皮帶磁檢測(cè)為人熟知已經(jīng)超過30年。不幸的是，他們不能接受如此高成本的傳送帶。在這里，一個(gè)波蘭采礦公司提出了一個(gè)先進(jìn)的解決方案。它是24通道（見圖3-2）無損檢測(cè)系統(tǒng)，用國家儀器元件來數(shù)據(jù)采集和在LABVIEW環(huán)境下編寫?yīng)毺氐能浖?。該系統(tǒng)由兩部分組成：為便攜式數(shù)據(jù)采集模塊、原位分析等，是對(duì)更先進(jìn)的安裝在桌面上的軟件進(jìn)行深入分析、可視化和數(shù)據(jù)管理等。圖3-1提出了一個(gè)關(guān)于對(duì)上覆巖層輸送機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試的例子。 圖3-1 鋼絲繩條件測(cè)量與安裝在輸送機(jī)上使用的系統(tǒng) 圖3-2 修改后的系統(tǒng)中24個(gè)通道的前10個(gè)通道 24通道的收購提供了大量數(shù)據(jù)。提供自動(dòng)數(shù)據(jù)分析工具是合理的，并且可能會(huì)檢測(cè)并定位損傷部分，最終以一種明確的方式呈現(xiàn)結(jié)果。圖3-3給出了兩個(gè)通道在二維圖方面的檢測(cè)結(jié)果（傳送帶寬度小于傳感器陣列尺寸），即檢測(cè)損傷的空間分布圖。進(jìn)一步的數(shù)據(jù)的直方圖如圖3-3（右）所示，即完整的皮帶環(huán)（另一個(gè)給定的長度的皮帶段）損傷的數(shù)目相對(duì)于通道數(shù)（沿皮帶寬度）。從這樣一個(gè)簡單的描述沿皮帶寬度損傷分布的直方圖，可以清楚看出，大部分的損失位于中間的皮帶，是因?yàn)橹饕牟牧狭髟谀抢?。?duì)稱性傳送帶跟蹤會(huì)帶來的后果是損傷對(duì)稱分布在傳送帶中央線周圍。盡管輸送機(jī)的建設(shè)是對(duì)稱分布的，在操作過程中傳送帶沒有很大的角誤差，但還是缺乏對(duì)稱性。配套帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)失調(diào)（多余定位）和傳送帶跟蹤會(huì)導(dǎo)致?lián)p失的不對(duì)稱分布。 圖3-3 全環(huán)傳送帶檢測(cè)到的損傷空間分布和損傷次數(shù)與通道數(shù)（沿皮帶寬度）的直方圖 4 機(jī)器視覺診斷系統(tǒng) 另一個(gè)重要的問題是評(píng)估的情況下，皮帶蓋，特別是頂蓋，經(jīng)常暴露于運(yùn)輸材料的腫塊鋒利的邊緣。傳送帶相關(guān)的典型損傷有：縱向切割，磨損，通過削減，槽。建議應(yīng)用視覺系統(tǒng)來管理上述問題。實(shí)驗(yàn)中提到的試驗(yàn)臺(tái)的概念如圖4-1所示。 該系統(tǒng)的想法很簡單：使用專門的線性攝像機(jī)所得的圖像是一行接一行的（圖4-2左）。使用專門的軟件開發(fā)來形成和初步提高圖像。 圖4-1 機(jī)器視覺系統(tǒng)的想法 本文提出的損傷檢測(cè)程序能夠找到對(duì)IMA的地區(qū)，EP可以解釋為受損的表面（圖4-2右）。該系統(tǒng)能夠檢測(cè)到一個(gè)單一的損傷，并估計(jì)其面積和類型（縱向或橫向）。每個(gè)檢測(cè)到的損壞存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)檢測(cè)程序完成后，軟件支持通過適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)分析（損傷密度，帶長度，損壞類型等）來編制流程。 圖4-2 機(jī)器視覺硬件和檢查皮帶損傷圖像檢測(cè) 5紅外熱像儀的皮帶狀況檢測(cè) 在本節(jié)中，將介紹皮帶條件評(píng)估與紅外熱成像的初步結(jié)果和一個(gè)由紅外圖像采集和處理組成的新的程序。為了檢測(cè)頂蓋和鋼絲繩的損傷，假定條件的變化會(huì)改變與內(nèi)部摩擦、彎曲阻力等相關(guān)的分散能的分布，能量轉(zhuǎn)化為熱，因此可以通過紅外熱成像來檢測(cè)。 獲得的圖像往往很難解釋原因（圖5-2右圖），圖像理解和決策自動(dòng)化需要處理這些圖像的先進(jìn)的程序。眾所周知，圖像可以由數(shù)組的數(shù)值來表示。在本文中，我們決定使用圖像陣列分解成向量和將圖像處理成“一行一行”的時(shí)間序列的方法。 圖5-1 用于測(cè)試帶的模型 圖5-2 照片損壞的皮帶（5鋼線交叉）和其原始紅外熱像圖 圖5-3給出了幾種情況，顯示了原始圖像的基本特征。圖5-3左介紹：在溫度分布均勻（無損傷，頂部的插入）的情況下，在X＝200和X＝450開頭和結(jié)尾段和刪除帶頂蓋相關(guān)的兩個(gè)奇點(diǎn)（中間的插入）和溫度分布，引入損傷相關(guān)的突然變化，X＝300（底部的插入）。圖5-3右圖所顯示的分段圖像對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列如圖5-3左圖中所示?？梢钥闯?，溫度分布均勻，提取的時(shí)間序列是平坦的，其變異性相對(duì)較低。在損傷的存在的情況下，可以看到信號(hào)振幅的嚴(yán)重變化（奇異性）。 圖5-3 熱圖像分析結(jié)果——5根鋼絲繩斷裂 圖5-4 單次序列的奇異性檢測(cè)（A-C：皮帶頂蓋的皮帶段邊界，B：損傷變化） 圖5-4顯示了在熱像圖中，從時(shí)間序列中提取線與線的奇異性的清晰的畫面。奇異性是指與鋼絲繩斷裂有關(guān)的信號(hào)幅值突然“急劇變化”。其中橢圓A和C都是開始和結(jié)束時(shí)與去除頂蓋段相關(guān)（一般不會(huì)存在）。橢圓B明確指出損傷部位。 6結(jié)論 本文簡要介紹了無損檢測(cè)在輸送帶狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。根據(jù)檢測(cè)到的損壞類型，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)姆椒?，檢測(cè)鋼絲繩損傷的最佳方法是磁粉探傷。在本文中，工業(yè)合作伙伴的調(diào)查顯示這樣的分析系統(tǒng)用于對(duì)褐煤礦的開發(fā)和實(shí)施。然而，它也被建議使用紅外熱成像。事實(shí)上，這種技術(shù)仍處于開發(fā)階段，從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)臺(tái)調(diào)查的初步結(jié)果已提交。并且對(duì)第二個(gè)重要問題——如何解決頂蓋損傷進(jìn)行了討論。這個(gè)問題應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，因?yàn)槭聦?shí)上這是首要問題。頂蓋的損傷會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩（直接切割或慢速降解腐蝕）的降解。皮帶條件的整體（最終）決策應(yīng)結(jié)合有部分決定性作用的鋼絲繩條件和頂蓋條件。我們對(duì)這些信息綜合的想法進(jìn)行了討論。