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ZSX220(127)D矿用钢绳芯输送带无损监测装置
KGT-1型强力(钢丝绳芯)输送带安全无损检测装置

一、产品概况
     钢丝绳芯(强力)输送带是带式输送机牵引和运载的重要部件,已广泛应用于煤炭、矿山、港口、电力、冶金、化工等领域。在使用过程中,由于钢丝绳芯输送带载荷量增加,被废钢铁或矸石等异物或障碍物划伤,长期在恶劣环境下使用输送带老化,输送机安装调整不当,钢丝绳芯接头搭接和硫化不好等原因而产生钢丝绳芯断裂、划伤、锈蚀、接头伸长或接头搭接不规范和钢丝绳芯与橡胶分离(脱胶)等故障,一旦发生故障将会造成重大断带安全事故而停产,运输物料的损耗,设备的损坏,巨大的经济损失和人员伤亡,严重影响安全生产。
      我国带式输送机工程设计规范(GB5043-2008)要求对钢丝绳芯输送带进行监测。目前常用的检测方法有人工检测法和电磁检测法。
     人工检测法是钢丝绳芯输送带运行在检修或验带速度(0.27m/s)下,靠人眼观察输送带外部情况来判断输送带是否存在故障。该方法不能在线实时检测,检测效率低,影响生产;检测工作需要耗费大量的工时及工费,劳动强度大;带式输送机空载运行,消耗大量电能,花费高额电费,增加输送机起、制动次数和工作时间,缩短设备和输送带的使用寿命;只能根据观察钢丝绳芯输送带表面情况人为判断故障,检测准确率差,易出现漏检现象而导致钢丝绳芯输送带安全事故的发生。
     1979年,澳大利亚学者A•哈里森首次提出了钢丝绳芯输送带的电磁检测法。该方法是一种利用电磁感应原理对输送带钢丝绳芯进行无损检测的方法,只能给出钢丝绳芯检测结果曲线或显示模拟图像,大致测出钢丝绳芯故障的位置和程度,不能直接显示输送带钢丝绳芯图像,故障的精确位置和详细状况还要辅助设备来判断,存在准确性和可靠性差、显示不直观等缺点,且当带内有纵向撕裂保护丝网时,不能探测。
     上述二种方法需要借助于小型X光探伤仪辅助对输送带钢丝绳芯故障进行停机检测。它检测范围小、效率低、准确性差,影响生产;检测人员需要手持X光探伤仪进行检测,劳动强度大,与X光的距离近,易对检测人员造成伤害。
    目前,由于不能安全、可靠和准确的检测输送带钢丝绳芯故障,为了保证钢丝绳芯输送带运行的安全,需要将可继续使用的、价格(500-10000元/米)昂贵的输送带定期或提前更换,更换下来的钢丝绳芯输送带有70%的强度损耗很小,可以继续使用,造成了巨大的浪费。
     2005年天津市恒一机电科技有限公司与天津工业大学合作,在天津市科技支撑计划重点项目(08ZCKFGX02400)和天津市高等学校科技发展基金计划重点项目(2006ZD38)支持下,采用X光无损探测技术研制ZSX220(127)D矿用钢绳芯输送带无损监测装置(防爆)和KGT-1型强力输送带安全无损检测装置(非防爆)。经过三年艰苦的技术公关、上千次的实验,2008年第一套装置在抚顺矿业集团西露天矿应用;2010年8月通过天津市科学技术委员会主持的鉴定,达到国际领先水平;获得了国家发明专利、实用新型专利、软件著作权、矿用产品安全标志证书和辐射安全许可证等。
     该装置能够远程在线检测输送带钢丝绳芯图像,实时存储和显示钢丝绳芯图像,对钢丝绳芯图像进行处理与分析,发现钢丝绳芯断裂、划伤、锈蚀、接头伸长或接头搭接不规范和钢丝绳芯与橡胶分离(脱胶)等故障,及时报警,给出性能分析结果,具有技术先进、安全可靠、安装使用方便、实时检测、准确性高、显示直观等优点;能够避免重大断带安全事故的发生,设备的损坏,停产和人员伤亡,减少运输物料的损耗和经济损失,提高生产效率,具有显著的社会和经济效益,可广泛应用于煤炭、矿山、港口、电力、冶金、化工等领域使用钢丝绳芯输送带的场合,特别适用于煤矿生产中输送带的安全检测,已在山西、内蒙古、安徽、陕西、贵州、辽宁、山东、河北和宁夏等地推广应用,成功解决了带式输送机运输的断带问题,受到了用户的好评。
二、装置组成及工作过程
   
该装置是由X光射线源、高速X光探测器、计算机及软件和供电电源等组成,其组成原理框图如图1所示。高速X光探测器由光电转换模块、信号采集模块、信号处理传输模块和电源模块组成。

1 装置组成框图

      该装置工作过程是X光射线源发射的X光穿过运行着的钢丝绳芯输送带照射到高速X光探测器的光电转换模块上,光电转换模块将输送带钢丝绳芯图像的光信号转换为电信号;该电信号通过高速X光探测器的信号采集模块转换为数字信号,送给信号处理传输模块;信号处理传输模块对该数字信号进行处理后,通过以太网传输到计算机(PC机);计算机接收到信号处理传输模块的信号后,通过软件实时显示、存储输送带钢丝绳芯图像,运用图像处理、识别算法对输送带钢丝绳芯的断裂、划伤、锈蚀、接头伸长或接头搭接不规范等故障进行提取、分析和判断,及时报警,给出强度性能分析结果。
       ZSX220(127)D矿用钢绳芯输送带无损监测装置包括ZSX220(127)D-F型矿用隔爆型钢绳芯输送带无损监测装置发射箱(1)、ZSX220(127)D-S型矿用本安型钢绳芯输送带无损监测装置X射线接收箱(2)、ZSX220(127)D-K型矿用隔爆型钢绳芯输送带无损监测装置控制器(3)、MCDX-Ⅱ-a/12矿用隔爆兼本质安全型稳压开关电源(4)、连接电缆(5)、支架(6)和防护铅板(7)等,样机如图2所示。


图2 ZSX220(127)D矿用钢绳芯输送带无损监测装置样机

      KGT-1型强力(钢丝绳芯)输送带安全无损检测装置包括X射线发射箱(1)、X射线控制器(2)、X射线接收箱(3)、连接电缆(4)、支架(5)和防护铅板(6)等,样机如图3所示。


图3 KGT-1型强力(钢丝绳芯)输送带安全无损检测装置样机

三、装置主要功能和优势
     
装置主要功能:

      1、该装置能够利用计算机通过以太网远程在线检测输送带钢丝绳芯图像,具有实时存储、显示钢丝绳芯图像,建立图像档案的功能,定期形成检测报告。
      2、该装置具有对检测的钢丝绳芯图像进行放大、缩小、距离测量,以及接头的筛选、拼接、比对等处理功能,图像处理功能强大,故障检测准确。
      3、该装置能够识别钢丝绳芯故障的图像,并对其性能进行分析,具有钢丝绳芯图像故障识别、筛选、分类、性能分析和故障报警等功能,自动检测钢丝绳芯断裂、划伤、锈蚀、接头伸长或接头搭接不规范和脱胶等故障,给出性能分析结果。
      装置主要优势:
      1、自主知识产权。获得国家发明专利2项、实用新型专利5项、软件著作权1项;申请发明专利2项,具有自主知识产权。
      2、技术先进,国际领先。采用X光无损探测技术,应用电子、通信、图像处理、模式识别等先进技术,其成果2010年8月通过了天津市科学技术委员会主持的鉴定,达到国际领先水平。
      3、获奖产品。获得了国家安全生产监督管理总局颁发的第六届安全生产科技成果奖。
      4、远程在线检测,图像质量好。采用以太网通信技术能够远程实时检测输送带钢丝绳芯图像,不存在丢帧和黑边现象,图像真实、清晰、质量好。
      5、故障检测、定位准确。采用专利技术对检测的钢丝绳芯图像进行处理、故障识别和分析,故障检测准确率达到100%,故障定位采用测量标尺,无需借助速度传感器,与输送带完全无接触,可靠性高,定位准确。
      6、图像处理功能强大。具有对钢丝绳芯图像进行放大、缩小、距离测量,接头的筛选、拼接、比对,以及故障识别、筛选、分类、性能分析和故障报警等功能,图像处理功能强大。
      7、辐射剂量最低。该装置是行业内唯一采用Ⅲ类射线源的产品,射线源管电压为80KV,采用了多种防辐射安全措施,X射线泄漏剂量远低于国家环保总局《辐射防护规定》(GB8703-88)的要求,对人体健康和环境造成危害程度低。
      8、本安型接收箱。X射线接收箱采用本安设计,减小了设备体积及重量,方便安装。
      9、安装、使用方便。采用模块化结构,拆装方便,轻便灵活,对安装位置要求不高;软件具有“一键完成”功能,可自动完成图像采集、检测钢丝绳芯断裂、划伤、锈蚀、接头伸长或接头搭接不规范和脱胶等故障,给出性能分析结果,安装使用方便。
      10、产品质量可靠。2008年第一套装置投入市场,成为X光钢绳芯输送带无损监测装置产品应用的开拓者,截至2015年,最长使用时间已超过7年,并通过大量用户使用验证了产品质量,受到了用户的好评。
四、装置主要性能指标
   
装置主要性能指标如表1所示。

表1:装置主要性能指标

   目     数

性能指标

供电电源 电源电压     AC127V/220V
电源功率     ≤100W
技术指标 输送带宽度     0~2.4m
输送带运行速度     0~10m/s
图像分辨率     ≤1.5mm
故障判断准确率     100%
X光射线源管电压     80KV
X光射线源阳极电流     0.7mA
通信方式和距离     以太网直接通信方式,通信距离≤130m
    环网和光纤通信方式,通信距离≤120Km
X射线泄漏剂量     装置周围1m处泄漏剂量小于5μSv/h(GB8703-88规定25μSv/h)
环境指标 环境防护等级     IP57
工作环境温度     -30~50℃
保存环境温度     -30~60℃
环境湿度     ≤95%RH
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五、应用情况及部分销售业绩
      该装置目前已在山西、内蒙古、安徽、陕西、贵州、辽宁、山东、河北和宁夏等地推广应用,成功解决了带式输送机运输的断带问题,取得了显著的社会和经济效益,受到了用户的好评。部分销售业绩如表2所示。

表2:部分销售业绩

序号

使用单位 安装日期 序号 使用单位 安装日期
1  辽宁抚顺矿业集团有限责任公司 20086 18  开滦(集团)有限责任公司钱家营矿 201211
2  山西长平煤业有限责任公司 20097 19  山西长平煤业有限责任公司 201211
3  山西晋城煤业集团古书院矿 200910 20  阳泉煤业(集团)股份有限公司 20133
4  内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司 20108 21  山西晋煤集团泽州天安宏祥煤业有限公司 20135
5  山西晋城煤业集团王台矿 20108 22  山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司赵庄矿 20136
6  安徽芜湖发电有限责任公司 201011 23  山西中新唐山沟煤业有限责任公司 20137
7  中煤平朔煤业有限责任公司煤炭选洗中心 20111 24  山西兰花煤炭实业集团有限公司玉溪矿 20138
8  山西长平煤业有限责任公司 20115 25  同煤大唐塔山煤矿有限公司 20139
9  山西晋城煤业集团沁秀煤业有限公司 201111 26  山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟矿 20129
10  宁夏宝丰能源集团有限公司四股泉矿 201112 27 大同煤矿集团同生千井煤业有限公司 201312
11  中电神头发电有限责任公司 20123 28 山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿 201413
12  陕西北元化工集团有限公司 20124 29 兖矿集团陕西榆林金鸡滩煤矿 20145
13  同煤大唐塔山煤矿有限公司 20125 30 山西长平煤业有限责任公司 20145
14  贵州六枝工矿(集团)有限责任公司竹林矿 20126 31 神华乌海能源公乌素煤业有限责任公司 20145
15  山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟矿 20127 32 山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿选煤厂 20149
16  山西大同煤矿集团同发东周窑煤业有限公司 20129 33 安徽淮南平圩电厂三期 201411
17  贵州六枝工矿(集团)有限责任公司玉舍矿 201211 34 山西晋煤集团坪上煤业有限公司 201412

      开滦(集团)有限责任公司使用情况报告

      神华乌海能源公乌素煤业有限责任公司使用情况报告

      该装置使用的现场照片如图4-9所示。


4 山西晋兴能源斜沟矿现场照片                                                       5 山西晋兴能源斜沟选煤厂现场照片

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6 山西晋煤集团坪上煤业沁秀矿现场照片                                                                 7 陕西北元化工集团现场照片


8 神华乌海能源有限责任公司现场照片                                                           9 安徽芜湖发电公司现场照片

六、输送带钢丝绳芯故障图像
      输送带钢丝绳芯典型故障主要包括钢丝绳芯断裂、划伤、锈蚀、接头伸长或接头搭接不规范和脱胶等,其图像如图10-21所示。

       

图10 钢丝绳芯断裂故障图像(上方20根钢绳断裂)  图11 钢丝绳芯断裂故障图像(左上方2根钢绳断裂)

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12 钢丝绳芯断裂故障图像                                            13 钢丝绳芯断裂故障图像

    

14 钢丝绳芯划伤故障图像                                          15 钢丝绳芯划伤故障图像

    

16 钢丝绳芯锈蚀故障图像                                         17 钢丝绳芯锈蚀断裂故障图像

   

18 钢丝绳芯锈蚀故障图像                                        19 钢丝绳芯接头搭接不规范图像

    

20 钢丝绳芯接头拉伸及脱胶故障图像                          21 钢丝绳芯接头伸长及脱胶故障图像

七、装置所获证书 

   

科学技术成果鉴定证书                                       成果水平:国际领先

安全生产科技成果奖

   
发明专利证书                                                                        发明专利证书

   
实用新型专利证书                                                                        实用新型专利证书

   
实用新型专利证书                                                              质量管理体系认证证书

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软件著作权登记证                                                                       辐射安全许可证

八、矿用产品安全标志证书

   


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