钢丝绳检测装置设计开题报告
题 目 钢丝绳检测装置设计 来源 工程实际
1、研究目的和意义
钢丝绳是由许多优质碳素钢丝捻制成绳股，再由若干绳股围绕绳芯捻制成绳。由于其结构的特殊性决定了它具有许多优点：弯曲性能好，与相同抗拉强度的圆钢相比，钢丝绳的弯曲性能要高出400 到1200倍，它能像普通绳子一样缠绕在卷筒上，在高速运行状态下无噪声；弹性好，承受动载和过载能力强，抗冲击性能良好；自身重量轻，工作平稳、可靠；结构多种多样，规格齐全，适用于各种需要。因此，钢丝绳被作为牵引、承载构件广泛应用于煤炭、冶金、石油、交通运输、港口、高层建筑、旅游登山架空索道、吊桥等国民经济建设的各个领域[1]。在使用钢丝绳的场合，钢丝绳往往是设备组成的关键部件，它的安全与否直接关系到生产能否正常进行和人员生命是否安全，因此，对使用中的钢丝绳进行安全检测意义重大。
2、国内外发展情况(文献综述)
国内外研究现状和水平：
整一个世纪以来，世界各国科技工作者一直在探索检测钢丝绳的各种方法，努力使钢丝绳既延长寿命，又要确保在发生断裂之前被及时地更换下来[2]。国内外已有的钢丝绳无损检测方法包括了磁或电磁检测法、超声波检测法、声发射检测法、电涡流检测法、射线检测法、光学检测法等。直到近年，除电磁检测技术之外，其余无损检测技术依然限于实验室研究。1986年至1996年期间，以加拿大矿业能源技术中心为主的研究小组实施了一个钢丝绳缺陷电磁检测技术的十年研究计划，通过强磁励磁技术条件下的电磁检测探头，实现了对钢丝绳显著缺陷的定性及半定量检测，并通过对钢丝绳断绳事故的深层原因连续深入分析以及对检测仪器的机理研究，定义了目前普遍采用的钢丝绳性能检测指标：LF（即钢丝绳局部缺陷）和LMA（即钢丝绳金属截面积损失）。以此为原型的检测仪器近年在国内外一些技术服务机构和工业现场得到了部分推广和应用。20世纪60年代我国才开始钢丝绳无损检测技术的研究.。国内自行研制的钢丝绳探伤仪一般是检测单一因素（主要是断丝）的装置[3]。70年代初我国研究出第一代TGS型钢丝绳无损检测仪。80年代华中理工大学杨叔子等人开始了钢丝绳断丝的在线检测研究，重点是断丝的定量检测，他们采用漏磁通法，以稀土永久磁铁对钢丝绳励磁，用集成霍尔元件和聚磁技术测量钢丝绳周围各个方向上的磁场信号，用码盘控制采样的间距，用计算机对数据进行处理，并对钢丝绳的励磁磁路、信号处理等进行了大量的研究。目前国内在钢丝绳在线自动监测技术方面已经实现了突破，可以达到多点布控、远程遥测和全程智能化数据管理，全球通讯资源及计算机网络遍布，从而为钢丝绳的动态、连续和区域监测提供了有力的保障。例如：可建立针对电梯钢丝绳的社区集中监测系统，针对起重机械钢丝绳的厂（场）区或城建集中监测系统，甚至针对索道、桥梁钢丝绳的全国集中监测系统，通过这些技术手段，将可以在一个共性的高度危险部位--承载钢丝绳的运行环节，彻底消除事故隐患，科学节约用绳成本，有效提高生产效率，也必将促进我国特种设备安全技术与监管水平快速越上一个新的高度[4]。
3、设计产品的目的和意义：
基于涡流检测的原理设计一台对钢丝绳能够进行内外部短丝磨损锈蚀等现象，其主要参数如下：受测钢丝绳直径：Φ1－300mm(需配置各种规格的传感器)； 传感器与钢丝绳相对最大速度：6.0 m/s? 最佳使用速度：0.1～3 m/s； 计算机直接采样处理分析，可连续检测绳长≥10000m； 不连续缺陷（LF局部缺陷）检测能力： 局部缺陷的定性检测准确率98%； 断丝定性检测准确率 100%； 断丝定量检测准确率≥95%，单处集中断丝根数允许一当量根误差； 连续缺陷（LMA磨损）检测能力： 磨损(LMA)检测精确度：±0.05%；
对金属有效截面积损失当量实际检测不确定度：±0.2%； 轴向位置示值检测能力：±0.3%； 传感器重量：约1～15kg。 电源：计算机电池供电 5V，交流（AC220伏±10％）。
工作温度：-20℃～40℃。 储存温度：-40℃～60℃。 相对湿度：≤90％RH。。
4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算和步骤等）：
方案1：基于漏磁磁检测原理对钢丝绳进行检测其主要缺点（1）有对于内壁和外壁缺陷的灵敏度很不一致，（2）如果探头与外壁接触，则外壁缺陷的灵敏度比内壁高；无法检测均匀腐蚀减薄；（3）对间隙非常敏感，间隙变化会引起检测误差；由于必须采用磁化装置，因此设备比较笨重。其优点有探头微小化、检测自动、化操作方便化等。
方案2：基于涡流检测原理对钢丝绳进行检测其主要缺点有（1）涡流检测的对象必须是导电材料。（2）金属表面感应的涡流的渗透深度随频率而异。（3）对缺陷所处的圆周上的具体位置无法判定（4）检测区域狭小，在需要全面检测时检验速度较慢。其主要优点有（1）检测时线圈不需接触工件，也无需介质耦合，所以检测速度快。（2）对工件表面或近表面的缺陷，有很高的检出灵敏度，且在一定范围内有良好的线性指示。（3）可在高温状态下进行检测。（4）能测量金属覆盖层或非金属涂层的厚度。（5）除了能检测导电材料外，对于能够产生感生涡流的非金属材料，如石墨等。（6）由于检测信号为电信号，所以可对检测结果进行数字化处理，并将处理后的结果进行储存再次进行数据比较和处理。
综上所述我们可以看出2个方案都有各自的优缺点所以从经济性、实用性、操作性和检测性能以及发展潜力来相互对比，可以看出方案2要明显优于方案1.
所以选取方案2做为方案。
总体方案设计：根据钢丝绳的工作方式选取能够进行连续工作方式的电动机，电动机与缠绕钢丝绳的滚筒采用1级带传动。采取凹形导引装置做为引导装置。基于涡流检测原理对钢丝绳检测设计的主要部分进行设计探头部分采用电涡流传感器。采用8位的A/D转化器做为检测时电信号的转化装置，采用AT89SC51单片机做为控制整个电信号的输出与转化到成像等步骤。采用LED液晶显示器做为观察检测结果的主要途径。
计算与结构设计：需要对电动机的选取从容量功率等方面计算，需要对电动机与滚筒间的传动比进行计算，对s51单片机进行编程。结构设计由电动机带动滚筒缠绕钢丝绳，振荡器进行振荡，再由探头进行检测，所产生的电信号由A/D转化器进行转化，然后由单片机进行处理后显示到LED显示器上。
图1-1钢丝绳检测系统运行框图
图1-2钢丝绳检测装置结构主视图
6、该设计的创新之处
具有检测灵敏多高，特别针对于钢丝绳出厂时出现的拧丝不紧，断丝等问题有较强的检测能力。结构简单。占用空间小。便于保养
7、设计产品的应用领域】
（1）主要应用于钢丝绳出厂时的产品的安全程度有无断丝处。
（2）矿井提升机钢丝绳的安全性问题。
（3）电梯等常用的钢丝绳有关的设备的检测。
8、时间进程
第四周 上交实习日记、实习总结及开题报告。
第五周 对方案进行深入了解，确定设计思路。
第六周 进行整体结购设计 。
第七周 进行电路草图设计。
第八周 对部分可接触到得与电路有关的部件进行了解。
第九周 进行相关设计计算与校核。
第十周 根据计算结果进行结构设计，绘制草图。
第十一周 完成结构设计，绘制草图。
第十二周 完成电路图绘制。
第十三周 根据草图完成零件图绘制。
第十四周 整理说明书及图纸，说明书。
第十五周 对整体检查，对论文及图纸进行修改。
第十六周 准备答辩
第十七周 答辩
9、参考文献：
1 谭继文 钢丝绳安全检测原理与技术 [M] 北京：科学出版设， 2010， 1-2
2 徐章遂，王建斌 裂纹漏磁定 检测原理与应用EM]．北京：国防工业出版社，2005．7-8
3 徐可北 周俊华 涡流检测 [M] 北京：机械工业出版社，2004，15-16
4 杨叔子 康宜华 钢丝绳断裂定撼检测原理与技术[M]．北京：国防工业出版社，1995，21-24
5 刘君华 智能传感器系统 [M] 西安：西安电子科技大学出版社，1999，95-96
6 沙占友等 集成化智能传感器原理与应用 [M] 电子工业出版社，2004，137-139
7 窦毓堂．郭保中．TCK钢丝绳在线无损定量检测系统[J] 煤矿机械，2001(8) ，15-16
8 方荣惠 邓先明 上官璇峰 电机原理及拖动基础（第二版）[M] 徐州：中国矿业大学出版社， 2004，189-192
9 边春元等 C51单片机典型模块设计与应用[D] 北京：机械工业出版社，2008,124-126
10 [日]内田隆裕 李林译 电动机原理[M] 北京：科学出版社， 2003，17-19
11 何勇 王生泽 光电传感器及其应用[D] 北京：化学工业出版社，2004，23-24
12李忠文 安生辉 实用电机控制电路[D] 北京：化学工业出版社，2007，26-27
13 杜坤海 李铁才 电机控制技术[D] 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2002，39-42
14 WEISCHEDEL H R，RAMSEY R P．Electromagnetic testing：a reliable method forn1e inspection of wire rope in service[J]．NDT Interna—tional，1989，22(3)：155—161，
15 WEISCHEDEL H R，Quantitativei—serviceinspection ofwire ropes[J]．Material Evaluation，1988．46(1)：430—437，
