CN112378991B - 内衬可换式钢丝绳检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢丝绳检测技术领域，公开了该检测仪的检测方法及其内部结构。本发明设置略大于钢丝绳绳径的内衬，使仪器实现良好的居中性能。有多个配套的内衬和外衬，供不同绳径的钢丝绳检测，提高了仪器的通用性。在外衬处设置凹台，并与内衬配合中预留排线软板安装空间，可以克服滚轮式钢丝绳检测仪中钢丝绳距检测元件较远的缺点，具有很高的检测精度。在配合中预留排线软板的安装空间，安装方便，可以实现检测元件的全相位排布。本发明检测钢丝绳漏磁信号的径向矢量，在钢丝绳不存在损伤时，信号的径向矢量的数值为零，仅当有损伤存在时，才存在漏磁信号的径向矢量，克服了以往采集轴向矢量会超出检测元件量程的问题。

Description

内衬可换式钢丝绳检测仪

技术领域

本发明涉及钢丝绳无损检测技术领域，尤其涉及可换内衬的钢丝绳检测仪。

背景技术

钢丝绳因具有抗拉伸强度高、自重轻、弹性好、工作平稳可靠、承受动载和过载能力强等许多优点，在我国煤矿、非煤矿山、港口、桥梁、索道、电梯等国民经济建设诸多部门广泛应用。然而，钢丝绳作为一种工程承载设备，运行过程中经常受到弯曲疲劳、磨损、交变载荷、机械冲击和腐蚀等复杂工况及环境的影响，不可避免的会出现诸如断丝、磨损、变形、锈蚀等现象而存在安全隐患。其损伤情况和承载能力直接关系到人员及生产安全。

因此，为保障钢丝绳安全可靠运行，国内外专家学者一直在探索钢丝绳无损检测方法。其中，电磁检测法是当前公认的最实用的检测方法之一。

目前存在的钢丝绳检测仪器中，大多采用滚轮方式解决钢丝绳受永磁体吸附造成的钢丝绳与仪器之间偏心问题，如实用新型专利《便携式钢丝绳检测装置》(CN208313892U)和实用新型专利《钢丝绳检测仪组件》(CN207163809U)，但是，当检测绳径较小的钢丝绳时会出现钢丝绳距离霍尔元件较远的问题，从而造成检测精度差，或检测不到信号等问题。

目前钢丝绳检测仪器中，检测的大多是轴向的漏磁信号，此方向与钢丝绳内部磁场的方向一致，极易造成霍尔元件磁饱和的情况，即超出霍尔元件检测的量程。

在检测现场发生过检测仪器被钢丝绳带走的事故，其原因在于某处的钢丝绳发生扭结导致绳径过大，无法顺利通过检测仪器。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了内衬可换式钢丝绳检测仪，可以通用于不同的绳径，且对不同绳径的钢丝绳皆可以实现更高精度的检测，安装简单方便。

本发明中存在四块径向永磁体，其磁力线方向为径向，为钢丝绳充磁，使钢丝绳内部有较强的磁场通过。依靠永磁体、钢丝绳和外壳，使仪器内部实现完整的磁力线通路。内部通有较强磁场的钢丝绳，当出现断丝等损伤时，损伤处会有磁场溢出，本发明即通过溢出的磁场检测钢丝绳的健康状况。

在对钢丝绳的检测过程中，钢丝绳易被仪器中的永磁体吸附，从而造成偏心的情况；本发明设置略大于钢丝绳绳径的内衬，可以使仪器实现良好的居中性能。

本发明中内衬和外衬相互配合的方式可以完成对不同绳径钢丝绳的检测，在适应不同绳径检测的同时，还可以保持钢丝绳距霍尔元件的距离，可以克服滚轮式钢丝绳检测仪中钢丝绳距霍尔元件较远的缺点，具有很高的检测精度。

本发明中内衬和外衬相互配合，在配合中预留排线软板的安装空间，可以实现霍尔元件的全相位排布，完成钢丝绳健康状况的全相位高精度检测。

本发明中霍尔元件与柔性印刷版平行放置，用于检测钢丝绳漏磁信号的径向矢量。在钢丝绳不存在损伤时，钢丝绳漏磁信号的径向矢量的数值为零，即霍尔元件的检测输入的起始磁场强度为零，仅当有损伤存在时有磁场强度变化。目前多数钢丝绳检测仪器采用检测轴向磁场强度的方式，由于检测仪器中的永磁体为强磁，在钢丝绳没有损伤时，此方向上依然有较大的信号输入，极易造成霍尔元件磁饱和的情况，即超出霍尔元件检测的量程。

本发明设置防撞销，材质为易碎的PVC材料，防止钢丝绳中出现扭结等绳径变大的情况，当出现此情况并对本仪器有过大的拉力时，会发生断裂，可以保证仪器的安全，防止造成更多的经济损失。同时在小内衬端部设置倒角，保障钢丝绳顺利通过。

附图说明

图1为本发明的外部视图；

图2为本发明仪器打开状态的内部构造图；

图3为本发明中霍尔元件在排线软板中的排布示意图；

图4为内衬可换式钢丝绳检测仪中检测小绳径钢丝绳时所用的内衬、外衬和防撞销；

图5为内衬可换式钢丝绳检测仪中检测大绳径钢丝绳时所用的内衬、外衬和防撞销；

图6为本发明的爆炸视图；

图中标记如下：左径向永磁体(11、12)、右径向永磁体(21、22)、分隔器(31、32)、外衬(41、42)、内衬(51、52)、上壳(61)、下壳(62)、上端板(71、72)、下端板(81、82)、霍尔元件(91、92……)、排线软板(10)、把手(00)、防撞销(01、02)。

具体实施方式

本发明提供了内衬可换式钢丝绳检测仪，包括：

左径向永磁体(11、12)和右径向永磁体(21、22)两种永磁体，其中左径向永磁体(11、12)中的11和12属于可以互换的两个相同的零件，右径向永磁体(21、22)中的21和22属于可以互换的两个相同的零件。左径向永磁体(11、12)和右径向永磁体(21、22)的不同点在于两件永磁体磁力线的方向相反，即当左径向永磁体(11、12)的磁力线指向轴心时，径向永磁体(21、22)的磁力线指向远离轴心的方向，当左径向永磁体(11、12)的磁力线指向远离轴心的方向时，右径向永磁体(21、22)的磁力线指向轴心。左径向永磁体(11)、上壳(61)、右径向永磁体(21)和钢丝绳之间形成闭合的磁力线回路，左径向永磁体(12)、下壳(62)、右径向永磁体(22)和钢丝绳之间形成闭合的磁力线回路。该发明中，除左径向永磁体(11)、左径向永磁体(12)、右径向永磁体(21)、右径向永磁体(22)为永磁体，上壳(61)和下壳(62)为磁导性材料以外，其余各零件均为非磁导性材料。

分隔器(31、32)为两件非磁导性材料，此两零件是相同的两个零件。分隔器(31)用于分隔左径向永磁体(11)和右径向永磁体(21)，分隔器(32)用于分隔左径向永磁体(12)和右径向永磁体(22)。分隔器(31)外部与上壳(61)配合，内部与外衬(41)配合；分隔器(32)外部与下壳(62)配合，内部与外衬(42)配合。同时，分隔器起到分隔永磁体和外衬的作用。

上壳(61)与下壳(62)两件磁导性材料，不是完全相同的两个零件，上壳(61)需要固定把手(00)，预留固定把手(00)所需的结构，下壳则不需要。磁导性材料上壳(61)用于包覆左径向永磁体(11)和右径向永磁体(21)，同时在两件永磁体之间起到导磁作用。

把手(00)固定在上壳(61)上部，便于安装和运输。

上端板(71、72)为完全相同的两个零件。上端板(71)与上壳(61)、右径向永磁体(21)和分隔器(31)配合，并起到固定此三个零件的作用；上端板(72)与上壳(61)、左径向永磁体(11)和分隔器(31)配合，并起到固定此三个零件的作用。上端板(71、72)还与外衬(41)配合，便于更换外衬，使其适用于不同绳径钢丝绳的检测。

下端板(81、82)为完全相同的两个零件。下端板(81)与下壳(62)、右径向永磁体(22)和分隔器(32)配合，并起到固定此三个零件的作用，同时作为底座；下端板(82)与下壳(62)、左径向永磁体(12)和分隔器(32)配合，并起到固定此三个零件的作用，同时作为底座。下端板(81、82)还与上端板(71、72)的作用相同，外衬(42)配合，便于更换外衬，使其适用不同绳径钢丝绳的检测。

外衬(41、42)为两个完全相同的零件，由非磁导性材料加工而成，是本发明实现可换内衬的重要零件。外衬(41)的端部与上端板(71)和上端板(72)贴合，防止运行中的钢丝绳带动内衬(51)从而带动外衬(41)做轴向移动；外衬(41)的外圆面与分隔器(31)配合，内圆面与内衬(51)配合，同时位于排线软板(10)的外侧。同理，外衬(42)的端部与下端板(81、82)贴合，防止运行中的钢丝绳带动内衬(52)从而带动外衬(42)做轴向移动；外衬(42)的外圆面与分隔器(32)配合，内圆面与内衬(52)配合，同时位于排线软板(10)的外侧。外衬(41、42)的内圆面半径根据内衬(51、52)的外圆面半径确定，当检测较大绳径的钢丝绳时，选用较大内圆面半径和较大外圆面半径的内衬(51、52)，同时选用与其配套的外衬(41、42)。在适应不同绳径的钢丝绳时，外衬(41、42)的外圆面是不变的，只有内圆面有相应调整。在外衬内圆面中部镗孔，作为排线软板的安装空间；为保证正常安装排线软板，镗孔的径向宽度应大于5毫米。

内衬(51、52)为两个完全相同的零件，由非磁导性材料加工而成，也是本发明实现可换内衬的重要零件。内衬(51)的外圆面与外衬(41)配合，同理，内衬(52)的外圆面与外衬(42)配合。根据不同绳径的钢丝绳，替换不同的内衬(51、52)，其外圆面和内圆面皆随着钢丝绳的绳径变动，可参照图4和图5，用于检测多种绳径的钢丝绳。同时在内衬(51、52)端部设置倒角，保障钢丝绳顺利通过。

排线软板(10)和霍尔元件(91、92……98)是一个整体，是实现钢丝绳检测的核心零件。下文中霍尔元件(91、92……98)以霍尔元件(9)替代。先将霍尔元件(9)焊接在带有特制电路的排线软板(10)上，再通过弯曲的方式插入到内衬(51、52)和外衬(41、42)的缝隙中，最终围成一个整圆。通过这样的方式，使得霍尔元件完成对钢丝绳全相位的检测，整圆处所需霍尔元件的数量视钢丝绳的直径和预设的检测精度而定。由于排线软板(10)采用类FPC材料制作，方便弯曲变形。霍尔元件的全相位的排布的排线软板(10)，可以完成霍尔元件(9)的供电和信号输出。对于排线软板(10)的接头处，可以在外衬(41、42)处预留空间，设置供电输入和信号输出的接头。也可以将排线软板(10)接头位置加长，使其直接穿过仪器上下结合面的间的间隙，即外衬(41、42)间的间隙、分隔器(31、32)间的间隙和上壳(61)与下壳(62)间的间隙，将接头引至检测仪的外部，使其完成供电和信号传输。对于霍尔元件(9)与排线软板(10)间的关系，可参照图3所示，霍尔元件的数量和间距依据实际需要而定。图3中排线软板(10)仅上边缘排布霍尔元件，按照实际需求，也可在下边缘排布霍尔元件，实现双列霍尔元件的排布，可以对左右两列霍尔元件检测到的信号做适当的数学运算，以获得更全面的钢丝绳健康状况信息；其另一列霍尔元件也可作为备用元件。

防撞销(01、02)为防撞装置，防撞销(01)安装于内衬(51)与外衬(41)之间，防撞销(02)安装于内衬(52)与外衬(42)之间。防撞销(01、02)材质为特制的易碎PVC材料，直径为3毫米至4毫米，保证剪切强度30兆帕至50兆帕。当钢丝绳绳径过大，难以顺利通过内衬(51、52)时，钢丝绳会撞断防撞销(01、02)并带动内衬(51、52)前行，防止钢丝绳带动整个仪器前行；可以保证仪器的安全，防止发生更多的经济损失。

霍尔元件(9)输出与磁场强度相关的电压信号，此电压信号比较微弱，属毫伏级别。可采用电路的方式，先对单列或双列霍尔元件检测得到的电压信号做适当的信号处理，例如：放大、滤波、加减运算等，其后接入到示波器、数据采集卡等信号显示和存储设备中，以此完成漏磁信号的数据采集与显示工作。

内衬式结构保证钢丝绳在检测中的同轴度，防止出现因永磁体对钢丝绳的吸力造成的偏心问题，从而影响检测精度。

为适应钢丝绳的绳径，而选用不同直径内衬(51、52)的过程中，应尽量选用直径较小的内衬(51、52)，以保障漏磁信号的高精度检测。此为本发明的优势，即钢丝绳的绳径变化时依然可以保证霍尔元件与钢丝绳表面间保持较近的距离，保证了高的检测精度。

在外衬(41、42)内圆面的中部镗孔处安装特制电路的排线软板。此排线软板在不受力的状态下是平直的，安装在检测仪器中是弯曲的，安装拆卸方便，摆脱了在强磁附近不易接线的困扰。以此方式实现霍尔元件在钢丝绳外圆周处的全相位检测。与文献《基于TMR传感器阵列的钢丝绳断丝缺陷检测装置及其应用研究》中柔性TMR传感器阵列的不同，本发明采用“一”字形排布方式，且检测元件采用霍尔元件。

在排线软板(10)表面焊接的霍尔元件(9)。在不影响检测精度的情况下，可仅焊接一个霍尔元件(9)。当提高检测精度时，可焊接多个霍尔元件(9)，即霍尔元件绕钢丝绳外圈均匀排布的方式，此时即可完成对钢丝绳全相位的检测。其排布数量由钢丝绳的绳径决定，同时，为更高的检测精度，可在理论的基础上增加霍尔元件(9)的数量。

焊接在排线软板(10)的霍尔元件(9)与排线软板(10)平行放置，同排线软板(10)一起安装在检测仪器中，用于检测钢丝绳漏磁信号中的径向矢量成分。在钢丝绳不存在损伤时，钢丝绳漏磁信号的径向矢量的数值为零，即霍尔元件的检测输入的起始磁场强度为零，仅当有损伤存在时才会存在磁场强度变化。检测此处的径向矢量成分即可以获得钢丝绳健康状况信息。

Claims (8)

1.内衬可换式钢丝绳检测仪，其特征在于，包括：

多个配套的内衬和外衬组合：

内衬，所选内衬视所检测的钢丝绳的绳径而定，内衬与内衬之间差异在于：内圆面半径和外圆面半径；

外衬，所选外衬视所选内衬的外圆面半径而定，外衬与外衬之间差异在于：内圆面半径；

防撞销，设置在内衬和外衬之间，其轴与内衬和外衬的轴垂直，在内衬和外衬相接处为其加工孔，作为安装空间，防撞销正常工作时，保障内衬与外衬之间不发生滑动；

排线软板，设置在内衬和外衬之间，在外衬内圆面中部镗孔，作为排线软板安装空间，在排线软板表面焊接霍尔元件，使霍尔元件在钢丝绳外侧均匀排布；

永磁体，包括左径向永磁体与右径向永磁体，左径向永磁体与右径向永磁体均套设于外衬外侧；

内衬与外衬一一对应，外衬的内圆面半径等于内衬的外圆面半径，两者相互配合，排线软板通过弯曲的方式插入到内衬和外衬的缝隙中，最终围成一个整圆，使内衬可换式钢丝绳检测仪由内至外依次为钢丝绳、内衬、排线软板、外衬；

当钢丝绳绳径过大，难以顺利通过内衬时，钢丝绳会撞断防撞销并带动内衬前行，防止钢丝绳带动整个仪器前行。

2.根据权利要求1所述的内衬可换式钢丝绳检测仪，其特征在于：

以内衬式结构保证钢丝绳在检测中的同轴度，内衬的内圆面直径超出钢丝绳绳径10毫米至20毫米；

为保证霍尔元件与钢丝绳间距离尽可能小，内衬壁厚保证3毫米至10毫米；

为保证钢丝绳顺利通过，内衬端面与内圆面处做倒角处理；

一套内衬和外衬组合中设置两件内衬。

3.根据权利要求1所述的内衬可换式钢丝绳检测仪，其特征在于：

为保证检测仪器的通用性，外衬的内圆面半径与配套内衬的外圆面半径相同，外衬的外圆面半径保持不变；

一套内衬和外衬组合中设置两件外衬。

4.根据权利要求1所述的内衬可换式钢丝绳检测仪，其特征在于：

防撞销材质为PVC材料，直径为3毫米至4毫米，保证剪切强度30兆帕至50兆帕；

一套内衬和外衬组合中设置两件防撞销。

5.根据权利要求1所述的内衬可换式钢丝绳检测仪，其特征在于：

为保证正常安装排线软板，镗孔的径向宽度应大于5毫米。

6.根据权利要求5所述的内衬可换式钢丝绳检测仪，其特征在于：

在排线软板表面焊接一列或两列霍尔元件。

7.根据权利要求5所述的内衬可换式钢丝绳检测仪，其特征在于：

排线软板静置时呈“一”字型，安装于仪器中即弯曲为圆环型，安装方便。

8.根据权利要求7所述的内衬可换式钢丝绳检测仪，其特征在于：

排线软板接头部位延伸至仪器外部，穿过仪器上下两部分之间的分型面处引出；或在外衬处加工接头空间，将排线软板接头部位安装于仪器内部。

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