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超声检测技术在煤矿机电设备的应用

 论文栏目:检测技术论文     更新时间:2019/11/1 10:22:22   

摘要:现代煤矿生产作业存在技术含量高、工作强度大等特点,煤矿生产过程中由于煤矿设备关键链接部位断裂出现事故,甚至造成人员伤亡。在实际生产中,需要对煤矿设备关键链接部位用超声波扫描探伤,为确保煤矿机电设备作用的充分发挥,则需要对其安全性予以保障。因此运用极为广泛的无损检测技术,发现煤矿生产中机电设备关键链接部位出现裂缝、白点、缩孔等就是安全隐患,提前采取措施就避免了事故发生。煤矿安全生产避免事故发生,就是煤矿行业最终目的。

关键词:超声检测技术;煤矿机电设备;安全检测;探伤应用

从当前我国能源利用结构来看,煤矿能源依旧占据着燃料能源的绝大比例,可见煤矿生产作业对国家社会经济发展发挥着关键作用。机电设备作为煤矿生产中的重要辅助,由于煤矿生产环境大部分较为恶劣,再加上长时间的超负荷运转,机电设备内部零部件极易出现损坏,因此必须做好对机电设备的安全检测工作,对其中暗藏的安全隐患及时发现并排除。基于此,文章将主要介绍超声检测技术,并对该项技术在煤矿机电设备的安全检测工作中如何有效应用展开分析,以期提高我国煤矿机电设备的安全生产水平,助力煤矿事业的稳健发展。

1超声检测技术简析

超声波是一种机械振动波,其频率为20kHz,而用于探伤的频率通常在1~5MHz。超声检测技术的应用则主要是利用超声仪器探头进行超声波的发射,经由耦合剂入射至金属件内部,一旦入射超声波遭遇伤损,则会立即反射回来,而反射波被超声探头接收便会在屏幕上将其脉冲波形的形状进行显示,从而便可通过分析波幅高度及位置去确定伤损位置、大小等情况[1]。在煤矿机电设备的安全检测中应用超声检测技术,能够对机电设备内部的重要零部件进行精准检测,从而实现对伤损部位的及时察觉,对部位伤损程度及使用寿命剩余进行评估,从而确定该部件需要检修或是直接更换。超声检测技术不仅提高了机电设备的安全检测效率,缩减了检测成本,并且凭借超声波仪器的高敏感性及强穿透力,其检测正确率较传统检测方式有了很大提升,所以工作人员只需结合探测结果数据做好必要的维护措施,便可有效防止机电设备损坏问题的频繁发生。

2超声探伤过程中的缺陷定位与定量

利用超声波对煤矿机电设备链接部位:例如提升罐笼链接销子进行探伤,一般会应用A型脉冲反射式探伤仪,采用纵波直探头与横波斜探头,耦合剂选用机油或锂基脂黄油。(1)缺陷定位。①纵波直探头定位销子顶端。定位过程中,探伤仪会按照1∶n对纵波扫描速度进行调节,根据探头所在探伤面的具体位置去确定缺陷水平位置。而缺陷深度位置xf的确定可由xf=nTf计算得出,其中Tf为缺陷波前沿所对仪器水平刻度值。②横波斜探头定位。该缺陷定位方法主要用作平面检测,相较于纵波直探头检测不同的是:横波斜探头探伤通常没有底波,所以难以轻松识别缺陷波;波束轴线会在探测面发生折射,缺陷位置则由探头折射角与声程确定。按照横波速度调节方法与调节仪器时基扫描线,通过三角计算便可精准定位缺陷位置。(2)缺陷定量。缺陷定量主要任务是确定缺陷的大小与数量,而大小则主要通过缺陷面积及长度表达。一般来讲,会对缺陷定量形成影响的因素有以下4点:①探伤仪的精准度、垂直线性,探头频率,晶片尺寸、款型和折射角,都会对缺陷回波高度形成影响;②耦合剂的厚度及声阻抗大小;③待检测试件的形态与大小;④缺陷形态、大小及表面光滑程度等。通常会用到的缺陷定量方法为当量法、缺陷回波高度法、面积测定法等[2]。

3煤矿关键零部件的超声检测

3.1超声检测的基本原则

根据煤矿设备的实际运行条件,对重要组成要素进行检测和诊断以及对其耐用年数的评价,可以科学地避免废弃物的出现,防止因故障而造成的毁灭性结果。煤矿机械的质量管理主要在小钢铁的质量管理、备件的加工、定期的大修、大修等工程中进行。疲劳损伤、磨损或过负荷损伤是煤矿机械的主要部件的主要故障模式。主要部件的主要部分发生疲劳裂缝,需要监视裂缝传播。另外,还阐述了材料、加工技术、驾驶条件、缺陷种类、超声波检查方法及其相关事项。

3.2超声检测方法选择

选择使用哪种超声波探测法,应考虑测试对象的技术特性、检测成本、关机损失、现有检测水平及安全要求。对煤矿机械的主要部件的损坏主要是铸件、锻造和焊接部件。各种零件的超声波检查方法如下。3.2.1大型铸件绞车主轴及天轮轴都是铸件。铸件的粗粒和不均匀的结构引起散射,形成玻璃回声,特别是在高频,信号受周围声源的影响不计。另外,铸件形状复杂,多为因几个轮廓引起的回声和变形波等干扰信号。正确决定缺陷波是很困难的。适当地使用低频直接探测来检测。3.2.2大型锻件当破坏或裂缝开始时,通常在焊接的支架部件的内部或表面形成微小裂缝。为了确保焊接支撑体的构造和安全性能的完整性,必须检查关键部件。超声波剪切波通常用于检测焊接部分。因为倾斜探头的角度是单一的,一次和二次声波不能有效地覆盖焊接区域,结果与大的BL声波区域的宽度结合的区域、一些轮廓回声和变形波会引起更多的干扰信号和缺陷波。正确的判断很难[3]。3.2.3焊接件锻造是各类车轴部件的主要组成部分。空白点通常由锻造或铸造工艺中出现。主要缺陷是由制造工序中空白点延长所引起的裂缝、折痕、介入物。由于在制造中出现弯曲应力、扭转力、冲击负荷,键槽受到蹦极或相对滑动。煤矿机轴部分呈大质量和复杂形状[4]。它需要大量时间、人力、材料、金融资源来分解和重建它们[5]。因此,通常检测端面或周方向而不分解主轴。

3.3检测周期

建立合理检测周期,建立煤矿机械部件和悬挂部件的定期非破坏性检查,造成维护不充分或隐藏的安全风险不足,维护下埋葬资源无可以避开木屐。根据煤矿机械的运转特性和缺陷频率发生的概率,可以决定部件的检测时间;连续运转部分,通常提升有人乘坐的周期1年,不关系到人的设备可以延长1年。设备重要部分同时被检查[6]。只有通过严格按照检测周期的准确检查和及时的反馈进行测试,才能检测出故障并尽快排除。随着组件服务时间的延长,必须缩短非破坏试验的时间。另外,一旦发现关键零部件有裂纹缺陷,应增加检测的频次,密切监视裂纹的扩展,建议停止预转进行评估[7]。

4超声检测技术的具体应用

在利用超声检测技术对煤矿机电设备进行安全检测之前,需要综合考虑机电设备零件的制造工艺、技术要求以及检修成本等多方因素,从而选择最为合适的超声检测方式。具体来讲,可分为以下几类机电设备零件进行分析介绍。(1)煤矿设备变频器的安全检测。利用超声波探测仪对矿山变频器进行安全检测,其中超声波探头能够对变频器的频率变化有明显感应,同时随着探头与变频器距离的拉近,如果机电设备内部存在问题,探头便会将感应到的电频变化及实时电流、电压等数值显示在屏幕上[8],然后将探测到的问题直接传送到故障处理中心,在故障处理中心便可通过对数据的分析提出针对性的解决方法,以警笛鸣响的方式提醒工作人员对设备展开检修。(2)煤矿生产中的机电设备存在较为明显的缺陷,也即是在其出厂制作的过程中,其材料的延展极易发生裂纹或是折痕等现象。此外,由于机电零件本身的结构特点,造成其锻造过程中会存在受力不均的现象,导致部分零件受到的外界作用力超出了其自身的承受临界值,比如旋转力、应力、负重冲击力等,都会导致零件凹槽滑动或发生碰撞,所以常会看到部分锻造类零件的主要损伤部位集中于凹槽、轴肩或者轴颈处。随着机电设备的制作水平不断上升,机电零件内部的轴形零件构造极为复杂,一旦损坏便难以拆开进行检测,造成再度安装的困难。倘若采取过去的人工探伤方法,不仅会耗时耗力,而且无法保证检测结果的准确性[9]。而将超声检测技术应用其中,便能够省去拆机检测的麻烦,并且保证了安全检测效果。比如在应用超声检测技术对提升机主轴进行检测时,无需拆机,直接利用直型超声波探头接近轴端,让超声波能够贯穿整条主轴,对其展开全方位检测;之后便可利用斜型超声探头接近轴颈,检测损伤情况,同时根据实际情况去改变探头的检测部位。(3)焊接类机电设备的安全检测。在煤矿机电设备当中,焊接类机电设备占据着较大比重,在机电设备生产制造中同样需要用到大量的焊接类零件。然而,也应该清楚地认识到焊接类机电零件的局限性,主要是因为其零件大多为支架型,所以在焊接过程中常常会出现校准不平的情况,导致焊接部位需要承受过重应力,进而加剧了零件受损的概率,不利于整个煤矿机电设备的安全性[10]。但针对焊接类机电零件的安全检测而言,传统检测方法的效果差强人意,主要原因在于无法深入观察零件内部。而随着超声检测技术的应用,再加上当前相控阵与超声波的相互结合,这类安全检测方法能够通过对阵列的操作去实现对声波的有效控制,进而对支架部件展开大面积扫描,大幅提升声波扫描图像的精细度。如今在针对煤矿焊接类机电设备的安全检测中,相控阵与超声波结合的检测技术已广泛应用于复杂结构零件的安全检测。

5结语

综上所述,煤矿行业作为国民经济的支柱型产业,对辅助生产的机电设备安全性要高度重视,所以做好机电设备的安全检测工作显得尤为迫切且意义重大。随着科技水平的逐步提高,超声检测技术在煤矿机电设备的安全检测中得到了良好应用,能够在不损坏机电设备零部件的基础上,快速且精准地探析设备内部情况,从而及时发现隐患而予以解决,保证了煤矿设备在生产工作中高效运转,促进我国煤矿的可持续发展。

作者:徐新坤 单位:河南煤矿安全监察局 安全技术中心

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