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矿井提升钢丝绳表面损伤在线视觉检测系统研究

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矿井提升钢丝绳表面损伤在线视觉检测系统研究

作者：朱海平中国矿业大学

学位级别：硕士

提升钢丝绳是矿井提升系统中的关键部件,在煤炭、人员、材料等提升过程中起着牵引与承载作用,其可靠性直接关系到生命财产安全。然而,提升钢丝绳在高速、重载、长运距下受冲击、打滑、弯曲等工况影响,长时间服役过程中其表面难以避免产... 详细信息

提升钢丝绳是矿井提升系统中的关键部件,在煤炭、人员、材料等提升过程中起着牵引与承载作用,其可靠性直接关系到生命财产安全。然而,提升钢丝绳在高速、重载、长运距下受冲击、打滑、弯曲等工况影响,长时间服役过程中其表面难以避免产生断丝、磨损等损伤,进而形成潜在断绳风险。因此研发准确高效的钢丝绳表面损伤检测技术,对保障矿井提升安全有着重要意义。采用视觉检测方法可直观地掌握钢丝绳表面健康状态,但矿井提升钢丝绳运行速度快、表面形貌复杂,现有钢丝绳视觉检测方法存在检测效率低、准确性及泛化性差等问题,难以适应于现场在线检测需求。为此,本文以机器视觉和深度目标检测算法为核心,从提升钢丝绳图像高速采集、损伤检测与定位、检测系统开发等方面,开展矿井提升钢丝绳表面损伤在线视觉检测方法及系统的研究,主要研究内容包括:(1)矿井提升钢丝绳视觉检测系统总体方案设计。首先,对视觉检测系统进行了需求分析,包括实际工况条件分析和系统功能分析;然后,开展了视觉检测系统总体方案设计,包括钢丝绳信息采集方案、检测与定位方案;最后,对相机、镜头、光源、工控机等系统关键硬件进行了选型。(2)钢丝绳图像高速采集与去噪方法研究。首先,为解决提升钢丝绳高速运行下的采集丢帧问题,开展了提升钢丝绳图像高速采集与存储策略研究;然后,研究了钢丝绳视觉采集方法,明确了各关键采集参数之间的关系;接着基于采集参数几何关系,设计了钢丝绳视觉采集与位置信息采集装置;其次,针对钢丝绳图像存在光照不均、纹理不清晰等问题,研究了钢丝绳图像去噪算法,包括基于Retinex算法的图像去噪方法和基于同态滤波的图像去噪方法;最后,开展了钢丝绳采集与去噪实验,结果表明图像采集的清晰程度与外部光照强度有关,光照越强则图像越清晰,且去噪效果表明基于MSRCP的图像去噪方法效果较好。(3)矿井提升钢丝绳损伤检测与定位方法研究。首先在实验室条件下构建了钢丝绳损伤数据集,并通过数据增强方法实现了数据集的扩充;然后研究了基于WR-YOLOv5s算法的钢丝绳表面损伤检测方法,并与Faster R-CNN及YOLOv5s算法进行了性能对比分析,结果表明WR-YOLOv5s在检测准确性和效率上较优;接着为了获得损伤于全绳中的位置信息,提出了基于视频计算与差分编码融合的损伤定位方法,并针对同一损伤在连续帧的重复统计问题,研究了重复损伤去除方法;最后开展了钢丝绳损伤检测与定位实验,结果表明所提出的检测方法准确率高、定位方法定位准确。(4)视觉检测系统开发与现场实验研究。首先根据某煤矿副井提升系统实际参数,开发了矿井提升钢丝绳表面损伤在线视觉检测系统样机;然后采用Py Qt5开发了系统上位机,实现了图像采集与处理、损伤检测与定位和信息发布等功能;接着开展了现场提升钢丝绳图像采集、损伤检测与定位实验,实验结果表明通过设置合理曝光时间与光照强度,可在提升钢丝绳高速运行下获得清晰无拖影图像,且可检测识别出钢丝绳复杂形貌下的表面损伤,并实现损伤的准确定位;最后开展了视觉检测系统的性能优化研究,采用软硬件加速方法提高了视觉检测系统的推理速度。该论文有图59幅,表19个,参考文献96篇。

关键词：矿井提升钢丝绳机器视觉高速采集损伤检测深度学习

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一种新型矿井提升钢丝绳张紧应力检测装置

煤炭工程 2013年第6期45卷 114-116页

作者：曹国宏刘银余楠李镀锋中国地质大学(武汉)机电学院湖北武汉430074

为了确保矿井提升设备的安全使用,在传统的标记法检测钢丝绳张力的基础上,设计了一种新型矿井提升钢丝绳张紧应力检测装置。该装置充分利用机电液一体化技术,通过检测与计算获得钢丝绳的张紧应力,定量的检测出矿井提升钢丝绳的张紧应力... 详细信息

为了确保矿井提升设备的安全使用,在传统的标记法检测钢丝绳张力的基础上,设计了一种新型矿井提升钢丝绳张紧应力检测装置。该装置充分利用机电液一体化技术,通过检测与计算获得钢丝绳的张紧应力,定量的检测出矿井提升钢丝绳的张紧应力。文章首先对钢丝绳张紧应力的检测原理进行了详细的分析研究,其次是设计了钢丝绳张紧应力检测装置并绘制了二维图与三维图,最后对液压油路和油温油压检测传感器及其信号的处理进行了原理分析,结果表明,该检测装置在实验室试验过程中,检测效果良好。

关键词：矿井提升钢丝绳张紧应力检测装置

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矿井提升钢丝绳报废的主要原因

煤矿安全 1986年第9期 45-47页

作者： ∏·М·采莫舍维奇 ,刘进海

矿井提升钢丝绳因为在腐蚀介质影响的条件下工作,又承受静动载荷作用下的拉、弯、扭应力,所以引起迅速断丝。为了查明技术寿命提高的潜力,曾对苏联煤炭工业部和有色冶金工业部所属的12个联合企业和公司的1400多条钢丝绳质量和可靠性以... 详细信息

矿井提升钢丝绳因为在腐蚀介质影响的条件下工作,又承受静动载荷作用下的拉、弯、扭应力,所以引起迅速断丝。为了查明技术寿命提高的潜力,曾对苏联煤炭工业部和有色冶金工业部所属的12个联合企业和公司的1400多条钢丝绳质量和可靠性以及换绳原因进行了概率统计分析。综合数据表明:降低钢丝绳寿命的主要因素是,钢丝绳锈蚀和一个捻距内的疲劳断丝超限。然后又用试验评价的方法,即把每

关键词：矿井提升钢丝绳腐蚀介质煤炭生产企业抗疲劳苏联企业管理苏维埃社会主义共和国联盟钢丝绳厂钢铁厂疲劳断丝主要原因

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矿井提升钢丝绳的科学选择与合理使用

中国高新技术企业 2011年第31期 159-160页

作者：师杰山西晋煤集团古书院矿山西晋城048000

能否做到科学选择与合理使用钢丝绳,是关系到矿井提升安全,提高生产效率的重要环节。文章介绍了提升钢丝绳的构造、分类、选择方法、使用注意事项、检查维护和定期试验,以供参考。

关键词：矿井提升钢丝绳钢丝绳选择钢丝绳使用

基于微动疲劳的矿井提升钢丝绳服役寿命预测研究

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基于微动疲劳的矿井提升钢丝绳服役寿命预测研究

作者：张俊中国矿业大学

学位级别：硕士

在煤矿立井提升过程中,提升钢丝绳受到交变的拉-拉疲劳载荷和弯曲疲劳载荷的作用,导致钢丝绳内部钢丝的疲劳载荷、相邻钢丝间的接触载荷和相对滑移,进而引起钢丝的微动磨损、裂纹萌生、扩展和最终断裂,即微动疲劳,严重降低提升钢丝绳的... 详细信息

在煤矿立井提升过程中,提升钢丝绳受到交变的拉-拉疲劳载荷和弯曲疲劳载荷的作用,导致钢丝绳内部钢丝的疲劳载荷、相邻钢丝间的接触载荷和相对滑移,进而引起钢丝的微动磨损、裂纹萌生、扩展和最终断裂,即微动疲劳,严重降低提升钢丝绳的承载强度和服役寿命。《煤矿安全规程》规定:当钢丝绳直径缩小量或断丝数达到10%时,钢丝绳应报废。目前,缺少基于微动疲劳损伤的提升钢丝绳服役寿命定量评价方法,无法预知提升钢丝绳的实际服役寿命和使用可靠性,严重影响煤矿提升安全性和可靠性。本文运用自制钢丝微动疲劳实验机开展钢丝微动疲劳实验,揭示了钢丝磨损轮廓和裂纹扩展深度随循环次数的演化规律;结合有限元法、摩擦学理论、疲劳和断裂力学理论,构建了钢丝微动疲劳磨损演化模型、裂纹萌生预测模型、裂纹扩展预测模型,提出了考虑磨损、裂纹萌生和扩展的微动疲劳寿命预测模型,揭示了微动疲劳参数对钢丝微动疲劳寿命的影响规律;结合钢丝绳弯曲疲劳实验和有限元分析,揭示了变张力下钢丝绳弯曲疲劳失效机制,提出了基于微动疲劳的提升钢丝绳寿命预测模型。结果表明:钢丝的磨损轮廓尺寸及裂纹扩展深度随循环次数的增加而增大;所建模型预测钢丝微动疲劳寿命与验证实验结果相对误差为10.1%,预测结果较为准确;钢丝的磨损体积主要与接触载荷和疲劳载荷有关;接触载荷、疲劳载荷、钢丝间交叉角度、钢丝直径均会影响钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命,钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命的主要影响因素为疲劳载荷;钢丝绳张力大小及其变化幅值的增加将缩短其弯曲疲劳寿命;提升钢丝绳服役寿命预测结果与《煤矿安全规程》规定较为符合。

关键词：矿井提升钢丝绳微动疲劳服役寿命预测有限元法

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矿井提升钢丝绳的疲劳性能检验

煤矿机械 1996年第6期17卷 15-16页

作者：毛平淮贾长俊淮南矿业学院煤炭部淮南钢丝绳检验站

论述了疲劳试验用于矿井提升钢丝绳的作用及其实施的可行性

关键词：矿井提升钢丝绳疲劳试验疲劳性能钢丝绳

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判断矿井提升钢丝绳报废方法的探讨

煤矿安全 1985年第3期 61-62页

作者： А、А、考罗特基 ,王国栋

矿井提升钢丝绳的状态检查是保证矿井提升机安全运行的最重要条件。钢丝绳是矿井提升机最关键的部件之一,而且随着井筒的延深、提升量的增加和提升容器运行速度

关键词：矿井提升钢丝绳断丝

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基于故障树的立井箕斗钢丝绳断绳事故分析

煤矿机械 2007年第6期28卷 71-72页

作者：王平山孙全颖黑龙江科技学院机械工程学院哈尔滨150027 哈尔滨理工大学哈尔滨150080

矿井提升钢丝绳是矿井提升系统最重要的组成部分,钢丝绳断绳,不但影响矿井生产,还危及矿井安全。应用可靠性设计中的故障树分析的方法,分析立井箕斗提升导致断绳的原因,提出预防断绳措施,将有助于提高立井箕斗提升系统的安全性,方法简... 详细信息

矿井提升钢丝绳是矿井提升系统最重要的组成部分,钢丝绳断绳,不但影响矿井生产,还危及矿井安全。应用可靠性设计中的故障树分析的方法,分析立井箕斗提升导致断绳的原因,提出预防断绳措施,将有助于提高立井箕斗提升系统的安全性,方法简洁适用,并附有应用实例。

关键词：矿井提升钢丝绳断绳故障树分析

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穿过式线圈磁化的在线钢丝绳检测系统及应用

穿过式线圈磁化的在线钢丝绳检测系统及应用

作者：王博华中科技大学

学位级别：硕士

十九世纪人们将古代用的缆发展为工业用钢丝绳，随着加工工艺和制造材料的改进，钢丝绳因其绕性好、自重轻、工作平稳、可靠、无噪声、强度高、承受动载以及过载能力强等优点广泛应用于煤炭、冶金、运输、建筑等国民经济各主要行业和部... 详细信息

十九世纪人们将古代用的缆发展为工业用钢丝绳，随着加工工艺和制造材料的改进，钢丝绳因其绕性好、自重轻、工作平稳、可靠、无噪声、强度高、承受动载以及过载能力强等优点广泛应用于煤炭、冶金、运输、建筑等国民经济各主要行业和部门。钢丝绳的无损检测和使用寿命评定的意义重大，一方面确保设备安全可靠运行，避免重大事故发生;另一方面延长使用寿命，节约资源。本文以矿井提升钢丝绳为研究对象，为了实时评估在役钢丝绳的状运行况，对矿井提升钢丝绳实施在线检测十分必要。然而，传统的采用永久磁铁磁化的钢丝绳检测方法不能适用于这类检测要求，为此，本文基于漏磁检测基本原理，提出了穿过式线圈电磁磁化钢丝绳的方法，为便于矿井钢丝绳检测时的装卸，研究了开合式大电流磁化方法并开展了可行性实验验证，设计出以半环形铜片为电流载体交错接触连接成螺旋式可开合的穿过式磁化线圈结构，结合磁敏检测传感器的设计，研制出适用于在线装卸和高速检测的钢丝绳检测传感器，配合辅助的机械和电控系统设计，形成了一种适于多绳同时在线工作的自动化检测系统。论文工作在开发性实验研究的基础上开展了钢丝绳自动化检测系统的应用研究，根据不同的提升系统和运行工况采用PLC编程控制和液压驱动系统设计制造了相应的在线检测装置。通过现场安装调试，将检测装置进行了在线运行测试，获得良好测试效果，在多家成功应用。

关键词：矿井提升钢丝绳在线电磁检测磁化器