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新型钢丝绳探伤仪的设计与研究

作　者: 赵雁
导　师: 任小中
学　校: 河南科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 弱磁检测探伤仪模块化设计有限元分析 ARM
分类号: TH878
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

钢丝绳作为牵引、承载的重要部件被广泛应用于煤炭、冶金、船舶等行业,其运行状态直接关系到了设备的安全,一旦发生事故,后果将是严重的。而目前的钢丝绳检测方法和检测装置还存在很大不足。基于强磁检测技术的检测精度不高,受速度影响较大;探伤仪结构相对复杂,磁化与检测不同步;以单片机为控制系统,系统性能较低。因此,本文基于弱磁检测技术,设计研制了新型钢丝绳探伤仪。论文主要完成了以下工作:首先,本文分析了钢丝绳的结构与检测原理,提出了弱磁无损检测。对新型探伤仪的磁化单元与检测传感器进行了设计与布置。利用弱磁传感器作为探伤传感器,以磁场矢量综合原理进行探伤。其次,基于模块化设计方法对探伤仪的结构进行了功能分析与模块划分,得出4个功能模块。利用Pro/E软件对各分模块进行了建模与装配。将弱磁加载器与损伤检测器设计为一个整体,打破了传统分为两个步骤探伤的局面。同时,对探伤仪导向轮系进行了有限元动力学分析,分析确定了导向轮与支承轴在翘丝碰撞时的最大应力与变形,确保产品结构设计的可行性。接着,根据当前钢丝绳在线检测的需要,本文设计了基于ARM7微处理器的探伤系统。系统的核心采用了飞利浦公司的ARM7TDMI内核的LPC2368芯片,系统硬件包括信号调理、A/D转换器、键盘输入、液晶显示与USB接口,可实现单独实时检测也可以同PC机相连分析检测结果。最后,本文利用制造的探伤仪样机进行了探伤仪的结构与检测系统实验。实验证明,基于弱磁检测技术设计研制的新型钢丝绳探伤仪可以实现对钢丝绳损伤的弱磁检测,检测的结果与钢丝绳实际损伤较为符合。本文的研究工作也为相关领域的弱磁检测技术的应用提供了有益的参考。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题研究的目的及意义  8-9
  1.2 国内外相关研究简述  9-11
    1.2.1 钢丝绳无损检测的分类  9
    1.2.2 钢丝绳无损检测技术的发展史  9-11
    1.2.3 钢丝绳电磁无损检测技术存在的问题  11
  1.3 模块化设计概述  11-14
    1.3.1 模块化设计的步骤  12-13
    1.3.2 模块化设计的原则  13-14
  1.4 嵌入式微处理器的发展与应用  14-15
  1.5 本课题研究的内容  15-16
第2章无损检测原理与弱磁检测技术的实现  16-30
  2.1 钢丝绳的结构特性  16-18
    2.1.1 钢丝绳的结构  16
    2.1.2 钢丝绳的类型  16-17
    2.1.3 钢丝绳的缺陷  17-18
  2.2 钢丝绳电磁无损检测的原理  18-20
  2.3 基于弱磁检测的钢丝绳磁化  20-23
    2.3.1 磁化强度的确定  20-21
    2.3.2 钢丝绳的磁化方法  21
    2.3.3 励磁材料的选择  21-22
    2.3.4 永磁体的布置  22-23
  2.4 弱磁传感器  23-26
    2.4.1 传感器的选择  23
    2.4.2 传感器的布置方式  23-24
    2.4.3 传感器数目的确定  24-26
  2.5 磁场矢量综合检测与数学模型  26-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章钢丝绳探伤仪结构模块化设计  30-48
  3.1 钢丝绳探伤仪结构设计的要求  30
  3.2 探伤仪结构模块化设计  30-33
    3.2.1 钢丝绳探伤仪功能分析  30-31
    3.2.2 探伤仪总体布局  31-33
    3.2.3 钢丝绳探伤仪的模块划分  33
  3.3 探伤仪分模块设计  33-38
    3.3.1 磁化模块设计  34-35
    3.3.2 检测模块设计  35-36
    3.3.3 导向模块设计  36-38
    3.3.4 探伤仪总体虚拟装配  38
  3.4 导向轮系有限元分析  38-47
    3.4.1 ANSYS/LS-DYNA 分析步骤  38-39
    3.4.2 LS-DYNA 动力学分析  39-40
    3.4.3 对称罚函数法  40-41
    3.4.4 导向轮有限元模型的建立  41-43
    3.4.5 导向轮动力学分析结果  43-47
    3.4.6 结构优化方案  47
  3.5 本章小结  47-48
第4章钢丝绳探伤仪系统设计  48-58
  4.1 检测系统硬件方案设计  48-49
  4.2 ARM 处理器的选择  49-51
  4.3 前向通道设计  51-53
    4.3.1 信号拾取与调理  51-52
    4.3.2 信号的A/D 转换  52-53
    4.3.3 电源配置  53
  4.4 行程检测器  53-54
  4.5 人机接口模块  54-55
  4.6 通信接口  55
  4.7 系统软件设计  55-57
  4.8 本章小结  57-58
第5章钢丝绳探伤仪实验  58-66
  5.1 实验设备与内容  58
  5.2 结构合理性实验  58-59
  5.3 样绳检测实验  59-64
    5.3.1 多种缺陷的辨识  60-61
    5.3.2 实验步骤  61-62
    5.3.3 不同速度的检测结果  62-63
    5.3.4 不同拉力下的检测结果  63-64
  5.4 本章小结  64-66
第6章结论与展望  66-67
  6.1 结论  66
  6.2 展望  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间的研究成果  71

新型钢丝绳探伤仪的设计与研究

内容摘要

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