Page 53 - 无损检测2024年第八期

杨志军，等：

钢丝绳芯传送带损伤的漏磁检测

陷 ，威胁生产安全 。因此，对钢丝绳芯传送带内 2 有限元仿真分析
[2]
[3]
部钢丝绳的断丝、断股、磨损缺陷进行质量检测就显
2.1 有限元模型建立
得尤为重要。
通过软件建立钢丝绳芯传送带简化模型及磁化
钢丝绳芯传送带内部的钢丝绳属于导磁金属材
结构几何模型，其结果如图2所示。
料。目前对导磁金属材料进行无损检测的方法包括
声发射法、漏磁法、涡流法、超声法等 [4-7] 。但由于钢
丝绳芯传送带结构特殊，很多方法并不适用，现今
钢丝绳芯传送带的无损检测方法主要包括人工检测
法、电磁检测法、超声检测法、漏磁检测法等。传统
的人工检测方法效率较低，对检测人员的经验要求
较高，而且容易出现较大误差。电磁检测法虽然效
果较好，但是成本较高，且容易受到周围环境磁场的
图 2 钢丝绳芯传送带简化模型及磁化结构几何模型
干扰。超声检测技术在复杂的环境中传输效果不稳
由于实际传送带中钢丝绳的结构复杂，制作精
定，衰减显著，难以对回波信号进行准确分析。漏磁 确的标准缺陷非常困难，且无法在仿真中进行有效
检测法的原理是使钢丝绳芯传送带内部钢丝绳完全 模拟，所以仿真模型用直径为4 mm的铁磁性圆柱代
磁化，通过漏磁场信号变化检测出传送带内部钢丝 替传送带内部钢丝绳，23根钢丝绳平行排列，其间

绳的受损情况。 距为12 mm。钢丝绳芯传送带宽度为280 mm，厚度
笔者通过建立钢丝绳芯传送带的漏磁检测有限 为13 mm；钢丝绳上下绝缘材料厚度分别为1 mm和
元模型以不同截面损伤模拟断股缺陷和磨损缺陷， 8 mm。模型整体结构由衔铁、磁铁、极靴、空气等组
分析传送带在不同类型缺陷下的漏磁场信号变化情 成。衔铁和极靴材料设置为纯铁，磁铁材料设置为
况，然后在同规格传送带上加工人工缺陷并进行试 钕铁硼，两块磁铁磁性相反。
验，验证漏磁检测方法应用于钢丝绳芯传送带缺陷 笔者提出一种截面损失定量检测法来模拟传送
带中钢丝绳的断股缺陷，用球形缺陷模拟传送带中
检测的有效性。
钢丝绳的磨损缺陷，不同缺陷的有限元模拟几何模
1 钢丝绳芯传送带漏磁检测原理 型如图3所示。

钢丝绳芯传送带漏磁检测原理为：对钢丝绳芯
传送带内部钢丝绳进行部分磁化，若钢丝绳上没有
缺陷，磁感线会在钢丝绳内部收敛；若钢丝绳存在断
裂等缺陷，则缺陷附近区域的磁阻增加，磁力线发生
畸变，从而形成漏磁场。通过磁敏元件对漏磁场进

行检测 [8-10] ，并对漏磁场信号进行分析，实现对钢丝
图 3 不同类型缺陷的有限元模拟几何模型
绳芯传送带的损伤检测。钢丝绳芯传送带漏磁检测
原理如图1所示。 缺陷处网格划分设置为边，大小设置为极细化；
其余部分网格设置为自由四面体，大小设置为超细
化。通过仿真计算得到整个模型的磁通密度分布云
图（见图4）。
2.2 提离值对漏磁场特性的影响
钢丝绳芯传送带内部钢丝绳平行排列，且被绝
缘橡胶包裹，故磁敏元件和被测传送带之间的距离
会对缺陷漏磁场检测产生较大影响，通过建立一个
半径为1 mm，长度为4 mm的圆柱形缺陷模拟断股
图 1 钢丝绳芯传送带漏磁检测原理 缺陷，同时用一个半径为1 mm的半球形缺陷模拟
19
2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测