TECHNICAL DIAGNOSTICS OF COMPACTED ROPES DIAGNOSTYKA TECHNICZNA LIN KOMPAKTOWANYCH



Podobne dokumenty
DIAGNOSTYKA LIN W POWŁOKACH Z TWORZYW SZTUCZNYCH UśYWANYCH W URZĄDZENIACH DŹWIGOWYCH DIAGNOSTICS OF PLASTIC COATED STEEL WIRE ROPES USE IN LIFTS

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 4. Badanie optycznej transformaty Fouriera

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA, Kraków, PL BUP 15/06

System ciągłej rejestracji uszkodzeń linek stalowych przenośników taśmowych

Ćw.6. Badanie własności soczewek elektronowych

WYNIKI BADAŃ zaleŝności energii dyssypacji od amplitudy i prędkości obciąŝania podczas cyklicznego skręcania stopu aluminium PA6.

1. Podstawowe pojęcia

Monitoring taśm z linkami stalowymi Jerzy Kwaśniewski, Szymon Molski, Tomasz Machula AGH w Krakowie kwasniew@agh.edu.pl

LABORATORIUM AKUSTYKI MUZYCZNEJ. Ćw. nr 12. Analiza falkowa dźwięków instrumentów muzycznych. 1. PODSTAWY TEORETYCZNE ANALIZY FALKOWEJ.

BADANIA PÓL NAPRĘśEŃ W IMPLANTACH TYTANOWYCH METODAMI EBSD/SEM. Klaudia Radomska

Lekcja 59. Histereza magnetyczna

Materiały do laboratorium Przygotowanie Nowego Wyrobu dotyczące metody elementów skończonych (MES) Opracowała: dr inŝ.

Akwizycja danych pomiarowych podczas diagnostyki urządzeń transportu linowego

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Spis treści Przedmowa

WSPÓŁCZYNNIK GOTOWOŚCI SYSTEMU LOKOMOTYW SPALINOWYCH SERII SM48

LABORATORIUM AUDIOLOGII I AUDIOMETRII

ANALIZA SPEKTRALNA DRGAŃ BUDYNKU WYWOŁANYCH WSTRZĄSAMI GÓRNICZYMI. 1. Wstęp. 2. Analiza spektralna drgań budynku

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Rok akademicki: 2018/2019 Kod: RBM TL-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn Specjalność: Transport linowy

Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

CONVEYOR BELT WITH WIRE ROPE CHARACTERISTIC AND DIAGNOSIS ABILITY ANALYSIS

Cyfrowe przetwarzanie i kompresja danych

Spis treści. Przedmowa 11

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

BADANIE ZMIAN ZACHODZĄCYCH W MASACH Z BENTONITEM POD WPŁYWEM TEMPERATURY METODĄ SPEKTROSKOPII W PODCZERWIENI

KSZTAŁTOWANIE KLIMATU AKUSTYCZNEGO PROJEKTOWANYCH STANOWISK PRACY Z WYKORZYSTANIEM NARZĘDZI WSPOMAGAJĄCYCH

Technika analogowa. Problematyka ćwiczenia: Temat ćwiczenia:

CZWÓRNIKI KLASYFIKACJA CZWÓRNIKÓW.

Postępy w diagnostyce lin stalowych

2. Próbkowanie Sygnały okresowe (16). Trygonometryczny szereg Fouriera (17). Częstotliwość Nyquista (20).

FFT i dyskretny splot. Aplikacje w DSP

WPŁYW WIELKOŚCI WYDZIELEŃ GRAFITU NA WYTRZYMAŁOŚĆ ŻELIWA SFEROIDALNEGO NA ROZCIĄGANIE

Analiza porównawcza dwóch metod wyznaczania wskaźnika wytrzymałości na przebicie kulką dla dzianin

Temat 12 (2 godziny): Liny stalowe

Przetwarzanie Sygnałów. Zastosowanie Transformaty Falkowej w nadzorowaniu

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLISKIEJ Górnictwo z JERZY ANTONIAK, STANISŁAW DEHBNICKI STANISŁAW DRAMSKE SPOSÓB BADANIA LIN NOŚNYCH HA ZMĘCZENIE

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

BADANIE OBSZARU KONCENTRACJI NAPRĘśEŃ W DRUTACH ORTODONTYCZNYCH ZA POMOCĄ METODY MAGNETYCZNEJ PAMIĘCI METALU. Kurowska Anna

8. Analiza widmowa metodą szybkiej transformaty Fouriera (FFT)

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów

Dyskretne układy liniowe. Funkcja splotu. Równania różnicowe. Transform

TRANSFORMATA FALKOWA WYBRANYCH SYGNAŁÓW SYMULACYJNYCH

INTELLIGENT DIAGNOSTIC SYSTEM OF FLEXIBLE POLYURETHANE - COATED STEEL BELTS

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Zjawisko aliasingu. Filtr antyaliasingowy. Przecieki widma - okna czasowe.

REJESTRACJA WARTOŚCI CHWILOWYCH NAPIĘĆ I PRĄDÓW W UKŁADACH ZASILANIA WYBRANYCH MIESZAREK ODLEWNICZYCH

Kalibracja kamery. Kalibracja kamery

Tabela 3.2 Składowe widmowe drgań związane z występowaniem defektów w elementach maszyn w porównaniu z częstotliwością obrotów [7],

Metodyka budowy modeli numerycznych kół pojazdów wolnobieżnych wykorzystywanych do analiz zmęczeniowych. Piotr Tarasiuk

CYFROWE PRZTWARZANIE SYGNAŁÓW (Zastosowanie transformacji Fouriera)

Dla naszego obiektu ciągłego: przy czasie próbkowania T p =2.

OPTYMALIZACJA ZBIORNIKA NA GAZ PŁYNNY LPG

Ćwiczenie 3. Właściwości przekształcenia Fouriera

ELEMENTY AUTOMATYKI PRACA W PROGRAMIE SIMULINK 2013

DOTYCZY: Sygn. akt SZ /12/6/6/2012

Zastosowanie analizy falkowej do wykrywania uszkodzeń łożysk tocznych

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 3. Światłowodowy, odbiciowy sensor przesunięcia

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 5

Systemy Ochrony Powietrza Ćwiczenia Laboratoryjne

Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

jest rozwiązaniem równania jednorodnego oraz dla pewnego to jest toŝsamościowo równe zeru.

Teoria sygnałów Signal Theory. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Ćwiczenie 11. Podstawy akwizycji i cyfrowego przetwarzania sygnałów. Program ćwiczenia:

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

DYSKRETNA TRANSFORMACJA FOURIERA

Metoda cyfrowej korelacji obrazu w badaniach geosyntetyków i innych materiałów drogowych

KAMERA AKUSTYCZNA NOISE INSPECTOR DLA SZYBKIEJ LOKALIZACJI ŹRÓDEŁ HAŁASU

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

Optymalizacja konstrukcji

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 7

Statystyka hydrologiczna i prawdopodobieństwo zjawisk hydrologicznych.

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

Teoria obwodów / Stanisław Osowski, Krzysztof Siwek, Michał Śmiałek. wyd. 2. Warszawa, Spis treści

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

ZASTOSOWANIE METOD OPTYMALIZACJI W DOBORZE CECH GEOMETRYCZNYCH KARBU ODCIĄŻAJĄCEGO

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA

Bogdan ŻÓŁTOWSKI Marcin ŁUKASIEWICZ

INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ BADANIE PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

Modelowanie jako sposób opisu rzeczywistości. Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Politechnika Łódzka

Linia technologiczna do produkcji rur betonowych WIPRO

ĆWICZENIE nr 3. Badanie podstawowych parametrów metrologicznych przetworników analogowo-cyfrowych

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 9: Swobodne spadanie

(metale i ich stopy), oparta głównie na badaniach mikroskopowych.

Podstawy Przetwarzania Sygnałów

IMPLEMENTATION OF THE SPECTRUM ANALYZER ON MICROCONTROLLER WITH ARM7 CORE IMPLEMENTACJA ANALIZATORA WIDMA NA MIKROKONTROLERZE Z RDZENIEM ARM7

WYBÓR PUNKTÓW POMIAROWYCH

Temat 2 (2 godziny) : Próba statyczna ściskania metali

Podstawowe zasady projektowania w technice

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Nr ćwiczenia : 7

Oddziaływanie wirnika

9. Dyskretna transformata Fouriera algorytm FFT

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I FOTONIKI

Transkrypt:

The International Journal of TRANSPORT & LOGISTICS Medzinárodný časopis DOPRAVA A LOGISTIKA ISSN 1451-107X TECHNICAL DIAGNOSTICS OF COMPACTED ROPES DIAGNOSTYKA TECHNICZNA LIN KOMPAKTOWANYCH JERZY KWAŚNIEWSKI 1, SZYMON MOLSKI 2, HUBERT RUTA 3, TOMASZ KRAKOWSKI 4 Key words: wire rope, magnetic testing, diagnostic. Abstract: Introduction of new design solutions for steel wire ropes (compacted ropes) requires manufacturers of measuring equipment of a comprehensive approach to how to assess their condition. This article analyzes and evaluation of issues relating to the metrological characteristics of the test equipment, analysis of failures and describes the parameters measurement capabilities including the preparation and analysis of wavelet signal processing. Kľúčové slová: lano, magnetické testovanie, diagnostika Abstrakt: Wprowadzanie do eksploatacji nowych rozwiązań konstrukcyjnych lin stalowych (lin kompaktowanych) wymaga od konstruktorów aparatury pomiarowej kompleksowego podejścia do sposobu oceny ich stanu technicznego. W artykule dokonano analizy i oceny zagadnień dotyczących właściwości metrologicznych zastosowanej aparatury pomiarowej, analizy parametrów uszkodzeń oraz opisano moŝliwości pomiarowe z uwzględnieniem preparatyki i analizy falkowej sygnału pomiarowego. 1 WSTĘP Liny kompaktowane cieszą się coraz większą popularnością zwłaszcza w urządzeniach szybowych (Tab.1.), na platformach wiertniczych, instalacjach morskich i innych urządzeniach transportu linowego. Ich utworzenie moŝliwe jest dzięki zastosowaniu procesu mechanicznego ściskania w kierunku promieniowym. W wyniku odkształcenia plastycznego splotki o liniowym styku drutów tworzą styk powierzchniowy. Dzięki takiej technologii moŝliwe jest uzyskanie gniotu w przedziale od 6 do 30%. Ponadto uzyskuje się duŝe wartości współczynnika wypełnienia przekroju, co odbija się na znacznym zmniejszeniu średnicy liny. W przypadku, gdy splotki wykonywane są w tym samym procesie technologicznym, w którym następuje wyrównanie napręŝeń w poszczególnych warstwach i splotkach trwałość zmęczeniowa wzrasta nawet o 50% w porównaniu do lin powszechnie stosowanych. Wytrzymałość wzdłuŝna wzrasta o około 10%. NiepoŜądaną cechą 1 Dr hab. inŝ. Jerzy Kwaśniewski prof. nazw AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Stasica w Krakowie, al. Mickiewicza 30 30-059 Kraków, Katedra Transportu Linowego, Tel.: 12 617-23-13, 12 634-35-37, Fax 12 636-01-44 e-mail: kwasniew@imir.agh.edu.pl 2 Dr inŝ. Szymon Molski Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Stasica w Krakowie al. Mickiewicza 30 30-059 Kraków, Katedra Transportu Linowego, Tel.: 12 617-23-13, 12 634-35-37, Fax 12 636-01-44 e-mail: molski@imir.agh.edu.pl 3 Mgr inŝ Hubert Ruta Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Stasica w Krakowie al. Mickiewicza 30 30-059 Kraków, Katedra Transportu Linowego, Tel.: 12 617-33-59, 12 634-35-37, Fax 12 636-01-44 e-mail: hubert.ruta@agh.edu.pl 4 Mgr inŝ Tomasz Krakowski Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Stasica w Krakowie al. Mickiewicza 30 30-059 Kraków, Katedra Transportu Linowego, Tel.: 12 617-33-59, 12 634-35-37, Fax 12 636-01-44 e-mail: krakowsk@agh.edu.pl 309

jest nietypowy proces zmęczeniowy. Objawia się on szybkim wzrostem pękniętych drutów po długim okresie eksploatacji bez pojawiania się złomów zmęczeniowych. Zalety lin kompaktowanych: większa siła zrywająca przy zmniejszonej średnicy zewnętrznej zwiększona elastyczność większa Ŝywotność wynikająca z grubszych drutów i uszczelnienia zewnętrznej powierzchni liny większa odporność na korozję i tarcia powierzchniowe lepsza praca na bębnach mniejsza podatność na wydłuŝanie Tabela 1. Liny kompaktowane stosowane w Polskim górnictwie (wybrane) Lp. UŜytkownik liny Rodzaj liny Uwagi 1 SRK S.A. CZOK ruch 56 6xK36 WS 1670 Bridon Siemianowice # Ewa 2 Kopex PBSz S.A. 25 34(W)xk7 (34 LR) Bridon KWK Budryk # II 3 Kopex PBSz S.A. 42 34(W)xk7 Bridon KWK Zofiówka # I - Bzie 4 PRG ROW JAS 41 16xk7 Teufelberger 5 PRG ROW JAS 40 16xk7 Teufelberger 6 KWK Pniówek 52 6xK36 WS Teufelberger 7 KWK Rydułtowy-Anna ruch Rydułtowy 62 6xK36 WS Bridon 2 ANALIZA CZYNNIKÓW DECYDUJĄCYCH O EFEKTYWNOŚCI PROCESU DIAGNOSTYCZNEGO LIN KOMPAKTOWANYCH Kompleksowe rozwiązanie problemu z diagnozowaniem lin kompaktowanych wymaga dokonania analizy i oceny: zagadnień natury metrologicznej w odniesieniu do zastosowanej aparatury pomiarowej oraz wiedzy dotyczącej warunków pracy z uwzględnieniem czynników wpływających na ich zuŝycie. O warunkach pracy lin kompaktowanych najwięcej informacji mają uŝytkownicy tych lin, jednak przepływ informacji o zachodzących w nich procesach zuŝyciowych jest dość ograniczony. W artykule przeanalizowano w punkcie 4 aspekty metrologiczne mające wpływ na opracowywaną specjalnie dla lin kompaktowanych aparaturę pomiarową. Uwarunkowania metrologiczne dotyczą: - parametrów uszkodzeń (cechy stanu) czyli pęknięć drutów o bardzo małych szczelinach, stanu powierzchni lin bezpośrednio po kompaktowaniu i po wybranym okresie eksploatacji, - właściwości metrologicznych związanych z częstotliwością rejestracji sygnałów, stopniem namagnesowania liny, parametrami technicznymi zastosowanych czujników, zdefiniowanymi symptomami zuŝycia. W punkcie 3 zamieszczono wybrane repliki z powierzchni badanych lin kompaktowanych (nowych i eksploatowanych). Wykorzystanie analizy matematycznej wyŝszego rzędu do analizy sygnałów niestacjonarnych jest przedmiotem punktu 5 referatu. Wykorzystanie analizy falkowej wymaga jednak innego podejścia do defektoskopii magnetycznej lin kompaktowanych. Ta analiza pozwala na określenie symptomów zuŝycia, jednak naleŝy poszukiwać metody na ilościową ocenę zmian zuŝyciowych na podstawie analizy detali dekompozycji niosących informację o zuŝyciu. Ponadto dla tych lin powinny zostać opracowane specjalne kryteria odkładnia. Na rysunku 1 przedstawiono najwaŝniejsze czynniki decydujące o efektywności procesu diagnostycznego lin kompaktowanych. 310

Rys.1. Czynniki wpływające na efektywność oceny stanu technicznego lin kompaktowanych. 3 PREPARATYKA LIN KOMPAKTOWANYCH Zaawansowana technika badań nieniszczących wykorzystująca preparatykę (czyli wykonanie repliki) otwiera pole do szerokich zastosowań w inspekcji inŝynieryjnej i metrologii, głównie zaś w zaawansowanym przemyśle inŝynieryjnym, jak energetyka, przemysł kosmiczny i chemiczny czy w przemyśle wydobywczym. MoŜna ją równieŝ wykorzystać do nieniszczących badań powierzchniowych drutów stalowych lin kompaktowanych. W zaleŝności od rodzaju preparatu w mikroskopii prześwietleniowej wyróŝnia się dwa podstawowe sposoby badań struktury: bezpośredni polegający na wprowadzeniu do mikroskopu elektronowego wprost badanego materiału w postaci cienkich folii metalicznych, drobno dyspersyjnych proszków lub cienkich warstw. pośredni, tj. badaniu replik stanowiących najczęściej odwzorowanie powierzchni preparatu co było zastosowane do powierzchni lin kompaktowanych. Metodę pośrednią moŝna z kolei podzielić na: Repliki jednostopniowe, które otrzymuje się przez nałoŝenie cienkiej warstwy masy plastycznej na powierzchnię próbki i jej oderwanie od próbki (rys.2.). Rys.2. Sposób wykonania replik jednostopniowych. [11] 311

Repliki dwustopniowe (matrycowe), które pozwalają na badanie topografii (konfiguracja powierzchni uwzględniająca jej kształt oraz obecność i wzajemne połoŝenie obiektów i punktów charakterystycznych) powierzchni próbek bez jej niszczenia oraz badaniu faktograficznym. Zaletą replik jest moŝliwość zdjęcia odcisku ze zgładu (jest to pobrana skośnie, poprzecznie lub podłuŝnie względem osi materiału i odpowiednio przygotowana próbka do badań mikroskopowych) bez konieczności jego niszczenia, lub wykonanie odcisku miejscowego zgładu wykonanego na duŝym przedmiocie. Wadą natomiast jest nieco bardziej złoŝona preparatyka oraz mniejsza osiągana zdolność rozdzielcza. Najczęściej wykonywane są repliki dwustopniowe: triafol-węgiel. Odwzorowanie topografii powierzchni wytrawionych próbek wykonuje się poprzez nałoŝenie triafolu zwilŝonego w rozpuszczalniku i po odparowaniu rozpuszczalnika odrywa od powierzchni próbki, a naparowanie matrycy przeprowadza się w specjalnych urządzeniach (napylarki). Uzyskana podczas badania replika powinna: dokładnie odwzorowywać powierzchnię próbki, posiadać dobrą wytrzymałością mechaniczną, być bezpostaciowa, łatwo oddzielać się od powierzchni badanej próbki, posiadać dobrą rozdzielczość, być kontrastową i łatwą do interpretacji podczas obserwacji. W Katedrze Transportu Linowego wykonano repliki jednostopniowe z powierzchni dwóch lin kompaktowanych: Ø28 WS 6x36K 1770 oraz Ø32 6x25F Filler (rys.3). Lina Warrington Seale jest liną która jeszcze nie pracowała, natomiast lina o konstrukcji Fillera jest liną zdjętą z obiektu, na którym była eksploatowana. Ø28 WS 6x36K Ø32 6x25F Rys.3. Modele lin z których zdjęto repliki Uzyskane w ten sposób repliki obserwowano pod mikroskopem optycznym w powiększeniu 100 i 400 krotnym. Zestaw do badań nieniszczących pozwala równieŝ na archiwizację otrzymanych obrazów poprzez wykonanie zdjęć. W tym celu w miejsce okularu mikroskopu, dzięki specjalnej przystawce optycznej montuje się cyfrowy aparat fotograficzny. W tak skompletowanym zestawie uzyskujemy jednak mniejsze powiększenie optyczne: 80 i 320 krotne (rys.4.). NaleŜy teŝ pamiętać aby aparat fotograficzny nie miał ustawionej funkcji zbliŝenia cyfrowego. 312

CYFROWY APARAT PRZYSTAWKA OPTYCZNA POKRĘTŁO USTAWIANIA OSTROŚCI OŚWIETLACZ OBIEKTYW Rys.4. Mikroskop z aparatem cyfrowym. Na rysunku 5 przedstawiono zdjęcia replik z badania cięgna nowego i po wykonaniu określonej ilości cykli pracy. Zdjęcia wykonano aparatem fotograficznym przy powiększeniu 80-cio krotnym. a b [A] granica deformacji [B] Rys.5. Zdjęcia wykonanych replik dla: a liny nowej; b liny eksploatowanej Rysunek 5.a prezentuje replikę powierzchni drutu liny nowej [A]. Wyraźnie widać granicę powstałą na powierzchni drutu w skutek deformacji. Pozostała część drutu nie wykazuje oznak zuŝycia. Natomiast drut na rysunku 5.b posiada na swojej powierzchni szereg małych prostopadłych rys i deformacji które powstały w wyniku jego pracy. Te rysy i deformacje na skutek ciągłej pracy liny mogą z czasem doprowadzić do pękania drutu. Przykładowe uszkodzenie w postaci pękniętego drutu 313

o szczelinie około 0,8mm oraz jego replika zamieszczona została na rysunku 6. 0,8 mm Rys. 6. Zdjęcie uszkodzenia drutu oraz widok repliki tego miejsca. 4 WŁAŚCIWOŚCI METROLOGICZNE STOSOWANEJ APARATURY POMIAROWEJ W DEFEKTOSKOPII MAGNETYCZNEJ W skład aparatury pomiarowej do defektoskopii magnetycznej lin stalowych wchodzi głowica pomiarowa oraz rejestrator sygnału. Parametry metrologiczne głowic, konstrukcyjne czujników oraz właściwości rejestratorów wpływają na efektywność metody analizy sygnałów. Czujniki indukcyjne stosowane w głowicach pomiarowych charakteryzują wymiary geometryczne takie jak R promień czujnika oraz 2C szerokość czujnika (rys.7.). Ich optymalny dobór względem badanej liny umoŝliwia uzyskanie informacji o róŝnego rodzaju uszkodzeniach, nie tylko typu skokowego, ale równieŝ o korozji i starciach. W przypadku lin kompaktowanych poprawny dobór czujnika, zastosowanego w głowicy o odpowiednich właściwościach metrologicznych, w połączeniu z odpowiednim rejestratorem oraz właściwą analizą sygnału diagnostycznego, pozwala na prawidłową ocenę stanu technicznego badanej struktury. Na rysunku 8 pokazano modele czujników, które stosowane są w defektoskopii magnetycznej. Rys. 7. Budowa czujnika indukcyjnego. 314

Rys.8. Modele czujników indukcyjnych (1,3,4-czujnik z rdzeniem ferromagnetycznym; 2-czujnik z podwójną cewką tzw. czujnik siodłowy ) Przy analizie falkowej naleŝy uzyskać większą rozdzielczość w odwzorowaniu szczegółów rozkładu pola rozproszenia. WiąŜe się to z potrzebą doboru właściwych czujników pomiarowych oraz optymalizacją stosowanych w głowicach obwodów magnetycznych. Biorąc pod uwagę konieczność dobrego odwzorowania pola rozproszenia w sygnale wynikającą z praktycznie niewidocznych szczelin zuŝyciowych, naleŝy namagnesować badaną linę do odpowiednio wysokiego poziomu indukcji magnetycznej. Zbyt duŝy poziom indukcji w linie (bliski nasyceniu) jako parametr metrologiczny moŝe doprowadzić do upływu strumienia magnetycznego do otoczenia i jednocześnie przyczynić się do zaburzeń pola rozproszenia pochodzącego od uszkodzeń. Nie bez znaczenia są takŝe parametry funkcjonalne takie jak masa i gabaryty głowicy magnetycznej. Odpowiedni dobór parametrów konstrukcyjnych (wymiary geometryczne, parametry materiałowe) magnesów trwałych będących źródłem stałego pola magnetycznego oraz pozostałych elementów magnetowodu, wiąŝe się z koniecznością przeprowadzenia wielokryterialnej parametrycznej optymalizacji głównie pod kątem własności metrologicznych urządzenia. Dzięki moŝliwością dostępnego na rynku oprogramowania typu CAE ANSYS Workbench wykorzystującego MES w analizie rozkładów pól magnetycznych (rys.9, rys.10), moŝliwe jest zaprojektowanie obwodu magnetycznego dla danego bardzo wąskiego zakresu średnic liny. Nie naleŝy traktować tego typu głowic jako urządzeń w pełni uniwersalnych ze względu na brak moŝliwości regulacji parametrów metrologicznych. 315

Rys. 9. Graficzna prezentacja wybranych rozkładów pola magnetycznego z wykorzystaniem MES (optymalizacja konstrukcji obwodu magnetycznego) Rys. 10. Wektorowa prezentacja rozkładu indukcji w obwodzie magnetycznym i jego otoczeniu dla wybranych parametrów konstrukcyjnych Główną funkcją celu optymalizacji magnetowodu jest indukcja w badanej linie, której wartość powinna znaleźć się na poziomie ok 1,3 1,6 T. Celem przeanalizowania wpływu wybranych zmiennych parametrów geometrycznych na funkcję celu przyjęto pewien zakres zmienności, np.: L długość zwory (100mm - 300mm), h wysokość magnesu (13mm 50 mm) itp.(rys. 11). Rys. 11. Wartość indukcji w linie w funkcji dwóch zmiennych parametrów wielokryterialnej optymalizacji obwodu magnetycznego (h- wysokość magnesu, L05-połowa długości zwory) 316

Na rysunku 12 zaprezentowano wpływ długości zwory na indukcję w badanej linie przy załoŝeniu Ŝe magnes będzie miał wysokość h 25mm i przekrój poprzeczny kwadratu o wymiarach 50x50 mm. Przyjmując długość zwory na poziomie 160mm (czyli parametr L05 połowa dł. zwory = 80mm), moŝemy wyznaczyć równieŝ wpływ wysokości zwory na wartość indukcji w linie (rys.13). Widać wyraźnie Ŝe przy takich załoŝeniach by uzyskać odpowiednią wartość indukcji naleŝy przyjąć magnes o wysokości h=28-33mm. Są to wyniki dla z góry narzuconych pozostałych parametrów konstrukcyjnych obwodu magnetycznego. Analogiczne analizy wpływu na funkcję celu moŝna przeprowadzać dla pozostałych zmiennych decyzyjnych optymalizacji w załoŝonych przedziałach zmienności. Działania takie powodują eliminację przypadkowości w doborze parametrów konstrukcyjnych urządzeń diagnostycznych dla lin kompaktowanych, co w końcowym rozrachunku przekłada się na efektywność i dokładność samego procesu diagnozowania i oceny stanu technicznego tych struktur. Rys. 12. Wartość indukcji w linie w funkcji połowy długości zwory dla wysokości magnesu h=25 mm 317

Rys. 13. Wartość indukcji w linie w funkcji wysokości magnesu dla długości zwory 160 mm (czyli L05=80mm) Stosowane powszechnie defektografy MD120 nie zapewniają optymalnej częstotliwości próbkowani (400 Hz), z tego powodu istnieje potrzeba zastosowania rejestratorów o odpowiednich parametrach np. rejestratora HIOKI 8835 (rys.14) umoŝliwiającego zapis z częstotliwością 10 000 Hz. Ponadto defektograf MD120 w porównaniu z HIOKI posiada niską impedancję wejściową powodujące zmniejszenia amplitudy rejestrowanego sygnału. Na rysunkach 15 i 16 przedstawiono zapis sygnału z obydwu rejestratorów dla tego samego odcinak badanej liny. Rys. 14. Rejestrator analogowy HIOKI 8835 318

Rys. 15. Zapis z defektografu MD120 Rys. 16. Zapis z rejestratora HIOKI 8835 5 ANALIZA CZĘSTOTLIWOŚCIOWA SYGNAŁÓW NIESTACJONARNYCH (FALKI) Obliczenie aktualnego poziomu zuŝycia na podstawie sygnału z czujnika indukcyjnego wymaga duŝej wiedzy specjalistów diagnostyków związanej z określeniem zmian spowodowanych pęknięciami, starciami drutów i korozją. Zmiany te są w sygnale niejednokrotnie maskowane przez składową sygnału pochodzącego od konstrukcji liny. MoŜna te zmiany wyselekcjonować przez zastosowanie analizy falkowej tego niestacjonarnego sygnału pomiarowego (Kwaśniewski J., 2000, Kwaśniewski J., Lankosz L., Zawada K.,1999). Równanie definicyjne dyskretnej transformaty falkowej (j-dyskretna wartość skali, k-dyskretna wartość przesunięcia, j,k Z2) ma postać [1]: DWTs(j.k) = s(n) Ψ (n 2 k) n Z gdzie: Ψj*(n-2jk) - dyskretny odpowiednik ciągłej funkcji analizującej, - splot sygnału s(n) z funkcją analizującą. j Diadyczne falkowe przekształcenie sygnału (Białasiewicz J. 2000) s(n) generuje jego dekompozycję na dyskretnych poziomach rozdzielczości, dla których skala falki a = 2j odpowiada rozdzielczości 2-j i jest określone jako: + 1 n b DWTs ( j, k) = s( n) Ψ dn j j 2 2 Przyrównując rodzinę funkcji analizującej dla przypadku ciągłego i diadycznego otrzymujemy: Ψ a,b (t) = 1 t b j/ 2 Ψ Ψ j,k(n) = 2 a a 319 j Ψ( 2 j n k) (1) (2) (3)

ZaleŜność Ψj,k(n) = 2-j/2Ψ(2-jn-k) definiuje rodzinę funkcji analizujących dla przypadku diadycznego. Dla ustalonego j mamy stałą skalę 2j. Zmiana j o 1 oznacza dwukrotną zmianę skali. Zmieniając postać równania (3) na równowaŝne: Ψj,k(n)=2-j/2Ψ(2-j(n-2jk)) (4) oraz wyróŝniając Ψj0(n)=2-j/2Ψ(2-jn) jako falkę podstawową dla ustalonego poziomu skali j otrzymujemy: Ψj,k = Ψj0(n-2jk), co oznacza, Ŝe 2j jest krokiem, z jakim jest przesuwana w czasie falka podstawowa Ψj0(n) na poziomie ustalonej skali j. Kolejne potęgi dwójki wyznaczają próbkowanie na osi skali. Dyskretna analiza falkowa sygnału s(n) L2 sprowadza się do wyznaczania jego dyskretnych transformat falkowych, które są iloczynami skalarnymi sygnału s i ciągu funkcji Ψj,k. Iloczyny te nazywamy współczynnikami falkowymi. Dwa parametry j i k zapewniają dostęp do określonych cech sygnału. Parametr k umoŝliwia zlokalizowanie chwili, w której chcemy dokonać analizy sygnału, a parametr j umoŝliwia wybranie poziomu skali czy teŝ zakresu częstotliwości, w którym chcemy zbadać widmo częstotliwościowe sygnału. Argument k oznacza chwilę 2jk, to znaczy krok kwantyzacji w czasie 2j zmienia się wraz z poziomem skali j (Misiti M. i inni, 1997). Nieodpowiedni wybór falki moŝe spowodować nieliniowe zniekształcenia tego widma. Detal Dj zdefiniowany jest jako (Białasiewicz J., 2000, Misiti M. i inni, 1997): Dj(n) = DWTs(j,k) Ψj,k(n) (5) k Z Zakładając, Ŝe współczynnik skali a=2j 2J, moŝna zdefiniować aproksymację jako: AJ = Dj (6) j>j Analizowany sygnał jest superpozycją (sumą) ostatniej aproksymacji i wszystkich detali: s ( n) = A J + D j j J gdzie: AJ aproksymacja poziomu J dekompozycji, Dj detale j-tego poziomu dekompozycji (rozdzielczości). Wybór pasma częstotliwości detalu dla wybranej cechy stanu liny Sygnał pomiarowy (wektor jednowymiarowy) poddany np. analizie falkowej, czyli pośrednio selekcji widmowej, rozkładany jest na poszczególne poziomy rozdzielczości. W efekcie tego uzyskujemy wektor wielowymiarowy z wyodrębnionymi parametrami (cechami) stanu (rys.17). (7) Rys.12.16. Selekcja częstotliwościowa sygnału (cecha (cechy pomiarowego. stanu m=3) 320

Rys.17. Selekcja częstotliwościowa sygnału pomiarowego. Na rysunku 18 przedstawiono zarejestrowany sygnał z badania liny kompaktowanej oraz wybrany detal dekompozycji z widoczną zmianą spowodowaną pęknięciem drutu liny. Rys.18. Sygnał i detal dekompozycji z badania liny kompaktowanej. 6 PODSUMOWANIE Analiza falkowa sygnału niestacjonarnego jest znakomitym narzędziem ułatwiającym określenie symptomów zuŝycia lin kompaktowanych, jednak wymagana jest przy tym zmiana (w stosunku do obecnie stosowanej aparatury): parametrów metrologicznych zastosowanej aparatury uwzględniających poziom namagnesowania liny, parametrów technicznych zastosowanych czujników, parametrów rejestracji oraz wiedza o procesie pozyskiwania i akwizycji danych pomiarowych. Pewnym ułatwieniem w ocenie stanu technicznego lin kompaktowanych moŝe być preparatyka (zastosowanie replik) pozwalająca na obserwację stanu powierzchni badanych lin. NaleŜy kontynuować prace nad poszukiwaniem korelacji miedzy obrazem repliki z badanej powierzchni liny, a symptomami określonymi w detalu dekompozycji w połączeniu z czasem eksploatacji lin kompaktowanych. Koniecznym staje się prowadzenie dalszych szczegółowych badań nad rozwojem metodyki badań lin kompaktowanych. LITERATURA [1] Białasiewicz J. 2000, T.: Falki i aproksymacje. WNT, Warszawa. [2] Kwaśniewski J.2000: Applications of wavelet analysis to detecting wire rope cracks and abrasion. Archives of Mining Sciences Vol.45, Issue1 Warszawa - Kraków. [3] Kwaśniewski J.2011: The use of monitoring to improve the reliability and endurance of continuous coal handling systems. Monitoring elementem zwiększenia trwałości i niezawodności ciągłych systemów transportu węgla Archives of Mining Science Vol.56, No 4, p.651-664 321

[4] Kwaśniewski J., Lankosz L., Zawada K.1999: Zastosowanie nowoczesnych metod analizy sygnałów do identyfikacji i obliczeń róŝnych rodzajów zuŝycia lin w aspekcie poprawy bezpieczeństwa ich pracy. Zeszyty Naukowo-Techniczne nr 13, Wydawnictwo KTL s. 87 94, Kraków. [5] Kwaśniewski J., Magalas L.2000: Selected Applications of the Wavelet Transform, Proceedings of the 2 nd [6] International School on Mechanical Spectroscopy MS-2 held at Kraków-Krynica, Copyright 2003 [7] Scitec Publications Ltd, Switzerland ISBN 978-3-908450-74-0 Volumes 89-90 of Solid State Phenomena [8] ISSN 1012-0394 [9] Misiti M. i inni 1997: Wavelet Toolbox For Use with Matlab, The MathWorks Inc. [10] Mrozek B., Mrozek Z.1995: Matlab uniwersalne środowisko do obliczeń naukowo-technicznych. CCATIE, Kraków. [11] Materiały promocyjne firmy Struers http://www.struers.com 322