超声检测技术应用于煤矿机电设备检测的研究

薛晓强

(陕西小保当矿业有限公司 陕西神木 719300)

超声检测技术实际上是凭借着超声的视频方法，利用摄像机进行图像获取以后结合声音监听的设备，对于所需要检测的区域进行探测，能够起到一种安全防范和高效检测的效果，属于自动化检测的范畴，也是煤矿设备安全系统中十分重要的组成部分。作为一种新型智能检测系统，超声检测在搭配煤矿机电设备其他功能以后，能够为整体的煤矿机电设备管理营造安全可靠的环境，提供更多高效的信息。目前，超声检测技术已经在我国越来越多的煤矿企业中发挥着愈发重要的作用，在未来更会有较大的改进上升空间。

1 超声检测技术相关概述以及应用到煤矿机电设备检测的价值

1.1 相关概述

超声检测作为一种无损的技术，是指专业人员将超过20 kHz的振动波用于具体探测一些高敏感的设备和仪器。超声波检验技术更多是通过借助探头发出超声波，随后再运用耦合剂将超声波传递到机械设备的内部。若是发现金属内部存在缺陷，利用超声波检测技术可以在短时间内快速识别其发生情况并发出反射，当接收到反射信号以后，也能够在显示屏上形成对应的脉冲图形，技术人员通过图形可以确定设备缺陷的位置[1]。目前，该技术能够在关键的领域发挥出高效的作用。区别于传统的技术，超声波检测技术的操作过程较为简单，不仅探测速度较快，且探测的厚度很大，而且不会对人体产生较大的影响和伤害，能够及时有效地检测到仪器中的运行情况。许多煤矿机电设备在生产加工的过程中，正是因为制造工艺及机械强度等多方面的原因，使得机械设备内部会存在诸多故障，因此，若是能够使用超声检测技术，自然能够在短时间内快速有效地避免一系列故障。

1.2 价值分析

煤矿机电设备的安全性一直牵动人心，主要是我国近年来出现了一系列关于煤矿安全的事故，造成了大量人员生命、财产的损失，而煤矿机电设备的安全系统也是防护人民群众生命、财产安全的重要所在，煤矿安全涉及的一系列检测功能可以很好地满足检测现场中一些监督管理的要求，但是，目前煤矿机电设备的安全系统虽然更加注重自动化程度的提升，而所安装的一些设备检测系统却会呈现出不同程度的功能缺失等问题，在具体运行时也会因为设备所具备的自检功能不稳定或其他因素而产生故障。一旦设备接收到错误的指令时会出现自检的情况，自动故障指令将其推送到煤矿机电设备安全系统控制终端以后，检测设备会因此而出现连锁控制的问题，更会对整个检测系统造成不良的影响。再加上现有的一些煤矿机电工程中所涉及的检测技术和工序系统布线较为复杂，或是设备本身并不具备防水防潮的功能，也很容易因此而受到电磁干扰。在应用超声检测技术以后，作为当前煤矿机电设备最具有安全性，未来会着重发展的主流技术，能够做到对视频信息进行及时处理。超声检测只需要远程就能够达到实时检测的目的，还能够对视频图像进行加密处理。目前，我国煤矿有许多位置环境相对恶劣，并不适合直接派遣工作人员进行现场的监督，便可以采用这种超声检测技术，不仅方便查找，也能够在具体检测时建立起对应的数据库，及时看到现场画面[2]。因此，这种超声检测技术可以在无人且恶劣的环境下使用，有着其他检测技术所无法比拟的优势，值得在未来进一步推广和应用。

2 煤矿机电设备检测的常用技术及应用现状

2.1 常用技术

2.1.1 对应故障的记录检测诊断技术

该技术是指在煤矿机电设备运行并出现明显的故障时，可以对周围的零部件进行诊断和测试，明确故障发生的范围以及造成故障的主要因素。该诊断技术是目前我国许多煤矿企业应用较为普遍且常见的技术。工作人员需要将故障出现的原因和具体的位置记录在维护手册上，这样能够方便日后再出现同样的问题时，最短时间内及时采取补救的措施。

2.1.2 人工神经网络诊断技术

人工神经网络诊断作为应用的煤矿机电设备检测中一项十分重要的技术，也是目前非常热门的技术手段，可以处理一些更加复杂的非线性映射关系，使维修人员能够更加清晰、直观地了解事故发生的原因及具体的位置，帮助其进行判断，提高故障维修的效率，缩短了检测时间。

2.1.3 智能化的诊断检测技术

该技术能够充分模拟人脑思考的全过程，也能够投入到煤矿机电设备检测中，对信息进行筛选处理，并且着重找到具体的问题加以解决。通过不断完善自身故障处理的方式，能够为我国煤矿事业做出积极的贡献。因此，这种智能化的诊断检测技术能够很好地来诊断隐蔽性较强且相对复杂的机电设备故障问题。通过归纳人类以往的经验和知识，通过计算机进行数据逻辑运算以后，能够准确判别出煤矿机电设备中出现的实际故障及故障产生的原因。

2.1.4 仪器诊断技术

工作人员通过具体的仪器对于煤矿机电设备的内部压强、转速及温度等一系列内容进行分析，采集到计算机内归纳处理。这种诊断仪器不仅方便携带，且功能较为齐全，有着较高的智能化水平。

2.1.5 温度和压力的诊断检测技术

该技术能够更加真实、准确、灵敏地检测出故障出现的位置、原因及需要维修的方式方法，对零件设备的温度、压力、传统项及轴承、齿轮等进行同时的数据收集、诊断、分析、预测[3]。高效确定设备故障的原因和具体的类型，方便工作人员及时给予补救，针对提示的内容做出预防和改进，并提高工作效率及质量。

2.2 应用现状

2.2.1 检测技术水平较为落后

目前，我国仍然有许多地区的煤矿在进行内部机电设备检测的过程中，所涉及的技术、方法、理念仍然停留在计划经济时期。因为资金投入不足，或是技术理念的应用不够恰当，导致很多施工设备处于严重落后的情况，不仅稳定性较差，且结构十分复杂。再加上检修和维护也较为困难，这无形中对整个检测技术提出了更高的要求。缺乏高水平的检测技术为煤矿机电设备安全运行带来较大的阻碍。

2.2.2 以往一些配件的检测方式存在明显的局限性

由于我国以往的检测更多都是以人工手动的方式进行的，这种检测工作量大且具有很大程度上的依赖性。若是工作人员业务能力不足，或是工作经验缺失时，会直接导致最终的检测效果不够理想，也会为煤矿机电设备的正常运行带来带来很大障碍。

3 超声检测技术在煤矿机电设备检测中的应用

3.1 在变频器设备检测中的应用

超声检测技术的类型较多，在投入的煤矿机电设备变频器检测中能够取得较为理想的效果。应用超声波的探伤仪器能够有效地检测到变频器的变化情况，了解故障产生的原因，将相应的超声波探头靠近到变频器，能够探测到周围的电压电流等一系列数据，并且将这些数据传输到相应的故障处理中心，故障处理中心会自动给出相应的处理方法和手段，便于工作人员在短时间内利用超声检测技术针对变频器设备中的故障进行针对性的处理。

3.2 在铸造类设备零件检测中的应用

在煤矿开采的过程中，所使用到的一系列机械设备类型较多，其中铸造类机械又是十分重要的组成部分，其内部的结构十分复杂，晶体颗粒较粗。正是因为这些特点，在实际检测的过程中经常会导致声波发生散射及出现波纹等情况，这会对超声波的接收造成很大程度上的干扰和影响。因此，在进行超声波检测的过程中，可以选择一些频率较低的执行超声探测头进行检测了解。在短时间内选择频率较低的探头，能够很好地降低信号对其的干扰[4]。考虑到许多煤矿机械设备中所涉及的铸造类机电设备生产周期较长，并且成本较高，工艺复杂，所以若是发现缺陷时，往往会为整个产品造成巨大的成本损失，也会为相关企业的形象造成严重的负面效应。采用超声检测技术能够很好地检测这类设备中可能出现的问题。目前在超声波检测中应用最多的是单通道脉冲反射式扫描仪，这种检测方法相对简单，只需要采用自制的调节超声波扫描仪即可达到灵敏度要求，并且便于携带，应用范围较广，安全、绿色、环保，对人体无明显伤害，但是可能会对操作人员本身产生较大的影响，这就要求操作人员要具有丰富的工作经验及极强的技术能力。

3.3 在锻造设备零件检测中的应用

一般来讲，锻件的机械零件有着较强的延展性，但是有许多零件更容易在加工和具体制作的过程中出现弯折或是开裂损坏等情况，最终也容易造成很多的裂纹。当零件受到了较大的冲击力及其他应力作用以后，也很容易在凹槽的位置出现较大的滑动情况。正是因为如此，许多锻件类的零件在被破坏后，缺陷会很容易集中到中间以及凹槽的位置。在实际生产加工的过程中需要用到大量的锻件设备，不过许多锻件设备内部的结构较为复杂，拆除过程也十分繁琐。这说明专业技术人员很难通过具体拆装的方式进行设备的检查。传统的检查方式会耗费大量人力、物力和财力，并且检测的效果也不太理想，在装拆的过程中更容易直接造成设备的损坏，而采用超声波检测技术时能够在短时间内避免上述的问题。图1是锻件类设备零件的检测方法，在具体使用的过程中可以分别通过3 个方面具体进行。

图1 锻件类设备零件的检测方法

第一，可以直接使用执行的超声探测仪，从轴端开始面对全轴进行检测和分析，但要注意从两个方向分别检测锻件。若是锻件本身的尺寸较为有限，可以选用双径值型的探头检测。

第二，可以在检测时先让倾斜的探头直接靠近断面轴颈的根部，这样能够在实际使用的过程中根据具体情况来确定探头的倾角，在适当调节角度以后，也能够在倾斜探头的第一时间检测轴径。

第三，可以运用较小角度的纵波超声波探头来检测位于锻件远端轴径的根部位置。

3.4 在焊接件检测中的应用

在煤矿机电设备应用中，一系列焊接类型的零件更多会以支架型构件为主，但会涉及使用环境的问题，其所造成的损伤往往会在零件的表面展现。整体的支架类构建使用是否牢固取决于焊接的部位是否牢固。因此，在采用超声检测技术时，需要对支架类的构件焊接进行清晰的检测[5]。使用超声波仪器，主要是将相控阵和声波彼此之间相组合，以实现对于支架类构件大面积的扫描，也能够在煤矿机电设备的检测中取得十分理想的应用效果。在煤矿机电设备焊接的过程时，应用超声无损检测可以有多种检测的方式，但是在实际检测中也要选取最为合理的方法。采用超声无损检测技术主要是通过将高精度超声发射换能器产生的超声波投入到具体的空间中，然后将空间中一系列经过检测以后的材料所呈现出来的曲线反射。经过反射以及折射后会形成一种全新的接收信号。考虑到部分材料构造的机制不同，因此，曲线的反射折射也会呈现出不同的信号类型。在对信号进行分析并处理以后，能够及时准确地识别焊接件的缺陷情况。

在实际工程中，将超声无损检测技术应用到焊接件时要注意以下几点：第一，要明确一些金属材料的图纸设计，根据焊接技术方面的要求选择合理的超声无损检测技术；第二，明确检测技术的具体时间，按照整个金属材料的加工环节对基础处理进行实际的检测应用；第三，检测方式确保合理正确，要明确具体技术的探头位置，这样能够提高检测的精确性和有效性；第四，在利用这一技术进行数据处理的过程中要明确反射波幅，以保证超声波反射回路和速度的真实性以及完整性。

3.5 在关键零部件检测中的应用

在煤矿机机电设备的一些关键零部件中采用超声检测，更多的是以无损检测为主，而无损检测技术在并不伤害零件的同时，能够对零部件内部是否出现损伤等情况进行探测，是目前最为合适的煤矿机电设备检测技术，能够有效发现可能出现的裂痕和缺陷，一旦发现会在短时间内及时补救，不但消除安全隐患，而且也能够帮助企业避免不必要的损失[6]。应用无损检测的方式体现在以下两方面。

一方面，对每一款器械的设备主轴进行检测时，检测技术的要求会明显提升，而机器内部结构只要存在金属构成的物品，并且属于内部传播遇到问题时，这种技术会将出现问题的地方反射并且对其进行转换。另一方面，对液压支架顶梁或焊接接口检测时，利用渗透检测技术能够等到燃料渗透到表面缺口以后，使材料表面着色，从而能够更好地去检测损坏的部位。

特别是在利用超声技术进行煤矿机电设备探伤的过程中，探伤仪屏幕上会出现不同的标识，从而显示一种非缺陷的回波，这将会对缺陷的判断造成一定的影响，可能会对最终的识别效果产生误解。例如：对于工件端面进行超声波检测时，采用纵波，纵波结束以后也会对以下波形发生一定的影响，并转化为横波，横波也会在另外一个侧面的影响下转换成纵波，来回转换以后会出现多次的反射。这种方式再进行定性定量分析时，务必要严格根据缺陷定性的空间材料及加工工艺等内容进行综合性的考量，及时排除一些非缺陷因素，降低对于关键零部件缺陷进行判断所造成的影响。

3.6 在安全检测中的应用

通过采用超声无损检测技术，能够对煤矿机电设备运行的安全性进行高效的检测，也能够对设备损伤的位置加以确定，了解损伤的程度，分析设备的最终使用寿命，并且提供明确的参考依据。因此，这种检测技术能够很大程度地缩短机电设备部件检测时间，提高检测效率，节省检测的成本。超声波检测仪器灵敏度较高，声波也有着较强的穿透力，因此在进行具体检测的过程中需要采取必要的保护措施。以一些机械零件方面的超声波检测为例，在对零件进行检测时大多是摇臂箱和变速箱这两方面，这类仪器零件内部十分复杂，表面呈现出颗粒状，且集中度不高，较为分散。因此这种特性也会对信号的产生带来严重的不利。运用声波检测技术时可以选择较低的探头，最为理想的是超声探测头能够提高安全检测的效率。

4 结语

总而言之，在当前的煤矿机电设备检测中，超声检测技术有着较好的灵敏性和无损性，能够提升机电设备的检测效率，并且全面提高煤矿的生产效率和安全水平，在未来将会有着更广泛的应用和改进空间。