有缆爬行检测机器人、电铲绷绳状态监测方法及系统

本技术涉及智能运维，具体涉及一种有缆爬行检测机器人、电铲绷绳状态监测方法及系统。

背景技术：

1、在大型露天矿开采作业中，电铲是核心采掘设备，其绷绳系统作为维持桅杆稳定性、平衡提升载荷的关键部件，在挖掘、提升、回转、卸载等复杂工况下承受着高动态变化的张力载荷。若绷绳张力过载，会加速钢丝绳的疲劳磨损、导致断丝断股，甚至引发绷绳断裂、桅杆倒塌等重大安全事故；若张力松弛，则可能导致桅杆失稳，影响挖掘精度。与此同时，绷绳在长期服役过程中自身会产生断丝、磨损、锈蚀等物理损伤，这些损伤与张力异常互为因果、相互加剧，共同威胁设备安全。

2、目前，针对电铲绷绳的状态监测，相关技术主要存在以下缺陷：在张力监测方面，采用销轴式或垫片式压力传感器在电铲高频冲击载荷下动态响应不足；通过检测铲斗吊耳角度变化或提升电机电流间接推算张力状态则受机构摩擦、惯性和铲斗姿态等多种因素影响，估算误差较大。在损伤检测方面，主要依赖人工目视巡检，效率低下且危险性高；通用漏磁检测设备笨重、功耗大，难以适应绷绳表面存在油污、锈蚀等复杂工况。此外，张力监测与损伤检测相互割裂，二者数据缺乏关联分析，无法回答“张力异常区段是否存在实体损伤”或“损伤位置在何种张力历史下形成”这类综合诊断问题。

技术实现思路

1、本技术提供一种有缆爬行检测机器人、电铲绷绳状态监测方法及系统，能够极大地提升检测效率，降低设备成本，同时实现了张力与损伤数据在空间位置上的天然对齐，提升电铲绷绳监测的全面性。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供一种有缆爬行检测机器人，包括：

4、承载防护系统；承载防护系统包括可开合的双半壳壳体以及位于双半壳壳体内部、用于支撑有缆爬行检测机器人内部构件的支撑框架，双半壳壳体在闭合的情况下形成供待测绷绳穿过的轴向通道；

5、位于承载防护系统内部的驱动行走系统，用于驱动有缆爬行检测机器人沿待测绷绳轴向爬行；

6、位于承载防护系统内部且环绕于轴向通道的外侧的磁记忆损伤检测系统，用于对待测绷绳进行磁饱和励磁，并获取损伤产生的漏磁信号；

7、位于承载防护系统内部的张力监测系统，用于在有缆爬行检测机器人的爬行过程中，检测待测绷绳的径向压力以确定各区段的张力；

8、位移测量系统，用于实时采集有缆爬行检测机器人沿待测绷绳的位移数据；

9、供配电与通信系统，用于为有缆爬行检测机器人供电并进行数据传输。

10、在本技术的一些实施例中，承载防护系统还包括：

11、连接双半壳壳体一侧的铰接件以及连接双半壳壳体另一侧的可拆卸锁紧件；

12、铰接件用于实现双半壳壳体的翻转打开与闭合；

13、可拆卸锁紧件用于在双半壳壳体闭合的状态下，将双半壳壳体锁紧固定。

14、在本技术的一些实施例中，驱动行走系统包括：

15、驱动电机、驱动爬行轮和导向定位轮；

16、驱动爬行轮与驱动电机传动连接，且轮缘压紧在待测绷绳表面；

17、导向定位轮设置于轴向通道的进出口两端，呈弧形凹槽状贴合于待测绷绳外侧。

18、在本技术的一些实施例中，磁记忆损伤检测系统包括永磁体和磁探头模组；

19、多个永磁体沿周向均匀分布于轴向通道的外侧，用于构建待测绷绳内部的纵向磁饱和状态；

20、磁探头模组包括多个沿周向环绕设置于轴向通道外侧的漏磁传感器。

21、在本技术的一些实施例中，张力监测系统包括：

22、外切式张力传感器；其中，外切式张力传感器内置有变送器；变送器包括模数转换器、滤波器以及温度补偿单元；

23、外切式张力传感器的检测面与待测绷绳径向接触，用于将待测绷绳的径向压力转换为电信号。

24、在本技术的一些实施例中，位移测量系统包括编码器；编码器的测量转轴与驱动爬行轮或待测绷绳表面联动，用于实时采集位移数据；

25、磁记忆损伤检测系统与张力监测系统在承载防护系统内部沿轴向通道的轴向布置，且磁记忆损伤检测系统与张力监测系统共用驱动行走系统和位移测量系统，以使有缆爬行检测机器人在一次爬行过程中同步完成待测绷绳全长的磁记忆损伤检测与张力检测。

26、第二方面，本技术实施例提供一种电铲绷绳状态监测方法，采用有缆爬行检测机器人；方法包括：

27、将有缆爬行检测机器人挂装于待测绷绳上，使待测绷绳穿过有缆爬行检测机器人的双半壳壳体闭合后形成的轴向通道；

28、驱动有缆爬行检测机器人沿待测绷绳轴向爬行，在爬行过程中，通过有缆爬行检测机器人的张力监测系统采集待测绷绳各区段的径向压力信号，通过有缆爬行检测机器人的磁记忆损伤检测系统采集待测绷绳各区段的漏磁信号；通过有缆爬行检测机器人的位移测量系统采集位移数据；

29、根据径向压力信号确定各区段的张力值，根据张力值和位移数据生成张力分布曲线；

30、根据漏磁信号识别损伤点，并根据位移数据确定损伤点沿待测绷绳轴向的位置坐标；

31、根据张力分布曲线和损伤点的位置坐标，对张力值与损伤点进行时空关联，以确定损伤点的张力状态数据；

32、根据损伤点的张力状态数据生成待测绷绳的状态监测结果。

33、在本技术的一些实施例中，根据径向压力信号确定各区段的张力值，包括：

34、对径向压力信号进行去趋势项处理，以消除基线漂移，得到去趋势项处理后的径向压力信号；

35、对去趋势项处理后的径向压力信号进行小波阈值去噪，得到去噪后的径向压力信号；

36、对去噪后的径向压力信号进行自适应卡尔曼滤波与变分模态分解的联合解耦，以将去噪后的径向压力信号分解为张力基频变化信号、冲击高频信号及机械振动噪声；

37、去除机械振动噪声，并将张力基频变化信号和冲击高频信号合成，得到处理后的压力信号；

38、基于处理后的压力信号确定各区段的张力值。

39、在本技术的一些实施例中，根据漏磁信号识别损伤点，包括：

40、对漏磁信号进行温度漂移补偿，得到温度补偿后的漏磁信号；

41、对温度补偿后的漏磁信号进行背景场扣除，得到背景场扣除后的漏磁信号；

42、对背景场扣除后的漏磁信号进行小波变换降噪，得到处理后的磁记忆特征信号；

43、基于处理后的磁记忆特征信号识别损伤点。

44、第三方面，本技术实施例提供一种电铲绷绳状态监测系统，包括：有缆爬行检测机器人、边缘计算装置以及预警展示装置；

45、有缆爬行检测机器人，用于沿待测绷绳轴向爬行，在爬行过程中，通过张力监测系统采集待测绷绳各区段的径向压力信号；通过磁记忆损伤检测系统采集待测绷绳各区段的漏磁信号；通过位移测量系统采集位移数据；

46、边缘计算装置与有缆爬行检测机器人通信连接，用于根据径向压力信号确定各区段的张力值，根据张力值和位移数据生成张力分布曲线；以及根据有缆爬行检测机器人发送的漏磁信号识别损伤点，并根据位移数据确定损伤点沿待测绷绳轴向的位置坐标；以及根据张力分布曲线和损伤点的位置坐标，对张力值与损伤点进行时空关联，以确定损伤点的张力状态数据；以及根据损伤点的张力状态数据生成待测绷绳的状态监测结果；

47、预警展示装置与边缘计算装置通信连接，用于对边缘计算装置发送的数据进行显示。