鋼絲繩斷絲檢測方法比較分析與檢測裝置研究

魏燕 馬偉順

摘 要：從鋼絲繩產(chǎn)生斷絲的原因入手，對其斷絲的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，然后對檢測方法進(jìn)行敘述，最后總結(jié)檢測方法進(jìn)而設(shè)計(jì)出簡單的檢測裝置。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩;斷絲檢測;斷絲原因;霍爾原理;在線檢測

1 鋼絲繩斷絲相關(guān)理論分析

1.1 鋼絲繩斷絲產(chǎn)生原因分析

鋼絲繩在使用過程中一般會(huì)出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，因?yàn)殇摻z繩不管是在起重還是在牽引的過程中，鋼絲都會(huì)纏繞在工作機(jī)構(gòu)的滑輪上，工作時(shí)會(huì)經(jīng)過滑輪槽被不斷的壓縮，進(jìn)而彎曲或者伸直，長期如此就會(huì)產(chǎn)生一些磨損最終導(dǎo)致鋼絲繩失去彈性。

1.2 鋼絲繩斷絲特點(diǎn)分析

對鋼絲繩斷絲情況進(jìn)行總結(jié)，可以將斷絲特點(diǎn)總結(jié)為以下幾個(gè)方面：（1）磨損斷裂;（2）腐蝕斷裂;（3）疲勞斷裂。

2 主要斷絲檢測方法分析

鋼絲繩出現(xiàn)斷絲一般都會(huì)通過對內(nèi)部的磁通量進(jìn)行檢測，從而判斷鋼絲繩是否出現(xiàn)斷絲，具體方法總結(jié)如下所述：

（1）線圈感應(yīng)法：這種方法也被稱為全磁通檢測法，首先是需要利用永久性的磁鐵對鋼絲繩磁化至飽和狀態(tài)，然后利用由感應(yīng)線圈組成的線路來對鋼絲繩進(jìn)行檢測，假如鋼絲繩中沒有出現(xiàn)斷絲的話，那么檢測結(jié)果就是恒定的感應(yīng)電動(dòng)勢.

（2）磁通檢測法：這種檢測方法也是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一種檢測方法，檢測裝置類似于變壓器，檢測的時(shí)候，內(nèi)部有一個(gè)激勵(lì)線圈，這個(gè)激勵(lì)線圈決定著內(nèi)部鐵芯的磁導(dǎo)率，當(dāng)需要檢測的鋼絲繩被完全磁化之后經(jīng)過內(nèi)部鐵芯的時(shí)候，鋼絲繩被磁化后形成的磁場會(huì)對鐵芯產(chǎn)生一定的影響.

（3）霍爾元件檢測法：這種檢測方法是基于霍爾效應(yīng)的一種檢測方法，霍爾元件是一種應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體，通過電流的半導(dǎo)體在內(nèi)部垂直電流方向所產(chǎn)生的磁場作用下，一旦出現(xiàn)電流變化，就說明鋼絲繩內(nèi)部出現(xiàn)斷絲。

3 基于霍爾原理的斷絲檢測裝置研究

因?yàn)殇摻z繩斷絲檢測方法有很多種，所以檢測裝置也就有很多樣類型，基于上文總結(jié)的三種檢測方法中霍爾元件檢測法被廣泛使用，所以本章所研究的檢測裝置主要是采用霍爾效應(yīng)為主要檢測原理，具體研究如下所述：

（1）檢測原理分析：本方法主要是采用霍爾元件進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，所以使用的就是霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)是由美國科學(xué)家E.H.Hall所發(fā)現(xiàn)的一種特有的物理效應(yīng)，如圖1所示。

主要是在一個(gè)長度為L，寬度為W，厚度為D的長方形半導(dǎo)體，在兩個(gè)截面上分別裝上一個(gè)輸出的電極，當(dāng)長度方向出現(xiàn)了一個(gè)直流電流，同時(shí)在Z軸方向上施加一個(gè)磁場強(qiáng)度為H的磁場，那么就會(huì)在Y軸方向形成一個(gè)電位差：

而這個(gè)時(shí)候假若在Z方向上再加上一個(gè)磁場強(qiáng)度為Hz的磁場之后，那么該半導(dǎo)體內(nèi)部的空穴運(yùn)動(dòng)方向就會(huì)受到洛侖磁力的作用而導(dǎo)致最終的運(yùn)動(dòng)軌跡出現(xiàn)一定的偏轉(zhuǎn).利用霍爾效應(yīng)作為其檢測原理，必定需要一個(gè)霍爾系數(shù)，對于一定的半導(dǎo)體材料來說，霍爾系數(shù)只是一個(gè)常數(shù)，霍爾效應(yīng)基本的表達(dá)式為：

Ey=RHJxHz

其中Ey為Y方向上的橫向電場，RH為霍爾元件系數(shù)，Jx為半導(dǎo)體X方向上的電流密度，Hz為Z方向上的磁場作用力，而由霍爾電場內(nèi)部形成的電位差成為霍爾電壓，用VH表示，具體的計(jì)算公式為：

上式就是檢測原理的表達(dá)公式，從式中可以看出內(nèi)部的輸出電壓和半導(dǎo)體中的電流以及外加的磁場強(qiáng)度是成正比例函數(shù)的。為了方便檢測用戶進(jìn)行使用，生產(chǎn)廠家一般的會(huì)加霍爾磁敏感元件制作成為一個(gè)集成的電路，并且在內(nèi)部會(huì)集成一個(gè)恒流電源，這樣就可以通過分析霍爾元件獲得磁場強(qiáng)度的變化。

（2）檢測器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：這種檢測儀器外部一般都是采用耐磨損、不導(dǎo)電的尼龍材料所制成的，其主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

一般的設(shè)計(jì)過程中會(huì)為了提升檢測儀器的靈敏度，就會(huì)將霍爾元件之間減少信號干擾，一般會(huì)將霍爾元件之間的安全距離設(shè)置為30mm，并且將電路板安裝在霍爾元件外部的尼龍板上面。在檢測的時(shí)候，嚴(yán)格要求檢測環(huán)境必須處于鋼絲繩磁化均勻區(qū)域。

4 結(jié)語

鋼絲繩作為大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行作業(yè)的鏈接裝置，它的安全情況對于整個(gè)作業(yè)都有著很重要的影響，隨著近年來安全事故發(fā)生的頻率有所增加，很多學(xué)者對于鋼絲繩斷絲檢測方面的研究力度有所增加，并且相關(guān)的檢測理論以及技術(shù)手段都較以往有所提升，相關(guān)部門還應(yīng)該加大對這方面的支持力度，只有這樣才能從根本上改善我國鋼絲繩斷絲檢測存在的問題。相信在不久的將來，我國鋼絲繩斷絲檢測技術(shù)以及設(shè)備一定會(huì)走在同行業(yè)的前列。

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作者簡介：魏燕（1972—），女，漢，山東萊蕪人，碩士研究生，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)、智能檢測技術(shù)、機(jī)電控制。