鋼帶式鋼絲繩斷絲無損檢測技術的研究進展

運向前

摘 要：我國每年用于鋼絲繩更換的費用非常可觀，同時鋼絲繩浪費的現象也十分嚴重，大量統計和研究結果表明，加強鋼絲繩狀態檢測，每年可以節約大量鋼絲繩，因此采用先進的鋼絲繩斷絲檢測技術很有必要。基于此，本文從不同角度針對鋼帶式鋼絲繩斷絲檢測技術的研究進展進行了分析，供大家參考。

關鍵詞：鋼帶式鋼絲繩斷絲檢測；檢測技術；進展

鋼絲繩是提升、運輸設備的一種重要構件，在使用鋼絲繩的過程中，由于受到銹蝕、磨損等原因可能會出現斷絲問題，損傷嚴重甚至會對人員的生命安全造成不利影響。鋼絲繩運行過程中斷絲是影響其運行情況的主要因素，因此其檢測工作顯得尤為重要，有關鋼絲繩斷絲檢測的研究近年來得到了快速發展。現階段鋼帶式鋼絲繩斷絲檢測方法有X射線檢測、γ射線檢測、漏磁檢測以及超聲波檢測，其中漏磁檢測是國內外普遍使用的一種檢測方法。

1鋼絲繩斷絲檢測原理

由于扁平結構，鋼帶容易在水平方向上發生偏離， 導致電梯走行震動、發生內部斷絲現象 鋼帶需要經常性的定期清洗保養，帶面不能存在垃圾 特殊開發的專用環保油脂具有優秀的防銹、潤滑能 或異物，如果不及時清理，會導致電梯走行震動和噪 力，安全、穩定，適合各種氣候和復雜的環境 音，并快速縮短鋼帶壽命 鋼帶宣稱設計壽命為20年，但根據日本等地的使用經 在電梯和其它各類工業產品上應用百余年，經過全球 驗，在實際使用5年后就很容易發生表面橡膠老化、有部分鋼絲斷絲的情況 ，肉眼無法觀察到鋼帶內部的斷絲情況，因此依靠 ，以漏磁檢測法為例，其傳感器主要由勵磁器和探頭兩部分構成，其中勵磁器主要任務是對鋼絲繩進行磁化，探頭的主要任務是檢測斷絲漏磁場，勵磁器的勵磁源可以利用永磁材料制作，利用感應線圈和霍爾元件對斷絲漏磁場進行檢測，其中性能最佳的是以霍爾片為磁敏元件的檢測器。

鋼絲繩斷絲產生的樓磁場共有兩個分量，分別是軸向分量Bn和徑向分量Br，利用兩個分量均可以得到鋼絲繩斷絲的具體情況，其中工程中多數情況下會利用軸向分量進行漏磁檢測，利用霍爾元件作為主要檢測元件，在磁回路中強永久磁鐵使得鋼絲繩變得磁飽和化，一旦鋼絲繩出現了斷絲情況，由于受到磁介質變化的影響斷口位置會產生漏磁場，這樣就可以利用霍爾元件對漏磁場進行精確檢測（檢測原理如圖1）。

利用電流I通過霍爾片兩端，當鋼絲繩磁化以后，斷絲位置就會產生漏磁場B，霍爾片上的磁場作用會產生霍爾電勢：

Vh=RhIBt=RhIBsinθ

式中，Rh為比例常數，I是控制電流，B為穿過霍爾片的磁場，θ是霍爾片和磁力線的夾角。軸向與徑向兩個分量均與鋼絲繩軸線保持大致平行，在霍爾片和和鋼絲繩軸線平行時，Bh不產生電勢，徑向分量Br產生電勢，鋼絲繩位置的漏磁場與徑向分量Br和鋼絲繩斷口于繩上的位置、斷口寬度直接相關，徑向分量Br還和霍爾片與斷口之間的徑向距離直接相關，Br直接決定了霍爾電勢的大小，所以，利用霍爾電勢可以對斷口位置的漏磁場進行檢測，同時按照漏磁場對鋼絲繩斷絲的具體情況做出判斷。

2鋼帶式鋼絲繩斷絲檢測技術研究現狀

2.1鋼絲繩無損檢測的研究歷史

有關鋼絲繩檢測裝置的研究工作始于本世紀初，1907年鋼絲繩作為變壓器芯最開始加入到無損檢測的行列中，后來經過工作人員的不斷摸索，這項技術也越來越成熟。鋼絲繩無損檢測技術研究進展基本上可以分成以下3個階段。

2.1.1第一階段，早期探索階段

這一階段鋼絲繩檢測設備都是在1907年出現的第一個鋼絲繩無損檢測裝置為基礎形成和發展的，交流電磁感應原理為其基本工作原理，然而從整體上來看，當時這些設備并不是很成熟，具體操作起來也非常復雜，可靠性比較差，因此并未得到全面推廣。

2.1.2第二階段，檢測原理更新階段

這一階段主要是更新鋼絲繩無損檢測原理，該時期檢測原理主要有紅外線檢測法、超聲波檢測法、透視檢測法、放射性檢測法、磁場測定法、電磁感應發及聲發射檢測法等。在多種因素的影響下，絕大部分采用電磁檢測法使無損檢測真正從實驗室中走出來，形成產品以后投放到市場的檢測裝置之中。

2.1.3第三階段，由定性檢測向定量檢測過渡的階段

80年代初期鋼絲繩定性無損檢測技術基本上走向成熟，利用鋼絲繩檢測設備可以對鋼絲繩上是否有缺陷存在檢測準確判斷，同時明確鋼絲繩上缺陷處于的位置。后來隨著鋼絲繩使用要求不斷提高，原有的檢測裝置不能滿足其使用要求，這樣就有了后來的定量檢測，準確的判斷出其破損程度。

2.2國外無損檢測現狀

當前英國、美國、日本、加拿大、意大利、法國等均在從事鋼絲繩無損檢測這項工作，其中性能較好的檢測儀器以英國的LMA-LF系列無損檢測儀和加拿大的Magnograph式無損檢測儀為代表，其中Magnograph探傷儀可以對鋼絲繩斷絲的具體位置進行準確判斷，但是還需要利用肉眼對斷絲的具體根數進行檢查，可以看出這種探測方式處于定性檢測的范疇。LMA-LF系列則在Magnograph的基礎上進行了相應改進，但是仍屬于定性范疇。

2.3國內無損檢測技術發展

我國從事鋼絲繩無損檢測的單位主要有華中理工大學、哈爾濱工業大學、煤炭部煤科院撫順研究所等。我國對鋼絲繩斷絲檢測技術的研究比較晚，上世紀60年代末，第一臺鋼絲繩探傷儀在撫順研究所成功研制，在70年代正式開始批量生產，這種探傷儀被定型為TGS型探傷儀，其檢測原理主要利用電磁檢測法，后來再1987年撫順研究所和華中理工大學合作，共同研制出了鋼絲繩定量檢測系統，該檢測系統主要原理為磁場測定法，鋼絲繩斷絲定量檢測自此得以實現，當前該檢測系統尚處于不斷完善之中，基本上可以將斷絲定量準判率控制在71%以上。

3鋼絲繩斷絲檢測實驗研究

圖2為鋼絲繩斷絲檢測裝置，磁敏元件為霍爾片，在鋼絲繩周圍均勻分布霍爾片，用來對鋼絲繩不同位置上的斷絲進行檢測。由各個霍爾片上產生的霍爾電勢分別檢查各自所管轄區的斷絲。同一位置上的集中斷絲可以按照不同斷絲形成的樓磁場所產生的霍爾電勢進行準確判斷，而同一橫截面不同繩股上的斷絲，是從接近該位置的霍爾片輸出的，霍爾電勢信號模數轉換完成后，利用計算機進行處理，使其對斷絲的分辨能力得到提高，將斷絲數相加、存儲、打印，就可以從檢測數據中判斷出斷絲在位置上的分布情況，進而對鋼絲繩上具體位置的最大斷絲數是否已經超過了安全指標進行判斷，確定該鋼絲繩是否還可以正常使用。

如圖3，小波位于頻域、時域其局部化性質都比較好，從被干擾信號中可以提取出很多有用信息，從圖中可以看出，突變信號起一點在同一位置的所有不同尺度上都會產生最大值點，所以利用小波變換以后不同尺度上最大值點數值、位置都能對信號奇異性進行確定，尤其是信號中噪聲非常強的時候，利用小波變化可以對信號進行分解，一旦噪聲與有用信號在不同頻帶之間分布，那么如果與噪聲信號相對應的小波系數位置是零，就可以利用重構的方式達到將噪聲消除的目的。

4結語

綜上所述，隨著社會生產力的快速發展，鋼絲繩的用途也越來越廣泛，近年來被應用于國民經濟建設的很多領域之中，成為很多基礎設施和機械設備的重要構件，鋼帶式鋼絲繩是近幾年開始投入研究的，隨著鋼絲繩檢測手段的增加，對其生產、使用及維護發揮了至關重要的作用。然而很多使用單位對具體的檢測知識并不十分了解，因此本文對相關內容進行了分析和論述，以期引領大家加深對鋼帶式鋼絲繩斷絲檢測的認知。

參考文獻

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