三維磁信息感應技術在鋼（gāng）絲繩（shéng）無損探傷中的應用

三維磁信息感應技術在（zài）鋼絲繩無損探傷中的應用

冀慶亞

冀中能源峰峰集團  河北邯鄲  056200

鋼（gāng）絲繩（shéng）作為起重、運輸、提升及承載等（děng）重大裝備（bèi）與設施中的主要組件，廣泛應用（yòng）於民經濟各個域，是工程中主要的承載構件，因此鋼絲繩的安使用也備受關（guān）注。

1、 鋼絲繩安（ān）管理中存在的主要問題

長（zhǎng）期以來，由於鋼絲繩探（tàn）傷技術手段問（wèn）題，導致鋼（gāng）絲繩使用和管理（lǐ）始終存在5大“疾患”：

（1）安隱患  鋼絲繩使用過程中，多發因強度損耗而導致的斷繩事故。據美（měi）權威機構對球8000家鋼絲繩用戶的調查，有12%的在用（yòng）鋼（gāng）絲繩處於（yú）“危險或度危險”狀態。

（2）經濟（jì）浪費（fèi）大  定期更換鋼絲（sī）繩造成大浪（làng）費（fèi）。70%以上被強製更換的鋼絲繩“很少或基本（běn）上（shàng）沒有強度損耗”。

（3）工作率低  傳（chuán）統的靠人工目視、手摸檢查方法，耗時（shí）、費（fèi）工、率低下。

（4）人為管理鬆  人工檢測不可及（jí），安（ān）管（guǎn）理不到位，許多重（chóng）大事（shì）故隱患難以發現。

（5）社會危害重  重大斷繩事故必然導致重大危害後果。以我為例，據統計，僅在2004-2005年，煤（méi）礦共發生煤炭運輸（shū）提升事故1065起，造成1142人死亡，其中大（dà）部分為鋼絲（sī）繩斷繩事。嚴重的鋼絲繩斷繩事故中（zhōng），次死亡人數達（dá）到14人，重傷5人（rén）。

2、 三維（wéi）磁信（xìn）息感應技術基（jī）本技術原（yuán）理

鋼絲繩的探傷環境較惡劣，探傷係統受多種因（yīn）素的幹擾，因鋼（gāng）絲繩結構複（fù）雜，存在（zài）股間（jiān）幹擾信號，斷絲識別非常困難，怎樣將損傷信息客觀真實地反映出來，達到準確定量（liàng）地判定鋼絲繩（shéng）損傷，是目前困（kùn）擾鋼絲繩（shéng）無（wú）損探傷域的個難題[1]。

在鋼絲繩被飽和磁化的情況下（xià），會因諸如（rú）結（jié）構征、材料缺陷、表（biǎo）麵創傷、材質變異及（jí）各種疲勞損傷等原因，使鋼絲繩內部磁場不同（tóng）程度地向其（qí）外部空間“泄（xiè）漏”，完整地采集這些詞（cí）場信息對（duì）分（fèn）析鋼絲繩狀態，合理（lǐ）使（shǐ）用更新能鋼絲繩，保障安生產十分（fèn）重要。現在（zài）對（duì）鋼絲（sī）繩磁場信息（xī）的采（cǎi）集方（fāng）法般采用霍爾元件法和感應線圈法。由霍爾元件或者感應線（xiàn）圈組成的傳感（gǎn）裝置，隻能完成兩維空間的平麵信息采集（jí），而鋼絲繩內外部的磁場，屬漫步於空間的（de）、邊界模糊不（bú）確定的三維立體物理（lǐ）場，因此，上述兩類裝（zhuāng）置無法麵客觀地反映鋼絲繩的安（ān）狀態[2]。

圖1  傳感器三維布置示（shì）意

將6個柱狀線繞（rào）式電感傳（chuán）感器，按（àn）正三棱錐三維空間形體配置，如圖1所示。每個傳感器作為正三棱錐的個棱邊，各三角形平（píng）麵由3個傳感器尾相隨順序連成，利（lì）用正三棱錐（zhuī）體空間對稱的幾何點，形成各傳感器之間既相互立（lì）又相互共用的相（xiàng）關關係。磁場信息屬種空間物理場，能量集（jí）中表現於發生源（磁）附近空（kōng）間，現行的（de）感應線圈（環狀）傳感器和霍爾應（片狀（zhuàng））傳感器（qì），隻限於軸向（維）或麵向（二維）采（cǎi）集，柱狀線繞式電感傳（chuán）感器有明顯的取向接收性（xìng），三（sān）維磁（cí）信息感應橋裝置獲得了空間多取向采（cǎi）集模式（shì），如圖2所示，可有完成對磁場信息的完整采集。

圖2  空間多（duō）取向采集模式示意

采用三維磁信息感應技術將各單傳感器裝置（zhì）在三維空間裏對稱布置，組成空（kōng）間對稱軸線重合安置狀態，形成對被測鋼絲繩（shéng）周向的完整包容，可準確有地完成磁場矢量變化信息和磁聚集信（xìn）息的（de）高（gāo）分辨采集。

3、 三維磁信息感應技術的（de）應（yīng）用

鋼絲繩是主、副井提升設備的個重要（yào）組成部分，它直（zhí）接（jiē）關係到（dào）煤礦正常生產、人（rén）員生（shēng）命安及經濟運轉。為確保煤礦提升設備的安運行，《煤礦安規程》對提升用鋼絲繩做了詳細的（de）規定。

檢測人（rén）員的安性是所有重大裝（zhuāng）備鋼（gāng）絲繩用戶為關注的問題。在澳（ào）大利（lì）亞，采（cǎi）礦（kuàng）行業規定（dìng）人員不能進入距運轉鋼絲繩4 m的區域範圍（wéi）內；在，礦山行業的人工檢測安繩速範圍為0.3 m/s以（yǐ）下；在起重（chóng）行業，很多需要檢測的點都是人員難（nán）以（yǐ）到達的位置。采用三維磁信息感應技術的鋼絲繩探傷係統（tǒng）具有良好的自動運行能力，可檢測人員（yuán）難以到達位置的鋼絲繩（shéng），無需檢測人員靠近鋼（gāng）絲繩，並且能夠適應各種惡劣的環（huán）境（jìng）。

峰峰集團目前共運行各種類型的大型提升設備60餘台，每年鋼（gāng）絲繩使用量約1240 t，用繩（shéng）成本約為1050萬元。以峰峰集團目前大淑村礦為例，主井為4繩摩擦式提升機，提升（shēng）高度227米,以每繩（shéng）速度0.3 m/s計算,驗1根繩用時12 min,4根繩共計48 min。即使采（cǎi）用手持式無（wú）損（sǔn）探測設備，以每（měi）繩0.5 m/s計算,驗4根繩也需（xū）30 min左右。鋼絲繩在線探傷係統有著24 h在線不（bú）間斷監測的優勢，大地提高了對提升鋼絲（sī）繩的檢測率。

同時，鋼絲繩在線探（tàn）傷係統也為峰峰集團（tuán）帶來了可（kě）觀的經濟益:峰峰集（jí）團每年鋼絲繩使用量1240 t，成本1050萬（wàn）元。使（shǐ）用鋼絲繩（shéng）自動檢測技術後，每年可（kě）將低用繩量1/3，節（jiē）約（yuē）成本350萬元；減少停機檢測時間4/5，創造利潤4000萬元；節約（yuē）檢測（cè）能耗成本（běn）達百萬元以上。

4、 結束語

利用三維磁信息感應技術原理研究並開發出鋼絲繩無（wú）損探傷係統，通過科學檢（jiǎn）測，可以（yǐ）杜人工檢測的各種（zhǒng）弊。探傷係統的建立為鋼絲繩的科學管理奠定了基礎（chǔ），構（gòu）建個（gè）能及時準確的監測記錄過程，以及具有數據網（wǎng）絡傳輸功能的業化鋼絲繩監（jiān）測平台。利用該技術，可準確（què）解析被測鋼絲繩（shéng）的損傷等，為評估鋼絲繩的安狀（zhuàng）態提供了客觀依據。

參考文獻

[1]江四厚,王漢功,陽能軍,等. 小波分析在（zài）鋼絲繩檢測信號處（chù）理中的應用[J]. 無損檢（jiǎn）測, 2006,28（2）：70-72.

[2]竇毓棠，楊 旭，竇伯莉. 鋼絲繩(纜)息定（dìng）量無損檢測[J]. 礦山（shān）機械， 2001， 29(5):549-53.