三維（wéi）磁信息感應技術在鋼絲繩無損探傷（shāng）中的應用

三維磁（cí）信息感應技術在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（hán）鄲  056200

鋼絲繩作為起重、運輸、提升及承載等重大裝備與設施中的主要組（zǔ）件，廣泛應（yīng）用於民經濟各個域，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、 鋼絲繩安管理中存在的主要問題

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

（1）安隱患  鋼（gāng）絲繩使用過程中（zhōng），多發因強（qiáng）度損耗（hào）而導致的（de）斷繩（shéng）事（shì）故。據美權威（wēi）機構對（duì）球8000家鋼絲繩用戶的調查，有12%的在用鋼絲繩（shéng）處於“危險或度危險”狀態。

（2）經濟浪費（fèi）大（dà）  定期更換鋼絲繩造（zào）成大浪費。70%以上被強製更換的鋼絲繩“很少或基本上沒有（yǒu）強度損耗”。

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

（4）人為管理鬆  人工檢測不可及，安管理不到位，許多重大事故隱患難以（yǐ）發現。

（5）社會危（wēi）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，煤礦共發生煤炭運輸提（tí）升事故1065起，造成1142人（rén）死亡，其（qí）中大部（bù）分為鋼絲繩斷繩事。嚴重的鋼絲繩（shéng）斷繩事故中，次死亡人數達（dá）到14人，重傷5人。

2、 三維磁信息感應技術（shù）基（jī）本技術（shù）原（yuán）理

鋼（gāng）絲繩的探傷環境較（jiào）惡劣，探傷係（xì）統受多種因素的幹擾，因鋼絲繩結構複雜（zá），存在股間幹擾信號，斷（duàn）絲識別非常困難（nán），怎樣將損傷信（xìn）息（xī）客觀（guān）真實地反映出來，達到準確定量地判定鋼絲繩損傷，是目前困擾鋼絲繩無（wú）損探傷域的個難題[1]。

在鋼（gāng）絲繩被飽和磁化的情況下，會因諸如結構征（zhēng）、材料缺（quē）陷、表麵創傷、材質變異及各種疲勞（láo）損（sǔn）傷等原因，使鋼絲繩內部（bù）磁場不同程度地向其外部空間“泄漏”，完整地采集這些詞場信息對分析鋼絲繩狀態，合理使用更新能鋼絲繩，保障安生產十分（fèn）重要。現在對鋼絲繩磁場信息的采集方法般（bān）采用霍爾元件法和感應線圈法。由霍爾（ěr）元件或者感（gǎn）應線圈組成的傳感（gǎn）裝置，隻能完成兩維空間的平麵信息采集，而鋼絲繩內外部的磁場，屬漫步於空間的（de）、邊（biān）界模糊不確定的三維立體物理場，因此，上述兩類裝置無法麵客觀地反映（yìng）鋼絲（sī）繩（shéng）的安狀（zhuàng）態[2]。

圖1  傳感器三維布置示意（yì）

將6個柱狀線繞（rào）式電感傳感器，按正三棱錐三維空間形體配置，如圖1所示（shì）。每個傳感器作為正三棱錐的個棱邊，各三角（jiǎo）形（xíng）平麵由3個（gè）傳感器尾相（xiàng）隨順序連成（chéng），利用正（zhèng）三棱錐體空間對（duì）稱的幾何點（diǎn），形（xíng）成各傳感器之（zhī）間既相互立又相互共用的（de）相關關係。磁場信息屬種空間物（wù）理場，能量集（jí）中表現於發生源（磁）附近（jìn）空間，現行的感應線圈（環狀）傳感器和霍爾應（片（piàn）狀）傳感器，隻限於軸向（維）或麵向（xiàng）（二維）采集，柱狀線繞式（shì）電感傳感器有明顯（xiǎn）的取向接收性，三維磁信息感應橋裝置獲得了空間多取向采集模式（shì），如圖2所（suǒ）示（shì），可有（yǒu）完成對磁場信息的（de）完整采集。

圖2  空間多取向采集模式示意

采用三維磁信（xìn）息感應技（jì）術（shù）將各單傳感器裝置在三維空間裏對稱布置（zhì），組成（chéng）空間對稱（chēng）軸線重合安置狀態，形成對被測鋼絲繩周向的完整包容，可準確有地（dì）完成磁場矢量變化信息和磁聚集信息的高分辨采集。

3、 三維（wéi）磁（cí）信息（xī）感（gǎn）應技術的應用

鋼絲繩是主、副井提升設備的個（gè）重要組成部分，它直（zhí）接關係到煤礦正常生（shēng）產、人員生命安及經濟運轉。為確保煤礦提升（shēng）設備的安運行，《煤礦安（ān）規程》對提升用鋼絲繩做了詳細的（de）規定。

檢（jiǎn）測人員的安（ān）性是所有重大裝備鋼絲（sī）繩用戶為（wéi）關注的問題（tí）。在澳大利亞，采礦（kuàng）行業規定人員不能進入（rù）距運轉鋼絲繩4 m的區域範（fàn）圍內；在，礦山行業的人工檢測安繩速範圍為0.3 m/s以下；在起重行業，很多（duō）需要檢測的點都是人（rén）員（yuán）難以到達的位置。采（cǎi）用三維磁信息感（gǎn）應技術的鋼絲繩探傷係統具有良好的自動運行能力，可檢測人員難以到達位置的鋼絲（sī）繩，無需檢（jiǎn）測人員靠近鋼絲繩，並且能夠適（shì）應各種惡劣的環境。

峰峰（fēng）集團目前共運行各種（zhǒng）類型的大型提升設備60餘台，每年鋼絲繩使（shǐ）用量約1240 t，用繩成（chéng）本約為1050萬元。以峰峰集團目前大淑村礦為例，主井（jǐng）為4繩摩擦式提升機，提升（shēng）高度227米,以每繩速度0.3 m/s計算,驗1根（gēn）繩用時12 min,4根繩共計（jì）48 min。即使采用手持式無（wú）損探測設備，以每繩0.5 m/s計算（suàn）,驗4根繩也（yě）需30 min左右。鋼絲繩在線探傷係統（tǒng）有（yǒu）著24 h在線不間斷（duàn）監測的優勢，大（dà）地提（tí）高了對提升鋼絲繩的檢測率。

同時，鋼絲（sī）繩在線探傷係統也為峰峰集團帶（dài）來了可（kě）觀的經（jīng）濟益:峰峰集團每年鋼絲繩使用量1240 t，成本1050萬（wàn）元（yuán）。使用鋼絲繩自動檢測技術後，每年可將低用繩量1/3，節約成本350萬元；減少停機檢測時間（jiān）4/5，創（chuàng）造利潤4000萬元；節約檢測（cè）能耗成本達百萬元以上。

4、 結束語

利（lì）用三維磁信息感應技術原理研究並開發出鋼絲（sī）繩無損探傷係統，通過科學檢（jiǎn）測，可以杜人工檢測的各種弊。探傷係統的建（jiàn）立為鋼（gāng）絲繩的科學管理奠定了基礎，構建個能及時準確的監測記錄過程，以及（jí）具有數據網絡傳（chuán）輸功（gōng）能（néng）的業化鋼絲繩監測平台。利（lì）用（yòng）該技術，可準確解析被測鋼絲繩的損傷等，為評估（gū）鋼絲繩的安狀態提供了（le）客觀依據。

參考文獻

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

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