三维磁信息感应技术在钢丝绳无损探伤中的应用

三维磁信息感应技术在钢丝绳无损探伤中的应用

冀庆亚

冀中能源峰峰集团  河北邯郸  056200

钢丝绳作为起重、运输、提升及承载等重大装备与设施中的主要组件，广泛应用于民经济各个域，是工程中主要的承载构件，因此钢丝绳的安使用也备受关注。

1、 钢丝绳安管理中存在的主要问题

长期以来，由于钢丝绳探伤技术手段问题，导致钢丝绳使用和管理始终存在5大“疾患”：

（1）安隐患  钢丝绳使用过程中，多发因强度损耗而导致的断绳事故。据美权威机构对球8000家钢丝绳用户的调查，有12%的在用钢丝绳处于“危险或度危险”状态。

（2）经济浪费大  定期更换钢丝绳造成大浪费。70%以上被强制更换的钢丝绳“很少或基本上没有强度损耗”。

（3）工作率低  传统的靠人工目视、手摸检查方法，耗时、费工、率低下。

（4）人为管理松  人工检测不可及，安管理不到位，许多重大事故隐患难以发现。

（5）社会危害重  重大断绳事故必然导致重大危害后果。以我为例，据统计，仅在2004-2005年，煤矿共发生煤炭运输提升事故1065起，造成1142人死亡，其中大部分为钢丝绳断绳事。严重的钢丝绳断绳事故中，次死亡人数达到14人，重伤5人。

2、 三维磁信息感应技术基本技术原理

钢丝绳的探伤环境较恶劣，探伤系统受多种因素的干扰，因钢丝绳结构复杂，存在股间干扰信号，断丝识别非常困难，怎样将损伤信息客观真实地反映出来，达到准确定量地判定钢丝绳损伤，是目前困扰钢丝绳无损探伤域的个难题[1]。

在钢丝绳被饱和磁化的情况下，会因诸如结构征、材料缺陷、表面创伤、材质变异及各种疲劳损伤等原因，使钢丝绳内部磁场不同程度地向其外部空间“泄漏”，完整地采集这些词场信息对分析钢丝绳状态，合理使用更新能钢丝绳，保障安生产十分重要。现在对钢丝绳磁场信息的采集方法般采用霍尔元件法和感应线圈法。由霍尔元件或者感应线圈组成的传感装置，只能完成两维空间的平面信息采集，而钢丝绳内外部的磁场，属漫步于空间的、边界模糊不确定的三维立体物理场，因此，上述两类装置无法面客观地反映钢丝绳的安状态[2]。

图1  传感器三维布置示意

将6个柱状线绕式电感传感器，按正三棱锥三维空间形体配置，如图1所示。每个传感器作为正三棱锥的个棱边，各三角形平面由3个传感器尾相随顺序连成，利用正三棱锥体空间对称的几何点，形成各传感器之间既相互立又相互共用的相关关系。磁场信息属种空间物理场，能量集中表现于发生源（磁）附近空间，现行的感应线圈（环状）传感器和霍尔应（片状）传感器，只限于轴向（维）或面向（二维）采集，柱状线绕式电感传感器有明显的取向接收性，三维磁信息感应桥装置获得了空间多取向采集模式，如图2所示，可有完成对磁场信息的完整采集。

图2  空间多取向采集模式示意

采用三维磁信息感应技术将各单传感器装置在三维空间里对称布置，组成空间对称轴线重合安置状态，形成对被测钢丝绳周向的完整包容，可准确有地完成磁场矢量变化信息和磁聚集信息的高分辨采集。

3、 三维磁信息感应技术的应用

钢丝绳是主、副井提升设备的个重要组成部分，它直接关系到煤矿正常生产、人员生命安及经济运转。为确保煤矿提升设备的安运行，《煤矿安规程》对提升用钢丝绳做了详细的规定。

检测人员的安性是所有重大装备钢丝绳用户为关注的问题。在澳大利亚，采矿行业规定人员不能进入距运转钢丝绳4 m的区域范围内；在，矿山行业的人工检测安绳速范围为0.3 m/s以下；在起重行业，很多需要检测的点都是人员难以到达的位置。采用三维磁信息感应技术的钢丝绳探伤系统具有良好的自动运行能力，可检测人员难以到达位置的钢丝绳，无需检测人员靠近钢丝绳，并且能够适应各种恶劣的环境。

峰峰集团目前共运行各种类型的大型提升设备60余台，每年钢丝绳使用量约1240 t，用绳成本约为1050万元。以峰峰集团目前大淑村矿为例，主井为4绳摩擦式提升机，提升高度227米,以每绳速度0.3 m/s计算,验1根绳用时12 min,4根绳共计48 min。即使采用手持式无损探测设备，以每绳0.5 m/s计算,验4根绳也需30 min左右。钢丝绳在线探伤系统有着24 h在线不间断监测的优势，大地提高了对提升钢丝绳的检测率。

同时，钢丝绳在线探伤系统也为峰峰集团带来了可观的经济益:峰峰集团每年钢丝绳使用量1240 t，成本1050万元。使用钢丝绳自动检测技术后，每年可将低用绳量1/3，节约成本350万元；减少停机检测时间4/5，创造利润4000万元；节约检测能耗成本达百万元以上。

4、 结束语

利用三维磁信息感应技术原理研究并开发出钢丝绳无损探伤系统，通过科学检测，可以杜人工检测的各种弊。探伤系统的建立为钢丝绳的科学管理奠定了基础，构建个能及时准确的监测记录过程，以及具有数据网络传输功能的业化钢丝绳监测平台。利用该技术，可准确解析被测钢丝绳的损伤等，为评估钢丝绳的安状态提供了客观依据。

参考文献

[1]江四厚,王汉功,阳能军,等. 小波分析在钢丝绳检测信号处理中的应用[J]. 无损检测, 2006,28（2）：70-72.

[2]窦毓棠，杨 旭，窦伯莉. 钢丝绳(缆)息定量无损检测[J]. 矿山机械， 2001， 29(5):549-53.