三維磁信息（xī）感應技術在鋼絲繩無損探傷中的應（yīng）用

三維磁（cí）信息感應技術在鋼（gāng）絲繩無損探傷中的應用

冀慶亞

冀（jì）中能源峰峰集團  河北邯鄲  056200

鋼絲繩作為起重、運（yùn）輸、提升及承載等重大裝備與設（shè）施中的主要組件，廣泛應用於民經濟各個域（yù），是工程中主要的承載（zǎi）構件，因此鋼絲繩的安使用也（yě）備受關注。

1、 鋼絲（sī）繩安管（guǎn）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題，導致鋼絲繩使用和管理（lǐ）始終存（cún）在5大“疾患”：

（1）安隱（yǐn）患（huàn）  鋼絲繩使用過程中，多發因強度損耗而導致的（de）斷繩（shéng）事故。據美權威機構（gòu）對球8000家鋼絲繩（shéng）用戶的調（diào）查，有12%的在用鋼（gāng）絲繩處於“危險或度危險”狀態。

（2）經濟（jì）浪費大  定期（qī）更換鋼（gāng）絲繩（shéng）造成大浪費。70%以上被強製更換的（de）鋼絲繩“很少（shǎo）或基（jī）本上（shàng）沒有強度損耗”。

（3）工作率低  傳統的靠人工目視、手摸檢查方（fāng）法，耗時、費工、率低（dī）下。

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

（5）社會危害重  重大斷繩事（shì）故必然導（dǎo）致重大危害後果。以我為（wéi）例，據統計，僅在2004-2005年，煤礦共發生煤炭運輸提升事故1065起，造成1142人死亡（wáng），其中大部分為鋼絲繩斷繩事。嚴重的鋼絲繩斷繩事（shì）故中（zhōng），次死亡人數達到14人，重傷5人。

2、 三維磁信息（xī）感（gǎn）應技術基本（běn）技術原理

鋼絲繩的探傷環境較（jiào）惡劣，探傷係統受多種因素的（de）幹（gàn）擾，因鋼絲繩結構複雜，存在股間（jiān）幹擾信號，斷絲識別非常困難，怎樣將（jiāng）損傷信（xìn）息客觀真實地（dì）反映出來，達到準確定量地判定（dìng）鋼絲繩損傷，是目（mù）前困擾（rǎo）鋼絲繩無損探傷域的個難題[1]。

在鋼絲繩被飽和磁化的情況下，會因諸如結構征、材料缺陷、表麵創傷、材質變異及各種（zhǒng）疲（pí）勞損傷等原因（yīn），使（shǐ）鋼絲繩內部磁場不同程度地向其外部空間“泄（xiè）漏”，完整地采集這些詞場信息對分析（xī）鋼絲繩（shéng）狀態，合理使用更新能鋼（gāng）絲繩，保障安生產十分重要。現在對（duì）鋼絲繩磁場信息的采集方法般采用（yòng）霍爾元件法和感應線圈法。由霍爾元（yuán）件或者感應線圈組成的傳感裝置，隻能完成兩維空間的平麵信息采集，而鋼絲繩內外部的磁（cí）場，屬（shǔ）漫步於空間的、邊界（jiè）模糊不確（què）定的三維立體物理場，因此，上述兩類（lèi）裝置無法麵客觀地反（fǎn）映鋼絲繩的安狀態[2]。

圖1  傳感器三維布置示意

將6個（gè）柱狀（zhuàng）線繞式電感傳感器，按正三棱錐三維（wéi）空間形（xíng）體（tǐ）配置，如圖1所示。每個傳感器作為正三棱錐的個棱邊，各三角形平麵（miàn）由3個傳感器尾相隨順序連成，利用正三棱錐體空間對稱（chēng）的幾何點，形成各傳感器之間既相互立又相互共用的相關關係。磁場信（xìn）息屬（shǔ）種空間物理場，能量（liàng）集中表現於發生源（磁）附近（jìn）空間，現行的感應線圈（環狀）傳感器和霍爾應（片狀）傳（chuán）感器，隻限於軸向（維（wéi））或麵向（二維）采集，柱狀線繞式電感傳感器有明（míng）顯的取（qǔ）向接收性，三維磁信息感應橋裝置獲得了空間（jiān）多取向（xiàng）采集模式，如圖（tú）2所示，可有完成對（duì）磁場信息的完整采集。

圖2  空間多取向采集模式示意

采用三維磁（cí）信息感應技術將各（gè）單傳感器裝置在三維空間裏對稱布（bù）置，組成空間對稱軸線重合安置狀態，形成對被（bèi）測鋼絲繩（shéng）周向的完整包容，可準確有地完成磁場矢量（liàng）變化（huà）信息和磁聚集信息的高分辨采集。

3、 三維（wéi）磁信息感應技術的應用

鋼絲繩是主、副井提升設備（bèi）的個重要組成部分，它直（zhí）接關係到（dào）煤礦正常生產、人員（yuán）生命（mìng）安及（jí）經濟運轉。為確保煤（méi）礦（kuàng）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規定。

檢測人員的（de）安性是所有重大裝備鋼絲繩用戶為關注的問題。在澳大利亞，采礦行業規定人員不（bú）能進入距運（yùn）轉鋼絲繩4 m的區域範（fàn）圍內；在，礦（kuàng）山（shān）行（háng）業的人工檢測安（ān）繩速範圍為0.3 m/s以下；在起重行業，很（hěn）多需要（yào）檢測的點都是人員難以到（dào）達的位置。采用三維磁信息感應技（jì）術的鋼絲繩探傷係統具有良好的（de）自動運行能力，可檢測人員難以到達位置的鋼絲繩，無需檢測人員靠近鋼絲繩，並且能夠適應各種惡劣的環境。

峰峰集團目前共（gòng）運行各種（zhǒng）類型的大型（xíng）提升設備60餘台，每年鋼絲繩使用量約1240 t，用繩成本約為1050萬元。以（yǐ）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,以每繩速（sù）度（dù）0.3 m/s計算,驗1根繩用時12 min,4根繩共計48 min。即使采用手持式無損（sǔn）探測設備（bèi），以每繩0.5 m/s計算,驗4根繩（shéng）也需（xū）30 min左（zuǒ）右。鋼絲繩在線探（tàn）傷係（xì）統有著24 h在線不（bú）間斷監（jiān）測的優勢，大地提（tí）高了對提升鋼絲繩的檢測率。

同時，鋼絲繩在線探傷（shāng）係統也為峰（fēng）峰集團（tuán）帶來了可觀的（de）經濟益:峰峰（fēng）集團每年鋼絲繩（shéng）使用量（liàng）1240 t，成本（běn）1050萬元。使用鋼絲繩（shéng）自（zì）動檢（jiǎn）測技術後，每年可（kě）將低（dī）用繩（shéng）量1/3，節約成（chéng）本350萬元；減少停機檢（jiǎn）測時間4/5，創造利潤4000萬元；節（jiē）約檢測能（néng）耗成本達百萬（wàn）元以上。

4、 結束語（yǔ）

利用（yòng）三維磁信息感應技術原理研究並開發出鋼絲繩無損探傷係統，通過科學檢測，可以杜人工檢測的各種弊。探（tàn）傷（shāng）係統的建立為鋼絲繩的科學管理奠定了（le）基礎，構建個能及時準確的監（jiān）測記錄過程，以及具有數（shù）據網（wǎng）絡傳輸功（gōng）能的業化鋼（gāng）絲（sī）繩監（jiān）測平（píng）台。利用該（gāi）技（jì）術，可準確解析被測鋼絲繩（shéng）的損傷等，為評估鋼絲繩的安狀態提供了客觀依據。

參考文獻

[1]江四厚,王漢功,陽能軍,等（děng）. 小波分析在（zài）鋼（gāng）絲（sī）繩檢測信（xìn）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)息定量無（wú）損檢測[J]. 礦山機（jī）械， 2001， 29(5):549-53.