索道钢丝绳安全监测系统设计与实现.docVIP

索道钢丝绳在线实时自动监测系统的研制与应用 窦柏林 摘 要：TCK?W索道钢丝绳在线实时自动监测系统,第一次实现了对索道钢丝绳的在线实时自动监测。该技术对索道钢丝绳的断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种局部缺陷（LF）有极高的检出率，对钢丝绳的径缩、有效金属截面积的损失（LMA）等缺陷有准确的分辨力，为确保索道钢丝绳的安全运行，提供了一个全新的技术手段。 关键词：索道，钢丝绳，在线检测 一、索道钢丝绳安全检测的现状 钢丝绳作为索道客（货）设备中高度危险的关键构件，是索道运输的生命线。钢丝绳使用过程中，始终潜伏着因强度损耗而发生断绳事故的危险。美国的权威机构曾对全球8000家钢丝绳用户进行调查，结论是：有10%的在用钢丝绳强度损耗超过15%，处于“危险状态”，2%的在用钢丝绳强度损耗超过30%，处于“极度危险状态”。 长期以来，由于缺少对索道钢丝绳科学高效的在线实时自动检测手段，世界各国索道的断绳事故时有发生。1999年发生的3起索道重大断绳事故中，意大利Cavalese索道断绳，一次死亡20人；法国阿尔卑斯山的天文台索道断绳，20位天文学家不幸遇难；中国贵州麻岭客运索道断绳，造成一次死亡14人，伤22人的惨痛事故。2003年仅印度就发生了2起索道断绳的重大事故，共造成11人死亡53人受伤的严重惨案。近几年来，各国的客（货）运索道断绳事故仍时有发生。我国四川渡口矿务局曾对其15年间货运索道事故进行了统计分析，结果表明：钢丝绳断绳事故90次，占总事故的16%，造成的停运时间为734小时，占总停运时间的24%。 目前，世界各国索道对钢丝绳日常自检普遍通过人工目测来发现钢丝绳的各种隐患，目视检测时钢丝绳的运行速度不得高于0.5m/s，这种方法明显存在效率低、不可靠的缺点：检测人员目测一条长度超过3000米的钢丝绳，一次耗时至少需要120分钟；一些长度超过10000米的索道，检测的时间至少需要10小时以上。某钢丝绳用户曾对一条更换下来的250米长的钢丝绳进行解剖验证，目测检查钢丝绳表面断丝只有13根，解剖后发现，钢丝绳内部暗伤仅断丝就多达134处，其中一个捻距内的断丝最多达到11根。 传统的强磁探伤设备由于技术局限，普遍存在准确率、重复率差的问题。泰山索道曾对一条张紧索进行无损探伤，发现的断丝数并不多，还没有达到报废数量，对钢丝绳进行拆散检查时发现，几乎每一根钢丝都在不同的位置发生过断裂，基本上没有一根从头到尾的整丝，情况十分危险。 洛阳威尔若普检测技术有限公司采用弱磁检测技术研发的TCK?W索道钢丝绳在线实时自动监测系统，可以在索道高速运行的同时完成对钢丝绳的自动监测和远程监控，使钢丝绳始终处于安全受控的检测状态，成功的解决了索道钢丝绳在线实时自动监测的技术难题。 TCK?W弱磁检测技术原理 TCK?W弱磁检测技术是基于“空间磁场矢量合成”原理，采用宽距、非接触式弱磁能势感应装置，通过提取被磁化的铁磁性材料上磁场分布的差异信息，完成定位、定性、定量识别钢丝绳内外部各种缺陷的创新型电磁无损检测技术。 1、弱磁检测的基本概念 钢丝绳是由优质钢材制成单丝，再经过多重捻制而组成的1种复杂结构的铁磁性柔性传力、承载构件，具有良好的导磁能力。图l为典型的钢丝绳磁化特性曲线和磁导率随磁场强度变化曲线，图中Hμm为磁导率μ取最大值时的磁场强度，B为磁感应强度。 当磁场强度大于Hμm时，属于强磁检测的范围，此时材料的磁导率处于Pm点右侧。在缺陷附近的局部区域中，通过该区域横截面(垂直于磁化磁场方向)上的磁通量几乎不变化，因断口中的空气隙的磁导远小于材料磁导，一部分磁场将会绕过断口从其附近的材料中通过，致使它们中的磁场强度升高，磁导率下降，从而通过断口空气隙外泄的漏磁通相对增大。 当磁场强度小于Hμm时，属于弱磁检测的范围，此时材料的磁导率处于Pm点左侧，随缺陷附近的材料中磁场的增强，磁导率将增大，断口处外泄的漏磁通相对减小。这时检测传感器的灵敏度和最小分辨力相应提高。 2 、弱磁的检测原理 钢丝绳被磁化后，在钢丝绳内部产生主磁感应强度Bz，在钢丝绳表面产生主漏磁感应强度Bz1，Bz1与缺陷磁感应强度方向相反。传感器对磁感应强度进行综合处理时，用补偿磁感应矢量Bb来抵消主漏磁感应强度Bz1. 检测仪上某点传感线圈捕捉到得磁感应强度矢量，是钢丝绳外该点各种磁感应强度矢量沿轴向分量的矢量和，即 式中：Bs为传感线圈捕捉到的磁感应强度；Bz1为主漏磁感应强度；Bb为补偿磁感应强度；Bh为环境磁感应强度；By为偏移磁感应强度；Bd为断丝漏磁感应强度；Bm为磨损漏磁感应强度；Bx为锈蚀漏磁感应强度；Bp为疲劳漏磁感应强度；B′b为变形漏磁感应强度；Bn为第n个磁感应强度矢量；Bi为任何缺陷磁感应强度。