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　　(1同煤集團(tuán)機(jī)電管理處，山西大同，037003;2洛陽(yáng)逖悉開(kāi)鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)有限公司，河南洛陽(yáng)，471003)

摘要：介紹了鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀，闡述了弱磁鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)和鋼絲繩在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)工作原理。同煤集團(tuán)使用TCK.W.W鋼絲繩在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)創(chuàng)造了顯著的安全和經(jīng)濟(jì)效益的事實(shí)證明，基于弱磁技術(shù)的鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)是煤礦創(chuàng)建提升鋼絲繩安全監(jiān)管新模式的必然選擇。鋼絲繩探傷設(shè)備

　　關(guān)鍵詞：鋼絲繩檢測(cè)技術(shù);鋼絲繩無(wú)損探傷;弱磁檢測(cè)技術(shù);在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng);

　　中圖分類號(hào)：TD532 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002—6029(2011)04—0044—02

　　1 提升鋼絲繩損傷檢測(cè)概況

　　鋼絲繩是煤礦運(yùn)輸提升無(wú)可替代的構(gòu)件，時(shí)時(shí)維系著員工生命安危和企業(yè)財(cái)產(chǎn)安全，歷來(lái)受到煤礦企業(yè)的高度重視。長(zhǎng)期以來(lái)，煤礦企業(yè)都是按照《煤礦安全操作規(guī)程》規(guī)定，采用目視、手摸、卡尺量的人工方法來(lái)檢查鋼絲繩外部損傷，據(jù)以判斷提升鋼絲繩安全狀況;或按規(guī)定使用年限，定期更換。實(shí)踐證明，人工檢測(cè)和定期更換都不可靠，難以達(dá)到防止鋼絲繩斷繩事故發(fā)生的目的。因此，煤礦企業(yè)迫切需要使用鋼絲繩無(wú)損探傷設(shè)備，來(lái)解決提升鋼絲繩使用管理中的“隱患、低效、浪費(fèi)”三大問(wèn)題。

　　提升鋼絲繩的特殊結(jié)構(gòu)，決定了只有使用無(wú)損探傷設(shè)備在線實(shí)時(shí)連續(xù)檢測(cè)鋼絲繩內(nèi)外部隱患，掌握其惡化態(tài)勢(shì)，才能據(jù)以主動(dòng)采取果斷措施，有效地消滅可能發(fā)生的斷繩事故。同煤集團(tuán)經(jīng)過(guò)多年探索，選用基于弱磁技術(shù)的TCK.W鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，創(chuàng)新提升鋼絲繩安全監(jiān)管模式，基本實(shí)現(xiàn)了“安全、節(jié)約、高效”的三重管理目標(biāo)。

　　2 提升鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)選擇

　　鋼絲繩無(wú)損探傷技術(shù)有非磁與磁之分。非磁檢測(cè)主要有電渦流、機(jī)械震動(dòng)、超聲波、光學(xué)等探傷方法，基本沒(méi)有得到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和推廣;而磁檢測(cè)技術(shù)因其能較好地適應(yīng)工況，被公認(rèn)為是最適合于鐵磁物質(zhì)無(wú)損探傷的檢測(cè)技術(shù)。磁檢測(cè)又有強(qiáng)磁和弱磁兩種檢測(cè)技術(shù)。前者已有百多年歷史，雖然取得了一定的進(jìn)展，但技術(shù)上的突破并不明顯，始終存在通過(guò)性差，股波噪音，檢測(cè)結(jié)果受速度影響等缺陷，幾乎不可能實(shí)現(xiàn)鋼絲繩在線檢測(cè)。誕生于本世紀(jì)初的弱磁檢測(cè)技術(shù)，采用我國(guó)自主研發(fā)的高靈敏傳感器，全面創(chuàng)新了檢測(cè)原理和方法，在技術(shù)上取得了重大突破，實(shí)現(xiàn)了鋼絲繩內(nèi)外部損傷，尤其是疲勞的定量檢測(cè)。TCK.W弱磁檢測(cè)技術(shù)采用“竇氏元件”傳感器，靈敏度高，檢測(cè)體對(duì)被測(cè)鋼絲繩沒(méi)有束縛力，可以實(shí)現(xiàn)非接觸“寬距”檢測(cè)，檢測(cè)設(shè)備通過(guò)性好，檢測(cè)結(jié)果也不會(huì)受到速度影響，被業(yè)界認(rèn)為是最有希望實(shí)現(xiàn)鋼絲繩在線實(shí)時(shí)檢測(cè)的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。

　　同煤集團(tuán)對(duì)強(qiáng)磁和弱磁技術(shù)進(jìn)行對(duì)比后認(rèn)為，要?jiǎng)?chuàng)建提升鋼絲繩安全監(jiān)管新模式，就要對(duì)提升鋼絲繩進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè);而要做到這一點(diǎn)，就應(yīng)選擇目前世界領(lǐng)先的弱磁檢測(cè)技術(shù)。

　　3 弱磁檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　鋼絲繩無(wú)損探傷技術(shù)有非磁與磁之分。非磁鋼絲繩在線實(shí)時(shí)檢測(cè)的基本要求是，做到對(duì)運(yùn)行中的提升鋼絲繩連續(xù)進(jìn)行定位、定量、定性檢測(cè)，并保證檢測(cè)結(jié)果不受檢測(cè)速度、鋼絲繩晃動(dòng)或抖動(dòng)等因素的影響?；谌醮偶夹g(shù)的TCK.W鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了這些功能。該系統(tǒng)之所以能實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，是因?yàn)槿醮艡z測(cè)技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

　　3.1高靈敏度傳感器技術(shù)

　　“竇氏元件”傳感器是弱磁檢測(cè)的核心技術(shù)關(guān)鍵?；诳臻g磁場(chǎng)矢量合成原理的“竇氏元件”傳感器，由釋能元件提供一個(gè)給定磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)與鋼絲繩沿軸向體積微分的弱磁空間關(guān)聯(lián)出的磁場(chǎng)反映的就是鋼絲繩的綜合退變特征，也就是局部缺陷(LF)和金屬有效截面積損失(LMA)。傳感器的磁衡元件能夠把這些變化量轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電量信號(hào)。

　　第4期 薛鵬，等：TCK.W鋼絲繩在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在煤礦提升鋼絲繩安全管理中的應(yīng)用 45

　　由于“竇氏元件”傳感器靈敏度很高，達(dá)到了5V/GS，因此基于弱磁技術(shù)的鋼絲繩在線檢測(cè)系統(tǒng)采用了非接觸“寬距”檢測(cè)，鋼絲繩非常容易通過(guò)，且不受任何外部因素影響，可以在線實(shí)時(shí)提取鋼絲繩損傷信號(hào)，準(zhǔn)確定位、定量、定性檢測(cè)鋼絲繩內(nèi)外部的斷絲、磨損、銹蝕和疲勞等各種損傷，評(píng)估鋼絲繩的剩余承載能力和使用壽命。該系統(tǒng)檢測(cè)速度0～13m/s，檢測(cè)不受鋼絲繩晃動(dòng)、抖動(dòng)等的影響。

　　3.2空間磁場(chǎng)矢量合成理論

　　TCK.W創(chuàng)立的空間磁場(chǎng)矢量合成新理論是弱磁檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)。這一理論揭示和闡釋了鐵磁性物質(zhì)在弱磁狀態(tài)下的磁能勢(shì)變化規(guī)律及其量化關(guān)系。TCK.W在這一理論基礎(chǔ)上，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。依據(jù)國(guó)際公認(rèn)的鋼絲繩技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)大量的技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證，根據(jù)該數(shù)學(xué)模型對(duì)鋼絲繩各類損傷導(dǎo)致的金屬有效截面積損失所作的定量計(jì)算準(zhǔn)確，完全可滿足鋼絲繩內(nèi)外部缺陷定量檢測(cè)要求。這一理論突破了承襲已久的傳統(tǒng)磁檢測(cè)技術(shù)原理，實(shí)現(xiàn)了磁檢測(cè)技術(shù)由定性檢測(cè)到量檢測(cè)的質(zhì)的飛躍，進(jìn)而完成了對(duì)鋼絲繩剩余承載能力和使用壽命的準(zhǔn)確、科學(xué)、客觀評(píng)估。

　　4 鋼絲繩在線檢測(cè)系統(tǒng)原理

　　基于弱磁技術(shù)的TCK.W鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)(見(jiàn)附圖)，以可靠的結(jié)構(gòu)型式，將系統(tǒng)檢測(cè)裝置安裝固定于便于檢測(cè)提升機(jī)鋼絲繩的適當(dāng)位置。檢測(cè)時(shí)，首先由弱磁加載裝置對(duì)鋼絲繩全長(zhǎng)進(jìn)行弱磁規(guī)劃;安裝有“竇氏元件”高靈敏度傳感器的檢測(cè)裝置，接著對(duì)鋼絲繩實(shí)施“全息”切片式檢測(cè)，提取原始檢測(cè)信號(hào)并輸出;系統(tǒng)的數(shù)采轉(zhuǎn)換裝置(二級(jí)站)接收原始檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)完成規(guī)定的數(shù)學(xué)模型和信息制式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始數(shù)據(jù)的初步處理和信息存儲(chǔ)，并通過(guò)有線或無(wú)線通訊傳輸方式，將運(yùn)行中的鋼絲繩損傷信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)蕉嘈诺乐骺刂行?主控站)進(jìn)行綜合分析、計(jì)算，得出檢測(cè)結(jié)果，并在顯示終端實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)結(jié)果，自動(dòng)打印檢測(cè)報(bào)告，同時(shí)完成檢測(cè)結(jié)果的存檔[1]。此外，該系統(tǒng)還設(shè)有聲光報(bào)警系統(tǒng)，可對(duì)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的重度損傷實(shí)時(shí)報(bào)警提示，并按預(yù)置的預(yù)警預(yù)案，啟動(dòng)緊急處理措施，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

　　5 TCK.W鋼絲繩在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

　　同煤集團(tuán)共有礦井提升機(jī)40臺(tái)，每年在鋼絲繩上投入的資金近2000萬(wàn)元，如何能夠科學(xué)管理和安全使用鋼絲繩一直是個(gè)難題。2010年12月，同煤集團(tuán)在其下屬的2O個(gè)礦的提人副立井和副斜井地面提升機(jī)房?jī)?nèi)分別安裝了TCK.W鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)月調(diào)試完畢，投入使用，取代了過(guò)去采用的鋼絲繩檢查方法，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的手工檢查向科學(xué)量化檢查的轉(zhuǎn)變。事實(shí)證明，TCK.W鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可提高鋼絲繩檢查的自動(dòng)化程度和效果，徹底解決過(guò)去鋼絲繩檢查中存在的不安全、不經(jīng)濟(jì)、低效率、不科學(xué)、隱患大等諸多難題，提高提升設(shè)備利用率。同煤集團(tuán)20個(gè)礦的副井安裝使用TCK.W鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)后，各礦的副井提升鋼絲繩始終處于安全受控的檢測(cè)狀態(tài)，從根本上杜絕了隱患，確保了提升鋼絲繩運(yùn)行安全。同時(shí)，安裝使用該檢測(cè)系統(tǒng)，也為礦上節(jié)約了檢測(cè)時(shí)間，創(chuàng)造出了可觀的經(jīng)濟(jì)效益;并在降低檢測(cè)能耗，減少鋼絲繩用量等方面發(fā)揮出了顯著作用。按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，煤礦每d用于鋼絲繩人工檢測(cè)的時(shí)間至少1h。同煤集團(tuán)安裝使用TCK.W鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的副井提升機(jī)，其功率基本為280～1000kW，20個(gè)礦每年用于鋼絲繩檢測(cè)的空轉(zhuǎn)能耗約為160多萬(wàn)kW·h;使用該檢測(cè)系統(tǒng)后，這些檢測(cè)空耗將全部被節(jié)約。此外，安裝使用該檢測(cè)系統(tǒng)，可以及時(shí)了解提升鋼絲繩運(yùn)行的安全狀況及其存在損傷的發(fā)展變化態(tài)勢(shì)，據(jù)以適時(shí)采取有針對(duì)性的保養(yǎng)措施來(lái)減緩鋼絲繩退變，達(dá)到延長(zhǎng)提升鋼絲繩使用壽命的目的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用TCK.W鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，煤礦每年可因鋼絲繩安全使用壽命得到延長(zhǎng)而減少提升鋼絲繩消耗量約1/3。

　　6 結(jié) 語(yǔ)

　　TCK.W鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)重大裝備和重要設(shè)施鋼絲繩的全方位在線自動(dòng)檢測(cè)，為用戶創(chuàng)造全新的鋼絲繩運(yùn)行安全監(jiān)管模式，消除不安全隱患，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。這對(duì)于保證煤礦安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

　　[參考文獻(xiàn)]

　　[1]竇毓堂，郭保中.TCK.W鋼絲繩在線無(wú)損定量檢測(cè)系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)械，2001(8).

　　作者簡(jiǎn)介

　　薛鵬(1982--)，男，助理工程師。2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)機(jī)械及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于同煤集團(tuán)機(jī)電管理處機(jī)械科。

　　段躍新(1968- )，男，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師。2002年畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)，主持研發(fā)的項(xiàng)目曾獲軍隊(duì)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，現(xiàn)任洛陽(yáng)逖悉開(kāi)鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)有限公司研發(fā)中心副總經(jīng)理。