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TCK•W索道钢丝绳检测专家系统的研制与应用 -窦柏林

  摘 要:TCK•W索道钢丝绳检测专家系统,第一次实现了对索道钢丝绳自动检测。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:钢丝绳检测,TCK•W索道钢丝绳检测专家系统, 钢丝绳无损检测。


  一、索道钢丝绳检测的现状

  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最新研发的TCK•W索道钢丝绳智慧检测专家系统,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。

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  二、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,即公式1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。

  试验表明:传感线圈的输出信号U是Bs的函数,缺陷当量△S又是U的函数,可写成如图公式2中:U为传感线圈输出的电压信号;所以可得公式3中:△S为缺陷当量或损耗面积的百分比数;A为比例系数(由实验所得);C为常数。这样,钢丝绳损伤点的面积损耗值△S就变成了场强Bi的函数。

  TCK•W弱磁检测技术的主要优势在于:①弱磁检测元件灵敏度极高,检测时传感器与被测物体表面之间的间隙允许较大,最大可达30 mm。②由于是弱磁检测,对被测物体的磁场束缚力小,可以实现0~30 m/s速度下的检测,因此完全可以满足索道钢丝绳在线实时自动监测的要求。

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  三、索道钢丝绳在线实时自动监测系统的应用

  TCK•W系统已经在新加坡的圣淘沙、我国的武当山、华锡集团等客(货)运索道得到成功应用,运行效果良好。圣淘沙索道于2010年12月引进TCK•W系统,从而结束了该索道费时费力的人工检查的历史,通过3年的监测运行,系统的可靠性得到了新加坡政府BCA的认可。TCK•W系统还可以对该索道钢丝绳进行远程监控,实时反馈运行中索道钢丝绳的变化趋势。图2、图3表明TCK•W系统监测到的圣淘沙索道2280米处损伤发展趋势,并得到圣淘沙索道的现场验证。

  图2: 2013年02月12号2280米损伤曲线图和数据表

  图3: 2014年03月04号2280米损伤曲线图和数据表

  广西华锡集团铜坑矿货运索道于2012年7月19日接到TCK•W系统报警,发现2号索道钢丝绳4#接头后2105-2122米处损伤有突变趋势,报告显示损伤量值已达到严重损伤程度。铜坑矿根据报警提示立即停机处理,经现场人工验证,发现该段钢丝绳密集断丝严重,矿方因此将该损伤段切掉,重新编织接头,从而避免了一场重大事故的发生。

  图4: 2012年07月19日华锡货运索道4#接头后2105-2122米补接头前损伤曲线和数据表


  四、结论

  洛阳威尔若普检测技术有限公司研发的TCK•W索道钢丝绳检测专家系统,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,不仅可以为正确评估被测钢丝绳的剩余承载能力、安全系数和使用寿命提供科学可靠的检测依据,而且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。TCK•W系统填补了索道钢丝绳在线实时自动监测领域的国内外空白,处于国际领先水平。

  技术交流:wm@wmndt.com


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