淺析國內外鋼絲繩檢測的現狀

　鋼絲繩具有強度高、自重輕、彈性好、工作平穩可靠、承受動(dòng)載和過(guò)載能力強以及在高速工作條件下運行和卷繞無(wú)噪聲等許多優(yōu)點(diǎn)，因此，在我國煤炭行業(yè)中得到廣泛應用，是煤礦主、副井提升設備的重要構成部分。

然而，鋼絲繩作為一種工程承載構件，在工作過(guò)程中，經(jīng)常受到彎曲疲勞、磨損、腐蝕和機械沖擊等惡劣工況的影響，不可避免地會(huì )出現諸如斷絲、磨損、銹蝕甚至驟然斷裂等現象，其損傷情況和承載能力直接影響到礦工的生命安全及生產(chǎn)的正常秩序。只有定期的對鋼絲繩進(jìn)行檢測，才能一定程度上避免事故的發(fā)生，提高工作效率。

　1.我國鋼絲繩檢測的現狀

　煤炭是我國最主要的基礎能源和重要原料。近年來(lái)，隨著(zhù)煤炭需求的不斷增加，各煤炭企業(yè)對礦井提升鋼絲繩的使用安全性非常重視，實(shí)現對煤礦提升鋼絲繩準確可靠在線(xiàn)檢測是迫切需要解決的技術(shù)難點(diǎn)。在檢測的過(guò)程中具體存在以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：

　?。?）鋼絲繩在線(xiàn)檢測可靠性、實(shí)用性問(wèn)題

　近十幾年來(lái)，盡管?chē)鴥韧飧餮芯坎块T(mén)及高校對鋼絲繩定量無(wú)損檢測技術(shù)進(jìn)行了較為系統深入的研究，開(kāi)發(fā)了一些鋼絲繩探傷裝置，但是由于其性能、使用方便性等方面不能滿(mǎn)足現場(chǎng)推廣應用的要求，所以只有少數重要部門(mén)將其作為輔助檢測工具對鋼絲繩損傷情況進(jìn)行檢測，國內的煤炭系統95%以上的礦井仍然沿用傳統的“抹布-眼睛”法檢查煤礦提升鋼絲繩的損傷，由專(zhuān)職檢測人員通過(guò)抹布、手套、電筒、鏡子等對使用中的鋼絲繩進(jìn)行繩檢，以及采用卡尺測量繩徑，然后憑經(jīng)驗進(jìn)行狀態(tài)判斷。人工肉眼觀(guān)查只能發(fā)現鋼絲繩露在外部的缺陷，對于內部缺陷則無(wú)能為力，且在鋼絲繩表面存在油污的情況下，肉眼觀(guān)察難以檢測出損傷的存在。很明顯，傳統的“抹布-眼睛”法既費時(shí)、費力，又受到檢測人員的經(jīng)驗與主觀(guān)意志的影響，檢測結果的可信度很低。

?。?）鋼絲繩使用的不經(jīng)濟性問(wèn)題

　由于長(cháng)期以來(lái)沒(méi)有找到科學(xué)實(shí)用的鋼絲繩損傷檢測手段，人工目視檢查又存在可靠性低的問(wèn)題。因此為確保安全，國內許多鋼絲繩使用部門(mén)采取定期更換的方法，即鋼絲繩運行到一定時(shí)間或運行到一定循環(huán)次數或累計提升一定重量，無(wú)論其損傷狀況如何一律強行更換。這種更換鋼絲繩的方法，不但不能保證服役期鋼絲繩安全運行，反而因提前報廢造成巨大浪費。

　　2 常用的鋼絲繩檢測方法

　到目前為止，主要有以下幾種：

（1）射線(xiàn)檢測法

　射線(xiàn)檢測法在工業(yè)界已使用多年，然而在鋼絲繩缺陷檢測中，其能力非常有限。該方法可對鋼絲繩內部缺陷進(jìn)行檢測，但由于鋼絲繩結構的復雜性，它只能給出鋼絲繩近表面的清晰圖像，并且一次只能檢驗一小段鋼絲繩。

?。?）電渦流檢測法

　　電渦流檢測法的原理是，鋼絲繩近表面處設置發(fā)射和接收線(xiàn)圈，在發(fā)射線(xiàn)圈中施加幾kHz到1MHz電流，鋼絲繩鋼絲中將產(chǎn)生電渦流，根據電磁特性，鋼絲繩將反射出電磁能，接收線(xiàn)圈接收電磁能。一旦鋼絲繩上存在斷絲時(shí)，鋼絲繩中電渦流將發(fā)生改變，從而引起反射能量變化，根據反射能量便可對鋼絲繩損傷程度進(jìn)行測量。

?。?）聲發(fā)射檢測法

　1984年，英國的Taylor和Caesy等將聲發(fā)射技術(shù)應用于鋼絲繩無(wú)損檢測中，對基于聲發(fā)射技術(shù)的鋼絲繩檢測方法進(jìn)行了大量理論與實(shí)驗研究；國內，1998年王師、于大安、邵永波等依托原中國石油天然氣總公司資助項目―石油用鋼絲繩疲勞損傷規律及其壽命評估，對聲發(fā)射技術(shù)檢測鋼絲繩進(jìn)行了試驗研究。研究結果表明：該方法對導致鋼絲繩結構發(fā)生塑性形變的缺陷（如斷絲等），可以進(jìn)行有效檢測。但該方法極易受到噪聲干擾，同樣的測試內容，不同研究者可能會(huì )得出不同結果，甚至是相反結論，難以實(shí)現定量化、標準化、自動(dòng)化。而且，從檢測缺陷類(lèi)型看，斷絲和總體損傷（塑性變形、裂紋開(kāi)裂及擴展的總體情況）能夠采用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行檢測，但對銹蝕等缺陷，聲發(fā)射方法無(wú)能為力，至今也未見(jiàn)到相關(guān)報道。到目前為止，世界上只有少數幾個(gè)國家的科研人員在不同時(shí)期，間斷性地開(kāi)展過(guò)鋼絲繩損傷的聲發(fā)射檢測研究。

（4）光學(xué)檢測法

1987年，德國威斯特伐利亞采礦聯(lián)合會(huì )運輸工程和材料技術(shù)研究所制造了世界上最大的鋼絲繩探傷設備，利用激光掃描方法檢測鋼絲繩直徑，可對直徑達175mm 的鋼絲繩進(jìn)行檢測。該方法采用激光束沿鋼絲繩軸向方向連續掃描來(lái)測量鋼絲繩相鄰繩股徑向尺寸的變化，進(jìn)而計算不同部位的鋼絲繩直徑。

?。?）振動(dòng)檢測法

　1988年，美國Kwun和Burkhardt對利用橫向激勵振動(dòng)波進(jìn)行鋼絲繩缺陷檢測的方法進(jìn)行了實(shí)驗研究，對繃緊鋼絲繩施加橫向沖擊力脈沖，鋼絲繩斷絲或截面積減少處產(chǎn)生的反射振動(dòng)波可被檢測到，并且波的擴散速度遵守（F/M）1/2。其中，F是施加的激振載荷，M為鋼絲繩單位長(cháng)度的質(zhì)量。實(shí)驗對象為直徑為2.38mm的不銹鋼鋼絲繩和直徑為6.35mm的雙絞尼龍繩。這表明此方法不受材料限制，不僅適用于金屬繩，而且適用于非金屬繩。此外，該方法具有檢測時(shí)間短，能夠確定缺陷位置等特點(diǎn)。但從檢測原理上看，該方法僅適合于固定鋼絲繩的檢測（如斜拉橋、懸吊屋頂用鋼絲繩），無(wú)法對運行中的鋼絲繩進(jìn)行在線(xiàn)檢測。

　?。?）超聲波檢測法

　1988年，日本鈴木紀生等采用超聲波技術(shù)對橋梁懸吊纜繩的斷絲檢測問(wèn)題進(jìn)行了研究（檢測鋼絲直徑為5-7mm）。他們根據聲波理論，通過(guò)實(shí)驗方法研究了超聲波在鋼絲長(cháng)度方向上的傳播特性和斷絲部位的反射特性。研究結果表明：該方法可以檢測鋼絲繩端部及其附近的斷絲（可以檢測到的斷絲位置在5m以?xún)龋?，對于較遠處的斷絲損傷，該方法存在一定困難。這項研究對于解決靜態(tài)懸吊用鋼絲繩端部缺陷檢測問(wèn)題具有一定實(shí)用意義。

?。?）聲發(fā)射-超聲波檢測法

　為定量檢測鋼絲繩損傷狀況，近幾年國外又提出了一種新型檢測方法―聲發(fā)射-超聲檢測法，該方法是在綜合聲發(fā)射和超聲法各自?xún)?yōu)點(diǎn)的基礎上發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)一組換能器和耦合劑將超聲引入到鋼絲繩檢測中，模擬聲發(fā)射信號在鋼絲繩中的傳播特性，另一組換能器和耦合劑把信號提取出來(lái)，將其放大后，送入門(mén)限控制器，然后進(jìn)行應力波系數計算，實(shí)現鋼絲繩缺陷的定量識別。聲發(fā)射-超聲檢測法不僅能進(jìn)行鋼絲繩缺陷探測、缺陷成像和缺陷特性分析，而且可評估鋼絲繩疲勞損傷、強度和硬度等內在性能，彌補了聲發(fā)射檢測法只能檢測靜止鋼絲繩和捕捉鋼絲斷裂瞬間信號的不足，可以檢測動(dòng)態(tài)鋼絲繩。盡管如此，該方法目前尚處于理論研究階段。

（8）電磁檢測法

　　電磁檢測法是目前公認的最簡(jiǎn)單、實(shí)用可靠的鋼絲繩檢測方法。該方法長(cháng)期以來(lái)受到人們重視，也是最成熟的檢測方法。絕大多數鋼絲繩采用導磁性能良好的高碳鋼制成，很適合于用電磁檢測法進(jìn)行檢測；同時(shí)電磁檢測法具有成本低、易于實(shí)現等優(yōu)點(diǎn)，因而很多實(shí)用的鋼絲繩檢測儀器和設備幾乎都采用電磁檢測法。

　電磁檢測法檢測鋼絲繩缺陷（斷絲、磨損、銹蝕等）基本原理是，用一磁場(chǎng)對待測鋼絲繩段沿鋼絲繩軸向均勻磁化，一旦鋼絲繩中存在缺陷，則會(huì )在鋼絲繩表面產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，或者引起磁化鋼絲繩段磁路內磁通變化，采用磁敏感元件檢測這些磁場(chǎng)畸變便可獲得有關(guān)鋼絲繩損傷的信息。

　　綜上所述，現有鋼絲繩檢測方法對于鋼絲繩缺陷的檢測，特別是定量檢測準確率不高，距離實(shí)際應用要求還有一定距離，所以，有必要對鋼絲繩缺陷全面認識，在此基礎上研究缺陷檢測原理和方法、檢測信號處理方法以及信號定量識別方法等。