0 前言

钢丝绳作为一种重要的承载载体, 广泛应用于矿山、冶金、运输、建筑等行业。在钢丝绳使用过程中, 其完好程度直接关系到人身及设备安全。钢丝绳损坏的重要原因是由于疲劳和磨损出现断丝, 世界各国均以钢丝绳的断丝情况作为钢丝绳报废标准的主要指标^[1]。目前投放市场的钢丝绳检测装置往往要求使用者具有较丰富的使用经验, 并对仪器输出结果辅助于人工判断。由于检测装置操作维护复杂、价格高, 使其在现场的应用受到限制。绝大多数使用钢丝绳的企业依然采用定期更换和人工手摸目测的方法, 人工检测劳动量大、可靠性差, 而定期更换易造成钢丝绳过早报废, 并在一定程度上也需要检测。本文所叙述的新一代SGDJY-I型钢丝绳断丝检测仪(以下简称检测仪), 具有断丝准判率高、操作维护简便、制造成本低等优点, 该检测仪于1997年3月通过省级鉴定。以下就检测仪原理、工业试验等内容作一简介。

1 检测仪的原理

检测仪由传感器、信号处理系统两部分组成, 如图 1所示。它采用电磁检测法, 当钢丝绳通过传感器时, 传感器中的励磁源(稀土永磁磁体)将钢丝绳局部磁化^[2], 检测元件检测钢丝绳漏磁信号, 此信号送至信号处理系统进行定量分析。如钢丝绳存在断丝, 断丝附近产生的附加漏磁场使检测元件输出的信号发生变化, 信号处理系统识别后, 实时发出声音报警, 并可在显示区显示断丝位置及断丝根数。信号拾取示意图如图 2所示, 传感器的检测探头由32片检测元件(高灵敏度磁敏元件)双轨迹环绕钢丝绳均布组成。研究表明传感器输出的信号主要由以下几种信号迭加:钢丝绳固有的螺旋形结构产生的股波信号; 钢丝绳断丝产生的信号; 钢丝绳运行时的晃动使检测元件与钢丝绳表面之间距离发生变化产生的信号; 其他干扰(如钢丝绳野点、现场电气及机械等干扰)产生的信号。

在信号处理系统中, 把断丝信号从传感器输出信号中识别出来, 并进行定量分析。为提高断丝分辨力及准判率, 对传感器输出的各路信号进行独立处理, 相当于32个独立检测通道。信号处理系统组成示意图如图 3所示, 它由以下模板构成:CPU模板、A/D转换模板、放大模板、打印机接口模板(可选项)、扫描显示模板。它以16位单片机为CPU, 采用仿STD总线规则, 即数据总线、地址总线同STD总线, 而控制总线部分重新定义, 以满足信号处理系统的特殊需要。信号处理系统的硬件部分完成各通道信号放大、去除高频干扰、模拟信号转换成数字信号、显示及打印分析结果。软件部分(汇编语言编辑的专家系统)固化在CPU模板中, 完成初始化、监控硬件、提取异常信号的数据、剔除非断丝异常信号数据、断丝波形判别、定量识别断丝根数、计算断丝位置等功能。

2 检测仪工业试验

SGDJY-I型钢丝绳断丝检测仪有信号处理系统、传感器两部分, 传感器采用上下剖卸式结构, 可方便地装于被检钢丝绳上。检测仪不需要人工辅助分析, 需要操作的命令键只有检测、显示两个键(当使用者需要增设微型打印机时, 附加打印命令键)。检测前不需要对钢丝绳作预处理, 检测过程为:①将传感器安装于被检钢丝绳上, 用电缆连接信号处理系统与传感器。②按检测键, 开动卷扬机进行检测。③运行结束后, 按显示键, 显示区即可逐一显示断丝位置(精确到厘米)、断丝根数。

2.1 江西小龙钨矿工业试验

试验条件为二坑口2^#竖井钢丝绳, 直径ϕ28mm, 结构6×19, 钢丝绳长度约200m, 走绳速度0~1m/s。这是一根即将更换的钢丝绳, 约200m长的钢丝绳直径变化范围为价ϕ26mm~ϕ28mm, 钢丝绳表面油泥比较多, 断丝主要在6中段以上20m处开始至4、5中段之间的这段钢丝绳上。对这根钢丝绳反复检测, 检测结果如表 1所示。检测仪检测出原人工检测未发现的断丝, 经清除油泥, 证实断丝存在, 这些断丝的断口比较细小。

从表 1可见, 断丝准判率：

2.2 海南省海口港试验及应用

该港口的钢丝绳基本上是提升货物用的钢丝绳。在绳径ϕ28mm, 结构6×37的钢丝绳上有10根断丝, 检测结果如表 2所示。

从表 2可见, 断丝准判率：

检测仪于1997年7月起在海南省海口港应用, 应用效果良好。

由上可见, 检测仪能正确分辩邻近的断丝, 分辩力可达2cm。检测误差主要是由于漏检, 即使某次检测少数断丝漏检, 但在随后的检测中往往能检测出来, 检测仪一般不多判断丝, 钢丝绳表面污垢及钢丝绳运行速度在0~1m/s之间变化对检测结果没有影响, 检测仪完全能够满足现场检测要求。从检测过程中可看出, 检测仪操作简单并容易掌握使用。

3 结语

SGDJY-I型钢丝绳断丝检测仪综合应用了电子、传感等方面的高新技术实现钢丝绳断丝在线定量检测。它具有断丝准判率高且操作维护简便、制造成本低等特点, 适合于矿山、冶金、港口、建筑等部门的钢丝绳断丝在线检测。使用检测仪检测钢丝绳既可减轻人工检测劳动强度、提高检测可靠性、保障钢丝绳的安全使用, 又可使钢丝绳的使用寿命延长到失效为止, 具有一定的社会效益和经济效益。