發(fā)表期刊:《建井技術(shù)》
(1同煤集團機電管理處，山西大同，037003;2洛陽逖悉開鋼絲繩檢測技術(shù)有限公司，河南洛陽，471003)
摘要：介紹了鋼絲繩檢測技術(shù)現(xiàn)狀，闡述了弱磁鋼絲繩檢測技術(shù)優(yōu)勢和鋼絲繩在線自動檢測系統(tǒng)工作原理。同煤集團使用TCK.W.W鋼絲繩在線自動檢測系統(tǒng)創(chuàng)造了顯著的安全和經(jīng)濟效益的事實證明，基于弱磁技術(shù)的鋼絲繩檢測技術(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：鋼絲繩檢測技術(shù);鋼絲繩無損探傷;弱磁檢測技術(shù);在線自動檢測系統(tǒng);
中圖分類號：TD532 文獻標識碼：A 文章編號：1002—6029(2011)04—0044—02
1 提升鋼絲繩損傷檢測概況
鋼絲繩是煤礦運輸提升無可替代的構(gòu)件，時時維系著員工生命安危和企業(yè)財產(chǎn)安全，歷來受到煤礦企業(yè)的高度重視。長期以來，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。實踐證明，人工檢測和定期更換都不可靠，難以達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損探傷設(shè)備，來解決提升鋼絲繩使用管理中的“隱患、低效、浪費”三大問題。
提升鋼絲繩的特殊結(jié)構(gòu)，決定了只有使用無損探傷設(shè)備在線實時連續(xù)檢測鋼絲繩內(nèi)外部隱患，掌握其惡化態(tài)勢，才能據(jù)以主動采取果斷措施，有效地消滅可能發(fā)生的斷繩事故。同煤集團經(jīng)過多年探索，選用基于弱磁技術(shù)的TCK.W鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)，創(chuàng)新提升鋼絲繩安全監(jiān)管模式，基本實現(xiàn)了“安全、節(jié)約、高效”的三重管理目標。
2 提升鋼絲繩檢測技術(shù)選擇
鋼絲繩無損探傷技術(shù)有非磁與磁之分。非磁檢測主要有電渦流、機械震動、超聲波、光學等探傷方法，基本沒有得到工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用和推廣;而磁檢測技術(shù)因其能較好地適應(yīng)工況，被公認為是最適合于鐵磁物質(zhì)無損探傷的檢測技術(shù)。磁檢測又有強磁和弱磁兩種檢測技術(shù)。前者已有百多年歷史，雖然取得了一定的進展，但技術(shù)上的突破并不明顯，始終存在通過性差，股波噪音，檢測結(jié)果受速度影響等缺陷，幾乎不可能實現(xiàn)鋼絲繩在線檢測。誕生于本世紀初的弱磁檢測技術(shù)，采用我國自主研發(fā)的高靈敏傳感器，全面創(chuàng)新了檢測原理和方法，在技術(shù)上取得了重大突破，實現(xiàn)了鋼絲繩內(nèi)外部損傷，尤其是疲勞的定量檢測。TCK.W弱磁檢測技術(shù)采用“竇氏元件”傳感器，靈敏度高，檢測體對被測鋼絲繩沒有束縛力，可以實現(xiàn)非接觸“寬距”檢測，檢測設(shè)備通過性好，檢測結(jié)果也不會受到速度影響，被業(yè)界認為是最有希望實現(xiàn)鋼絲繩在線實時檢測的一項先進技術(shù)。
同煤集團對強磁和弱磁技術(shù)進行對比后認為，要創(chuàng)建提升鋼絲繩安全監(jiān)管新模式，就要對提升鋼絲繩進行在線實時檢測;而要做到這一點，就應(yīng)選擇目前世界領(lǐng)先的弱磁檢測技術(shù)。
3 弱磁檢測技術(shù)優(yōu)勢
鋼絲繩無損探傷技術(shù)有非磁與磁之分。非磁鋼絲繩在線實時檢測的基本要求是，做到對運行中的提升鋼絲繩連續(xù)進行定位、定量、定性檢測，并保證檢測結(jié)果不受檢測速度、鋼絲繩晃動或抖動等因素的影響?；谌醮偶夹g(shù)的TCK.W鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)完全實現(xiàn)了這些功能。該系統(tǒng)之所以能實現(xiàn)在線自動實時檢測，是因為弱磁檢測技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢。
3.1高靈敏度傳感器技術(shù)
“竇氏元件”傳感器是弱磁檢測的核心技術(shù)關(guān)鍵?；诳臻g磁場矢量合成原理的“竇氏元件”傳感器，由釋能元件提供一個給定磁場。該磁場與鋼絲繩沿軸向體積微分的弱磁空間關(guān)聯(lián)出的磁場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。
第4期 薛鵬，等：TCK.W鋼絲繩在線自動檢測系統(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，達到了5V/GS，因此基于弱磁技術(shù)的鋼絲繩在線檢測系統(tǒng)采用了非接觸“寬距”檢測，鋼絲繩非常容易通過，且不受任何外部因素影響，可以在線實時提取鋼絲繩損傷信號，準確定位、定量、定性檢測鋼絲繩內(nèi)外部的斷絲、磨損、銹蝕和疲勞等各種損傷，評估鋼絲繩的剩余承載能力和使用壽命。該系統(tǒng)檢測速度0～13m/s，檢測不受鋼絲繩晃動、抖動等的影響。
3.2空間磁場矢量合成理論
TCK.W創(chuàng)立的空間磁場矢量合成新理論是弱磁檢測技術(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)學模型。依據(jù)國際公認的鋼絲繩技術(shù)標準，經(jīng)大量的技術(shù)試驗驗證，根據(jù)該數(shù)學模型對鋼絲繩各類損傷導致的金屬有效截面積損失所作的定量計算準確，完全可滿足鋼絲繩內(nèi)外部缺陷定量檢測要求。這一理論突破了承襲已久的傳統(tǒng)磁檢測技術(shù)原理，實現(xiàn)了磁檢測技術(shù)由定性檢測到量檢測的質(zhì)的飛躍，進而完成了對鋼絲繩剩余承載能力和使用壽命的準確、科學、客觀評估。
4 鋼絲繩在線檢測系統(tǒng)原理
基于弱磁技術(shù)的TCK.W鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)(見附圖)，以可靠的結(jié)構(gòu)型式，將系統(tǒng)檢測裝置安裝固定于便于檢測提升機鋼絲繩的適當位置。檢測時，首先由弱磁加載裝置對鋼絲繩全長進行弱磁規(guī)劃;安裝有“竇氏元件”高靈敏度傳感器的檢測裝置，接著對鋼絲繩實施“全息”切片式檢測，提取原始檢測信號并輸出;系統(tǒng)的數(shù)采轉(zhuǎn)換裝置(二級站)接收原始檢測信號，同時完成規(guī)定的數(shù)學模型和信息制式轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的初步處理和信息存儲，并通過有線或無線通訊傳輸方式，將運行中的鋼絲繩損傷信號實時傳輸?shù)蕉嘈诺乐骺刂行?主控站)進行綜合分析、計算，得出檢測結(jié)果，并在顯示終端實時顯示檢測結(jié)果，自動打印檢測報告，同時完成檢測結(jié)果的存檔[1]。此外，該系統(tǒng)還設(shè)有聲光報警系統(tǒng)，可對檢測中發(fā)現(xiàn)的重度損傷實時報警提示，并按預置的預警預案，啟動緊急處理措施，保證設(shè)備安全運行。
5 TCK.W鋼絲繩在線自動檢測系統(tǒng)應(yīng)用實踐
同煤集團共有礦井提升機40臺，每年在鋼絲繩上投入的資金近2000萬元，如何能夠科學管理和安全使用鋼絲繩一直是個難題。2010年12月，同煤集團在其下屬的2O個礦的提人副立井和副斜井地面提升機房內(nèi)分別安裝了TCK.W鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)，當月調(diào)試完畢，投入使用，取代了過去采用的鋼絲繩檢查方法，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)的手工檢查向科學量化檢查的轉(zhuǎn)變。事實證明，TCK.W鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)可提高鋼絲繩檢查的自動化程度和效果，徹底解決過去鋼絲繩檢查中存在的不安全、不經(jīng)濟、低效率、不科學、隱患大等諸多難題，提高提升設(shè)備利用率。同煤集團20個礦的副井安裝使用TCK.W鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)后，各礦的副井提升鋼絲繩始終處于安全受控的檢測狀態(tài)，從根本上杜絕了隱患，確保了提升鋼絲繩運行安全。同時，安裝使用該檢測系統(tǒng)，也為礦上節(jié)約了檢測時間，創(chuàng)造出了可觀的經(jīng)濟效益;并在降低檢測能耗，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的時間至少1h。同煤集團安裝使用TCK.W鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)的副井提升機，其功率基本為280～1000kW，20個礦每年用于鋼絲繩檢測的空轉(zhuǎn)能耗約為160多萬kW·h;使用該檢測系統(tǒng)后，這些檢測空耗將全部被節(jié)約。此外，安裝使用該檢測系統(tǒng)，可以及時了解提升鋼絲繩運行的安全狀況及其存在損傷的發(fā)展變化態(tài)勢，據(jù)以適時采取有針對性的保養(yǎng)措施來減緩鋼絲繩退變，達到延長提升鋼絲繩使用壽命的目的。據(jù)統(tǒng)計，使用TCK.W鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)，煤礦每年可因鋼絲繩安全使用壽命得到延長而減少提升鋼絲繩消耗量約1/3。
6 結(jié) 語
TCK.W鋼絲繩在線實時自動檢測系統(tǒng)可實現(xiàn)對重大裝備和重要設(shè)施鋼絲繩的全方位在線自動檢測，為用戶創(chuàng)造全新的鋼絲繩運行安全監(jiān)管模式，消除不安全隱患，降低勞動強度，提高工作效率。這對于保證煤礦安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟效益，促進企業(yè)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實和長遠意義。
[參考文獻]
[1]竇毓堂，郭保中.TCK.W鋼絲繩在線無損定量檢測系統(tǒng)[J].煤礦機械，2001(8).
作者簡介
薛鵬(1982--)，男，助理工程師。2011年畢業(yè)于太原理工大學機械及其自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于同煤集團機電管理處機械科。
段躍新(1968- )，男，工學碩士，高級工程師。2002年畢業(yè)于南開大學計算機專業(yè)，主持研發(fā)的項目曾獲軍隊科技進步三等獎，現(xiàn)任洛陽逖悉開鋼絲繩檢測技術(shù)有限公司研發(fā)中心副總經(jīng)理。