發(fā)表期刊:索道年會論文
摘 要：TCK?W索道鋼絲繩檢測專家系統(tǒng),第一次實現(xiàn)了對索道鋼絲繩自動檢測。該技術(shù)對索道鋼絲繩的斷絲、磨損、銹蝕、疲勞等各種局部缺陷(LF)有極高的檢出率，對鋼絲繩的徑縮、有效金屬截面積的損失(LMA)等缺陷有準(zhǔn)確的分辨力，為確保索道鋼絲繩的安全運行，提供了一個全新的技術(shù)手段。
關(guān)鍵詞：鋼絲繩檢測，TCK?W索道鋼絲繩檢測專家系統(tǒng)， 鋼絲繩無損檢測。
一、索道鋼絲繩檢測的現(xiàn)狀
鋼絲繩作為索道客(貨)設(shè)備中高度危險的關(guān)鍵構(gòu)件，是索道運輸?shù)纳€。鋼絲繩使用過程中，始終潛伏著因強度損耗而發(fā)生斷繩事故的危險。美國的權(quán)威機構(gòu)曾對全球8000家鋼絲繩用戶進行調(diào)查，結(jié)論是：有10%的在用鋼絲繩強度損耗超過15%，處于“危險狀態(tài)”，2%的在用鋼絲繩強度損耗超過30%，處于“極度危險狀態(tài)”。
長期以來，由于缺少對索道鋼絲繩科學(xué)高效的在線實時自動檢測手段，世界各國索道的斷繩事故時有發(fā)生。1999年發(fā)生的3起索道重大斷繩事故中，意大利Cavalese索道斷繩，一次死亡20人;法國阿爾卑斯山的天文臺索道斷繩，20位天文學(xué)家不幸遇難;中國貴州麻嶺客運索道斷繩，造成一次死亡14人，傷22人的慘痛事故。2003年僅印度就發(fā)生了2起索道斷繩的重大事故，共造成11人死亡53人受傷的嚴重慘案。近幾年來，各國的客(貨)運索道斷繩事故仍時有發(fā)生。我國四川渡口礦務(wù)局曾對其15年間貨運索道事故進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果表明：鋼絲繩斷繩事故90次，占總事故的16%，造成的停運時間為734小時，占總停運時間的24%。
目前，世界各國索道對鋼絲繩日常自檢普遍通過人工目測來發(fā)現(xiàn)鋼絲繩的各種隱患，目視檢測時鋼絲繩的運行速度不得高于0.5m/s，這種方法明顯存在效率低、不可靠的缺點：檢測人員目測一條長度超過3000米的鋼絲繩，一次耗時至少需要120分鐘;一些長度超過10000米的索道，檢測的時間至少需要10小時以上。某鋼絲繩用戶曾對一條更換下來的250米長的鋼絲繩進行解剖驗證，目測檢查鋼絲繩表面斷絲只有13根，解剖后發(fā)現(xiàn)，鋼絲繩內(nèi)部暗傷僅斷絲就多達134處，其中一個捻距內(nèi)的斷絲最多達到11根。
傳統(tǒng)的強磁探傷設(shè)備由于技術(shù)局限，普遍存在準(zhǔn)確率、重復(fù)率差的問題。泰山索道曾對一條張緊索進行無損探傷，發(fā)現(xiàn)的斷絲數(shù)并不多，還沒有達到報廢數(shù)量，對鋼絲繩進行拆散檢查時發(fā)現(xiàn)，幾乎每一根鋼絲都在不同的位置發(fā)生過斷裂，基本上沒有一根從頭到尾的整絲，情況十分危險。
洛陽威爾若普檢測技術(shù)有限公司最新研發(fā)的TCK?W索道鋼絲繩智慧檢測專家系統(tǒng)，可以在索道高速運行的同時完成對鋼絲繩的自動監(jiān)測和遠程監(jiān)控，使鋼絲繩始終處于安全受控的檢測狀態(tài)，成功的解決了索道鋼絲繩在線實時自動監(jiān)測的技術(shù)難題。
二、TCK?W弱磁檢測技術(shù)原理
TCK?W弱磁檢測技術(shù)是基于“空間磁場矢量合成”原理，采用寬距、非接觸式弱磁能勢感應(yīng)裝置，通過提取被磁化的鐵磁性材料上磁場分布的差異信息，完成定位、定性、定量識別鋼絲繩內(nèi)外部各種缺陷的創(chuàng)新型電磁無損檢測技術(shù)。
1、弱磁檢測的基本概念 鋼絲繩是由優(yōu)質(zhì)鋼材制成單絲，再經(jīng)過多重捻制而組成的1種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鐵磁性柔性傳力、承載構(gòu)件，具有良好的導(dǎo)磁能力。圖l為典型的鋼絲繩磁化特性曲線和磁導(dǎo)率隨磁場強度變化曲線，圖中Hμm為磁導(dǎo)率μ取最大值時的磁場強度，B為磁感應(yīng)強度。
當(dāng)磁場強度大于Hμm時，屬于強磁檢測的范圍，此時材料的磁導(dǎo)率處于Pm點右側(cè)。在缺陷附近的局部區(qū)域中，通過該區(qū)域橫截面(垂直于磁化磁場方向)上的磁通量幾乎不變化，因斷口中的空氣隙的磁導(dǎo)遠小于材料磁導(dǎo)，一部分磁場將會繞過斷口從其附近的材料中通過，致使它們中的磁場強度升高，磁導(dǎo)率下降，從而通過斷口空氣隙外泄的漏磁通相對增大。
當(dāng)磁場強度小于Hμm時，屬于弱磁檢測的范圍，此時材料的磁導(dǎo)率處于Pm點左側(cè)，隨缺陷附近的材料中磁場的增強，磁導(dǎo)率將增大，斷口處外泄的漏磁通相對減小。這時檢測傳感器的靈敏度和最小分辨力相應(yīng)提高。
2 、弱磁的檢測原理 鋼絲繩被磁化后，在鋼絲繩內(nèi)部產(chǎn)生主磁感應(yīng)強度Bz，在鋼絲繩表面產(chǎn)生主漏磁感應(yīng)強度Bz1，Bz1與缺陷磁感應(yīng)強度方向相反。傳感器對磁感應(yīng)強度進行綜合處理時，用補償磁感應(yīng)矢量Bb來抵消主漏磁感應(yīng)強度Bz1.
檢測儀上某點傳感線圈捕捉到得磁感應(yīng)強度矢量，是鋼絲繩外該點各種磁感應(yīng)強度矢量沿軸向分量的矢量和，即公式1中：Bs為傳感線圈捕捉到的磁感應(yīng)強度;Bz1為主漏磁感應(yīng)強度;Bb為補償磁感應(yīng)強度;Bh為環(huán)境磁感應(yīng)強度;By為偏移磁感應(yīng)強度;Bd為斷絲漏磁感應(yīng)強度;Bm為磨損漏磁感應(yīng)強度;Bx為銹蝕漏磁感應(yīng)強度;Bp為疲勞漏磁感應(yīng)強度;B′b為變形漏磁感應(yīng)強度;Bn為第n個磁感應(yīng)強度矢量;Bi為任何缺陷磁感應(yīng)強度。
試驗表明：傳感線圈的輸出信號U是Bs的函數(shù)，缺陷當(dāng)量△S又是U的函數(shù)，可寫成如圖公式2中：U為傳感線圈輸出的電壓信號;所以可得公式3中：△S為缺陷當(dāng)量或損耗面積的百分比數(shù);A為比例系數(shù)(由實驗所得);C為常數(shù)。這樣，鋼絲繩損傷點的面積損耗值△S就變成了場強Bi的函數(shù)。
TCK?W弱磁檢測技術(shù)的主要優(yōu)勢在于：①弱磁檢測元件靈敏度極高，檢測時傳感器與被測物體表面之間的間隙允許較大，最大可達30 mm。②由于是弱磁檢測，對被測物體的磁場束縛力小，可以實現(xiàn)0～30 m/s速度下的檢測，因此完全可以滿足索道鋼絲繩在線實時自動監(jiān)測的要求。
三、索道鋼絲繩在線實時自動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用
TCK?W系統(tǒng)已經(jīng)在新加坡的圣淘沙、我國的武當(dāng)山、華錫集團等客(貨)運索道得到成功應(yīng)用，運行效果良好。圣淘沙索道于2010年12月引進TCK?W系統(tǒng)，從而結(jié)束了該索道費時費力的人工檢查的歷史，通過3年的監(jiān)測運行，系統(tǒng)的可靠性得到了新加坡政府BCA的認可。TCK?W系統(tǒng)還可以對該索道鋼絲繩進行遠程監(jiān)控，實時反饋運行中索道鋼絲繩的變化趨勢。圖2、圖3表明TCK?W系統(tǒng)監(jiān)測到的圣淘沙索道2280米處損傷發(fā)展趨勢，并得到圣淘沙索道的現(xiàn)場驗證。
圖2： 2013年02月12號2280米損傷曲線圖和數(shù)據(jù)表
圖3： 2014年03月04號2280米損傷曲線圖和數(shù)據(jù)表
廣西華錫集團銅坑礦貨運索道于2012年7月19日接到TCK?W系統(tǒng)報警，發(fā)現(xiàn)2號索道鋼絲繩4#接頭后2105-2122米處損傷有突變趨勢，報告顯示損傷量值已達到嚴重損傷程度。銅坑礦根據(jù)報警提示立即停機處理，經(jīng)現(xiàn)場人工驗證，發(fā)現(xiàn)該段鋼絲繩密集斷絲嚴重，礦方因此將該損傷段切掉，重新編織接頭，從而避免了一場重大事故的發(fā)生。
圖4： 2012年07月19日華錫貨運索道4#接頭后2105-2122米補接頭前損傷曲線和數(shù)據(jù)表
四、結(jié)論
洛陽威爾若普檢測技術(shù)有限公司研發(fā)的TCK?W索道鋼絲繩檢測專家系統(tǒng)，第一次實現(xiàn)了對索道鋼絲繩的在線實時自動監(jiān)測。該技術(shù)對索道鋼絲繩的斷絲、磨損、銹蝕、疲勞等各種局部缺陷(LF)有極高的檢出率，對鋼絲繩的徑縮、有效金屬截面積的損失(LMA)等缺陷有準(zhǔn)確的分辨力，不僅可以為正確評估被測鋼絲繩的剩余承載能力、安全系數(shù)和使用壽命提供科學(xué)可靠的檢測依據(jù)，而且為確保索道鋼絲繩的安全運行，提供了一個全新的技術(shù)手段。TCK?W系統(tǒng)填補了索道鋼絲繩在線實時自動監(jiān)測領(lǐng)域的國內(nèi)外空白，處于國際領(lǐng)先水平。
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