TCK?W索道鋼絲繩檢測專家系統的研制與應用

摘 要：TCK?W索道鋼絲繩檢測專家系統,第一次實現了對索道鋼絲繩自動檢測。該技術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手段。

　　關鍵詞：鋼絲繩檢測，TCK?W索道鋼絲繩檢測專家系統， 鋼絲繩無損檢測。

　　一、索道鋼絲繩檢測的現狀

　　鋼絲繩作為索道客(貨)設備中高度危險的關鍵構件，是索道運輸的生命線。鋼絲繩使用過程中，始終潛伏著因強度損耗而發生斷繩事故的危險。美國的權威機構曾對全球8000家鋼絲繩用戶進行調查，結論是：有10%的在用鋼絲繩強度損耗超過15%，處于“危險狀態”，2%的在用鋼絲繩強度損耗超過30%，處于“極度危險狀態”。

　　長期以來，由于缺少對索道鋼絲繩科學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生。1999年發生的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生。我國四川渡口礦務局曾對其15年間貨運索道事故進行了統計分析，結果表明：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現鋼絲繩的各種隱患，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，解剖后發現，鋼絲繩內部暗傷僅斷絲就多達134處，其中一個捻距內的斷絲最多達到11根。

　　傳統的強磁探傷設備由于技術局限，普遍存在準確率、重復率差的問題。泰山索道曾對一條張緊索進行無損探傷，發現的斷絲數并不多，還沒有達到報廢數量，對鋼絲繩進行拆散檢查時發現，幾乎每一根鋼絲都在不同的位置發生過斷裂，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有限公司最新研發的TCK?W索道鋼絲繩智慧檢測專家系統，可以在索道高速運行的同時完成對鋼絲繩的自動監測和遠程監控，使鋼絲繩始終處于安全受控的檢測狀態，成功的解決了索道鋼絲繩在線實時自動監測的技術難題。

　　二、TCK?W弱磁檢測技術原理

　　TCK?W弱磁檢測技術是基于“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、定量識別鋼絲繩內外部各種缺陷的創新型電磁無損檢測技術。

　　1、弱磁檢測的基本概念 鋼絲繩是由優質鋼材制成單絲，再經過多重捻制而組成的1種復雜結構的鐵磁性柔性傳力、承載構件，具有良好的導磁能力。圖l為典型的鋼絲繩磁化特性曲線和磁導率隨磁場強度變化曲線，圖中Hμm為磁導率μ取最大值時的磁場強度，B為磁感應強度。

　　當磁場強度大于Hμm時，屬于強磁檢測的范圍，此時材料的磁導率處于Pm點右側。在缺陷附近的局部區域中，通過該區域橫截面(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遠小于材料磁導，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，磁導率下降，從而通過斷口空氣隙外泄的漏磁通相對增大。

　　當磁場強度小于Hμm時，屬于弱磁檢測的范圍，此時材料的磁導率處于Pm點左側，隨缺陷附近的材料中磁場的增強，磁導率將增大，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提高。

　　2 、弱磁的檢測原理 鋼絲繩被磁化后，在鋼絲繩內部產生主磁感應強度Bz，在鋼絲繩表面產生主漏磁感應強度Bz1，Bz1與缺陷磁感應強度方向相反。傳感器對磁感應強度進行綜合處理時，用補償磁感應矢量Bb來抵消主漏磁感應強度Bz1.

　　檢測儀上某點傳感線圈捕捉到得磁感應強度矢量，是鋼絲繩外該點各種磁感應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強度;Bz1為主漏磁感應強度;Bb為補償磁感應強度;Bh為環境磁感應強度;By為偏移磁感應強度;Bd為斷絲漏磁感應強度;Bm為磨損漏磁感應強度;Bx為銹蝕漏磁感應強度;Bp為疲勞漏磁感應強度;B′b為變形漏磁感應強度;Bn為第n個磁感應強度矢量;Bi為任何缺陷磁感應強度。

　　試驗表明：傳感線圈的輸出信號U是Bs的函數，缺陷當量△S又是U的函數，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為缺陷當量或損耗面積的百分比數;A為比例系數(由實驗所得);C為常數。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。

　　TCK?W弱磁檢測技術的主要優勢在于：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測的要求。

　　三、索道鋼絲繩在線實時自動監測系統的應用

　　TCK?W系統已經在新加坡的圣淘沙、我國的武當山、華錫集團等客(貨)運索道得到成功應用，運行效果良好。圣淘沙索道于2010年12月引進TCK?W系統，從而結束了該索道費時費力的人工檢查的歷史，通過3年的監測運行，系統的可靠性得到了新加坡政府BCA的認可。TCK?W系統還可以對該索道鋼絲繩進行遠程監控，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系統監測到的圣淘沙索道2280米處損傷發展趨勢，并得到圣淘沙索道的現場驗證。

　　圖2： 2013年02月12號2280米損傷曲線圖和數據表

　　圖3： 2014年03月04號2280米損傷曲線圖和數據表

　　廣西華錫集團銅坑礦貨運索道于2012年7月19日接到TCK?W系統報警，發現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。銅坑礦根據報警提示立即停機處理，經現場人工驗證，發現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據表

　　四、結論

　　洛陽威爾若普檢測技術有限公司研發的TCK?W索道鋼絲繩檢測專家系統，第一次實現了對索道鋼絲繩的在線實時自動監測。該技術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、安全系數和使用壽命提供科學可靠的檢測依據，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手段。TCK?W系統填補了索道鋼絲繩在線實時自動監測領域的國內外空白，處于國際領先水平。

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索道鋼絲繩斷繩事故視頻

長期以來，由于缺少對索道鋼絲繩科學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生。 　　1999年發生的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位天文學家不幸遇難; 　　2003年僅印度就發生了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生。我國四川渡口礦務局曾對其15年間貨運索道事故進行了統計分析，結果表明：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現鋼絲繩的各種隱患，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，解剖后發現，鋼絲繩內部暗傷僅斷絲就多達134處，其中一個捻距內的斷絲最多達到11根。