鋼絲繩檢測技術(研)4

1、周周 強強武漢理工大學物流工程學院武漢理工大學物流工程學院港口機械系港口機械系機 械 故 障 診 斷第第8章章 卷揚裝置及其系統(tǒng)的監(jiān)測與診斷卷揚裝置及其系統(tǒng)的監(jiān)測與診斷 學習目標：學習目標： 1、掌握、掌握鋼絲繩磁檢測鋼絲繩磁檢測技術技術 2、了解卷揚裝置的振動檢測方法、了解卷揚裝置的振動檢測方法 見教材見教材機械系統(tǒng)工況監(jiān)測與故障診斷機械系統(tǒng)工況監(jiān)測與故障診斷第第11章。章。 8.1 卷揚系統(tǒng)的組成及布置形式卷揚系統(tǒng)的組成及布置形式卷揚系統(tǒng)組成卷揚系統(tǒng)組成 驅(qū)動電機、傳動裝置、制動裝置、鋼驅(qū)動電機、傳動裝置、制動裝置、鋼絲繩、滑輪、卷筒、取物裝置、安全輔助絲繩、滑輪、卷筒、取物裝置、安全輔助

2、裝置等組成裝置等組成 1-電動機；電動機；2-聯(lián)軸節(jié)；聯(lián)軸節(jié)；3-制動器；制動器；4-齒輪減速齒輪減速器；器；5-鋼絲繩；鋼絲繩；6-滑輪；滑輪；7-卷筒。卷筒。 8.2 卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術散貨裝船機散貨裝船機俯仰機構俯仰機構卷揚系統(tǒng)卷揚系統(tǒng)的振動分析的振動分析 典型的裝船機俯仰機構有電動機、制動器、典型的裝船機俯仰機構有電動機、制動器、減速器、滑輪、鋼絲繩、卷筒等組成。電減速器、滑輪、鋼絲繩、卷筒等組成。電動機經(jīng)減速器驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)，使鋼絲繩繞動機經(jīng)減速器驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒中放出，從而使臂架俯仰。上卷筒或從卷筒中放出，從而使臂架俯仰。卷筒的正反轉(zhuǎn)動

3、是通過改變電動機的轉(zhuǎn)向卷筒的正反轉(zhuǎn)動是通過改變電動機的轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。8.2 卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術 俯仰機構的電動機、齒輪減速器、卷筒是俯仰機構的電動機、齒輪減速器、卷筒是系統(tǒng)重要的組成單元，承擔動力傳遞任務，系統(tǒng)重要的組成單元，承擔動力傳遞任務，工作速度高，沖擊載荷大，往往導致較為工作速度高，沖擊載荷大，往往導致較為強烈的振動。其振動特征表現(xiàn)為非平穩(wěn)、強烈的振動。其振動特征表現(xiàn)為非平穩(wěn)、頻率寬、振幅變化大、強度高。隨著近幾頻率寬、振幅變化大、強度高。隨著近幾年起重機械大型化的發(fā)展趨勢，俯仰機構年起重機械大型化的發(fā)展趨勢，俯仰機構出現(xiàn)的振動故障更加復雜，是機械故

4、障診出現(xiàn)的振動故障更加復雜，是機械故障診斷技術應用的重點之一。斷技術應用的重點之一。8.2 卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術 俯仰機構的電動機、齒輪減速器、卷筒、俯仰機構的電動機、齒輪減速器、卷筒、聯(lián)軸器等是裝船機前伸臂做俯仰動作時的聯(lián)軸器等是裝船機前伸臂做俯仰動作時的主要激振源，它產(chǎn)生的振動故障會影響整主要激振源，它產(chǎn)生的振動故障會影響整臺裝船機的正常俯仰工作。臺裝船機的正常俯仰工作。 下面以某港口一臺大型煤炭裝船機為例下面以某港口一臺大型煤炭裝船機為例說明俯仰機構振動故障的診斷及排除過程。說明俯仰機構振動故障的診斷及排除過程。8.2 卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術

5、 某港口裝船機的主要性能參數(shù)為：額某港口裝船機的主要性能參數(shù)為：額定生產(chǎn)率為定生產(chǎn)率為6000T/h；峰值生產(chǎn)率為；峰值生產(chǎn)率為6800 T/h；設計船型為；設計船型為500035000DWT；最大；最大外伸距外伸距28m；最小外伸距；最小外伸距14m；機上皮帶；機上皮帶機帶寬機帶寬2.2m；大車軌距；大車軌距16m；最大行走速；最大行走速度度30m/min；前伸臂俯仰鋼絲繩收放速度；前伸臂俯仰鋼絲繩收放速度8m/min，二檔可調(diào)；懸臂伸縮速度，二檔可調(diào)；懸臂伸縮速度06m/min；懸臂皮帶機；懸臂皮帶機280m/min；溜筒伸；溜筒伸縮速度縮速度10m/min。8.2 卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術

6、卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術 該裝船機該裝船機2003年年3月自投產(chǎn)使用后一直存在月自投產(chǎn)使用后一直存在整機振動較大的現(xiàn)象，特別是該機在前伸整機振動較大的現(xiàn)象，特別是該機在前伸臂仰俯過程中整機產(chǎn)生持續(xù)地強烈振動，臂仰俯過程中整機產(chǎn)生持續(xù)地強烈振動，影響了司機的正常操作工作。為了診斷產(chǎn)影響了司機的正常操作工作。為了診斷產(chǎn)生振動的故障原因，提出整改措施，對該生振動的故障原因，提出整改措施，對該機進行了振動檢測，機進行了振動檢測， 2003年年8月實施檢測。月實施檢測。 檢測實施方案：檢測實施方案：8.2 卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術（1）振動測量參數(shù)）振動測量參數(shù)振動加速度、振動速度（應

7、變、速度、變形振動加速度、振動速度（應變、速度、變形等）。等）。（2）測點位置的選擇。）測點位置的選擇。 測點位置的選擇對診斷效果影響較大，測測點位置的選擇對診斷效果影響較大，測點的數(shù)量及方向的確定應該能對裝船機卷揚機點的數(shù)量及方向的確定應該能對裝船機卷揚機構的狀態(tài)作出全面地信息獲取。軸承座往往是構的狀態(tài)作出全面地信息獲取。軸承座往往是工作機構振動傳遞的主要路徑，因此，對卷揚工作機構振動傳遞的主要路徑，因此，對卷揚機構的電機、齒輪減速器、卷筒等部件測量時，機構的電機、齒輪減速器、卷筒等部件測量時，測點的位置盡可能選在軸承座的軸承直徑方向，測點的位置盡可能選在軸承座的軸承直徑方向，且與軸承外圈最

8、靠近的地方。且與軸承外圈最靠近的地方。8.2 卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術（3）檢測工況）檢測工況主臂伸出主臂伸出6m后，在工作狀態(tài)下前伸臂做小范圍后，在工作狀態(tài)下前伸臂做小范圍俯仰動作。俯仰動作。（4）測試記錄時間）測試記錄時間其采樣頻率為其采樣頻率為50Hz，時間為，時間為180秒左右。秒左右。（5）裝船機俯仰驅(qū)動機構開式齒輪特征頻率）裝船機俯仰驅(qū)動機構開式齒輪特征頻率 俯仰驅(qū)動機構減速器型號為俯仰驅(qū)動機構減速器型號為2SG 355，傳動，傳動比比i=18，俯仰電機型號為，俯仰電機型號為M3BP 355 ML，功率，功率為為315kW，額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速n1=1000r/m

9、in。俯仰驅(qū)動。俯仰驅(qū)動機構有對開式漸開式圓柱齒輪，小齒輪與減機構有對開式漸開式圓柱齒輪，小齒輪與減速器輸出軸相聯(lián)，齒數(shù)速器輸出軸相聯(lián)，齒數(shù)Z1=20，大齒輪與卷筒，大齒輪與卷筒相聯(lián)，齒數(shù)相聯(lián)，齒數(shù)Z2=68。8.2 卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術 俯仰電機輸出軸轉(zhuǎn)頻俯仰電機輸出軸轉(zhuǎn)頻16.67Hz；減速器；減速器輸出軸額定轉(zhuǎn)速輸出軸額定轉(zhuǎn)速n2= n1/i=55.56r/min；小齒；小齒輪軸的轉(zhuǎn)頻為輪軸的轉(zhuǎn)頻為0.93Hz；大齒輪轉(zhuǎn)頻；大齒輪轉(zhuǎn)頻0.27Hz；開式漸開線圓柱齒輪的理論嚙合振動頻率為開式漸開線圓柱齒輪的理論嚙合振動頻率為18.52 Hz。 不過，在測試中，司機為

10、了避免振動過不過，在測試中，司機為了避免振動過大導致安全問題，降低了俯仰速度，從光電大導致安全問題，降低了俯仰速度，從光電轉(zhuǎn)速傳感器測出的小齒輪軸實際轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速傳感器測出的小齒輪軸實際轉(zhuǎn)速為44 r/min，這樣俯仰機構開式齒輪的實際嚙合，這樣俯仰機構開式齒輪的實際嚙合振動頻率約為振動頻率約為14.67 Hz。 （6）裝船機振動信號分析）裝船機振動信號分析俯仰機構開式齒輪軸承座上的振動信號功率譜圖俯仰機構開式齒輪軸承座上的振動信號功率譜圖 裝船機懸臂頂端的振動信號功率譜圖裝船機懸臂頂端的振動信號功率譜圖裝船機司機座位上的振動信號功率譜圖裝船機司機座位上的振動信號功率譜圖 8.2 卷揚系統(tǒng)的振動

11、診斷技術卷揚系統(tǒng)的振動診斷技術 從以上測試與數(shù)據(jù)分析結果推測出：從以上測試與數(shù)據(jù)分析結果推測出： 俯仰機構的開式齒輪嚙合沖擊是該卸船機發(fā)俯仰機構的開式齒輪嚙合沖擊是該卸船機發(fā)生整機強烈振動的根源。主要是這對開式齒輪生整機強烈振動的根源。主要是這對開式齒輪的基座剛度不夠，受力時變形大，導致兩個開的基座剛度不夠，受力時變形大，導致兩個開式齒輪的嚙合間隙較大，產(chǎn)生較強的沖擊力，式齒輪的嚙合間隙較大，產(chǎn)生較強的沖擊力，激發(fā)了該卸船機金屬結構產(chǎn)生以固有頻率為頻激發(fā)了該卸船機金屬結構產(chǎn)生以固有頻率為頻率的有阻尼衰減振動。振動性質(zhì)是齒輪的嚙合率的有阻尼衰減振動。振動性質(zhì)是齒輪的嚙合沖擊振動與金屬結構有阻尼衰

12、減振動的疊加。沖擊振動與金屬結構有阻尼衰減振動的疊加。 驗證：潤滑開式齒輪后，振動減弱。驗證：潤滑開式齒輪后，振動減弱。 解決方案：加強開式齒輪座的聯(lián)接剛度。解決方案：加強開式齒輪座的聯(lián)接剛度。 （7）裝船機的減振措施）裝船機的減振措施裝船機俯仰機構開式齒輪座加固示意圖裝船機俯仰機構開式齒輪座加固示意圖 機房主梁8.3 鋼絲繩損傷的鋼絲繩損傷的磁檢測磁檢測技術技術 8.3.1 鋼絲繩損傷及檢測方法鋼絲繩損傷及檢測方法 8.3.2 鋼絲繩鋼絲繩電磁檢測電磁檢測技術技術 8.3.3 鋼絲繩斷絲的鋼絲繩斷絲的漏磁漏磁分析分析 8.3.4 鋼絲繩鋼絲繩金屬截面積損失金屬截面積損失檢測檢測8.3.1 鋼

13、絲繩損傷及檢測方法鋼絲繩損傷及檢測方法 鋼絲繩缺陷鋼絲繩缺陷 按缺陷產(chǎn)生機理，鋼絲繩的缺陷分為按缺陷產(chǎn)生機理，鋼絲繩的缺陷分為: 磨損、磨損、腐蝕、斷絲、變形及彈性減低等。腐蝕、斷絲、變形及彈性減低等。 1）磨磨 損損 磨損是鋼絲繩常見的劣化形式。鋼絲磨損是鋼絲繩常見的劣化形式。鋼絲繩外部和內(nèi)部都會發(fā)生磨損，繩外部和內(nèi)部都會發(fā)生磨損，外部磨損外部磨損是是指外部鋼絲與滑輪或卷筒之間的摩擦引起指外部鋼絲與滑輪或卷筒之間的摩擦引起的磨損，而的磨損，而內(nèi)部磨損內(nèi)部磨損是指鋼絲與鋼絲之間、是指鋼絲與鋼絲之間、繩股與繩股之間產(chǎn)生的磨損。繩股與繩股之間產(chǎn)生的磨損。 磨損是鋼絲繩金屬截面積減少的

14、主要磨損是鋼絲繩金屬截面積減少的主要原因，導致發(fā)生斷絲。原因，導致發(fā)生斷絲。 磨磨損損后后的的斷斷絲絲 2）腐腐 蝕蝕 鋼絲繩劣化的另一種主要形式，鋼絲鋼絲繩劣化的另一種主要形式，鋼絲繩內(nèi)、外部都可能發(fā)生。繩內(nèi)、外部都可能發(fā)生。 腐蝕與使用環(huán)境腐蝕與使用環(huán)境: 海邊、海邊、 水中。水中。 腐蝕會使鋼絲繩承載的有效金屬截面腐蝕會使鋼絲繩承載的有效金屬截面積減少，加速磨損和斷絲的發(fā)生，對鋼絲積減少，加速磨損和斷絲的發(fā)生，對鋼絲繩機械性能影響很大繩機械性能影響很大 潤滑鋼絲繩潤滑鋼絲繩會抑制和防止腐蝕的發(fā)生。會抑制和防止腐蝕的發(fā)生。鋼絲繩的腐蝕鋼絲繩的腐蝕 3）斷斷 絲絲 主要是鋼絲繩彎曲疲勞、接觸

15、疲勞與擠壓的主要是鋼絲繩彎曲疲勞、接觸疲勞與擠壓的綜合作用結果。綜合作用結果。 彎曲疲勞最易導致斷絲的發(fā)生彎曲疲勞最易導致斷絲的發(fā)生。鋼絲繩的斷。鋼絲繩的斷絲一般都發(fā)生在與滑輪或卷筒經(jīng)常接觸的繩段，絲一般都發(fā)生在與滑輪或卷筒經(jīng)常接觸的繩段，因為這一繩段的鋼絲除受到彎曲扭轉(zhuǎn)力外，還受因為這一繩段的鋼絲除受到彎曲扭轉(zhuǎn)力外，還受到較大的擠壓力，易產(chǎn)生一定程度的磨損。到較大的擠壓力，易產(chǎn)生一定程度的磨損。 斷斷 絲絲 主要是鋼絲繩彎曲疲勞、接觸疲勞與擠壓主要是鋼絲繩彎曲疲勞、接觸疲勞與擠壓的綜合作用結果的綜合作用結果。 鋼絲繩內(nèi)外部都可能發(fā)生斷絲，單層股（如六鋼絲繩內(nèi)外部都可能發(fā)生斷絲，單層股（如六股

16、、八股）鋼絲繩斷絲主要發(fā)生在外表面，但股、八股）鋼絲繩斷絲主要發(fā)生在外表面，但多多層抗旋轉(zhuǎn)鋼絲繩層抗旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的斷絲主要發(fā)生在內(nèi)部不同的股的斷絲主要發(fā)生在內(nèi)部不同的股層之間。層之間。 4）變）變 形形 鋼絲繩失去正常形狀而產(chǎn)生可見的畸形稱為鋼絲繩失去正常形狀而產(chǎn)生可見的畸形稱為變形。變形會使鋼絲繩的內(nèi)部應力分布發(fā)生變化。變形。變形會使鋼絲繩的內(nèi)部應力分布發(fā)生變化。 鋼絲繩在使用中，外力的碰撞、過渡彎折都鋼絲繩在使用中，外力的碰撞、過渡彎折都會引起變形，碰撞引起的較嚴重的變形稱為會引起變形，碰撞引起的較嚴重的變形稱為“鳥鳥籠籠”現(xiàn)象。現(xiàn)象。 實際使用中，鋼絲繩的缺陷很少是單一的一實際使用中，鋼絲

17、繩的缺陷很少是單一的一種模式，而是多種缺陷模式的組合。種模式，而是多種缺陷模式的組合。 從鋼絲繩檢測的角度看，鋼絲繩缺陷可分從鋼絲繩檢測的角度看，鋼絲繩缺陷可分為兩大類型：為兩大類型： LF型型和和LMA型型 （1）局部缺陷型局部缺陷型（Localized Fault, 簡稱簡稱LF型），是指鋼絲繩局部位置上產(chǎn)生的損型），是指鋼絲繩局部位置上產(chǎn)生的損傷，主要包括內(nèi)外部斷絲、銹蝕斑點、局傷，主要包括內(nèi)外部斷絲、銹蝕斑點、局部形狀異常等。部形狀異常等。 （2）金屬截面積損失型金屬截面積損失型 (Loss of Metallic Cross-sectional Area, 簡稱簡稱LMA型型)，是，

18、是指造成鋼絲繩橫截面上金屬截面積減小的指造成鋼絲繩橫截面上金屬截面積減小的損傷，主要包括磨損、銹蝕、繩徑縮細等。損傷，主要包括磨損、銹蝕、繩徑縮細等。8.3.1 鋼絲繩損傷及檢測方法鋼絲繩損傷及檢測方法 鋼絲繩缺陷檢測方法鋼絲繩缺陷檢測方法 傳統(tǒng)的鋼絲繩檢測方法是傳統(tǒng)的鋼絲繩檢測方法是人工目視掛紗檢人工目視掛紗檢查斷絲查斷絲，用卡尺測量直徑的變化。，用卡尺測量直徑的變化。 目視掛紗方法目視掛紗方法就是檢測人員手抓棉紗就是檢測人員手抓棉紗并捋摸鋼絲繩，鋼絲繩以合適速度移動，并捋摸鋼絲繩，鋼絲繩以合適速度移動，若出現(xiàn)掛紗，則疑為斷絲并將鋼絲繩停下，若出現(xiàn)掛紗，則疑為斷絲并將鋼絲繩停下

19、，在該處仔細觀察。在該處仔細觀察。 8.3.1 鋼絲繩損傷及檢測方法鋼絲繩損傷及檢測方法 這種方法只能檢查外部斷絲，且斷絲須向這種方法只能檢查外部斷絲，且斷絲須向外翹曲。這種方法對現(xiàn)代工藝制造的鋼絲外翹曲。這種方法對現(xiàn)代工藝制造的鋼絲繩檢查效果越來越不理想，但目前仍是鋼繩檢查效果越來越不理想，但目前仍是鋼絲繩的一種常用檢查方法。絲繩的一種常用檢查方法。8.3.1 鋼絲繩損傷及檢測方法鋼絲繩損傷及檢測方法 鋼絲繩無損檢測技術是在不破壞鋼絲鋼絲繩無損檢測技術是在不破壞鋼絲繩結構的情況下，應用一定的物理檢測方繩結構的情況下，應用一定的物理檢測方法對鋼絲繩的機械性質(zhì)、內(nèi)部結構、工作法對鋼絲繩的機械性質(zhì)

20、、內(nèi)部結構、工作狀態(tài)進行檢測，并依據(jù)檢測結果和一定的狀態(tài)進行檢測，并依據(jù)檢測結果和一定的準則對鋼絲繩狀態(tài)作出評估。準則對鋼絲繩狀態(tài)作出評估。8.3.1 鋼絲繩損傷及檢測方法鋼絲繩損傷及檢測方法 鋼絲繩無損檢測技術的方法和原理有十幾鋼絲繩無損檢測技術的方法和原理有十幾種之多。有些檢測方法由于原理上或技術種之多。有些檢測方法由于原理上或技術上的限制很難在工程中應用，僅限于實驗上的限制很難在工程中應用，僅限于實驗室研究。目前，已在工程中推廣使用的主室研究。目前，已在工程中推廣使用的主要是要是電磁檢測法電磁檢測法。98.3.2 鋼絲繩磁檢測技術鋼絲繩磁檢測技術 早期的鋼絲繩電磁無損檢測儀原理如圖早期的

21、鋼絲繩電磁無損檢測儀原理如圖8-8、8-9所示。其中圖所示。其中圖8-8所示方法采用了所示方法采用了交流交流勵磁勵磁，故稱為，故稱為AC方法方法。由于。由于集膚效應集膚效應，這，這種方法測量精度很差，鋼絲繩檢測儀器容種方法測量精度很差，鋼絲繩檢測儀器容易發(fā)熱，而且每次測量都要把線圈纏繞在易發(fā)熱，而且每次測量都要把線圈纏繞在鋼絲繩上，所以工程中使用極不方便。鋼絲繩上，所以工程中使用極不方便。8.3.2 鋼絲繩磁檢測技術鋼絲繩磁檢測技術 圖圖8-9 早期鋼絲繩檢測原理早期鋼絲繩檢測原理8.3.2 鋼絲繩磁檢測技術鋼絲繩磁檢測技術 圖圖8-9所示的鋼絲繩無損檢測裝置采用直流所示的鋼絲繩無損檢測裝置采

22、用直流線圈對鋼絲繩勵磁，故稱為線圈對鋼絲繩勵磁，故稱為DC法法。它利用。它利用差動檢測線圈測量漏磁場，可以發(fā)現(xiàn)鋼絲差動檢測線圈測量漏磁場，可以發(fā)現(xiàn)鋼絲繩上的局部損傷缺陷。這種方法直到發(fā)明繩上的局部損傷缺陷。這種方法直到發(fā)明了分離式徑向感應線圈之后，才被有效應了分離式徑向感應線圈之后，才被有效應用。直流勵磁結構龐大，儀器笨重，操作用。直流勵磁結構龐大，儀器笨重，操作復雜，線圈安裝有困難，檢測效果可靠性復雜，線圈安裝有困難，檢測效果可靠性差。差。圖圖8-9 差動線圈檢測漏磁通方法差動線圈檢測漏磁通方法8.3.2 鋼絲繩磁檢測技術鋼絲繩磁檢測技術 80年代后期至年代后期至90年代中后期，在材料科學、

23、年代中后期，在材料科學、計算機及電子集成電路的快速發(fā)展帶動下，計算機及電子集成電路的快速發(fā)展帶動下，鋼絲繩檢測技術提高了一大步。勵磁裝置鋼絲繩檢測技術提高了一大步。勵磁裝置采用采用稀土永久磁鐵稀土永久磁鐵，信號處理裝置向集成，信號處理裝置向集成化、數(shù)字化方向發(fā)展，整個檢測儀器體積化、數(shù)字化方向發(fā)展，整個檢測儀器體積減少，重量減輕，功能增強。減少，重量減輕，功能增強。 8.3.2 鋼絲繩磁檢測技術鋼絲繩磁檢測技術 圖圖8-10為增加了積分電路的檢測裝置。為增加了積分電路的檢測裝置。這種檢測裝置可定量檢測鋼絲繩金屬截面這種檢測裝置可定量檢測鋼絲繩金屬截面積損失，定性分析斷絲等局部缺陷。積損失，定性

24、分析斷絲等局部缺陷。 用霍爾元件檢測鋼絲繩用霍爾元件檢測鋼絲繩漏磁通漏磁通和和主磁通主磁通的方法得到了較大發(fā)展，如圖的方法得到了較大發(fā)展，如圖8-11、圖、圖8-12所示，該裝置一般采用稀土永久磁鐵作所示，該裝置一般采用稀土永久磁鐵作為勵磁裝置，用集成霍爾元件和聚磁技術為勵磁裝置，用集成霍爾元件和聚磁技術測量鋼絲繩周圍的漏磁通或主磁通測量鋼絲繩周圍的漏磁通或主磁通圖圖8-10 積分線圈檢測積分線圈檢測LMA 圖圖8-11 霍爾元件檢測漏磁通霍爾元件檢測漏磁通 近年來，利用弱磁檢測技術檢測鋼絲繩缺陷有了一定進近年來，利用弱磁檢測技術檢測鋼絲繩缺陷有了一定進步。該方法將勵磁裝置與檢測裝置分離，一個

25、檢測探頭適用步。該方法將勵磁裝置與檢測裝置分離，一個檢測探頭適用的鋼絲繩繩徑范圍比較寬，工程上應用比較方便。的鋼絲繩繩徑范圍比較寬，工程上應用比較方便。圖圖8-12 霍爾元件檢測回霍爾元件檢測回(主主)磁通磁通 積分線圈檢測鋼絲繩積分線圈檢測鋼絲繩LMA積分線圈檢測鋼絲繩積分線圈檢測鋼絲繩LMA積分線圈檢測鋼絲繩積分線圈檢測鋼絲繩LMATCK弱磁檢測探頭弱磁檢測探頭8.3.3 鋼絲繩斷絲的漏磁檢測鋼絲繩斷絲的漏磁檢測 鋼絲繩結構與漏磁鋼絲繩結構與漏磁 鋼絲繩先由鋼絲擰成股，股再沿繩芯擰成鋼絲繩先由鋼絲擰成股，股再沿繩芯擰成繩制成。鋼絲和繩股在繩中呈繩制成。鋼絲和繩股在繩中呈空間螺

26、旋空間螺旋線線形式，股內(nèi)各層鋼絲間接觸狀態(tài)有點接觸、形式，股內(nèi)各層鋼絲間接觸狀態(tài)有點接觸、 線接觸和面接觸。線接觸和面接觸。 繩股繞制方向分為順繞、交繞和混合繞。繩股繞制方向分為順繞、交繞和混合繞。繞制層次分為單繞、雙繞和三繞。繞制層次分為單繞、雙繞和三繞。 繩芯有天然麻、石棉、塑膠、鋼絲等。繩芯有天然麻、石棉、塑膠、鋼絲等。8.3.3 鋼絲繩斷絲的漏磁檢測鋼絲繩斷絲的漏磁檢測 鋼絲繩的金屬截面積約為鋼絲繩的金屬截面積約為同直徑鋼棒截面同直徑鋼棒截面積的積的45-65%，其余由空隙和非導磁材料占，其余由空隙和非導磁材料占據(jù)。據(jù)。 磁化后的鋼絲繩漏磁強度較大，其分布形磁化后的鋼絲繩漏磁強度較大，

27、其分布形態(tài)隨結構不同而不同，股與股之間有漏磁，態(tài)隨結構不同而不同，股與股之間有漏磁，絲與絲之間也有漏磁，一部分漏磁在表面，絲與絲之間也有漏磁，一部分漏磁在表面，一部份漏磁在繩內(nèi)空隙中。一部份漏磁在繩內(nèi)空隙中。8.3.3 鋼絲繩斷絲的漏磁檢測鋼絲繩斷絲的漏磁檢測 鋼絲繩固有結構產(chǎn)生的漏磁構成了漏磁檢測的背鋼絲繩固有結構產(chǎn)生的漏磁構成了漏磁檢測的背景噪聲，稱為景噪聲，稱為股波信號股波信號。 鋼絲繩缺陷產(chǎn)生的漏磁疊加在背景漏磁場中。鋼絲繩缺陷產(chǎn)生的漏磁疊加在背景漏磁場中。 根據(jù)鐵磁材料缺陷漏磁場的特征及鋼絲繩的結構根據(jù)鐵磁材料缺陷漏磁場的特征及鋼絲繩的結構特點，影響鋼絲繩斷絲漏磁場分布的有：鋼絲繩特

28、點，影響鋼絲繩斷絲漏磁場分布的有：鋼絲繩直徑、鋼絲直徑、斷口距離、斷絲錯位、斷絲翹直徑、鋼絲直徑、斷口距離、斷絲錯位、斷絲翹曲程度，斷絲在鋼絲繩截面的位置、勵磁磁場強曲程度，斷絲在鋼絲繩截面的位置、勵磁磁場強度等多種因素。度等多種因素。 根據(jù)鐵磁材料缺陷漏磁場的特征及鋼絲繩的結構根據(jù)鐵磁材料缺陷漏磁場的特征及鋼絲繩的結構特點，影響鋼絲繩斷絲漏磁場分布的有：鋼絲繩特點，影響鋼絲繩斷絲漏磁場分布的有：鋼絲繩直徑、鋼絲直徑、斷口距離、斷絲錯位、斷絲翹直徑、鋼絲直徑、斷口距離、斷絲錯位、斷絲翹曲程度，斷絲在鋼絲繩截面的位置、勵磁磁場強曲程度，斷絲在鋼絲繩截面的位置、勵磁磁場強度等度等多種因素多種因素。

29、 鋼絲繩直徑越大，達到磁飽和所需的勵磁磁場強鋼絲繩直徑越大，達到磁飽和所需的勵磁磁場強度也越大。為了使鋼絲繩四周磁化均勻，可采用度也越大。為了使鋼絲繩四周磁化均勻，可采用多回路勵磁方式。多回路勵磁方式。 如果鋼絲繩直徑較大，鋼絲直徑較小，斷口又處如果鋼絲繩直徑較大，鋼絲直徑較小，斷口又處在繩子內(nèi)部，則不容易檢出內(nèi)部斷絲。在繩子內(nèi)部，則不容易檢出內(nèi)部斷絲。鐵磁材料矩形缺陷漏磁場的特征鐵磁材料矩形缺陷漏磁場的特征 鋼絲直徑越粗，則斷裂后斷口漏磁強度越大，表鋼絲直徑越粗，則斷裂后斷口漏磁強度越大，表面斷絲容易檢出，面斷絲容易檢出，有些內(nèi)部斷絲也能辨出。但如有些內(nèi)部斷絲也能辨出。但如果鋼絲太細，斷口間

30、距太小且緊靠一起，即使是果鋼絲太細，斷口間距太小且緊靠一起，即使是表面斷絲也不易檢出。斷口間距與漏磁曲線的寬表面斷絲也不易檢出。斷口間距與漏磁曲線的寬度成正比。度成正比。 由于鋼絲在繩中呈空中螺旋線形式，工作中有扭由于鋼絲在繩中呈空中螺旋線形式，工作中有扭矩作用，斷絲后，斷口大都不可能對齊，存在一矩作用，斷絲后，斷口大都不可能對齊，存在一定的錯位，如圖定的錯位，如圖8-13所示，表面斷絲尤其如此。所示，表面斷絲尤其如此。有些斷絲還存在一定程度地上翹，上翹對漏磁曲有些斷絲還存在一定程度地上翹，上翹對漏磁曲線和峰值影響較大，使峰值很高。線和峰值影響較大，使峰值很高。6.9.3 鋼絲繩斷絲的漏磁檢測

31、 一股中的集中斷絲對鋼絲繩周圍的磁場分一股中的集中斷絲對鋼絲繩周圍的磁場分布影響較復雜。實際中，集中斷絲的斷口布影響較復雜。實際中，集中斷絲的斷口不可能整齊劃一，典型的磨損疲勞斷絲如不可能整齊劃一，典型的磨損疲勞斷絲如圖圖8-13所示。各斷口之間呈空間螺旋排列，所示。各斷口之間呈空間螺旋排列，有一較小的間距。斷口的漏磁場相互疊加，有一較小的間距。斷口的漏磁場相互疊加，加上斷絲錯位及斷絲上翹的影響，使得斷加上斷絲錯位及斷絲上翹的影響，使得斷絲處的漏磁強度與斷絲根數(shù)不一定成線性絲處的漏磁強度與斷絲根數(shù)不一定成線性關系。這樣導致集中斷絲的定量檢測變得關系。這樣導致集中斷絲的定量檢測變得困難。困難。6

32、.9.3 鋼絲繩斷絲的漏磁檢測 實例分析實例分析 從一實際檢測的結果來分析斷絲的漏磁從一實際檢測的結果來分析斷絲的漏磁通特征。檢測對象為一根通特征。檢測對象為一根61928交互捻交互捻W型鋼絲繩，鋼絲直徑型鋼絲繩，鋼絲直徑1.8，麻芯，股距，麻芯，股距30mm。鋼絲繩使用了較長時間。測試儀。鋼絲繩使用了較長時間。測試儀器為器為MTC-B型鋼絲繩檢測儀，檢測原理是型鋼絲繩檢測儀，檢測原理是基于霍爾元件和聚磁環(huán)的漏磁檢測，單回基于霍爾元件和聚磁環(huán)的漏磁檢測，單回路飽和勵磁。檢測曲線如圖路飽和勵磁。檢測曲線如圖8-14所示，人所示，人工統(tǒng)計的斷絲數(shù)及檢測儀給出的漏磁信號工統(tǒng)計的斷絲數(shù)及

33、檢測儀給出的漏磁信號峰峰值見表峰峰值見表11.4。圖8-13 61928交互捻W型鋼絲繩斷絲現(xiàn)象圖8-14 61928交互捻W型鋼絲繩漏磁檢測曲線 該鋼絲繩的所有斷絲幾乎都分布在鋼絲繩與滑輪該鋼絲繩的所有斷絲幾乎都分布在鋼絲繩與滑輪接觸的一側，且斷口位于鋼絲磨損最大的部位。接觸的一側，且斷口位于鋼絲磨損最大的部位。這種現(xiàn)象說明了斷絲是由彎曲疲勞、接觸疲勞、這種現(xiàn)象說明了斷絲是由彎曲疲勞、接觸疲勞、擠壓的復合作用而產(chǎn)生的。檢測曲線的大部份峰擠壓的復合作用而產(chǎn)生的。檢測曲線的大部份峰值間距約為值間距約為30mm，等于股距，可知一股中的斷，等于股距，可知一股中的斷絲不論多少只有一個波峰，原因有二條：

34、一是一絲不論多少只有一個波峰，原因有二條：一是一股中斷絲間距比較近，股中斷絲間距比較近，25mm；二是聚磁環(huán)的聚；二是聚磁環(huán)的聚磁作用。最大斷口間距磁作用。最大斷口間距2.5mm，最小，最小0.8mm，大，大部份斷口間距約為部份斷口間距約為11.2mm。 峰峰值是斷絲漏磁強度的標志，最高的五處是峰峰峰值是斷絲漏磁強度的標志，最高的五處是峰24、峰、峰29、峰、峰21、峰、峰22、峰、峰19、對應的斷絲根數(shù)、對應的斷絲根數(shù)分別為分別為2根、根、1根、根、4根、根、3根、根、1根。峰根。峰24、峰、峰29、峰峰19的形態(tài)顯得較為尖銳，斷絲根數(shù)卻只的形態(tài)顯得較為尖銳，斷絲根數(shù)卻只1-2根。根。產(chǎn)生這

35、種形態(tài)的原因是斷口較寬，且斷絲有一定產(chǎn)生這種形態(tài)的原因是斷口較寬，且斷絲有一定程度上翹?？梢姅嘟z形態(tài)對峰值影響較大。斷絲程度上翹?？梢姅嘟z形態(tài)對峰值影響較大。斷絲數(shù)最多的幾處為峰數(shù)最多的幾處為峰21、峰、峰22、峰、峰23、峰、峰14、峰、峰9、峰峰6，斷絲數(shù)分別為，斷絲數(shù)分別為4根、根、3根、根、3根、根、3根、根、3根、根、3根。這幾處波峰寬度比其它波峰要寬一點，但根。這幾處波峰寬度比其它波峰要寬一點，但峰峰值卻不是很大，原因是斷口間距不大，且沒峰峰值卻不是很大，原因是斷口間距不大，且沒有較大程度的上翹，斷絲的漏磁場相互疊加，使有較大程度的上翹，斷絲的漏磁場相互疊加，使波峰加寬。波峰加寬。

36、 從以上分析可以得出，判斷斷絲根數(shù)，除了從以上分析可以得出，判斷斷絲根數(shù)，除了考慮檢測曲線峰峰值外，波峰寬度及形態(tài)（如波考慮檢測曲線峰峰值外，波峰寬度及形態(tài)（如波峰尖銳度）也是考慮的重要因素。峰尖銳度）也是考慮的重要因素。 以上鋼絲繩斷絲檢測的結果說明，鋼絲繩斷以上鋼絲繩斷絲檢測的結果說明，鋼絲繩斷絲的漏磁信號比較復雜，判斷斷絲數(shù)量時，除了絲的漏磁信號比較復雜，判斷斷絲數(shù)量時，除了掌握檢測原理外，還要多考慮檢測信號的峰峰值、掌握檢測原理外，還要多考慮檢測信號的峰峰值、峰寬和波峰形態(tài)等信息，多積累工程經(jīng)驗。峰寬和波峰形態(tài)等信息，多積累工程經(jīng)驗。 8.3.4 鋼絲繩金屬截面積損失檢測鋼絲繩金屬截面

37、積損失檢測 LF的定量檢測是很困難的，但在工程中，的定量檢測是很困難的，但在工程中，LMA定量檢測技術相對比較成熟。用積分定量檢測技術相對比較成熟。用積分檢測線圈和基于霍爾元件的主磁通檢測都檢測線圈和基于霍爾元件的主磁通檢測都可以做到可以做到LMA定量測量，也可以通過基于定量測量，也可以通過基于霍爾元件的漏磁通法間接測量霍爾元件的漏磁通法間接測量LMA。目前。目前采用最多的是主磁通方法，即采用最多的是主磁通方法，即TMF方法方法（the Total Magnetic Flux Method），原），原理如圖理如圖8-10。（http:/ 積分器原理積分器原理 穿過檢測線圈的總磁通量包括鋼絲繩內(nèi)

38、部穿過檢測線圈的總磁通量包括鋼絲繩內(nèi)部磁通量磁通量 和線圈內(nèi)空氣中的磁通量和線圈內(nèi)空氣中的磁通量 。根據(jù)法拉第效應，檢測線圈的輸出為：根據(jù)法拉第效應，檢測線圈的輸出為：式中，式中，N N是檢測線圈的匝數(shù)，對上式進行積分得：是檢測線圈的匝數(shù)，對上式進行積分得：awtwadtNdet/ )(tdNedt積分器的輸出為：積分器的輸出為： 式中，式中，K K是積分電路常數(shù)，可得：是積分電路常數(shù)，可得：又：又： edtkE0tdNkE0watBABA)()(wwwwaaaadABdBAdABdBANkE0 式中：式中：AaAa、BaBa分別是檢測線圈中空氣的分別是檢測線圈中空氣的截面積和磁感應強度；截面

39、積和磁感應強度；AwAw、BwBw分別是檢測線分別是檢測線圈中鋼絲繩的截面積和磁感應強度。圈中鋼絲繩的截面積和磁感應強度。 考慮到對一定結構的檢測線圈，其總截考慮到對一定結構的檢測線圈，其總截面積是一定值，則在檢測線圈的截面中，鋼面積是一定值，則在檢測線圈的截面中，鋼絲繩截面積減少也就是空氣截面積增大，即絲繩截面積減少也就是空氣截面積增大，即wwwwaaaadABdBAdABdBANkE0wadAdA故積分器的輸出：故積分器的輸出： 即為由于磨損、銹蝕造成的鋼絲繩金屬截即為由于磨損、銹蝕造成的鋼絲繩金屬截面積損失。上式中第一項很小，第二項很大近似面積損失。上式中第一項很小，第二項很大近似常數(shù)。

40、第三項是一個較大的數(shù)與一個較小的數(shù)的常數(shù)。第三項是一個較大的數(shù)與一個較小的數(shù)的乘積。乘積。 wawwwaadABBdBAdBANkE)(0)(0wawwwaaABBBABANkEwA 在工程實際中，檢測在工程實際中，檢測LMA的主要問題是定的主要問題是定量檢測分辨率問題。即檢測探頭能夠準確量檢測分辨率問題。即檢測探頭能夠準確檢測出鋼絲繩金屬截面積變化的最短長度。檢測出鋼絲繩金屬截面積變化的最短長度。 由于鋼絲繩是鏈式構件，某一較短長度的由于鋼絲繩是鏈式構件，某一較短長度的局部最薄弱環(huán)節(jié)的強度就是鋼絲繩整根的局部最薄弱環(huán)節(jié)的強度就是鋼絲繩整根的強度。檢測探頭分辨率的高低是極為關鍵強度。檢測探頭分辨率的高低是極為關鍵的性能指標。的性能指標。 目前，目前，LMA定量檢測主要是一種相對檢測，先取定量檢測主要是一種相對檢測，先取待檢鋼絲繩被認為是狀態(tài)和初始一樣好的一段進待檢鋼絲繩被認為是狀態(tài)和初始一樣好的一段進行檢測，所得檢測值為基準值，再將其它部分檢行檢測，所得檢測值為基準值，再將其它部分檢測值與基準值比較，得出變化的百分比即測值與基準值比較，得出變化的百分比即LMA?；鶞手颠x取得正不正確，是基準值選取得正不正確，是LMA定量檢測的關鍵。定量檢測的關鍵。 工程上以鋼絲繩金屬截面積相對變化程度作為鋼工程上以鋼絲繩金屬截面