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[摘 要]钢丝绳作为一种应用极其广泛的挠性构件，由于其出色的特性，越来越多的应用与各行各业中。本文主要针对钢丝绳检测的现状进行了分析，并总结提出国内外现有的钢丝绳检测现状的方法。
[关键词]钢丝绳检测 ；钢丝绳
中图分类号：TD532 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0356-01
钢丝绳具有强度高、自重轻、弹性好、工作平稳可靠、承受动载和过载能力强以及在高速工作条件下运行和卷绕无噪声等许多优点，因此，在我国煤炭行业中得到广泛应用，是煤矿主、副井提升设备的重要构成部分。
然而，钢丝绳作为一种工程承载构件，在工作过程中，经常受到弯曲疲劳、磨损、腐蚀和机械冲击等恶劣工况的影响，不可避免地会出现诸如断丝、磨损、锈蚀甚至骤然断裂等现象，其损伤情况和承载能力直接影响到矿工的生命安全及生产的正常秩序。只有定期的对钢丝绳进行检测，才能一定程度上避免事故的发生，提高工作效率。
1.我国钢丝绳检测的现状
煤炭是我国最主要的基础能源和重要原料。近年来，随着煤炭需求的不断增加，各煤炭企业对矿井提升钢丝绳的使用安全性非常重视，实现对煤矿提升钢丝绳准确可靠在线检测是迫切需要解决的技术难点。在检测的过程中具体存在以下两个方面的问题：
（1）钢丝绳在线检测可靠性、实用性问题
近十几年来，尽管国内外各研究部门及高校对钢丝绳定量无损检测技术进行了较为系统深入的研究，开发了一些钢丝绳探伤装置，但是由于其性能、使用方便性等方面不能满足现场推广应用的要求，所以只有少数重要部门将其作为辅助检测工具对钢丝绳损伤情况进行检测，国内的煤炭系统95%以上的矿井仍然沿用传统的“抹布-眼睛”法检查煤矿提升钢丝绳的损伤，由专职检测人员通过抹布、手套、电筒、镜子等对使用中的钢丝绳进行绳检，以及采用卡尺测量绳径，然后凭经验进行状态判断。人工肉眼观查只能发现钢丝绳露在外部的缺陷，对于内部缺陷则无能为力，且在钢丝绳表面存在油污的情况下，肉眼观察难以检测出损伤的存在。很明显，传统的“抹布-眼睛”法既费时、费力，又受到检测人员的经验与主观意志的影响，检测结果的可信度很低。
（2）钢丝绳使用的不经济性问题
由于长期以来没有找到科学实用的钢丝绳损伤检测手段，人工目视检查又存在可靠性低的问题。因此为确保安全，国内许多钢丝绳使用部门采取定期更换的方法，即钢丝绳运行到一定时间或运行到一定循环次数或累计提升一定重量，无论其损伤状况如何一律强行更换。这种更换钢丝绳的方法，不但不能保证服役期钢丝绳安全运行，反而因提前报废造成巨大浪费。
2 常用的钢丝绳检测方法
到目前为止，主要有以下几种：
（1）射线检测法
射线检测法在工业界已使用多年，然而在钢丝绳缺陷检测中，其能力非常有限。该方法可对钢丝绳内部缺陷进行检测，但由于钢丝绳结构的复杂性，它只能给出钢丝绳近表面的清晰图像，并且一次只能检验一小段钢丝绳。
（2）电涡流检测法
电涡流检测法的原理是，钢丝绳近表面处设置发射和接收线圈，在发射线圈中施加几kHz到1MHz电流，钢丝绳钢丝中将产生电涡流，根据电磁特性，钢丝绳将反射出电磁能，接收线圈接收电磁能。一旦钢丝绳上存在断丝时，钢丝绳中电涡流将发生改变，从而引起反射能量变化，根据反射能量便可对钢丝绳损伤程度进行测量。
（3）声发射检测法
1984年，英国的Taylor和Caesy等将声发射技术应用于钢丝绳无损检测中，对基于声发射技术的钢丝绳检测方法进行了大量理论与实验研究；国内，1998年王师、于大安、邵永波等依托原中国石油天然气总公司资助项目—石油用钢丝绳疲劳损伤规律及其寿命评估，对声发射技术检测钢丝绳进行了试验研究。研究结果表明：该方法对导致钢丝绳结构发生塑性形变的缺陷（如断丝等），可以进行有效检测。但该方法极易受到噪声干扰，同样的测试内容，不同研究者可能会得出不同结果，甚至是相反结论，难以实现定量化、标准化、自动化。而且，从检测缺陷类型看，断丝和总体损伤（塑性变形、裂纹开裂及扩展的总体情况）能够采用声发射技术进行检测，但对锈蚀等缺陷，声发射方法无能为力，至今也未见到相关报道。到目前为止，世界上只有少数几个国家的科研人员在不同时期，间断性地开展过钢丝绳损伤的声发射检测研究。
（4）光学检测法
1987年，德国威斯特伐利亚采矿联合会运输工程和材料技术研究所制造了世界上最大的钢丝绳探伤设备，利用激光扫描方法检测钢丝绳直径，可对直径达175mm 的钢丝绳进行检测。该方法采用激光束沿钢丝绳轴向方向连续扫描来测量钢丝绳相邻绳股径向尺寸的变化，进而计算不同部位的钢丝绳直径。
（5）振动检测法
1988年，美国Kwun和Burkhardt对利用横向激励振动波进行钢丝绳缺陷检测的方法进行了实验研究，对绷紧钢丝绳施加横向冲击力脉冲，钢丝绳断丝或截面积减少处产生的反射振动波可被检测到，并且波的扩散速度遵守（F/M）1/2。其中，F是施加的激振载荷，M为钢丝绳单位长度的质量。实验对象为直径为2.38mm的不锈钢钢丝绳和直径为6.35mm的双绞尼龙绳。这表明此方法不受材料限制，不仅适用于金属绳，而且适用于非金属绳。此外，该方法具有检测时间短，能够确定缺陷位置等特点。但从检测原理上看，该方法仅适合于固定钢丝绳的检测（如斜拉桥、悬吊屋顶用钢丝绳），无法对运行中的钢丝绳进行在线检测。
（6）超声波检测法
1988年，日本铃木纪生等采用超声波技术对桥梁悬吊缆绳的断丝检测问题进行了研究（检测钢丝直径为5-7mm）。他们根据声波理论，通过实验方法研究了超声波在钢丝长度方向上的传播特性和断丝部位的反射特性。研究结果表明：该方法可以检测钢丝绳端部及其附近的断丝（可以检测到的断丝位置在5m以内），对于较远处的断丝损伤，该方法存在一定困难。这项研究对于解决静态悬吊用钢丝绳端部缺陷检测问题具有一定实用意义。
（7）声发射-超声波检测法
为定量检测钢丝绳损伤状况，近几年国外又提出了一种新型检测方法—声发射-超声检测法，该方法是在综合声发射和超声法各自优点的基础上发展起来的，通过一组换能器和耦合剂将超声引入到钢丝绳检测中，模拟声发射信号在钢丝绳中的传播特性，另一组换能器和耦合剂把信号提取出来，将其放大后，送入门限控制器，然后进行应力波系数计算，实现钢丝绳缺陷的定量识别。声发射-超声检测法不仅能进行钢丝绳缺陷探测、缺陷成像和缺陷特性分析，而且可评估钢丝绳疲劳损伤、强度和硬度等内在性能，弥补了声发射检测法只能检测静止钢丝绳和捕捉钢丝断裂瞬间信号的不足，可以检测动态钢丝绳。尽管如此，该方法目前尚处于理论研究阶段。
（8）电磁检测法
电磁检测法是目前公认的最简单、实用可靠的钢丝绳检测方法。该方法长期以来受到人们重视，也是最成熟的检测方法。绝大多数钢丝绳采用导磁性能良好的高碳钢制成，很适合于用电磁检测法进行检测；同时电磁检测法具有成本低、易于实现等优点，因而很多实用的钢丝绳检测仪器和设备几乎都采用电磁检测法。
电磁检测法检测钢丝绳缺陷（断丝、磨损、锈蚀等）基本原理是，用一磁场对待测钢丝绳段沿钢丝绳轴向均匀磁化，一旦钢丝绳中存在缺陷，则会在钢丝绳表面产生漏磁场，或者引起磁化钢丝绳段磁路内磁通变化，采用磁敏感元件检测这些磁场畸变便可获得有关钢丝绳损伤的信息。
综上所述，现有钢丝绳检测方法对于钢丝绳缺陷的检测，特别是定量检测准确率不高，距离实际应用要求还有一定距离，所以，有必要对钢丝绳缺陷全面认识，在此基础上研究缺陷检测原理和方法、检测信号处理方法以及信号定量识别方法等。
作者简介
[1] 中国矿业学院主编.矿井提升设备[M].徐州：中国矿业大学出版社，1980.
[2] 邵永波，于大安，王师，朱祖铭，尹万全.声发射技术在钢丝绳失效测试中的应用[J].无损探伤，1998，（3）：4-7.
[3] 邵永波，于大安，王师，朱祖铭，尹万全.钢丝绳断丝声发射定量检测方法研究[J]，东北大学学报（自然科学版），1999，（2）：22-24.
[关键词]钢丝绳检测 ；钢丝绳
中图分类号：TD532 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0356-01
钢丝绳具有强度高、自重轻、弹性好、工作平稳可靠、承受动载和过载能力强以及在高速工作条件下运行和卷绕无噪声等许多优点，因此，在我国煤炭行业中得到广泛应用，是煤矿主、副井提升设备的重要构成部分。
然而，钢丝绳作为一种工程承载构件，在工作过程中，经常受到弯曲疲劳、磨损、腐蚀和机械冲击等恶劣工况的影响，不可避免地会出现诸如断丝、磨损、锈蚀甚至骤然断裂等现象，其损伤情况和承载能力直接影响到矿工的生命安全及生产的正常秩序。只有定期的对钢丝绳进行检测，才能一定程度上避免事故的发生，提高工作效率。
1.我国钢丝绳检测的现状
煤炭是我国最主要的基础能源和重要原料。近年来，随着煤炭需求的不断增加，各煤炭企业对矿井提升钢丝绳的使用安全性非常重视，实现对煤矿提升钢丝绳准确可靠在线检测是迫切需要解决的技术难点。在检测的过程中具体存在以下两个方面的问题：
（1）钢丝绳在线检测可靠性、实用性问题
近十几年来，尽管国内外各研究部门及高校对钢丝绳定量无损检测技术进行了较为系统深入的研究，开发了一些钢丝绳探伤装置，但是由于其性能、使用方便性等方面不能满足现场推广应用的要求，所以只有少数重要部门将其作为辅助检测工具对钢丝绳损伤情况进行检测，国内的煤炭系统95%以上的矿井仍然沿用传统的“抹布-眼睛”法检查煤矿提升钢丝绳的损伤，由专职检测人员通过抹布、手套、电筒、镜子等对使用中的钢丝绳进行绳检，以及采用卡尺测量绳径，然后凭经验进行状态判断。人工肉眼观查只能发现钢丝绳露在外部的缺陷，对于内部缺陷则无能为力，且在钢丝绳表面存在油污的情况下，肉眼观察难以检测出损伤的存在。很明显，传统的“抹布-眼睛”法既费时、费力，又受到检测人员的经验与主观意志的影响，检测结果的可信度很低。
（2）钢丝绳使用的不经济性问题
由于长期以来没有找到科学实用的钢丝绳损伤检测手段，人工目视检查又存在可靠性低的问题。因此为确保安全，国内许多钢丝绳使用部门采取定期更换的方法，即钢丝绳运行到一定时间或运行到一定循环次数或累计提升一定重量，无论其损伤状况如何一律强行更换。这种更换钢丝绳的方法，不但不能保证服役期钢丝绳安全运行，反而因提前报废造成巨大浪费。
2 常用的钢丝绳检测方法
到目前为止，主要有以下几种：
（1）射线检测法
射线检测法在工业界已使用多年，然而在钢丝绳缺陷检测中，其能力非常有限。该方法可对钢丝绳内部缺陷进行检测，但由于钢丝绳结构的复杂性，它只能给出钢丝绳近表面的清晰图像，并且一次只能检验一小段钢丝绳。
（2）电涡流检测法
电涡流检测法的原理是，钢丝绳近表面处设置发射和接收线圈，在发射线圈中施加几kHz到1MHz电流，钢丝绳钢丝中将产生电涡流，根据电磁特性，钢丝绳将反射出电磁能，接收线圈接收电磁能。一旦钢丝绳上存在断丝时，钢丝绳中电涡流将发生改变，从而引起反射能量变化，根据反射能量便可对钢丝绳损伤程度进行测量。
（3）声发射检测法
1984年，英国的Taylor和Caesy等将声发射技术应用于钢丝绳无损检测中，对基于声发射技术的钢丝绳检测方法进行了大量理论与实验研究；国内，1998年王师、于大安、邵永波等依托原中国石油天然气总公司资助项目—石油用钢丝绳疲劳损伤规律及其寿命评估，对声发射技术检测钢丝绳进行了试验研究。研究结果表明：该方法对导致钢丝绳结构发生塑性形变的缺陷（如断丝等），可以进行有效检测。但该方法极易受到噪声干扰，同样的测试内容，不同研究者可能会得出不同结果，甚至是相反结论，难以实现定量化、标准化、自动化。而且，从检测缺陷类型看，断丝和总体损伤（塑性变形、裂纹开裂及扩展的总体情况）能够采用声发射技术进行检测，但对锈蚀等缺陷，声发射方法无能为力，至今也未见到相关报道。到目前为止，世界上只有少数几个国家的科研人员在不同时期，间断性地开展过钢丝绳损伤的声发射检测研究。
（4）光学检测法
1987年，德国威斯特伐利亚采矿联合会运输工程和材料技术研究所制造了世界上最大的钢丝绳探伤设备，利用激光扫描方法检测钢丝绳直径，可对直径达175mm 的钢丝绳进行检测。该方法采用激光束沿钢丝绳轴向方向连续扫描来测量钢丝绳相邻绳股径向尺寸的变化，进而计算不同部位的钢丝绳直径。
（5）振动检测法
1988年，美国Kwun和Burkhardt对利用横向激励振动波进行钢丝绳缺陷检测的方法进行了实验研究，对绷紧钢丝绳施加横向冲击力脉冲，钢丝绳断丝或截面积减少处产生的反射振动波可被检测到，并且波的扩散速度遵守（F/M）1/2。其中，F是施加的激振载荷，M为钢丝绳单位长度的质量。实验对象为直径为2.38mm的不锈钢钢丝绳和直径为6.35mm的双绞尼龙绳。这表明此方法不受材料限制，不仅适用于金属绳，而且适用于非金属绳。此外，该方法具有检测时间短，能够确定缺陷位置等特点。但从检测原理上看，该方法仅适合于固定钢丝绳的检测（如斜拉桥、悬吊屋顶用钢丝绳），无法对运行中的钢丝绳进行在线检测。
（6）超声波检测法
1988年，日本铃木纪生等采用超声波技术对桥梁悬吊缆绳的断丝检测问题进行了研究（检测钢丝直径为5-7mm）。他们根据声波理论，通过实验方法研究了超声波在钢丝长度方向上的传播特性和断丝部位的反射特性。研究结果表明：该方法可以检测钢丝绳端部及其附近的断丝（可以检测到的断丝位置在5m以内），对于较远处的断丝损伤，该方法存在一定困难。这项研究对于解决静态悬吊用钢丝绳端部缺陷检测问题具有一定实用意义。
（7）声发射-超声波检测法
为定量检测钢丝绳损伤状况，近几年国外又提出了一种新型检测方法—声发射-超声检测法，该方法是在综合声发射和超声法各自优点的基础上发展起来的，通过一组换能器和耦合剂将超声引入到钢丝绳检测中，模拟声发射信号在钢丝绳中的传播特性，另一组换能器和耦合剂把信号提取出来，将其放大后，送入门限控制器，然后进行应力波系数计算，实现钢丝绳缺陷的定量识别。声发射-超声检测法不仅能进行钢丝绳缺陷探测、缺陷成像和缺陷特性分析，而且可评估钢丝绳疲劳损伤、强度和硬度等内在性能，弥补了声发射检测法只能检测静止钢丝绳和捕捉钢丝断裂瞬间信号的不足，可以检测动态钢丝绳。尽管如此，该方法目前尚处于理论研究阶段。
（8）电磁检测法
电磁检测法是目前公认的最简单、实用可靠的钢丝绳检测方法。该方法长期以来受到人们重视，也是最成熟的检测方法。绝大多数钢丝绳采用导磁性能良好的高碳钢制成，很适合于用电磁检测法进行检测；同时电磁检测法具有成本低、易于实现等优点，因而很多实用的钢丝绳检测仪器和设备几乎都采用电磁检测法。
电磁检测法检测钢丝绳缺陷（断丝、磨损、锈蚀等）基本原理是，用一磁场对待测钢丝绳段沿钢丝绳轴向均匀磁化，一旦钢丝绳中存在缺陷，则会在钢丝绳表面产生漏磁场，或者引起磁化钢丝绳段磁路内磁通变化，采用磁敏感元件检测这些磁场畸变便可获得有关钢丝绳损伤的信息。
综上所述，现有钢丝绳检测方法对于钢丝绳缺陷的检测，特别是定量检测准确率不高，距离实际应用要求还有一定距离，所以，有必要对钢丝绳缺陷全面认识，在此基础上研究缺陷检测原理和方法、检测信号处理方法以及信号定量识别方法等。
作者简介
[1] 中国矿业学院主编.矿井提升设备[M].徐州：中国矿业大学出版社，1980.
[2] 邵永波，于大安，王师，朱祖铭，尹万全.声发射技术在钢丝绳失效测试中的应用[J].无损探伤，1998，（3）：4-7.
[3] 邵永波，于大安，王师，朱祖铭，尹万全.钢丝绳断丝声发射定量检测方法研究[J]，东北大学学报（自然科学版），1999，（2）：22-24.