鋼絲繩損傷與檢測探析
作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發(fā)布日期：2022-06-20 12:56
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0.引言 鋼絲繩是各類工礦企業(yè)及人們生產(chǎn)生活中常用的設(shè)備組件，它的安全可靠使用是安全生產(chǎn)的前提條件，是操作人員的生命安全及國家財(cái)產(chǎn)安全的重要保障。同世界上很多國家和地
0.引言
鋼絲繩是各類工礦企業(yè)及人們生產(chǎn)生活中常用的設(shè)備組件，它的安全可靠使用是安全生產(chǎn)的前提條件，是操作人員的生命安全及國家財(cái)產(chǎn)安全的重要保障。同世界上很多國家和地區(qū)一樣，我國高度重視鋼絲繩的管理與使用。我們一貫堅(jiān)持“安全第一，預(yù)防為主”的安全生產(chǎn)管理基本方針。近年來，鋼絲繩的安全使用越來越受到重視，正確認(rèn)識(shí)鋼絲繩的損傷形式與原因，運(yùn)用科學(xué)的方法與手段加以檢測，是防患于未然的重要環(huán)節(jié)。
1.鋼絲繩的損傷形式與原因
由于特殊的工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋼絲繩在工作過程中，除了要承受正常的工作載荷之外，還會(huì)受到各種不確定載荷、惡劣的外部工作環(huán)境及人為操作不當(dāng)?shù)葐栴}的影響，出現(xiàn)摩擦磨損、腐蝕、斷絲等現(xiàn)象，造成損傷及承載能力的下降，影響使用壽命。
1.1摩擦磨損
引起摩擦磨損的原因主要有：（1）正常工作時(shí)，鋼絲繩內(nèi)部股與股之間存在相互的微小錯(cuò)動(dòng)。長期微動(dòng)摩擦，會(huì)引起鋼絲的磨損，這是鋼絲繩正常工作時(shí)的一種不可避免的損耗，平時(shí)做好潤滑保養(yǎng)可減緩磨損的進(jìn)度；（2）當(dāng)鋼絲繩工作一段時(shí)間后，由于使用時(shí)，繩體本身會(huì)受到各種載荷及沖擊力的作用，發(fā)生一定程度的塑性變形。如果兩根相臨、互相接觸的鋼絲繩由于工作時(shí)承受的載荷不同，導(dǎo)致變形程度不同，工作時(shí)彼此之間就會(huì)出現(xiàn)相互滑動(dòng)，從而導(dǎo)致其表面出現(xiàn)一定的磨損。（3）鋼絲繩正常工作過程中，外部表面會(huì)產(chǎn)生接觸性磨損，這主要是對(duì)外層鋼絲的磨損；（4）鋼絲繩工作時(shí)，在卷筒上卷繞，相鄰兩圈如果沒有按照順序卷繞到卷筒上，而是相交卷繞，造成咬繩，工作時(shí)產(chǎn)生摩擦損傷；（5）鋼絲繩工作環(huán)境中的一些粉塵和固體顆粒，附著于鋼絲繩表面，也會(huì)加劇鋼絲繩工作時(shí)的磨損。
在摩擦磨損的初始階段，鋼絲繩的特征變化最直觀的表現(xiàn)為鋼絲繩的直徑變化，摩擦磨損也會(huì)造成應(yīng)力集中，極大地破壞了鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度。摩擦磨損的發(fā)展，會(huì)造成斷絲。
1.2腐蝕
由于鋼絲繩工作環(huán)境一般較惡劣，在接觸各種化學(xué)物質(zhì)或在陰暗潮濕的環(huán)境中，極易被腐蝕。
銹蝕作為腐蝕的其中一種現(xiàn)象，在陰暗潮濕的環(huán)境中更為嚴(yán)重。銹蝕不僅影響鋼絲繩的力學(xué)性能，而且難以進(jìn)行定量的評(píng)估。另外，鋼絲繩在工作中難免會(huì)接觸到腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)，也會(huì)被腐蝕。
鋼絲繩的腐蝕往往可以直觀的觀察到，如產(chǎn)生點(diǎn)蝕麻坑及溝紋等現(xiàn)象。發(fā)生腐蝕后，外層的鋼絲會(huì)發(fā)生一定程度的松動(dòng)，在很大程度上影響鋼絲繩本身的使用性能。
1.3斷絲
引起斷絲的原因有很多種，除了上面所講的摩擦和磨損、腐蝕發(fā)展到后期，會(huì)引起鋼絲繩的斷絲，疲勞、過載和扭結(jié)也會(huì)造成斷絲現(xiàn)象。
（1）疲勞：當(dāng)鋼絲繩承受一定拉力，繞著滾筒或滑輪反復(fù)彎折。在這種交變應(yīng)力的作用下，因鋼絲的金屬疲勞而斷開。這種斷絲一般首先發(fā)生于表面，如未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將會(huì)向鋼絲繩內(nèi)部進(jìn)行，造成安全隱患。疲勞斷裂會(huì)造成鋼絲繩突然間在短期內(nèi)集中在一小段范圍內(nèi)斷絲、斷股甚至斷繩損壞，危害較大。繞過卷筒或滑輪的次數(shù)越多、半徑越小，鋼絲的彎曲變形越大，彎曲應(yīng)力也越大，鋼絲的疲勞損傷就會(huì)越快。
（2）過載：每條鋼絲繩都有其自身的承載范圍，除了正常工作時(shí)需要承受貨物、自重等的靜載荷外，鋼絲繩還會(huì)隨時(shí)受到加速度和沖擊引起的動(dòng)載荷作用。當(dāng)鋼絲繩承受的拉伸力或沖擊載荷時(shí)超出承載范圍時(shí)，會(huì)造成鋼絲斷裂。
（3）扭結(jié)：在使用鋼絲繩時(shí)，用法不正確，會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)扭結(jié)等變形問題，如不及時(shí)處理，將進(jìn)一步發(fā)展為壓潰，導(dǎo)致鋼絲繩在運(yùn)行中突然發(fā)生斷裂，造成嚴(yán)重的事故。
2. 無損檢測技術(shù)在鋼絲繩損傷檢測中的應(yīng)用
2.1目測檢測方法
目測檢測法是一種傳統(tǒng)和直觀的檢測鋼絲繩狀態(tài)的方法。該方法主要是通過肉眼觀察以及借助一些簡單的檢測工具對(duì)鋼絲繩進(jìn)行檢測。直接目測鋼絲繩可直觀看到磨損、腐蝕現(xiàn)象，但無法定量得出磨損、腐蝕的程度，以及是否達(dá)到報(bào)廢的標(biāo)準(zhǔn)。我們可以借助放大鏡、游標(biāo)卡尺等工具對(duì)鋼絲繩直徑進(jìn)行測量，得到繩徑的數(shù)值，計(jì)算鋼絲繩的磨損量，并得出相應(yīng)結(jié)論。目測法的優(yōu)點(diǎn)是比較直觀，操作簡單。但由于目測檢測法只能檢測出鋼絲繩表面的磨損、銹蝕及斷絲等現(xiàn)象，難以檢測到鋼絲繩內(nèi)部存在的斷股或損傷等缺陷，因此需要結(jié)合更加先進(jìn)的檢測技術(shù)綜合判定鋼絲繩的狀態(tài)。
2.2漏磁檢測法
漏磁檢測法是在傳統(tǒng)的缺陷檢測法的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，其原理為：磁化器將磁能量導(dǎo)入鋼絲繩，當(dāng)鋼絲繩存在斷絲時(shí)，在空氣中和鋼絲繩中的磁導(dǎo)率不同，損傷處產(chǎn)生漏磁場，安裝在磁化器中間的霍爾元件或感應(yīng)線圈等傳感器會(huì)感應(yīng)到磁場的變化，并將磁場的變化轉(zhuǎn)換為可測量并傳遞的電信號(hào)，經(jīng)過處理，最終形成損傷的評(píng)判依據(jù)。漏磁檢測法是一種局部缺陷檢測法，它對(duì)于局部鋼絲損傷尤其是斷絲問題的檢測十分有效。漏磁檢測法的優(yōu)點(diǎn)是減少了人力勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了檢測效率，不僅可以檢測表面，也可以檢測內(nèi)部的鋼絲損傷。但由于其易受電磁干擾等環(huán)境影響，對(duì)鋼絲繩斷絲損傷無法進(jìn)行定量檢測。而且由于鋼絲繩需穿過檢測儀器，當(dāng)有斷絲翹起時(shí)，會(huì)將傳感器探頭刮傷。
2.3超聲波檢測法
超聲波檢測法利用超聲能透入材料的內(nèi)部，沿著材料介質(zhì)傳播，當(dāng)由一個(gè)截面進(jìn)入另一個(gè)截面時(shí)，會(huì)在界面邊緣發(fā)生反射的原理來探傷的一種方法。因此，當(dāng)超聲波束由鋼絲繩表面發(fā)射至內(nèi)部，遇到斷絲與底面時(shí)就會(huì)發(fā)生反射，由反射的波形進(jìn)行分析，獲得該鋼絲繩內(nèi)部的具體狀態(tài)。應(yīng)用超聲波檢測法檢測鋼絲繩的損傷，可以提高鋼絲繩檢測的準(zhǔn)確度及效率。超聲波檢測系統(tǒng)由超聲波的控制處理系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)等組成，通過調(diào)節(jié)頻率等技術(shù)參數(shù)，獲得需要的信息。超聲波檢測法對(duì)鋼絲繩內(nèi)部及表面的缺陷均可檢測，但當(dāng)檢測距離較遠(yuǎn)的缺陷時(shí)，由于超聲波能量損失過大，檢測精度及準(zhǔn)確度不夠。
2.4基于機(jī)器視覺的圖像檢測方法
機(jī)器視覺檢測技術(shù)是近年來發(fā)展迅猛的非接觸式無損檢測技術(shù)，該技術(shù)的原理是通過機(jī)器視覺產(chǎn)品(如CCD工業(yè)相機(jī))將被檢測目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給圖像處理系統(tǒng)，得到被拍攝目標(biāo)的信息，如像素分布和亮度、顏色等，再將信息進(jìn)行數(shù)字化處理，根據(jù)需要將這些信息進(jìn)行抽取目標(biāo)特征的運(yùn)算，進(jìn)而根據(jù)結(jié)果來進(jìn)行相應(yīng)的判斷。
受限于軟硬件技術(shù)，機(jī)器視覺檢測技術(shù)在鋼絲繩檢測方面的應(yīng)用僅局限于尺寸方面的測量，如鋼絲繩繩徑的測量。近年來，隨著機(jī)器視覺技術(shù)的快速發(fā)展，軟硬件條件的快速提升，基于機(jī)器視覺技術(shù)的鋼絲繩檢測技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用。該方法的特點(diǎn)是非接觸，不會(huì)出現(xiàn)斷絲將傳感器探頭刮傷的情況，但對(duì)光照條件要求苛刻，對(duì)光源形式及亮度有較高要求，只能對(duì)表面損傷進(jìn)行檢測，無法對(duì)檢測內(nèi)部損傷。而且對(duì)鋼絲繩表面清潔度要求較高，如有油污、灰垢等，容易造成誤判。
3.總結(jié)
綜上所述，鋼絲繩是起重機(jī)、電梯等許多設(shè)備最重要的零部件之一，與企業(yè)生產(chǎn)和人們生活息息相關(guān)。鋼絲繩安全正常使用，是安全生產(chǎn)的重要保障。正確認(rèn)識(shí)鋼絲繩的損傷原因，并有針對(duì)性的做好日常維護(hù)，可以提高鋼絲繩的使用壽命。根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的檢測方法進(jìn)行安全檢測，對(duì)于安全生產(chǎn)、避免生產(chǎn)事故也是必不可少的。由于不同的檢測方法有其優(yōu)點(diǎn)，也有一定的局限性，在實(shí)際使用時(shí)可以選擇一種或多種檢測方式組合，提高損傷檢出率，減少誤判、漏判。
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