基于TCK的裝船機(jī)鋼絲繩損傷定量檢測(cè)及分析

李 巖

（秦皇島港股份有限公司第二港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

鋼絲繩廣泛應(yīng)用于港口裝卸裝置、提升裝置、牽引裝置以及礦用卷揚(yáng)裝置等重型工業(yè)設(shè)備中[1-3]。由于大部分鋼絲繩循環(huán)作業(yè)工作環(huán)境較為惡劣，鋼絲繩內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易發(fā)生損傷且不可修復(fù)，一旦出現(xiàn)斷裂就會(huì)造成重大安全事故[4-7]。以往更換鋼絲繩多采用比較保守的定期更換的方法，當(dāng)鋼絲繩到人為規(guī)定的使用年限時(shí)，不論其損傷與否，一律更換[8]。這種定期更換的方法，既難免會(huì)把可以繼續(xù)使用的鋼絲繩提前更換下來，造成不必要的浪費(fèi)，又不能保證在規(guī)定使用年限內(nèi)的鋼絲繩的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，給安全管理帶來較大困難[9]。因此，需要對(duì)鋼絲繩的斷裂情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。

檢查鋼絲繩的傳統(tǒng)方法有用眼睛觀察、手?jǐn)]卡尺量測(cè)等[10]，這些檢測(cè)方法必然受到檢測(cè)人員自身素質(zhì)和工作環(huán)境等因素的影響，檢測(cè)結(jié)果的可信度差[11]。此外，人工檢測(cè)無法檢測(cè)鋼絲繩內(nèi)部損傷，無法對(duì)鋼絲繩進(jìn)行有效檢測(cè)，而且每次檢測(cè)和更換鋼絲繩都占用大量的生產(chǎn)時(shí)間，對(duì)于港口裝船機(jī)的作業(yè)來說是一種重大經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)檢測(cè)方法主要存在的問題是不安全、不經(jīng)濟(jì)、效率低、不科學(xué)、危害大。

針對(duì)上述對(duì)鋼絲繩使用損傷情況及壽命判斷的不足，引入TCK（洛陽逖悉開鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)有限公司）弱磁探傷檢測(cè)儀。TCK鋼絲繩損傷定量檢測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了以上不足，實(shí)現(xiàn)了用科學(xué)儀器取代人工檢測(cè)鋼絲繩的目標(biāo)。

1 TCK檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)及損傷判定

1.1 TCK檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）靈敏度。最高達(dá)0.01 Gs，可根據(jù)具體鋼絲繩的實(shí)際使用要求調(diào)整，電腦自動(dòng)標(biāo)定。

（2）定性準(zhǔn)確率100%，定量準(zhǔn)確率>95%，檢查重復(fù)率>95%。

（3）識(shí)別范圍廣。鋼絲繩內(nèi)外部斷絲、銹蝕、磨損、疲勞各種腐蝕，塑性變形和金屬組織變異。

（4）處理技術(shù)先進(jìn)，多層面，輸出信息直觀豐富，數(shù)據(jù)管理方便，利用最先進(jìn)數(shù)字化處理軟件，配以專用電腦，完全智能化，能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。

1.2 鋼絲繩監(jiān)測(cè)判定標(biāo)準(zhǔn)

建立鋼絲繩安全使用管理數(shù)據(jù)庫。根據(jù)鋼絲繩型號(hào)、制造商等信息對(duì)鋼絲繩的內(nèi)部和外部的磨損、銹蝕、斷絲、壓饋和疲勞程度等因素以及TCK公司通過多年的試驗(yàn)及其產(chǎn)品在各個(gè)礦山、港口的使用情況，推薦使用鋼絲繩的判定上限設(shè)為10%。判定標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）最大損傷量值<判定上限30%的，屬輕度損傷；檢測(cè)結(jié)論：繼續(xù)使用。

（2）最大損傷量值在判定上限30%到60%的，屬中度損傷；檢測(cè)結(jié)論：加強(qiáng)保養(yǎng)。

（3）最大損傷量值在判定上限60%到80%的，屬較重?fù)p傷；檢測(cè)結(jié)論：加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

（4）最大損傷量值在判定上限80%至100%的，屬嚴(yán)重?fù)p傷；檢測(cè)結(jié)論：近期更換。

（5）最大損傷量值達(dá)到或超過判定上限的，屬超限損傷；檢測(cè)結(jié)論：停止使用。

2 TCK鋼絲繩損傷定量檢測(cè)情況分析系統(tǒng)

2.1 檢測(cè)前數(shù)據(jù)參數(shù)準(zhǔn)備

圖1 TCK鋼絲繩損傷定量檢測(cè)系統(tǒng)軟件流程

TCK鋼絲繩損傷定量檢測(cè)流程如圖1所示，首先進(jìn)行開機(jī)系統(tǒng)自檢，主菜單中可查閱檢測(cè)概況，可統(tǒng)計(jì)先前檢測(cè)情況，而且還可以通過曲線和表格形式輸出。

以秦皇島港煤二期裝船機(jī)俯仰機(jī)構(gòu)鋼絲繩繞組為例，進(jìn)行抽樣檢測(cè)，分別選取大臂左右兩側(cè)的高速繩端（即俯仰驅(qū)動(dòng)卷筒端到大機(jī)頂纏繞端）與低速端（即大機(jī)上定點(diǎn)纏繞端與大臂頭部繞組端速度最低的繩）進(jìn)行了4次檢測(cè)。

在開始檢測(cè)前，需要確定待檢鋼絲繩的代號(hào)、鋼絲繩的捻距、指定損壞上限、檢測(cè)日期以及確定標(biāo)定基準(zhǔn)等參數(shù)。檢測(cè)前基本參數(shù)如下：鋼絲繩代號(hào)06×25-038，鋼絲繩直徑38 mm，鋼絲繩捻距22 cm，鋼絲繩安裝時(shí)間為2011年1月，弱磁加載日期為2016年6月15日，檢測(cè)日期2016年6月15日，檢測(cè)基準(zhǔn)待標(biāo)定，判定上限為10%。

標(biāo)定基準(zhǔn)是完成正確檢測(cè)的前提，每次檢測(cè)都需要提前進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定應(yīng)選在被測(cè)鋼絲繩相對(duì)完好的部位進(jìn)行，對(duì)于樣板鋼絲繩應(yīng)在距離端部（1.0～1.5）m以外的有效段進(jìn)行，在線實(shí)測(cè)時(shí)應(yīng)避開弱磁加載起點(diǎn)和終點(diǎn)，距離≥1.5 m。

對(duì)各段鋼絲繩的基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定，通過取平均值得各段的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，大臂左端高速繩、大臂左端低速繩、大臂右端高速繩和大臂右端低速繩分別為300，338，280和308。

2.2 采用TCK分析系統(tǒng)的損傷定量分析過程

分別對(duì)各個(gè)鋼絲繩段進(jìn)行檢測(cè)后，采集到的結(jié)果進(jìn)行保存，并將TCK檢測(cè)儀與上位機(jī)相連，檢測(cè)結(jié)果輸入TCK鋼絲繩損傷定量檢測(cè)分析系統(tǒng)中，可得各項(xiàng)分析統(tǒng)計(jì)表，包括損傷分級(jí)統(tǒng)計(jì)表、損傷類型分析表、損傷序列表以及最終使用情況參考定量。從TCK檢測(cè)系統(tǒng)中截取的損傷序列表如圖2所示。

圖2 TCK鋼絲繩損傷序列表樣式

3 TCK探傷檢測(cè)在秦皇島港煤二期裝船機(jī)上的應(yīng)用

首先基于上述2.1節(jié)檢測(cè)前的數(shù)據(jù)采集工作后，選擇大臂做俯仰運(yùn)動(dòng)過程中各待檢段鋼絲繩收放的最大量作為檢測(cè)長度，把4段檢測(cè)后采集到的結(jié)果進(jìn)行保存，并將TCK檢測(cè)儀與上位機(jī)相連，檢測(cè)結(jié)果輸入TCK鋼絲繩損傷定量檢測(cè)分析系統(tǒng)軟件中，得到分析結(jié)果。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)的儀器調(diào)試及檢測(cè)過程如圖3、圖4所示。

3.1 鋼絲繩端的TCK探傷檢測(cè)分析

（1）大臂左側(cè)高速鋼絲繩端的TCK探傷檢測(cè)分析。經(jīng)TCK檢測(cè)，該段采集長度108.7 m。經(jīng)TCK軟件分析處理，該段進(jìn)行了192次檢測(cè)采樣。

（2）大臂左側(cè)低速鋼絲繩端的TCK探傷檢測(cè)分析。經(jīng)TCK檢測(cè)，該段采集長度25.4 m。經(jīng)TCK軟件分析處理，該段進(jìn)行了63次檢測(cè)采樣。

圖3 檢測(cè)前儀器調(diào)試

圖4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

（3）大臂右側(cè)高速鋼絲繩端的TCK探傷檢測(cè)分析。經(jīng)TCK檢測(cè)，該段采集長度25.4 m。經(jīng)TCK軟件分析處理，該段進(jìn)行了69次檢測(cè)采樣。

（4）大臂右側(cè)低速鋼絲繩端的TCK探傷檢測(cè)分析。經(jīng)TCK檢測(cè)，該段采集長度25.1 m。經(jīng)TCK軟件分析處理，該段進(jìn)行了39次檢測(cè)采樣。

經(jīng)過損傷序列表確定損傷類型分析表以及損傷分級(jí)統(tǒng)計(jì)表，分別如表1和表2所示。其中，判斷上限為10%。

通過2016年8月15日的檢測(cè)結(jié)果可見，大臂左、右兩側(cè)的高速端鋼絲繩現(xiàn)有質(zhì)量仍較理想，建議繼續(xù)使用；大臂左、右兩側(cè)的低速端鋼絲繩，均有中度損傷，建議加強(qiáng)保養(yǎng)。

3.2 B2Z裝船機(jī)俯仰鋼絲繩檢測(cè)結(jié)果的總結(jié)分析

從2016年初，就開始了對(duì)B2Z裝船機(jī)俯仰鋼絲繩的TCK無損弱磁探傷檢測(cè)，檢測(cè)周期為月度一次。由2018年6月的4段檢測(cè)結(jié)果可以看出：

（1）大臂左、右兩側(cè)的高速繩部分（也是鋼絲繩繞組上受力最小段）主要是銹蝕磨損，磨損數(shù)分別占采樣數(shù)量的69.3%與89.9%，占據(jù)比例較大，但是總體的質(zhì)量仍較良好，損傷較輕，仍建議繼續(xù)使用。

（2）大臂左、右兩側(cè)的低速繩部分（也是鋼絲繩繞組上受力最大段）主要也是銹蝕磨損，其中左側(cè)除了銹蝕磨損外綜合原因的磨損也占較大比例，各占總磨損量的近50%。此外左、右兩側(cè)低速段均有磨損量超過標(biāo)定上線30%～60%的采樣點(diǎn)。可見低速采樣段因受力最大，也是損壞程度在檢測(cè)采樣中最嚴(yán)重的部分，但是損壞量占比例不大，經(jīng)TCK分析，給出的結(jié)論是加強(qiáng)保養(yǎng)。

表1 大臂左、右兩側(cè)高速鋼絲繩端損傷類型分析

表2 大臂左、右兩側(cè)鋼絲繩端損傷分級(jí)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

（1）本系統(tǒng)可以直觀地給出鋼絲繩的損傷結(jié)果，準(zhǔn)確判定其使用壽命及強(qiáng)度，較以往的檢測(cè)方法精確度更高，可靠性更強(qiáng)，手段更先進(jìn)，對(duì)秦皇島港股份有限公司未來提升設(shè)備大量使用的鋼絲繩的定期檢驗(yàn)、抽查檢驗(yàn)、驗(yàn)收檢驗(yàn)、委托檢驗(yàn)、出廠檢驗(yàn)均有重要應(yīng)用價(jià)值。該系統(tǒng)的檢測(cè)方法簡捷，分辨率強(qiáng)，靈敏度高，抗干擾性強(qiáng)，更適合于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可以定期檢測(cè)鋼絲繩、隨時(shí)掌握其損傷情況。

（2）安全生產(chǎn)是秦皇島港股份有限公司發(fā)展壯大的前提，利用先進(jìn)設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)對(duì)鋼絲繩的性能進(jìn)行檢測(cè)分析，隨時(shí)準(zhǔn)確掌握鋼絲繩的使用情況，能有效避免鋼絲繩斷繩事故的發(fā)生。未來TCK檢測(cè)系統(tǒng)將對(duì)秦皇島港股份有限公司的安全生產(chǎn)提供有力的保障。