电磁无损检测技术在装船机俯仰钢丝绳检测中的应用

1装船机俯仰钢丝绳检测的必要性

装船机是煤炭港口生产作业系统的重要组成部分,主要由俯仰机构、行走机构、臂架机构、溜筒机构等组成,如图1所示。

1、3一钢丝绳;2一滑轮组;4一俯仰驱动装置;5一平衡梁装置.

图1装船机俯仰机构主结构

装船机俯仰机构包括驱动装置、钢丝绳、顶端滑轮组和臂架换轮组、平衡梁装置等。其具体工作过程:俯仰电机通过减速器带动钢丝绳卷筒转动,钢丝绳经装船机顶端和臂架滑轮组将钢丝绳卷筒与平衡梁装置连接,卷筒转动时,钢丝绳带动装船机臂架以俯仰较点为中心抬起或放下,从而完成装船机的俯仰动作。由于装船机臂架总质量达数百吨,且仅靠装船机俯仰较点和两根钢丝绳连接,极易导致装船机倾覆的重大事故,所以钢丝绳检测显得极为重要。

传统的人工目测检验方法和破损检验方法很难完全检测出装船机俯仰钢丝绳受损状况,亦难以全面记录整个俯仰钢丝绳的质量状况,利用电磁无损探伤仪对俯仰钢丝绳进行检测,并通过电子自动控制即可将整个钢丝绳的质量状况清晰反映在电子记录上,可以根据所记录数据进行相应的判断处理,以保证钢丝绳的质量和安全可靠性。

2电磁无损检测方法

2.1检测原理

电磁无损检验方法是采用磁检测原理,钢丝绳是磁性材料,在磁场中容易磁化而达到磁饱和,向铁磁性构件(钢丝绳）施加给定磁载,使所有载荷材料具有同等适度的低量级磁能积(材料的磁能量密度）,如果载荷材料沿钢丝绳轴向等量均匀,连续分布,则任意体积元的磁能积也是等量均匀的。当钢丝绳出现断丝、锈蚀、磨损等损伤时,在周围就会产生散漏磁场,在钢丝绳使用过程中进行检测,将失误降到最低。电磁检测采用的传感器灵敏度高,比霍尔元件精细数万倍,所以即使检测体与被测物体之间的间距达30mm,仍然可以准确拾取信号,实现宽距的非接触检测。装船机俯仰钢丝绳采用导磁性能良好的高碳钢制成,适用于利用电磁无损检测技术进行检测,同时这种无损检测法具有成本较低、易于实现等优点。

2.2检测仪器

本文使用的钢丝绳探伤仪是采用最新的钢丝绳电磁无损检测技术,结合现代计算机、通信、网络技术的一种便携式钢丝绳检测仪器,可快速、准确检测到钢丝绳损失(断丝、磨损、锈蚀和变形）以及损伤的程度,检测结果可直接生成规范的检测报告。

LF检测主要采用漏磁检测方法,磁饱和的钢丝绳若存在局部断丝缺陷时,在断丝周围会出现散漏磁场,通过检测磁场畸变信号辅以扫场图谱,便可直观反映出钢丝绳的局部缺陷及其位置。通过记录、分析传感器输出的电信号,测定钢丝绳的局部损伤。LMA测定主要是当钢丝绳以一定速度通过磁场时,其轴向将被磁化饱和。在磁回路可感应范围内,钢丝绳的磁通量与其轴向面积成正比,钢丝绳上方传感器测量的磁通量变化与钢丝绳横轴截面积变化相对应。通过记录、分析、计算传感器输出的电信号,能定量测定钢丝绳钢含量和横截面积变化的相对值,可检测出绳内磨损、锈蚀、金属疲劳等缺陷,精确计算出上述缺陷引起的钢丝绳横截面积量。

本文使用的钢丝绳探伤仪采用环绕式感应线圈作为传感器,能同时测定LF和LMA,同时检测钢丝绳中的轴向总磁通和钢丝绳中不连续(例如断丝、锈蚀坑、变形）所引起的漏磁,实现对钢丝绳损伤(断丝、磨损、锈蚀和变形）以及损伤程度的电磁无损检测。钢丝绳探伤仪测试原理结构如图2所示。

3电磁无损检测技术在装船机俯仰钢丝绳检测中的应用

3.1现场应用过程

现场对某单位1号、2号和3号装船机SL1、SL2、SL3的6条钢丝绳进行了检测,每台装船机都有两根钢丝绳,钢丝绳编号从西侧开始依次为SL1-1、SL1-2:SL2-1、SL2-2:SL3-1、SL3-2。现场检测时,钢丝绳探伤仪的探头固定及检测示意图如图3所示。

依据《铁磁性钢丝绳电磁检测方法》(GB/T21837一2008）相关要求,对SL1装船机钢丝绳SL1-1、SL1-2,SL2装船机钢丝绳SL2-1、SL2-2和SL3装船机钢丝绳SL3-1、SL3-2进行了检测。

SL1装船机钢丝绳SL1-1:钢丝绳金属横截面积损失LMA最大差值:2.2%,位置:220.16m,由于钢丝绳主要是顶端磨损,因此一个捻距内金属截面积减少8.8%(接近标准允许的最大值10%）。6d(264mm）内最大断丝数:0根,允许的最大值:10根。30d(1320mm）内最大断丝数:0根,允许的最大值:20根。

图3钢丝绳现场检测图片

sL1装船机钢丝绳sL1-2:钢丝绳金属横截面积损失LMA最大差值:2.1%,位置:222.66m,由于钢丝绳主要是顶端磨损,因此一个捻距内金属截面积减少8.4%(接近标准允许的最大值10%)。6d(264mm)内最大断丝数:0根,允许的最大值:10根。30d(1320mm)内最大断丝数:0根,允许的最大值:20根。

sL1装船机钢丝绳检测曲线如图4所示。

sL2装船机钢丝绳sL2-1:钢丝绳金属横截面积损失LMA最大差值:1.02%,位置:152.70m,6d(264mm)内最大断丝数:0根,允许的最大值:10根。30d(1320mm)内最大断丝数:0根,允许的最大值:20根。

sL2装船机钢丝绳sL2-2:钢丝绳金属横截面积损失LMA最大差值:0.99%,位置:152.54m,6d(264mm)内最大断丝数:0根,允许的最大值:10根。30d(1320mm)内最大断丝数:0根,允许的最大值:20根。

sL3装船机钢丝绳sL3-1:钢丝绳金属横截面积损失LMA最大差值:0.54%,位置:132.80m,6d(264mm)内最大断丝数:0根,允许的最大值:10根。30d(1320mm)内最大断丝数:0根,允许的最大值:20根。

sL3装船机钢丝绳sL3-2:钢丝绳金属横截面积损失LMA最大差值:0.89%,位置:185.40m,6d(264mm)内最大断丝数:0根,允许的最大值:10根。30d(1320mm)内最大断丝数:0根,允许的最大值:20根。

3.2检测结论

依据《起重机钢丝绳保养、维护、检验和报废》(GB/T5972—2016)对3台装船机的6根钢丝绳进行检测,未发现断丝。其中钢丝绳sL1.1一个捻距内金属截面积减少8.8%,钢丝绳sL1-2一个捻距内金属截面积减少8.4%,接近允许的最大值10%。钢丝绳sL2-1、sL2-2、sL3-1和sL3-2的金属截面积减少量最大值为1.02%,低于允许的最大值10%。检测结果未超出《起重机钢丝绳保养、维护、检验和报废》中对断丝数量、磨损量和锈蚀等级的要求。检测未发现钢丝绳变形、超标损伤。

钢丝绳sL1-1和sL1-2的一个捻距内金属截面积减少量较大,磨损量已接近标准允许的最大值,所以需增加人工日常检查频率,每次检查都需用卡尺测量顶端钢丝绳直径,记录测量数据,注意观察钢丝绳直径的变化量。同时增加对钢丝绳进行无损探伤的频率。钢丝绳sL2-1、sL2-2、sL3-1和sL3-2的一个捻距内金属截面积减少量很小,钢丝绳情况良好,注意日常维护,定期对钢丝绳进行无损探伤检测。

4结语

钢丝绳无损检测技术的发展与推广对于提高装船机的安全性、简化检测过程、提高生产效率意义重大。通过装船机俯仰钢丝绳的应用可以了解,电磁无损检测与人工检查相比具有很大优势,效率相对较高,检测全面、客观,能检测出内部缺陷,能定量检测金属横截面积损失,但也有很大的局限性:(1)不能完全判断断丝、锈蚀等缺陷,还需要通过人工审核确认:(2)检验曲线分析需要一定的经验:(3)仪器体积较大,携带不方便,安装、检测、分析需要花费的时间较长。装船机俯仰钢丝绳端部不易进行检测。钢丝绳电磁无损检测应用于装船机俯仰钢丝绳上,既能解决人工检查效率低、可靠性低等问题,又能避免人为定期更换钢丝绳造成的浪费。