港口起重机钢丝绳应用与无损检测技术

港口起重机钢丝绳应用与无损检测技术

陶德馨武汉理工大学２０１5年5月

主要内容

钢丝绳基本知识

技术演进和使用条件新的变化

几个热点问题钢丝绳磨损、断丝与疲劳寿命钢丝绳无损检测技术

钢丝绳点检方法与日常维护

一、基本知识1.钢丝绳构造及特点(1)钢丝绳捻制方法1)单绕钢丝绳

钢丝绳的构造特征主要由捻制方式、接触方式、绳股数目及形状、绳芯材质决定。由此，可组合成多种不同形式的钢丝绳供选用。

由若干钢丝一次绕制成绳，绳的刚性大，卷绕性差。除特殊制作的密封式钢丝绳以外，普通单绕绳仅作固定拉索作用。2)双绕钢丝绳

先由丝绕成股，再由若干绳股加上绳芯捻制成绳。绳股绕向为右旋时，称右绕绳，反之，称左绕绳。1.钢丝绳构造及特点

(1)钢丝绳捻制方法

钢丝绳主要有同向捻（顺绕)和交互捻（交

绕)两种；股内钢丝之间有点、线、面三种接触方式。

(2)钢丝绳绳股数目及形状、结构

(3)钢丝绳标记方法（GB8707—88)将全称标记18ZAA6（9+9+1)+SF1770ZSGB/T8918用简化标记表示：18ZAA6×19S+SF1700ZSGB/T89182.钢丝绳的选用

(1)钢丝绳结构型式的选择

用于卷绕系统的钢丝绳（动索)，应优先采用线接触钢丝绳。多层卷绕和高温环境应采用钢芯绳。

大起升高度宜采用多股不旋转绳。高速重载起重机中,面接触绳已得到较多应用。

(2)对钢丝绳性能的要求

选用国产钢丝绳时,宜采用1570MPa~1770MPa的强度等级

3.钢丝绳的破坏形式与卷绕系统设计

注意事项(1)钢丝绳的破坏形式

起重机用钢丝绳的一般破坏过程及特征是:钢丝绳通过卷绕系统时要反复弯曲和伸直，并与滑轮或卷筒槽磨擦，工作条件愈恶劣，工作愈频繁，此现象就愈严重。经过一定时间，钢丝绳股内的钢丝不同程度地发生弯曲疲劳与磨损。

(1)钢丝绳的破坏形式---表面磨损和断丝(1)钢丝绳的破坏形式---表面磨损和断丝压实股（面接触钢丝绳)断丝损伤(1)钢丝绳的破坏形式

表面层的钢丝逐渐折断,折断钢丝的数量越多,其他未断钢丝的拉力越大,疲劳与磨损更为加剧,断丝速度亦愈快。当断丝发展到一定程度,钢丝绳开始丧失承载的安全性,这时就应报废且更换新绳

。（2)钢丝绳报废标准起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范GB/T5972-2006

标准列举了11条钢丝绳需要报废的情况，其中，量化判据共2条，3个量化指标：a.断丝的性质和数量(6d和30d长度范围内的断丝数量，列表);b.绳端断丝;c.断丝的局部聚集;d.断丝的增加率;e.绳股断裂;（2)钢丝绳报废标准GB/T5972-2006f.由于绳芯损坏而引起的绳径减小；

g.弹性减小；h.外部及内部磨损（丝径磨损大于40%；绳径减小量大于7%)i.外部及内部腐蚀：（往往是存放不当)j.变形；

（往往是使用不当，扭结拉伸等)k.由于热或电弧造成的损坏（2)钢丝绳报废标准(3)钢丝绳卷绕系统设计应用注意事项GB/T3811-2008起重机设计规范

1)安全系数nn=F0/Sn随机构工作级别提高而增大，港机的起升、牵引机构工作级别多为M7~M8,对应的安全系数n为7.1~9，集装箱起重机最小n≥6。2)D/d比h

在条件许可时，应选用较大直径（D)的滑轮和卷筒，以提高D/d值，减小钢丝绳的弯曲程度，降低接触比压。港机机构M7~M8,对应的滑轮直径D与钢丝绳d比为25~28。

(3)钢丝绳卷绕系统设计应用注意事项GB/T3811-2008起重机设计规范3)滑轮绳槽半径R

一般取R=（0.53~0.60)d，R过大和过小都会影响钢丝绳使用寿命；采用光卷筒，即R→∞时，钢丝绳寿命会降低20%~30%。4)钢丝绳允许偏斜角

钢丝绳绕进绕出滑轮绳槽的最大偏角：5°

钢丝绳绕进绕出卷筒绳槽的最大偏角：3.5°(3)钢丝绳卷绕系统设计应用注意事项5)选择适当的滑轮材质和表面硬度，使钢丝绳与滑轮硬度合理匹配；绳槽槽底采用工程尼龙或其他软质金属、非金属衬垫，将改善钢丝绳与绳槽之间的挤压磨损状况，可以大幅度提高钢丝绳的使用寿命。6)选配适当的钢丝绳涂油器或对钢丝绳定期涂抹润滑脂，可以减缓钢丝绳磨损，防止锈蚀，延长钢丝绳使用寿命。

二、钢丝绳技术演进和使用条件

新的变化1.上世纪下半叶的技术演进

疲劳寿命与D/d比的关系:25/1以上

钢丝绳结构形式:点接触

线接触

钢丝绳报废标准:外层断丝，外径磨损

钢丝绳安全检测：强磁化漏磁通检测

钢丝绳润滑方法：人工涂抹润滑脂为主

钢丝绳质量控制：主要靠出厂检验2.港口起重机用绳条件新的变化1)钢丝绳结构形式:出现钢绳芯、面接触、异型股、含塑料衬垫等新结构形式2.港口起重机用绳条件新的变化2)钢丝绳强度：1570Mpa1670Mpa1770Mpa1770Mpa~2170Map

导致相同载荷条件下，钢丝绳直径可以取小，但钢丝绳对滑轮绳槽的比压增大，疲劳寿命的结果趋于复杂。

2.港口起重机用绳条件新的变化

3)滑轮结构、材质、表面硬度(2)2.港口起重机用绳条件新的变化3)滑轮结构、材质、表面硬度一种轻型重载焊接免维护冷轧滑轮（由振华重工-宁波伟隆传动机械研制，直径400～2100mmd的产品已定型批量生产)。主要特点：①轻，比热轧滑轮约轻30%～50%；②免维护型，可以4～5年不必加油；③绳槽经热处理，耐磨损，寿命长；④一般非重要部位与起重机相同寿命（二十年)。

3)滑轮结构、材质、表面硬度

过梨型接头的轻型重载焊接冷轧滑轮应用2.港口起重机用绳条件新的变化

3)滑轮结构、材质、表面硬度上海振华重工-宁波宁波伟隆传动机械有限公司试验台2.港口起重机用绳条件新的变化

4)因起重机性能参数提高，导致钢丝绳线度大幅度提高以集装箱岸边起重机为例:

起升速度：50m/min90/150m/min

小车速度：150m/min240m/min

叠加速度：240＋2×150＝540m/min

滑轮最高转速：190rpm，提高1.5~1.8倍

外伸距离:40m70m

结果导致:钢丝绳表面磨损严重;钢丝绳弹跳加剧，加重了内部微动磨损2.港口起重机用绳条件新的变化

5)多股不旋转钢丝绳在进行疲劳性能试验时出现的股芯碎裂现象2.港口起重机用绳条件新的变化

6)多层卷绕--新型折线卷筒应用研究

1、折线卷筒可变参数

影响研究a.绳槽距;b.预张力;c.边板抗张措施;d.绳张角;e.斜槽在圆周上的比例;f.钢丝绳直径。2.Lebus对拉试验台研究2.港口起重机钢丝绳使用情况的新变化7)钢丝绳有限元建模及应力分析利用有限元工具进行钢丝绳应力分析研制钢丝绳-滑轮疲劳试验机，开展试验研究，并进行微观分析寻找并研究对钢丝绳损伤（断丝)进行在线实时监测的有效仪器和方法7)钢丝绳有限元建模及应力分析钢丝绳空间几何结构模型钢丝绳的基本结构空间变换的方式推导钢丝二次螺旋线参量方程原始坐标系oxyz沿x轴正向平移Rs,再绕x轴旋转-β在新坐标系o′x′y′z′里S点绕坐标轴z′旋转,沿坐标轴z′移动将坐标系o′x′y′z′沿x′轴负向平移Rs,再绕x′轴旋转β原始坐标系oxyz里坐标系o′x′y′z′作绕z轴作螺旋运动S点运动轨迹上各点在扩展欧氏空间的齐次坐标7)钢丝绳有限元建模及应力分析右旋同向捻右旋交互捻左旋同向捻左旋交互捻xxxxyyyyzzzz各种旋向及捻绕方式的钢丝绳中钢丝中心线钢丝绳绳股的三维实体模型的生成过程IWRC绳芯及钢丝绳三维几何模型Matlab和Pro/E生成IWRC6×36WS钢丝绳空间几何模型7)钢丝绳有限元建模及应力分析钢丝绳有限元网格C3D8R单元结构S1186304个单元,1530819个节点

破断张力的5%、10%、20%、26.7%（S1=15KN，S2=30KN，S3=45KN，S4=60KN，S5=80KN)载荷条件应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)应力（MPa)钢丝塑性特性7)钢丝绳受拉时的应力分析---应力云图能量时间EWEIEVEFDEtotal,EKE刚丝绳轴向拉伸能量历史曲线(a)(b)(d)(c)(e)

钢丝绳断面等效应力云图(a)15KN;(b)30KN;(c)45KN;(d)60KN;(e)80KN外层螺旋股等效应力云图(45KN)三、

钢丝绳应用的几个热点问题1.钢丝绳与滑轮的合理选配问题

钢丝绳使用寿命与滑轮耐磨性是一对矛盾，由于港口大型起重机上滑轮位于高空，数量多，难以更换，近年来国内外已开始用高硬度绳槽的滑轮来取代普通低硬度钢质滑轮，滑轮绳槽硬度从HB170逐步提高至HRC60。

但提高钢质滑轮表面硬度，究竟对滑轮耐磨性能产生多大影响?怎样合理匹配滑轮硬度与钢丝绳规格，才能使钢丝绳和滑轮各自的寿命达到一种组合最佳状态，国际国内目前尚缺乏相应的理论研究和实验数据的支持，致使在选型设计、绳轮选配方面仍存在一定的差异性和盲目性，从而未能充分挖掘钢丝绳寿命和滑轮耐磨性的技术潜能。

三、

钢丝绳应用的几个热点问题2.钢丝绳的合理选型－－疲劳性能评价

进口绳?国产绳?

线接触?面接触?

高强度?中强度?

圆形股?异形股?

塑料衬?非塑料衬?6股、8股?多股绳?三、

钢丝绳应用的几个热点问题3.滑轮压痕滑轮压痕问题是多年来困扰滑轮制造商和港口用户的难题，它多发生在重载的岸桥上（场桥因技术参数低，从不发生）。

三、

钢丝绳应用的几个热点问题

3.滑轮压痕

形成机理防止措施三、

钢丝绳应用的几个热点问题4.钢丝绳断丝定量检测

方便性准确性重复性

四、钢丝绳磨损、断丝与疲劳寿命研究

1.试验装置研制思路与设备特点

1)传统钢丝绳疲劳试验机

（1)结构形式A——卧式1.试验装置研制思路与设备特点

（2)结构形式B——立式1.试验装置研制思路与设备特点

2)试验装置的设计构思及主要特点相对连续运行单卷筒并行收放封闭系统分区多弧段、可变行程、可变载荷全自动控制1.试验装置研制思路与设备特点

3)主要功能模拟起重机卷绕系统真实工况滑轮耐磨性对比试验钢丝绳弯曲疲劳对比试验润滑条件对钢丝绳寿命影响对比试验滑轮与钢丝绳失效分析1.试验装置研制思路与设备特点

4)试验装置研制思路与设备特点钢丝绳弯曲疲劳试验机绕绳图试验装置照片

试验装置照片

试验装置照片

试验装置可视化操作界面2、钢丝绳—滑轮磨损与损伤的基本

规律与特征1)滑轮绳槽底部的磨损机理2、钢丝绳—滑轮磨损与损伤的基本

规律与特征

1)滑轮绳槽底部的磨损机理

2、钢丝绳—滑轮磨损与损伤的基本

规律与特征

1)滑轮绳槽底部的磨损机理2、钢丝绳—滑轮磨损与损伤的基本

规律与特征

1)滑轮绳槽底部的磨损机理2、钢丝绳—滑轮磨损与损伤的基本

规律与特征

2)钢丝绳的表面磨损和断丝

2、钢丝绳—滑轮磨损与损伤的基本

规律与特征

3)钢丝绳的内部挤压磨损和断丝2、钢丝绳—滑轮磨损与损伤的基本

规律与特征

3)钢丝绳的内部挤压磨损和断丝2、钢丝绳—滑轮磨损与损伤的基本

规律与特征

3)钢丝绳的内部挤压磨损和断丝2、钢丝绳—滑轮磨损与损伤的基本

规律与特征

4)疲劳、磨损量化分析(1)滑轮的早期磨损和磨损钝化现象4)疲劳、磨损量化分析三种典型硬度滑轮的线磨率ψ值（mm/rev)滑轮材料与绳槽硬度早期磨合期磨损钝化期ZG35（铸造）HRB1954.38×10-60.20×10-635CrMo调质HRC283.11×10-60.11×10-642CrM表面淬火HRC521.57×10-60.10×10-6(2)三种典型硬度滑轮的线磨率特征4)疲劳、磨损量化分析以上规律与特征说明：从确保滑轮耐磨性和使用寿命考虑，ZG35滑轮和硬度比它更低的Q235热轧普通滑轮的耐磨性偏低、磨损率偏高，不宜采用；而采用绳槽底部硬度在HRC28以上的各种钢质滑轮，其绳槽径向线磨损量及线磨损率都很接近，耐磨性水平比低硬度（如HB195)滑轮提高了一倍左右。

５)钢丝绳与不同绳槽硬度滑轮配合使用的断丝数发展曲线５)钢丝绳与不同绳槽硬度滑轮配合使用的断丝数发展曲线图62#钢丝绳30d长度内疲劳断丝发展动力学曲线５)钢丝绳与不同绳槽硬度滑轮配合使用的断丝数发展曲线图73#钢丝绳30d长度内疲劳断丝发展动力学曲线6)钢丝绳与不同绳槽硬度滑轮配合使用的相对寿命曲线(3)钢丝绳与不同绳槽硬度滑轮配合使用的相对寿命曲线

7)不同绳槽硬度的钢质滑轮对钢丝绳损伤的影响规律分析以上规律与特征说明：从确保滑轮耐磨性和使用寿命考虑，ZG35滑轮和硬度比它更低的Q235热轧普通滑轮的耐磨性偏低、磨损率偏高，不宜采用；而采用绳槽底部硬度在HRC28以上的各种钢质滑轮，其绳槽径向线磨损量及线磨损率都很接近，耐磨性水平比低硬度（如HB195)滑轮提高了一倍左右。7)不同绳槽硬度的钢质滑轮对钢丝绳损伤的影响规律分析本试验对同样几何尺寸、但不同材质的热处理工艺、绳槽硬度从HB170、HRC30、HRC40、HRC50、HRC53.HRC60等六种滑轮进行了钢丝绳使用寿命对比试验，如上图所示。以硬度最低的HB170滑轮上钢丝绳使用寿命97882转次为基准寿命值1，随着硬度从低到高，钢丝绳使用寿命变化趋势呈两头低、中间高的趋势。滑轮绳槽硬度从HRC30-HRC50范围内，钢丝绳相对寿命值达1.44-1.78；当硬度大于HRC53时，钢丝绳寿命明显降低，HRC60时，相对寿命值降至0.92。

3、

关于起重机钢丝绳—滑轮

最佳匹配的建议1)港口起重机滑轮绳槽硬度的最佳硬度范围为HRC28～HRC35;HRC45～HRC50，为防止压痕，可采用HRC602)根据我国国产钢丝绳材质和工艺水平的实际状况，对于6股钢丝绳，应优先考虑选用1770N/mm强度等级，并与HRC28～HRC35的中硬度滑轮匹配使用

3、

关于起重机钢丝绳—滑轮

最佳匹配的建议3)对于多股不旋转钢丝绳，由于与滑轮绳槽的接触压力偏低，可考虑优先HRC45～HRC50的中高硬度滑轮匹配使用

4)普通铸钢滑轮及用Q235.16Mn板材热轧成型制成的滑轮，其自身耐磨性在各类钢质滑轮中相对最差，同时，与之配合使用的钢丝绳寿命也相对较短；同时，当滑轮绳槽硬度高于HRC53时，钢丝绳使用寿命有明显下降。这一点，在起重机产品设计中的滑轮选型时，应予以充分注意。

4.多层卷绕(LEBUS卷筒)试验研究

三种多层缠绕方式光面卷筒多层卷绕双阶梯卷筒螺旋线式卷筒多层缠绕的特点:第一层能排列整齐二层以上卷绕容易出现乱绳钢丝绳寿命短光面卷筒多层缠绕的特点:第一层排列疏密不一二层以上缠绕容易出现乱绳钢丝绳寿命短第一层第二层第一层第二层螺旋线式钢丝绳卷筒

多层缠绕LEBUS卷筒直线1区折线2区直线2区折线1区直线1区入绳侧垫块过渡段2层1层双折线式钢丝绳卷筒展开示意图折线式多层塔卷绕的优点:不需排绳装置钢丝绳缠绕在下层钢丝绳形成的绳槽延长钢丝绳使用寿命钢丝绳入绳端双折线式钢丝绳卷筒绕绳轨迹

实际使用证明：双折线式多层缠绕卷筒是解决大容绳量问题的最有效方式!"金字塔”形排列1)多层卷绕试验装置

研制思路

与设备特点试验台架：

试验台架由左侧的主卷绕装置、右侧的副卷绕装置以及中间的滑轮支架与移动平台总成以及钢筋混凝土地基等部分组成。

根据卷筒卷绕层数的试验要求和试验台架布置尺寸，试验用钢丝绳的总长度为288米。

能模拟门座起重机钢丝绳变幅系统实际结构，保证钢丝绳绕出（入)卷筒的偏角范围在0.25°～1.5°，拆、装方便，加载方便，安全可靠。

试验台立面布置图TheFrontviewofTest-bedLayout

试验台平面布置图TheOverlookofTest-bedLayout

1)多层卷绕试验装置

研制思路与设备特点1)多层卷绕试验装置

研制思路与设备特点1)多层卷绕试验装置

研制思路与设备特点2)多层卷绕试验钢丝绳卷绕行程分布2)

多层卷绕试验钢丝绳卷绕行程分布5.3多层卷绕试验钢丝绳的表面磨损3)多层卷绕试验钢丝绳的表面磨损---拆股检查断丝情况3)多层卷绕试验钢丝绳芯的表面损伤

钢丝绳的主要失效形式是外绳股断丝，但是在钢丝绳解体的宏观检查中，发现钢丝绳芯的外层丝也存在磨损严重、断丝现象。第八根绳索分析绳段解体后钢丝绳芯的外层丝磨损、断丝形貌

如下::::

。

第八根副卷筒侧第3层第20圈

Aux.drumside:ropecoreofNO.8in3rdlayer20thlap第八根副卷筒侧第2层第10圈Aux.drumside:ropecoreofNO.8

in2ndlayer10thlap4)多层卷绕试验钢丝绳的

表面断丝进展图

五、钢丝绳无损检测

1.技术发展三个阶段：1）

初创时期1906年，南非C.McCann与R.Colson共同研制了世界上第一台钢丝绳电磁无损检测装置。该装置采用交流（AC）励磁，故称为AC方法。1925年。德国H.Chappuzeau又首次提出了基于漏磁测量的钢丝绳电磁无损检测装置，这一方法采用直流（DC）励磁，故称为DC方法。1937年RWornle和HMuller于发明了分体式差动线圈，率先实现了钢丝绳的在线检测。

1925~1955年期间，国外研究开发了多种早期的钢丝绳检测仪器。

1.技术发展三个阶段2)发展时期20世纪60年代

，加拿大F.Kitzinger博士与G..A.Wint教授提出了利用霍尔元件作为检测元件实现对钢丝绳截面变化和局部损伤缺陷进行检测的技术方法与装置；又提出了利用磁通门技术组合检测钢丝绳截面变化和局部损伤缺陷的方法与装置。波兰W.Swider博士等对电磁无损检测仪器检测钢丝绳输出的检测信号进行了深入的分析，进而摸索出从检测信号中辨识缺陷类型的一些方法与规律，使电磁无损检测技术得到很大进展。

1.技术发展三个阶段

2）

发展时期60至80年代，形成了30多种检测仪器产品如：

波兰的M和MD系列、瑞士的E70和PMK系列、德国的SPK的WBK系列、日本的MRT系列、美国的LMA系列等。70年代初，我国也推出第一代国产TGS型钢丝绳探伤仪。·这一阶段仪器多为模拟信号处理，分辨力较低;定量分辨缺陷的能力较低;对检测曲线的解释受检测人员自身素质等诸多因素的影响。1.技术发展三个阶段3)相对成熟时期80年代后期，随着微电子技术、电子计算机技术的不断发展和互联网时代的到来，人们开始注重钢丝绳检测仪器的微计算机化和智能化等问题。这一时期的研究，主要集中在检测信号的分析处理方法与仪器上。例如：加拿大博士E.Kalwa与K.Piekarski教授对钢丝绳检测装置进行了多种形式的改进，并在此基础上进行了大量的实验研究，掌握了缺陷定量特征与检测信号之间的一些对应规律，从而试图据此给出由检测信号直接定量识别钢丝绳缺陷的方法；美国H.R.Weischedel博士研究并提出了利用检测线圈实现钢丝绳截面损耗定量测定的方法与装置，是钢丝绳缺陷检测从定性走向定量的重要进步。

1.技术发展三个阶段

3）

相对成熟时期·90年代,国内华中科技大学的杨叔子、康宜华等人在对基于永久磁铁和霍尔元件的钢丝绳缺陷探头又进行了深入研究,采用了聚磁环技术和人工神经网络信号处理方法,研制出MTC型钢丝绳探伤仪使检测的灵敏度和结果的准确性得到提高。

目前,国际上在研究方面处于领先地位的有加拿大矿业能源技术中心和美国无损技术中心(NDT)等。

五、

钢丝绳无损检测

2.代表产品：波兰Zawada公司MD120B系列

功能：给出缺陷位置、量值和深度；精确度：0.05%;

速度：0.05~10m/s

0.05~2.5m/s(手持)PD系列探头MD系列探头

五、钢丝绳无损检测3.基于弱磁的无损检测技术

目前国内市场上，国外、国内生产和销售商多达五十多家，共同点是：•基本采用永久磁铁磁化和霍尔元件的漏磁场检测方式，针对断丝等局部缺陷（LF型）或金属截面积损耗(LMA)检测，技术相对成熟，准确度和重复性较好；•需要对钢丝绳作饱和磁化，磁化装置较笨重；霍尔元件必须贴近钢丝绳表面，才能捕获漏磁信息，灵敏度较高；•强磁吸附且套筒贴近钢丝绳作业，操作阻力大，对仪器有磨损，适于用人工方式进行离线检测，但不便于钢丝绳运行过程的在线监测；•价格昂贵，不适于大范围使用。3.基于弱磁的无损检测技术1)弱磁无损检测技术的出现90年代初，我国河南洛阳涧西矿冶机电研究所的窦毓棠等采用自行研制的静态感应线圈,首次研制了基于弱磁的钢丝绳无损检测仪,并获得国家发明专利(专利号：９０１０３６４２.０)。

该技术的创新点：在理论上通过研究损伤场强和各项磁场矢量变量和差关系，建立了其与钢丝绳损伤面积之间的数学模型，通过监测围绕钢丝绳出现主漏磁场、局部漏磁场（即：内外断丝、内外磨损、内外锈蚀等损伤所产生的局部漏磁场及断面变小)以定量评价钢丝绳内部和表面损伤情况。3.基于弱磁的无损检测技术

1）

弱磁无损检测技术的出现

这种检测方法与基于强磁的漏磁通检测仪器不同：1)它不要求检测时钢丝绳沿轴向励磁至饱和，只需在检测前对钢丝绳进行低强度励磁，减轻了励磁机重量；2)该仪器敏感元件灵敏度高达50V/mT,不需要贴近绳表面，探头通过性好，减小了钢丝绳运行速度、振动,晃动和股波噪声对检测结果的影响,对单项缺陷的检测精度和混合缺陷的检测精度都有明显提高，从而为钢丝绳损伤的在线监测提供了可能。2)弱磁无损检测概念和原理

（1)铁磁材料受外加磁场影响产生磁感

应现象横轴为外加磁场场强H，纵轴为磁感应强度B，曲线为给定材料的磁感应变化曲线“H—B曲线”。“强磁”——H>Hj(>500mT=0.5T)“弱磁”——Hm>H>Hk(>30mT，<80mT)2)弱磁无损检测概念和原理

（2)铁磁材料磁化过程的磁导率变化与剩磁变化剩磁曲线磁化曲线磁导率曲线2)弱磁无损检测概念和原理

（3)更换钢丝绳的依据GB5792«起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范»规定，更换钢丝绳的主要定量判断依据是：1)钢丝绳在6d和30d长度范围内的断丝根数；2)外层钢丝的磨损程度（达丝径的40％)；3)钢丝绳直径比公称直径减小7％等。

经研究表明，对钢丝绳损伤断面积△S和规定长度范围内断面损伤面积综合值△Sn的检测，是确保钢丝绳安全使用的关键。2)弱磁无损检测概念和原理

（4)物理概念

钢丝绳一旦破磁化之后,则围绕钢丝绳出现主漏磁场、局部漏磁场、断丝造成的局部漏磁场、磨损造成的漏磁场、锈蚀所产生的其它漏磁场等。此外,由于地理条件环境所产生的磁场也不同程度地影响着钢丝绳的磁场。

在钢丝绳上取一个环带，检测环带面积上的磁通密度B或磁场强度H,即可判定损伤面积:△S。由于B=μH，在空气和真空中μ=1，H=B，H∝△S。

所以:利用环带上高灵敏度传感器测得△Sn，就可获得绳的损伤信息。2)弱磁无损检测概念和原理

（4)物理概念2.4空间磁场矢量合成原理及数学模型1.磁化器

2.高灵敏磁传感器3.偏移矢量

4.缺陷磁场

5.主磁场

6.主漏磁场

7.探头骨架8.缺陷信号曲线的A点场强矢量

9.A点的径向分量

10.A点的轴向分量

11.钢丝绳缺陷处(点)12.钢丝绳l3.环境磁场空间磁场矢量合成原理示意图(5)空间磁场矢量合成原理及数学模型数学模型：通过钢丝绳检测环上某点传感线圈捕捉到的磁场矢量，应该是钢丝绳各种轴向磁场矢量的总和，即令

（适调)则即信号矢量为：

传感器的矢量合成和信号电压转换图

(5)

空间磁场矢量合成原理及数学模型

一个绳断面周围总损耗

的求解方法实验证明:U是的函数，△S又是U的函数，

可写成

，

而

所以式中:U—电信号，A—比例系数，C—常数。对m个传感器，有即(5)空间磁场矢量合成原理及数学模型

规定长度范围内的损耗面积的求解方法

对规定长度范围内的损耗断面进行积分:即或将GB5792«起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范»中更换钢丝绳的主要定量指标合理转化为损耗断面的门限值[S],即可通过[S]与△Sn的比较，实现检测仪器对钢丝绳的在线监测和报警。

钢丝绳

弱磁无损

检测装置

输出:

分路输出

波形与

缺陷信号

合成结果(6)检测信号波形叠加效果3)弱磁探伤传感器

（1)传感器的构造---励磁机和探头分离

3)弱磁探伤传感器

----便携式弱磁无损检测仪探头结构与外形3)弱磁探伤传感器

（1)传感器的构造---探头的构造窦氏高灵敏传感器窦氏高灵敏传感器（一种磁通门传感器)3)弱磁探伤传感器

（2)传感器性能参数

探头主要特点：•电磁感应灵敏度极高，为5ν/0.1mT•采样频率5000次/秒

•自动标定系统

•智能化数字定量标定•基准调零功能传感器主要性能参数

•检测速度：0~30m/s;

•检测范围：Φ1mm~200mm;

•与被测物体表面间隙：15~30mm。

（3)传感器功能与应用特点探头敏感的损伤类型

实现对铁磁性钢丝绳因使用中各种强度超限导致的:内外部断裂、断丝，各种工况条件引发的:锈腐蚀、磨损、疲劳、硬脆等损伤的综合定量检测，初步实现了在役钢丝绳安全使用状态的客观评估。探头工作的物理流程

电—磁磁—电Ei—Mi

Mo—Eo（3)传感器功能与应用特点传感器使用的工艺流程

加载（P)—标定（D)—检测（T)—处理（M)加载（Progremme)：剩磁场定量规划

目的---在被测体上建立稳定有序的“弱”势磁场。

特点---用于加载的场强（H)是定量的；被测体上的稳定剩磁是低能级的。

（3)传感器功能与应用特点标定（Demarcate)：定量识别磁场特征

目的---对被测体上代表完好的截面（部位)进行磁场特征定量——建立检测基准；同时完成工况下对一般空间电磁干扰的屏蔽。

特点---程序式智能化自动实现的，动、静状态均可完成的自定义电——磁定量。（3)传感器功能与应用特点检测（Test)：定量获得采样（随机截面)与基准（标准截面)磁场特征的差异信息。

目的---提取被测体上连续密集的空域采样对比信息。

特点---信息定量交互式全息采集，“主动探入”而非“被动等待”，整体而非表面。