浅谈机电类特种设备钢丝绳安全检验技术的发展与创新

2016-08-09黄建

大科技 2016年4期

关键词：断丝特种设备起重机

黄建

（广西壮族自治区特种设备检验研究院玉林分院广西玉林 537000）

浅谈机电类特种设备钢丝绳安全检验技术的发展与创新

黄建

（广西壮族自治区特种设备检验研究院玉林分院广西玉林 537000）

近几年，特种设备数量越来越多，其危险性也是不断增加，其事故频发都是钢丝绳断裂造成的，由此可见，钢丝绳的安全对设备和人们生活的重要性不容忽视。本文就是通过分析我国特种设备的钢丝绳安全检测存在的安全检验现状，同时提出引用先进的检验技术确保钢丝绳的安全，从而使钢丝绳被机电类特种设备安全、有效的进行使用。

特种设备；钢丝绳；安全检验技术；发展与创新

钢丝绳作为特种设备承载的主要柔性构件，在我国经济发展的各个领域都得到广泛应用，随着社会经济的飞速发展，特种设备在我国人民生活中的作用越来越明显。钢丝绳应用的特种设备主要有电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设备等，它的安全与大量的设备和人员都紧密相关。

1 我国特种设备的钢丝绳安全现状

随着社会经济的发展，特种设备在生活中的应用越来越广泛。同时这些设备的重要构成部分钢丝绳的使用数量也越来越多，在索道、码头、电梯、船厂等设备生产中发挥的作用也日益凸显。近几年由于特种设备的事故频发，钢丝绳的安全检测问题也引起社会的广泛关注。

1.1 起重机事故

2004年12月27日，广西柳州钢材集团公司发生了起重机坍塌的事故，造成一人死亡。该公司转炉厂的一台安装完毕但没有经过特种设备检验的定柱式的旋臂起重机，进行工作的时候，该定柱式的旋臂起重机的吊臂整个断落，将工人砸死。从事故现场来看，定柱式旋臂起重机的旋臂掉在地上，起重机的钢丝绳断裂，导致起重机的三脚架与旋臂的连接全部失效断裂，意外随之发生。从这个意外事件来看就是缺乏对钢丝绳的安全检验，为了创造安全的生产环境，需要及时的对机械设备的部件进行安全检测。

1.2 电梯事故

随着生活品质的提高，在国内各地区电梯的应用数量逐渐增加，同时钢丝绳安全问题的潜在危机也是日益凸显出来。比如在2013年2月26日，株洲城区一家超市的升降机钢丝绳突然断裂，导致一名女子当场身亡。像这样的事故发生的频率随着电梯数量增加而越来越高。借助表1、图1分析电梯事故发生的情况。

表1 近4年的电梯平均死亡人数

图1 2013年上半年较大事故分布情况

电梯事故起数占特种设备安全事故总起数的30.77%，特种设备事故起数的第二位，截至2015年底，全国电梯总量超过400万台，我国电梯保有量、年产量、年增长量均为世界第一。但是，我国电梯高负荷、大运量、长周期使用普遍存在，老旧电梯数量激增，电梯安全主体责任不能有效落实，2015年全国共发生电梯事故58起，死亡46人。由电梯事故造成的损失，以及电梯事故的分布情况来看，为了改善这种情况，加强电梯设备的安全性检测是大势所趋。

电梯维保行业恶性竞争，劣币驱逐良币，维保工作不到位，导致电梯事故和故障时有发生。今天，电梯产品占全国总量65%以上的10家企业参加这次活动，在电梯行业试点推进企业维保标准自我声明和服务质量公开承诺，促进企业诚信体系建设和电梯行业健康发展。

1.3 游乐设施事故

针对已经发生的西安秦岭欢乐世界游乐设施甩落游客，北京香山游客乘缆车坠亡事件。引发安全问题的原因就包括一些游乐场所，为了追求惊险刺激，不断的创新运动形式，不断地突破人类生理极限参数，一些新技术缺乏技术标准和经验，从而增加了风险系数，安全性降低。

2 电梯钢丝绳安全隐患分析

2.1 质量标准降低

钢丝绳在设备应用过程中，由于各种负荷而承担着高强度的力学作用，从它开始进行应用的时候就伴随着潜在的安全隐患。比如：磨损、断丝、锈蚀等缺陷的积累，容易导致整个钢丝绳断裂的情况发生。钢丝绳的结构相对复杂，使用设备的多样性以及检测方法比较落后，从而使钢丝绳的安全检测精确度较低，在使用过程中出现隐患、低效等问题。

钢丝绳内外部的断丝现象，绝大部分仅仅因为受到弯曲、拉伸、扭转等纯力学作用而产生。疲劳不仅会形成大量断丝、断股，甚至会瞬间形成整绳断裂，这已被国内外技术专家所共识。

2.2 磨损情况严重

钢丝绳属于典型的不旋转结构，内层绳股的负重大，易失效；钢丝绳断口显示内股呈现粉碎性疲劳断裂（低周疲劳）。很多断绳事故显示，在用钢丝绳疲劳损伤的产生基本无法避免，潜伏性很强，危险征兆相当隐避，暴发速度却往往很高。

3 钢丝绳检测技术的发展与创新

在很长一段时间，世界各地的高科技工作者在钢丝绳的安全检测的方法探究中，尝试多种方法来确保钢丝绳的安全系数最大，同时也可以增加钢丝绳的使用时间。无论国内还是国外都发现了钢丝绳无损的检测方式，主要有磁和电磁检测法、超声波检测法，光学检测法等，但是真正投入应用的只有电磁检测技术，其他的无损检测方法只是局限在实验室的探究。

虽然电磁检验技术已相对成熟，但是它依然有很多不足和局限性，都不能实现对钢丝绳的剩余利用能力和质量的安全检测。其中存在的问题分为以下几个问题：

3.1 LF定量判断很难

LF定量检测的主要是根据钢丝绳断裂的根数来判断的，但是在实际生产中，钢丝绳断裂的数量是很难判定的数值，现在普遍的检测方法主要是在霍尔元件的漏磁通法的基础上，进行断丝的检测。其判断的依据是钢丝绳断裂后向外扩散的漏磁通的大小。从物理学的角度来看，断丝在截面的位置决定了单根断丝漏磁通的大小，其中钢丝直径的大小、磁化的饱和程度以及钢丝绳制作的受力结构等众多不确定因素，如果钢丝绳断裂的数量比较少，但是分布位置较多，就很难对其安全性进行判断。

3.2 LMA值判定值复杂

LMA检测结果主要是指探头长度导致的钢丝绳金属截面出现的缺陷均值，现在对损伤的最大定量分析的数值范围主要是在以50mm为准，但是当损伤的长度小于50mm的时候，钢丝绳出现问题的可能性就会被忽视，国外的一些专家认为获得精确的定量值来判断钢丝绳断裂是不可能的。

3.3 传感器的灵敏度较低

强磁探伤仪主要是借助磁感应线圈来完成检测，但是在实际操作过程中，检测速度对输出的信号产生了不良影响，如果使用霍尔元件，磁感应的灵敏度就很低，当相同的量级的干扰信号出现，就会难以分辨和获得真实的检测信号。

3.4 检测性能不稳定

由于强磁探伤仪的组成材料自身就存在很大的不确定性，霍尔元件输出的信号受多种因素影响，比如环境温度和结果应力等，另一方面后面的信号多其放大工艺的温度也会出现变化，所以容易使仪器检测的结果出现问题，可靠性低。

3.5 穿透力较弱

强磁探测仪由于其传感器的灵敏度较低，只有紧贴钢丝绳才可以对其进行检测，从而使被测钢丝绳的自由运动的间隙减小，如果出现钢丝绳翘丝、松股和变形的情况，就会影响它的使用状况，同时也会对检测人员和检测设备造成安全威胁。

3.6 仪器不方便生产操作

励磁装置是强磁探伤仪的重要组成部分，由于这个装置本身体积就比较大，检测的探头也会随钢丝绳的绳径变大而变重。以检测绳径大小为45mm的探伤仪为例，探头的重量大约在20～36kg之间，由于体积较大，在现场实验检测过程中的难度加大，同时也对仪器的运输、携带、安装和维护造成了不利影响。