电梯曳引钢丝绳检测仪及国内钢丝绳质量标准的改进建议

许建芹，邹建华，黄 凯，徐海慧，董信华

（1.江苏特种设备安全监督检验研究院，南京 210003；2.贵州省特种设备检验检测院，贵阳 550003；3.上海且华虚拟仪器技术有限公司，上海 200032）

近年来，随着中国城市化迅速推进，中高层楼宇的不断增加，国内电梯保有量已达到200多万台且每年以15%～20%的速度递增，这使得承担电梯安全监督检验和维护保养人员的工作量急剧增加，电梯的安全事故时有发生，其中不乏电梯钢丝绳断裂导致的坠落事故［1］。

1 由电梯曳引钢丝绳所引起的事故

由于电梯导轨偏差、轮对偏移、轴承质量欠佳等机械问题，常常引起曳引钢丝绳非正常疲劳的断丝；因电梯井道中的水雾常会引起绳芯含油量不足，质量欠佳的钢丝绳发生锈蚀。据调查，检验人员在澳门、上海、南京等地的某些电梯机房中多次见到满屋红尘，如图1所示，经检验是铁锈粉末。

图1 上海某电梯机房中飞扬的铁锈粉末

图2 香港大埔善雅楼电梯事故

图3 欧美钢丝绳检测仪

近年来在武汉、杭州、无锡、北京、福州等地曾发生多起电梯事故，特别是2008年10月25日，香港大埔善雅楼L32号电梯突然跌至地坑，桥厢上8根曳引钢丝绳中7根断裂落至厢顶上，见图2。

2006年，日本国内用电梯曳引钢丝绳发生42起断绳事故。

2009年5月11日，英国著名地标性建筑——伦敦塔桥也发生了电梯坠落事故。据天空电视台报道，电梯曳引钢丝绳断裂是这起事故的罪魁祸首。

近年来，电梯保有量的大幅增加和电梯安全事故有所抬头的严峻形势，使得国家主管部门更加重视电梯安全问题。一些地方主管机关相继推行了电梯风险评估机制。应用科学仪器检测诊断钢丝绳质量是其中重要的一项内容。

2 现有电梯曳引钢丝绳探伤仪

2.1 欧美产品

目前国外共有23家公司研制钢丝绳探伤仪，其中欧美各国至今还没有专门针对电梯钢丝绳检测的产品。国内许多特检机构采购波兰或俄罗斯生产的检测小直径钢丝绳的产品都不能有效检测电梯钢丝绳，这是由于电梯钢丝绳中有多根钢丝密集排列，间距很小，上述探伤仪根本无法安装（图3）。

2.2 日本产品

日本的电梯用量和产量很大，日本东京制钢株式会社一直从事电梯钢丝绳探伤仪的研制和开发。

日本产品是由传感器和处理器两大部件组成。当传感器发现钢丝绳断丝，处理器实时声光报警。电梯钢丝绳以不同的速度通过传感器，处理器旋钮可进行选择，旋钮共有0.25，0.33，0.5和0.67m/s四个速度档，称作频率采样。检波的波形曲线图可以另接打印机，由人工对图像进行分析判定。

2.3 国内MTC公司产品

由于钢丝绳是无限不确定长，欧美和日本还是用传统模拟量处理，信号采集点间隔较大，常发生漏检，检测速度较低，日本的小于2m/s，美国的小于3m/s。

钢丝绳专业十分冷门，20年来国内坚持研究的只有鞍山KST、洛阳TCK和上海MTC三家公司。上海MTC公司于1997年成功开发了基于虚拟仪器技术，由计算机直接采样处理的MTC钢丝绳探伤仪，实现了定性、定量、定位的钢丝绳的高速检测，目前已经升级至第五代。

图4 钢丝绳检测探伤仪传感器

图5 MTC产品检测电梯曳引钢丝绳现场

专门用于电梯曳引钢丝绳检测的探伤仪传感器有两种，分别为哈夫整体的EA型和马鞍座插的EH型。前者用于普通缠绕的间距稍大电梯曳引钢丝绳，后者用于复式缠绕的间距较小电梯曳引钢丝绳（图4）。

MTC产品为目前正积极推进的老旧电梯风险评估作出了重要贡献，也为电梯制造和维保单位鉴别钢丝绳状态提供了科学依据，图5为现场检测图片。

3 多回路电梯曳引钢丝绳检测仪

3.1 目前的多回路探伤仪

因为每部电梯都有4～8根密集排列的曳引钢丝绳，应用MTC单回路探伤仪时，只能一根一根地检测，电梯必须多次上上下下，对于目前众多的电梯，需要花费检测人员的大量时间。

如果传感器采用多回路，就能应对多根密集排列的电梯曳引钢丝绳检测。近年来洛阳TCK公司及日本东京制钢研究了多回路电梯曳引钢丝绳探伤仪（图6）。

图6 多回路电梯曳引钢丝绳检测仪

上述多回路钢丝绳检测仪存在的最大问题是采用对多回路的采样信号进行相加的方法来处理，无法区别是哪一根钢丝绳上的缺陷。每次检测时，发出报警声的瞬间用记号喷枪喷射白漆，然后再用单回路探伤仪进行二次复检以确认缺陷位置。此外，采用减少采样点来实现多回路检测，速度仍然小于2m/s，常常发生漏检，结果的准确性大打折扣。

3.2 改进的多回路探伤仪

为了实现电梯曳引钢丝绳的科学检测，必须解决以下问题：

（1）适合多根密集排列钢丝绳装卸的传感器。

（2）大量采样信号在线实时报警高速处理器。

（3）能分别显示每根钢丝绳缺陷的执行软件。

3.2.1 综合励磁和相位采样传感器

如图7为根据漏磁和磁通原理设计的传感器［2－3］。由永久磁钢、衔铁和钢丝绳构成的磁回路，必须在瞬间使钢丝绳达到磁化饱和，所以选用的是高磁场强度和高抗顽力的永久磁钢，而衔铁则应以导磁力良好的工业纯铁制作。相应采样磁敏元件布置如图8。

图7 综合励磁装置

图8 相位采样磁敏元件的布置

3.2.2 高速信号处理器

采用ARM技术完成A/D（模/数）转换和主要运算。其中CISC和RISC为快速处理并传输的模块；寄存结构为32位的31个通用寄存器和6个状态寄存器；指令结构为支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集的模块。

采用FPGA技术高速对每个专题进行计算。其逻辑单元配置CLB逻辑模块和IOB输入模块，通过内部静态存贮信号单元上加载编程软件。

3.2.3 执行软件

建立新的应对多根密列电梯曳引钢丝绳超大量采样信号进行分析、判定处理的数学模型，即可设计出操作自如的电脑软件界面。

4 电梯曳引钢丝绳科学检测的推荐标准

4.1 目前中国标准

GB/T 18775－2002《电梯维修规范》标准与国家质检总局颁布的电梯钢丝绳报废标准基本相同。后者规定在选定部位的6d或30d长度范围内（d为钢丝绳直径，绳端处也应作为选择范围之一），目测检查钢丝绳的可见断丝数。必要时用钢丝绳探伤仪全长检测或分段抽测。对多层股钢丝绳应用钢丝绳探伤仪进行检测。标准规定，当钢丝绳公称直径减少7%时，即使未发现断丝，该绳也应报废，且曳引绳不应有过度磨损、断股等缺陷，断丝数不应超过报废标准。可见的断丝数报废标准如表1。

表1 电梯钢丝绳报废标准

由上可知，目前中国的电梯钢丝绳制造和报废标准，一是在一批钢丝绳上割下一段作为样绳，进行拉、弯、扭的试验，根本无法判别整根钢丝绳的断丝、变形、松股等缺陷；二是依据传统的人眼看、手摸、尺量的检查结果来拟定的，易出现内部缺陷看不见，外部缺陷难发现的情况。

现有的电梯钢丝绳报废标准，将断丝和磨损列为两项，如果在整根钢丝绳上的某一点同时发生断丝和磨损并同时达到某一临界值，现有的电梯钢丝绳报废标准将难以适用，这显然是不够科学的［4－5］。

4.2 南非标准

世界上第一台钢丝绳电磁无损检测装置是南非人于1906年发明的。多年来南非对各行业的钢丝绳在线检测已形成了一整套相当规范的体系。其将钢丝绳缺陷归纳为七类，明确告之受测钢丝绳是否可以继续使用。

这七类是：断丝、金属截面积、锈蚀、绳径、长度、松股、弯曲，其中前两项是应用仪器检测，后五项是应用目视、尺量、手摸等方式对仪器检测的结果进行确认，将断丝量与金属截面积变化量综合计算。检测人员出具报告很方便，其报废依据是［6］：

式中：Rw为仪器显示或人工检测的钢丝绳断丝量的百分比值；Rpw为依据不同行业标准规定的断丝的允许百分比值；Pw为仪器显示或人工检测的钢丝绳金属截面积减少的百分比值；Rpd为依据不同行业标准规定的金属截面积减少的允许百分比值。

当DF≥1时，钢丝绳报废。

4.3 对我国电梯曳引钢丝绳风险评估方法的改进建议

参照南非标准，建议对我国电梯曳引钢丝绳的评估等级进行如表2所示改进。

表2 建议电梯曳引钢丝绳风险评估等级

基于上述评估风险等级，确定风险类别见表3。

表3 建议电梯曳引钢丝绳风险类别表

表2所列的确立电梯曳引钢丝绳风险评估等级的方法，目前是根据应用钢丝绳探伤仪检测得出的断丝数量、磨损百分比，结合使用频率、服务年限、自身经验研究决定的，其中人为的因素相当大。

仪器已经定量告知哪里断丝、断几根，哪里磨损、磨损的百分比；而且又有使用频率、服务年限的量化数值。那么，建议参照南非标准，将风险评估的等级与其建立一个函数关系，使工作人员能方便地通过电脑计算得出科学的结论。

5 结语

随着老旧电梯风险评估工作的推进，电梯曳引钢丝绳检测技术将发挥越来越大的作用。文章介绍了目前国内外广泛使用的钢丝绳检测仪，结合国内的MTC产品，指出钢丝绳检测仪的发展方向。最后指出目前国内的电梯曳引钢丝绳的报废标准不能很好地适应钢丝绳检测的实际情况，建议参照南非的相关标准修订适应我国实际情况的报废标准，从而为电梯曳引钢丝绳的实际检测应用提供指导。

［1］香港机电工程.香港大埔善雅楼电梯事故调查报告［J］.中国电梯，2009（4）：4－47.

［2］许建芹，黄凯，徐海慧，等.“探空飞梭”游艺机钢丝绳在线检测和评估的解决方案［J］.无损检测，2012，34（11）：14－20.

［3］董信华，康宜华.基于虚拟仪器技术的钢丝绳定性、定量、定位检测［J］.中国特种设备安全，2006，20（增刊）：31－33.

［4］金浩，申明.电梯钢丝绳风险评估的探讨［J］.中国电梯，2009（5）：56－60.

［5］陈斌.一起电梯钢丝绳断股事故的调查分析［J］.中国电梯，2009（6）：59－61.

［6］The South African Bureau of Standarads Condition assessment of steel wire ropes on mine winders，1996［S］.