浅谈起重机钢丝失效分析与检测技术

尹　普,潘天进（.安钢集团信阳钢铁有限责任公司;.河南省信阳市明港镇信阳钢铁公司设备部,河南　信阳　464094）

浅谈起重机钢丝失效分析与检测技术

尹普1,潘天进2
（1.安钢集团信阳钢铁有限责任公司;2.河南省信阳市明港镇信阳钢铁公司设备部,河南信阳464094）

摘要：钢丝绳在起重机系统中占据十分重要的地位，对于工业生产的安全性和可靠性起着至关重要的作用，直接影响工作效率，随着近年来工业的发展，起重机朝着高效、大型的方向不断发展，更加大型、高效运作的起重机对于生产的可靠系数要求越高，有关钢丝提升系统失效分析和检测技术的探讨得到了广泛重视。本文先概述了钢丝失效机理的研究现状，其次对钢丝失效的原因进行了简要分析，总结了磁检测技术和非磁检测技术两类钢丝检测技术，以期起重机工作过程中更加高效、安全，提高生产效率。

关键词：起重机;钢丝绳;失效;检测技术

钢丝绳在起重机系统中应用广泛，其超强的承载和环绕能力为起重机提升系统的运作提供了条件，几乎所有的起重机都需要钢丝绳来承重，因此，钢丝绳在起重机运行中起着关键性的作用。然而钢丝绳的损耗与失效是客观存在的，起重机运行中钢丝一旦失效，后果将不堪设想，为了预防钢丝绳直接失效带来的工业损失，有关钢丝绳的失效分析和检测技术的研究值得我们深入探讨。

1　钢丝失效机理研究现状

钢丝绳理论的研究经过了一个复杂的历程，在最开始的研究中，有关钢丝绳的失效分析只停留在简单的静态分析和疲劳加载上，没有得出具体的钢丝失效标准。1945年，Drucker和他的同伴通过实验数据分析首次提出了钢丝绳的失效标准，这之后，很多的实验和研究不断推翻原来的标准，有关钢丝绳受力分析研究一直在不断探索，随着钢丝接触应力和形变等因素的深入考虑，钢丝失效标准越来越规范。钢丝失效机理的研究从未停止，近年来，国内外的许多学者都在持之以恒的研究钢丝绳的力学特性，建立了越来越精细的力学模型。我国学者唐晓东就在不断测试分析后归纳了许多钢丝绳使用期限的计算办法，这为预防钢丝绳失效做出了很大的贡献，除此之外，还有很多的科研结果不断更新，随着钢丝失效机理的深入研究，有关的失效判断会越来越准确。

2　钢丝失效原因分析

钢丝绳由于其自身重量轻、承载能力强，而且利于环绕，使用起来比较可靠，在起重机中发挥着重要作用，被广泛应用于冶金、开矿、运输等工程项目中。在起重机的长久使用过程中，钢丝绳会出现强度降低甚至断裂等失效情况，钢丝失效的原因主要来源于两个方面。第一是物理原因，起重机在提升和下降的过程中，钢丝绳需要承受拉伸、扭转、摩擦等作用力，随着提升重物质量的变化，钢丝绳所受到的作用力也相应改变，长久使用对于钢丝绳的磨损很大；第二是化学原因，由于起重机工作过程中钢丝绳大多暴露在空气中，有些特殊工作环境还会受到水、化学物的影响，使得钢丝的氧化加剧，氧化物的附着造成了钢丝提升系统的失效。鉴于物理和化学的原因，钢丝绳在起重机长久工作中由于自身的受力和外界环境的影响会逐渐失效，即钢丝绳的寿命是有限的。不同的钢丝型号所能承载的重量是不同的，应用的领域也会有所区别，在具体的实践中，我们需要根据工作强度和环境选择合适的钢丝绳，避免起重机超负荷工作，如果起重机超负荷工作的情况，那么钢丝绳的使用寿命将会大大缩短。

3　钢丝检测技术

3.1钢丝磁检测技术

磁检测技术是一种常用的钢丝失效检测技术，根据钢丝的磁场分布，可以有效的检测出钢丝的缺陷。一般来说，磁检测技术主要是将被测的钢丝磁化处理之后，观察检测材料表面的磁场分布，如果钢丝材料材质连续、均匀，也就是说完好无损时，钢丝材料的磁感应线会被束缚在材料内部，钢丝材料表面几乎没有磁场分布；然而当钢丝材料存在缺陷时，磁路的磁通变形，磁感应线不在完全束缚于钢丝材料内部，而是泄漏到材料表面空间之中，这样的现象出现说明钢丝面临失效，当然具体的判别还需要更加精细的仪器。利用磁检测技术的原理，国内外许多专家学者展开了钢丝检测技术的研究，通过霍尔元件、感应线圈等元件的组装，一些钢丝无损检测机械不断地被发明利用。随着现代科技的发展，将微处理器、显示器、通信电路等与霍尔元件、感应线圈结合起来，为钢丝检测技术的发展打开了一片新的大门，许多科学技术与磁检测技术原理结合起来，不断地涌现了越来越精密的检测仪器。目前将磁检测技术检测与在线监控系统联系起来，可以实现钢丝的自动检测，一旦发现状况，系统可以自动报警，避免了意外的发生，有效地提高了生产的安全性。磁检测技术还在不断的研究与发展之中，随着科技的更新，未来的磁检测技术还将不断完善。

3.2钢丝非磁检测技术

除了磁检测技术以外，钢丝检测还有很多非磁检测方法，其中以声发射检测技术、声发射——超声检测法和电流检测法三种为主要检测法。其中电流检测法由于采用的是电源管理芯片的方法，受到了许多学者的关注，相关的研究起步也相对较早，电流检测的方式虽然起步较早，但是在研究与应用中遇到了很大的困难，有关实践应用还有待进一步研究。声发射技术将钢丝绳失效前的AE信号进行捕捉，通过实验发现利用这个临界的AE信号进行报警是行得通的，当然后续还做了许多的实验，其中依旧存在一些问题，具体的应用还需要不断的深入研究。声发射——超声检测技术（AU)结合了声发射检测技术的优点，利用压电换能器产生的力波与材料之间的相互作用，将波型输出到传感器，声发射——超声检测的方式还需要更加深入的研究，对于复合钢丝材料的结构损伤来说是一种有效的方法。

4　结束语

总的来说，钢丝绳在起重机系统中发挥着至关重要的作用，正是因此，钢丝一旦存在缺陷，对于整个起重机系统来说都是很大的危险隐患，相关技术的研究是必须的。有关钢丝失效原因的分析可见，钢丝失效既有物理的原因也有化学的原因，选择合适型号的钢丝，在标准范围内使用是缓解损耗的主要方式。钢丝失效的危害巨大，因此，相关检测技术的研究一直受到国内外许多学者专家的重视，就目前的检测技术分类而言，主要有磁检测和非磁检测两类，具体的技术研究取得了一定的成果，不过仍旧存在许多的问题，相关研究还需要进一步发展。

参考文献：

[1]吕晓晖.起重机钢丝绳失效分析与检测技术[D].杭州电子科技大学,2014.

[2]倪忠进.钢丝绳力学特性及失效机理研究[D].昆明理工大学,2008.

[3]胡志辉.双折线式多层卷绕钢丝绳失效行为及损伤机理研究[D].武汉理工大学,2012.

[4]廖红卫.钢丝绳的疲劳行为特征与损伤机理研究[D].武汉理工大学,2006.

[5]徐俊峰.钢丝绳断丝损伤的智能化检测技术研究[D].武汉理工大学,2002.