摘要：本文根據(jù)國(guó)家特殊設(shè)備安全監(jiān)察案例的規(guī)定，通過多年來對(duì)機(jī)械廠起重設(shè)備鋼絲繩安全的調(diào)研，基于當(dāng)代測(cè)控領(lǐng)域最先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，從技術(shù)研究的角度，提出保證鋼絲繩運(yùn)行安全的解決方案。

關(guān)鍵詞：機(jī)械廠；起重設(shè)備；鋼絲繩；安全；技術(shù)探討

1機(jī)械廠起重設(shè)備鋼絲繩的不安全因素

近十年來，中國(guó)的機(jī)械工業(yè)飛速發(fā)展，機(jī)械廠的規(guī)模不斷擴(kuò)展，數(shù)量逐年增多，每個(gè)機(jī)械廠又擁有各種型式的起重設(shè)備不計(jì)其數(shù)，根據(jù)國(guó)家特種設(shè)備安全監(jiān)察條例和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，每二年起重機(jī)必須由國(guó)家法定檢測(cè)單位進(jìn)行法定檢測(cè)，至于其中的鋼絲繩在法定檢測(cè)中只是應(yīng)用傳統(tǒng)的目視，所以鋼絲繩的內(nèi)部缺陷是無法實(shí)現(xiàn)的。

許多機(jī)械廠為了保證起重機(jī)命根子的鋼絲繩的安全，一是加強(qiáng)日檢、月檢，也就是由保養(yǎng)工應(yīng)用眼看、手摸、尺量的方法，按鋼絲繩的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)每天或每月進(jìn)行一次人工檢查，二是依據(jù)檢修工長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，不管鋼絲繩狀態(tài)如何，定期報(bào)廢。

但是，鋼絲繩內(nèi)部的斷絲、銹蝕等缺陷，人工方法是無法找到的，如果日檢和月檢的疏漏，斷繩事故就會(huì)不期而遇，安全的隱患很大。2007年4月18日，遼寧鐵嶺汾清河特鋼公司鋼絲繩接頭問題引起鋼包脫落，32人死亡；緊接著4月26日重慶建渝鋼鐵公司又發(fā)生同樣的鋼包脫落，車間主任遇難，這是公開報(bào)道的。最近，四川有家電機(jī)廠，連續(xù)發(fā)生行車鋼絲繩突然斷裂，經(jīng)濟(jì)損失巨大，因沒有人死，新聞媒體也不知情。

再說到機(jī)械廠，特別是車間起重機(jī)，每天的工作頻率高，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，而且是露天作業(yè)，鋼絲繩承受著日曬、雨淋，還有雷擊的可能，因鋼絲繩內(nèi)部斷絲引起的突然斷繩事故時(shí)有發(fā)生，這一重大的不安全因素始終困擾著機(jī)械廠的管理者。

2機(jī)械廠起重設(shè)備鋼絲繩狀態(tài)分析

材質(zhì)缺陷是指鋼絲繩可預(yù)見的遭遇淋水、粉塵、含硫氣體和機(jī)械運(yùn)動(dòng)、潤(rùn)滑失效的影響，而對(duì)應(yīng)發(fā)生腐蝕生銹和應(yīng)力集中，引起斷絲（LF）；鋼絲繩內(nèi)部絲與絲之間在運(yùn)動(dòng)中的相互磨擦，外部絲與滑輪、滾筒、乃至地表的相互磨擦，從而發(fā)生磨損、變形、松股引起的金屬截面積變化（LMA）。

結(jié)構(gòu)缺陷是指鋼絲繩在不可預(yù)見的外力作用下發(fā)生的各種變形、松股、跳絲等結(jié)構(gòu)異化（SF）。

材質(zhì)缺陷和結(jié)構(gòu)缺陷的發(fā)生在鋼絲繩的使用中均有一個(gè)臨界點(diǎn)，它們達(dá)到臨界點(diǎn)的時(shí)間有差異，但當(dāng)使用時(shí)間超過其臨界點(diǎn)時(shí)，兩種缺陷的惡化程度都加速發(fā)生，最后導(dǎo)致斷繩。

此外，美國(guó)研究人員對(duì)8000多個(gè)鋼絲繩使用現(xiàn)場(chǎng)采樣分析，大約10%其強(qiáng)度損耗超過15%，2%其強(qiáng)度損耗超過30%，而從已更換下來的鋼絲繩中70%以上僅有限少甚至沒有強(qiáng)度損耗；日本的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是，一半以上的報(bào)廢鋼絲繩強(qiáng)度達(dá)到新品的90%。

3基于虛擬儀器技術(shù)的鋼絲繩電腦探傷儀

鋼絲繩是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可看作無限不確定長(zhǎng)的構(gòu)件應(yīng)用傳統(tǒng)儀器處理傳感器采集的缺陷信號(hào)，因其速度慢，信號(hào)又是模擬量，必然發(fā)生漏檢和誤檢，所以近百年來，鋼絲繩的在線檢測(cè)探傷問題，一直沒有很好的解決。

隨著計(jì)算機(jī)電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬儀器概念的逐步形成，鋼絲繩探傷找到了有效的解決路徑。

3.1. 深度磁化達(dá)到飽和

如圖3所示，當(dāng)受測(cè)鋼絲繩通過傳感器時(shí)，傳感器中的高磁積能稀土釹鐵硼永久磁鋼軸向、快速、深度磁化鋼絲繩，并達(dá)到磁飽和。

3.2. 信號(hào)采集數(shù)模轉(zhuǎn)換

鋼絲繩中的斷絲和銹蝕缺陷會(huì)產(chǎn)生向外泄露的漏磁場(chǎng)；環(huán)狀聚磁器將空間分布的強(qiáng)弱漏磁信號(hào)聚集，均化并將其引導(dǎo)到周向等方位布置的多個(gè)霍爾元件列組合的檢測(cè)回路中，定義為L(zhǎng)F。如圖4。

鋼絲繩中的銹蝕和磨損引起的金屬截面積的變化使磁橋回磁路的平衡破壞，磁橋路的磁通量發(fā)生變化；由于霍爾元件置于磁橋路的平衡點(diǎn)，它能接受每一個(gè)磁通量微小變化的信號(hào)，定義為L(zhǎng)MA。如圖所示。

鋼絲繩與傳感器相對(duì)位移由等空間采樣的光電編碼器獲取，定義為L(zhǎng) 。

上述連續(xù)密集的LF、LMA、和L信號(hào)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，并壓縮輸入計(jì)算機(jī)。

3.3. 數(shù)學(xué)模型分析處理

所謂虛擬儀器就是以軟件取代傳統(tǒng)儀器，對(duì)傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理，其中最關(guān)鍵的就是必須建立有效的數(shù)學(xué)模型。

如圖6所示，鋼絲繩電腦探傷儀軟件設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)模型是建立在LF（斷絲銹蝕等）、LMA（磨損、金屬截面積變化、變形、松股等）和L(傳感器通過鋼絲繩的距離位置)的三維空間之中，根據(jù)理論計(jì)算，大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和各種不同現(xiàn)場(chǎng)使用的樣本篩選，從而取得最小離散率的實(shí)時(shí)處理模型。

基于這一模型對(duì)從新的受測(cè)鋼絲繩內(nèi)外部缺陷的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行反演計(jì)算，從而獲得準(zhǔn)確的鋼絲繩中的全部缺陷的定性波形和定量數(shù)值。

最終的檢測(cè)報(bào)告可以明確告之，哪里斷絲、斷幾根，哪是磨損、磨損多少，與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了定性定量定位的檢測(cè)，避免了漏檢和誤檢。

4 法定監(jiān)測(cè)、專項(xiàng)檢測(cè)和保養(yǎng)檢測(cè)

根據(jù)GB6067《起重機(jī)安全規(guī)定》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，機(jī)械廠起重機(jī)設(shè)備每二年接受一次法定檢測(cè)。但是，多年來由于沒有可用的儀器，對(duì)其中的鋼絲繩只是用人工方法一般檢查，難以排除鋼絲繩的隱患。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鋼絲繩電腦探傷儀日趨成熟可靠，并列入各省市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)單位的必備儀器。特別是上海幾所大學(xué)和幾家研究單位共同研發(fā)的MTC產(chǎn)品已經(jīng)被寶鋼、通用汽車、袞州煤業(yè)、洋山深水港等特大型企業(yè)接受；上海、北京、天津、重慶、珠海等全國(guó)幾百家法定檢測(cè)的單位也選定基于虛擬儀器技術(shù)的MTC產(chǎn)品。

由2003年開始，珠海和上海、蘇州、黑龍江等幾十家特檢院所將機(jī)械廠起重設(shè)備的鋼絲繩列入專項(xiàng)檢測(cè)，也就是在法定檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)鋼絲繩重大疑似缺陷，則應(yīng)用MTC鋼絲繩電腦探傷儀進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)，近幾年的實(shí)踐中每次消除了事故隱患，避免了事故發(fā)生。

機(jī)械廠的起重設(shè)備很多，各種規(guī)格的在役鋼絲繩很多，法定檢測(cè)和專項(xiàng)檢測(cè)是難以覆蓋，所以特檢單位常常推薦機(jī)械廠采購(gòu)可用的監(jiān)測(cè)探傷儀器進(jìn)行保養(yǎng)檢測(cè)。

歐美發(fā)達(dá)國(guó)家要求設(shè)備使用風(fēng)險(xiǎn)趨于零，對(duì)于鋼絲繩是依據(jù)ISO4309《起重機(jī)械用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢使用規(guī)范》，包括機(jī)械廠的各行業(yè)起重機(jī)械鋼絲繩由設(shè)備管理部門每月進(jìn)行一次應(yīng)用科學(xué)儀器的檢測(cè)，事故隱患極大減少而且鋼絲繩的使用周期也極大增加。

5 保證在役鋼絲繩安全的技術(shù)兌現(xiàn)

從近幾年來特檢院所對(duì)機(jī)械廠起重設(shè)備鋼絲繩安全的監(jiān)察工作中發(fā)現(xiàn)，雖然電腦技術(shù)日益普及，但是從特檢人員到機(jī)械廠的維修保養(yǎng)工的技術(shù)水平參差不齊，即使如MTC鋼絲繩電腦探傷儀的操作十分簡(jiǎn)單，目前要使他們快速掌握還是困難的。

檢測(cè)探傷儀器如同醫(yī)院中X光CT機(jī)一樣，醫(yī)院里的分工是，用CT機(jī)的人出報(bào)告，而病癥的判斷由臨床醫(yī)生實(shí)施，而檢測(cè)探傷儀，能用的不一定能很好的診斷，還需要許多臨床現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的不斷學(xué)習(xí)和積累，為保證機(jī)械廠在役鋼絲繩安全，應(yīng)用科學(xué)儀器的技術(shù)兌現(xiàn)可操作的解決方案是：建立全廠起重設(shè)備鋼絲繩數(shù)據(jù)庫(kù)；選購(gòu)可用的鋼絲繩檢測(cè)探傷儀器；指定專門的使用者；先行\(zhòng)"掃描\"，對(duì)全廠進(jìn)行一次普檢；根據(jù)起重設(shè)備環(huán)境條件和重要性確定檢測(cè)同期；積累經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)提高；與法定檢測(cè)的特檢院所連網(wǎng)。

以此方案，機(jī)械廠起重設(shè)備鋼絲繩的安全是可以保證的，風(fēng)險(xiǎn)是能趨于零的。

參考文獻(xiàn)

[1]王顯政《美國(guó)煤礦安全監(jiān)察體系》，北京，煤炭工業(yè)出版社，2003