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

２０１３远东无损检测新技术论坛论文精选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１，邹建华２，黄　凯１，徐海慧３，董信华３（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）摘　要：面对涉及民生的中国电梯的保有量的急剧增加，电梯监督检验和安装维保单位亟需应用科学方法检测并评价电梯曳引钢丝绳质量。

分析了国内外现有电梯曳引钢丝绳检测产品的不足与成功，指出研究多回路电梯曳引钢丝绳高速探伤设备的重要性和基本方法。

针对目前滞后的国家有关电梯钢丝绳检验、报废、风险评估标准，建议借鉴南非的钢丝绳质量评判标准，修订我国的钢丝绳质量评判标准。

关键词：电梯钢丝绳；科学检测；探伤仪；风险评估；标准 中图分类号：ＴＧ１１５．２８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－６６５６（２０１３）１１－００１１－０４Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｖａｔｏｒ　Ｓｔｅｅｌ　Ｗｉｒｅ　Ｒｏｐｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ　ＳｔａｎｄａｒｄＩｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｓｔｅｅｌ　Ｒｏｐｅ　ＱｕａｌｉｔｙＸＵ　Ｊｉａｎ－Ｑｉｎ１，ＺＨＯＵ　Ｊｉａｎ－Ｈｕａ２，ＨＵＡＮＧ　Ｋａｉ　１，ＸＵ　Ｈａｉ－Ｈｕｉ　３，ＤＯＮＧ　Ｘｉｎ－Ｈｕａ３（１．Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｒｒｏｖｉｃｅ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１０００３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｒｒｏｖｉｃｅ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００３，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｑｉｅ－Ｈｕａ　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ　Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００３２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆａｃｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈａｒｐｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｅｌｅｖａｔｏｒｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｎｇａｎｄ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓ　ｕｒｇｅｎｔｌｙ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｆｉｇｕｒｅ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｔｏ　ｉｎｓｐｅｃｔ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｃｔｉｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ｗｉｒｅ　ｒｏｐｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｖａｔｏｒ．Ｔｈｅ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｏｖｅｒｓｅａｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａｂｏｕｔ　ｉｔｓ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｌｏｏｐ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　ｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｗｉｒｅ　ｒｏｐｅ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｂａｓｉｃ　ｍｅｔｈｏｄｗａｓ　ａｌｓｏ　ｓｈｏｗｎ．Ｔｈｅ　ｂｅｈｉｎｄｈａｎｄ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｗｉｒｅ　ｒｏｐｅ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ，ｒｅｊｅｃｔｉｏｎａｎｄ　ｒｉｓｋ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｇｉｖｅｎ　ｔｏ　ｂｏｒｒｏｗ　ｉｄｅａｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　Ｓｏｕｔｈ　Ａｆｒｉｃａｎ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅｓｔｅｅｌ　ｗｉｒｅ　ｒｏｐｅ　ｏｆ　ｅｌｅｖａｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗｉｒｅ　ｒｏｐｅ　ｏｆ　ｅｌｅｖａｔｏｒ；Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；Ｔｅｓｔｅｒ；Ｒｉｓｋ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；Ｓｔａｎｄａｒｄｓ 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收稿日期：２０１３－０６－１７基金项目：国家质检总局科技计划资助项目（２０１２ＱＫ１８１）作者简介：许建芹（１９６６－），女，高级工程师，主要从事特种设备检测技术研究。

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（ａ）落在电梯厢顶的断裂钢丝绳 （ｂ）电梯机房中的断裂钢丝绳图２　香港大埔善雅楼电梯事故（ａ）美国ＮＤＴ产品（ｂ）俄罗斯ＩＮＲＯＳ产品（ｃ）波兰ＭＤ产品图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。

专门用于电梯曳引钢丝绳检测的探伤仪传感器（ａ）哈夫整体的ＥＡ型传感器 （ｂ）马鞍座插的ＥＨ型传感器图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）。

　（ａ）ＴＣＫ公司 （ｂ）东京制钢公司图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。

（ａ）正面（ｂ）侧面图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钢丝绳类型钢丝绳规格／股×根样绳长度６ｄ　３０ｄ西鲁式６×１９　６　１２８×１９　１０　１９瓦灵顿式和填充式６×１９　１０　１９８×１９　１３　２６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。