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

（南京　２１．江苏特种设备安全监督检验研究院，１０００３；２．贵州省特种设备检）验检测院，贵阳　５上海　２５０００３；３．上海且华虚拟仪器技术有限公司，０００３２

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

（）ＴＧ１１５．２８　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１０００６６５６２０１３１１００１１０４　　中图分类号：－－－

ＤｅｔｅｃｔｉｎＥｕｉｍｅｎｔｓｆｏｒＥｌｅｖａｔｏｒＳｔｅｅｌＷｉｒｅＲｏｅａｎｄｔｈｅＡｃｃｅｔａｎｃｅＳｔａｎｄａｒｄ　　　　　　　　　ｇｑｐｐｐ　

ｕａｌｉｔＩｍｒｏｖｉｎＳｕｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅＳｔｅｅｌＲｏｅ　　　　　Ｑｙｐｇｇｇｐ　

１２１３３，，，ｉｎＸＵＪｉａｎＺＨＯＵＪｉａｎｕａＨＵＡＮＧＫａｉＸＵＨａｉｕｉＤＯＮＧＸｉｎｕａ　－Ｑ　－Ｈ　　，　－Ｈ　　－Ｈ

（，Ｎ；１．ＪｉａｎｓｕＲｒｏｖｉｃｅＳｅｃｉａｌＥｕｉｍｅｎｔＳａｆｅｔＳｕｅｒｖｉｓｉｏｎＩｎｓｅｃｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅａｎｉｎ２１０００３，Ｃｈｉｎａ　　　　　　ｇｐｑｐｙｐｐｊｇ　　

，；２．ＧｕｉｚｈｏｕＲｒｏｖｉｃｅＳｅｃｉａｌＥｕｉｍｅｎｔＩｎｓｅｃｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｕｉａｎ５５０００３，Ｃｈｉｎａ　　　　　ｐｑｐｐｙｇ　，）３．ＳｈａｎｈａｉＱｉｅｕａＶｉｒｔｕａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏＣｏＬｔｄＳｈａｎｈａｉ２０００３２，Ｃｈｉｎａ　－Ｈ　　　　　ｇｇｙｇ　

：，ＡｂｓｔｒａｃｔＦａｃｉｎｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｓｈａｒｌｉｎｃｒｅａｓｉｎａｍｏｕｎｔｏｆｅｌｅｖａｔｏｒｓｉｎＣｈｉｎａｔｈｅｓｕｅｒｖｉｓｉｎ　　　　　　　　　　ｇｐｐｙｇｐｇ　　　，ａｎｄｉｎｓｅｃｔｉｎｄｅａｒｔｍｅｎｔｓｕｒｅｎｔｌｎｅｅｄｔｏｆｉｕｒｅｏｕｔｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｔｅｃｈｎｉｕｅｓａｎｄａｌｓｏｔｏｉｎｓｅｃｔａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　ｐｇｐｇｙｇｑｐ　　ｕａｌｉｔｏｆｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎｓｔｅｅｌｗｉｒｅｒｏｅｏｆｔｈｅｅｌｅｖａｔｏｒ．Ｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｏｖｅｒｓｅａｓｔｅｃｈｎｉｕｅｓａｎｄｅｕｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｑｙｐｑｑｐ　ａｂｏｕｔｉｔｓａｄｖａｎｔａｅｓａｎｄｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｓ．Ｉｔｗａｓｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｍｕｌｔｉｌｅｌｏｏａｎｄｈｉｈｓｅｅｄｔｅｓｔｉｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　　　　　　　　　　　　－　ｇｇｐｐｐｇｐｇ　，ｔｅｃｈｎｉｕｅｗｅｒｅｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｗｉｒｅｒｏｅｄｅｔｅｃｔｏｒａｎｄｉｔｓｉｍｏｒｔａｎｃｅａｎｄｂａｓｉｃｍｅｔｈｏｄ　　　　　　　　　　　　　　　ｑｐｇｐｐ　，ａｌｓｏｓｈｏｗｎ．Ｔｈｅｂｅｈｉｎｄｈａｎｄｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓａｂｏｕｔｔｈｅｓｔｅｅｌｗｉｒｅｒｏｅｉｎｓｅｃｔｉｏｎｗｅｒｅｏｉｎｔｅｄｏｕｔｒｅｅｃｔｉｏｎｗａｓ　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｊ，ａｎｄｒｉｓｋｅｖａｌｕａｔｉｏｎｔｈｅｓｕｅｓｔｉｏｎｗａｓｉｖｅｎｔｏｂｏｒｒｏｗｉｄｅａｓｆｒｏｍｔｈｅＳｏｕｔｈＡｆｒｉｃａｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｓｏｆｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｇｇｓｔｅｅｌｗｉｒｅｒｏｅｏｆｅｌｅｖａｔｏｒ．　　　　ｐ

：Ｗ；；；；ＫｅｗｏｒｄｓｉｒｅｒｏｅｏｆｅｌｅｖａｔｏｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎＴｅｓｔｅｒＲｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔＳｔａｎｄａｒｄｓ　　　　　ｐｙ

随着中国城市化迅速推进，中高层楼宇　　近年来，

的不断增加，国内电梯保有量已达到２００多万台且每年以１这使得承担电梯安５％～２０％的速度递增，全监督检验和维护保养人员的工作量急剧增加，电其中不乏电梯钢丝绳断裂梯的安全事故时有发生，

收稿日期：２０１３０６１７－－

）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（女，高级工程师，主要从事特种设备１９６６－）检测技术研究。

１］

。导致的坠落事故［

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，质检验人员在澳量欠佳的钢丝绳发生锈蚀。据调查，

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

（）落在电梯厢顶的断裂钢丝绳　　　　（）电梯机房中的断裂钢丝绳ａｂ

图２　

香港大埔善雅楼电梯事故

（）美国ＮａＤＴ产品（）俄罗斯ＩｂＮＲＯＳ产品图３　欧美钢丝绳检测仪

（）波兰ＭＤ产品ｃ

杭州、无锡、北京、福州等地曾发　　近年来在武汉、生多起电梯事故，特别是２香港００８年１０月２５日，大埔善雅楼Ｌ桥厢上８根３２号电梯突然跌至地坑，曳引钢丝绳中７根断裂落至厢顶上，见图２。日本国内用电梯曳引钢丝绳发生４２００６年，２起断绳事故。

——英国著名地标性建筑—２００９年５月１１日，

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。

）。距很小，上述探伤仪根本无法安装（图３２．２　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／旋钮共有０．可进行选择，２５，０．３３，０．５和０．６７ｍｓ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／，检测速度较低，日本的小于２ｍ美国的小于检，ｓ／。３ｍｓ

钢丝绳专业十分冷门，２０年来国内坚持研究的只有鞍山Ｋ洛阳ＴＳＴ、ＣＫ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

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２其３家公司研制钢丝绳探伤仪，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

　　

（）哈夫整体的Ｅ）马鞍座插的ＥＨ型传感器ａＡ型传感器　　　　　　（ｂ

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。

采用减少采样点来实现多回路检测，速度仍然小于／，常常发生漏检，结果的准确性大打折扣。２ｍｓ３．２　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：

）适合多根密集排列钢丝绳装卸的传感器。（１

（）大量采样信号在线实时报警高速处理器。２

）能分别显示每根钢丝绳缺陷的执行软件。（３

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

］２－３

。由永久磁钢、器［衔铁和钢丝绳构成的磁回路，

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ＭＴ只能一根一根地Ｃ单回路探伤仪时，

电梯必须多次上上下下，对于目前众多的电检测，

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）

。图６仪（

必须在瞬间使钢丝绳达到磁化饱和，所以选用的是而衔铁则应以高磁场强度和高抗顽力的永久磁钢，

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

。

（）正面ａ

图７　

综合励磁装置

（）侧面ｂ

）Ｔ）东京制钢公司ａＣＫ公司　　　　　　（ｂ　（

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，

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模／数）转换和主要Ｄ（

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判定处理的数学模型，即可设计采样信号进行分析、

出操作自如的电脑软件界面。

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

６］

：其报废依据是［测人员出具报告很方便，

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

／电梯维修规范》标准与国ＧＢＴ１８７７５－２００２《　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，绳端处也应作为选择范围之一）目测钢丝绳直径，

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即使未发现断丝，该绳也应报废，且曳引少７％时，

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６×１９　８×１９　

瓦灵顿式和填充式

６×１９　８×１９　

样绳长度６ｄ　６　１０　１０　１３　

３０ｄ１２１９１９２６

ＲｗＲｐ

（）１＋

ＲｐｗＲｐｄ

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

ＤＦ＝

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

概率等级Ａ－频率Ｂ－很可能Ｃ－偶尔Ｄ－及少Ｅ－不大可能Ｆ－不可能

严重等级

１－高１Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１Ｅ１Ｆ

２－中２Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２Ｅ２Ｆ

３－低３Ａ３Ｂ３Ｃ３Ｄ３Ｅ３Ｆ

４－忽略４Ａ４Ｂ４Ｃ４Ｄ４Ｅ４Ｆ

西鲁式

基于上述评估风险等级，确定风险类别见表３。

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

］４－５

。绳报废标准将难以适用，这显然是不够科学的［

表３　建议电梯曳引钢丝绳风险类别表

风险类别

Ⅰ

风险等级１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ｄ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ１Ｅ，２Ｄ，２Ｅ，３Ｃ，３Ｄ，４Ａ，４Ｂ１Ｆ，２Ｆ，３Ｅ，３Ｆ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ

采取措施需采取防护措施消除风险需采取纠正措施以缓和风险不需任何措施

Ⅱ

Ⅲ

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

（下转第１８页）

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

吴健荣等：反应堆压力容器检查机支撑腿的设计及可靠性研究

表１　不同加载条件下的最大应力值和位移值

记录数据

１２００　　

最大位移值／ｍｍ　最大残余位移值／ｍｍ　最大应力值／ＭＰａ　计算最大位移值／ｍｍ　计算最大应力值／ＭＰａ　

８．１５　０．２８　４５．８６６　７．７８６４４　　６７．２３６３　　

１４００　　９．４７　０．２４　５３．３９２　９．０８４１８　　７８．４４２３５　　

加载值／ｋｇ１６００　　１０．４８　０．１９　６０．３５　１０．３８１９２　　８９．６４８４　　

１８００　　１１．９　０．０８　６７．７３４　１１．６７９６６　　１００．８５４４５　　

２０００　１３．４７０．２５７５．０４７１２．９７７４　１１２．０６０５　

和卸载试验全部完成后对焊缝和折弯位置进行着色探伤检查，未见可显示缺陷。

对应变片和位移传感器记录数值进行统计分析，得到的最大应力、最大位移和残余位移记录如表１所示。３．３　结果分析

表１中最大位移值与理论计算值大体相当，最大不超过５％，载荷退出后，残余变形量不超过表明支撑腿变形为弹性变形，未出现过载。０．３ｍｍ，

最大应力值均来自第１为主梁和辅梁的３号应变片，连接过渡区，该值略小于计算值。这是由于应变片无法正好贴在应力集中点，故测量值小于理论计算出的最大应力值，与实际情况相符。综合上述分析结果，有限元计算结果与试验情况基本相符，支撑腿结构强度满足设计需求。

４　结语

对第三代核电站ＥＰＲ堆型反应堆压力容器检查机的支撑腿结构进行了设计，采用有限元方法分有析了支撑腿结构的可靠性。力学试验结果表明，关计算结果与实际试验数据基本相符，印证了有限元分析结果的正确性，证实了支撑腿结构设计的合理性。参考文献：

［］——欧洲压水堆Ｅ世界先进反应堆型—１ＰＲ介绍　陈泓．

［］（）：中国电力，Ｊ．２０００２６５６９．－

［］李明，陈怀东，等．一种反应堆压力容器检查机２　许伟科，

（机械装置介绍［江苏：南京，远东无损检测ＴＩＭＥ）Ｃ］．新技术论坛论文集，２００９：２７２２７５．－

［］蒋岚，成波．基于ＡＮ３ＳＹＳ的结构优化设计方　张爱玲，

］（）：法［四川建筑，Ｊ．２００９３１４６１５０．－

欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂（上接第１而为电梯曳引钢丝绳的实际检测应用提供指导。４页）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。

参考文献：

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（）：梯，２００９５５６６０．－

［］］一起电梯钢丝绳断股事故的调查分析［中国５Ｊ．　陈斌．

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［］６ｈｅＳｏｕｔｈＡｆｒｉｃａｎＢｕｒｅａｕｏｆＳｔａｎｄａｒａｄｓ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　Ｔ　　　　　

，ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｗｉｒｅｒｏｅｓｏｎｍｉｎｅｗｉｎｄｅｒｓ１９９６　　　　　　　ｐ［］Ｓ．

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ＭＴ指出钢丝绳检测仪的发展方向。最Ｃ产品，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