Page 57 - 无损检测2023年第四期

杨志军, 等:

电梯曳引钢带钢丝不同截面积损伤的漏磁检测

截面积损伤。根据标准 TSGT7001 — 2021 《 电梯监 32mm , 厚度为 3 mm ; 橡胶的材料属性设置为空

督检验和定期检验规则 - 曳引与强制驱动电梯》 和 气; 钢 丝 绳 上、 下 表 面 的 橡 胶 厚 度 均 设 置 为

GB / T31821-2015 《 电梯主要部件报废技术条件》 0.5mm 。磁化结构由极靴、 磁铁、 衔铁组成, 极靴、
要求, 对电梯曳引钢带内部钢丝的断丝、 断股缺陷进 衔铁、 钢丝绳的材料属性设置为纯铁, 磁铁的材料属
行无损检测是极其必要的。 性为钕铁硼, 且两块磁铁的极性相反。
电梯曳引钢带内部钢丝绳属于导磁的金属材 模型各个部分根据材料的相对磁导率设置磁通
料, 金属材料的无损检测方法有很多, 如漏磁法、 量守恒条件, 将整个模型外面的由空气构成的6个
声发射法、 涡流法、 超声法等 [ 2-5 ] 。但是电梯曳引 面设置为磁绝缘边界条件。模型的网格划分单元设
钢带的结构比较特殊, 很多无损检测方法并不适 置为自由四面体, 其中缺陷处的网格大小设置为超
用, 目前对于电梯曳引钢带的无损检测方法主要 细化, 其余部分的网格大小设置为细化, 计算得到的
有目视法、 电阻检测法、 寿命设定法等 [ 6 ] 。目视法 磁通密度分布云图如图1 ( b ) 所示, 可见钢丝绳缺陷
只能观察到钢带表面的损伤, 无法检测出钢带内 处的磁感应强度较强。
部钢丝的断丝损伤。电阻检测法是对钢丝帘线电
阻值进行监测并与设定好的数值相比较而得出结
论的方法, 对细小损伤的检测效果不佳。寿命设
定法是监测钢带的弯曲次数, 一旦达到设定的上

限值, 钢带就作为报废品处理。
漏磁检测能有效检测出橡胶内部金属钢丝绳的
损伤情况。笔者采用 COMSOL 软件建立了一种电
梯曳引钢带的漏磁检测有限元分析模型, 并在钢丝
模型上建立不同截面积的缺陷以模拟断丝和断股损
伤, 分析电梯曳引钢带在不同截面积损伤情况下的
漏磁场特性, 最后在与有限元模型相同尺寸的电梯
曳引钢带上人工加工5个缺陷并进行试验, 验证漏
磁检测方法的有效性。
1 电梯曳引钢带漏磁检测原理
图1 电梯曳引钢带的有限元模型与磁通密度分布云图
钢丝绳漏磁检测原理为: 对电梯曳引钢带内部
钢丝绳进行局部磁化, 如果钢丝绳上不存在损伤缺 2.2 提离值对漏磁场特性的影响
磁敏元件和钢丝绳之间的距离对缺陷漏磁场的
陷, 磁感线回路会在钢丝绳内部均匀通过; 如果钢丝
检测影响很大, 笔者模拟了一个长度为2mm , 宽度
绳存在损伤缺陷, 缺陷处的磁阻会发生变化, 使磁感
为2mm , 深度为 1mm 的矩形缺陷和一个半径为
应线流向发生变化而形成漏磁场。通过磁敏元件捕
1mm 的半球形缺陷, 提取提离值分别为 1.0 , 1.5 ,
捉漏磁场, 并对漏磁场进行分析, 即可实现电梯曳引
2.0 , 2.5 , 3.0 , 3.5 , 4.0mm 时的漏磁场强度, 并且, 为
钢带的损伤检测。
了更好地展现漏磁场特性, 对提取出来的原始信号
2 有限元分析 进行滤波处理。
2.1 有限元模型 文章采用小波分析对信号进行滤波。 S y m 函
电梯曳引钢带是由多根等间距并列排列且直径 数具有良好的规律性和对称性, 能使信号重构过程
较细的钢丝绳和高分子绝缘橡胶组成, 其中钢丝绳 相对平滑, 在一定程度上可以减少信号分析和重构
具有良好的导磁特性, 而绝缘橡胶部分不具有导磁 过程中的相位失真 [ 6 ] 。笔者选择 S y m8小波基函数
先对提取的原始数据进行5层小波分解, 然后对每
性。文章中钢丝绳模型采用的是简化模型[ 见图 1

( a )], 模型用直径为2mm 的铁磁性圆柱代替直径 一层的小波系数进行软阈值滤波, 最后利用滤波之
为2mm 的钢丝绳, 13根钢丝绳以0.5mm 间距等 后的小波系数进行重构。

间距 并 列 排 列。电 梯 曳 引 钢 带 的 整 体 宽 度 为 离散二进制小波变换可由式( 1 ) 确定, 即
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2023年 第45卷 第4期
无损检测