国家索检中心王子罡

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摘要：客运索道的钢丝绳起到承重、牵引等作用，是索道至关重要的部件。然而，随着索道行业发展，乘坐索道的游客日益增多，索道运行时间越来越长，钢丝绳的状况成为不容忽视的问题。对钢丝绳进行无损检测，有助于索道的安全运行，确保乘客生命财产安全。文中就不同规格钢丝绳的无损检测进行情况分析，系统地归纳了各用途钢丝绳特点及损伤状况，最后，对客运索道安全运行提出建议。

关键词：无损检测；客运索道；钢丝绳；损伤分析

引言

   近年随着人民生活水平的日益提高，人们对于生活品质的追求水涨船高，在景区或者滑雪场游玩的时候，对出行方式的要求也越来越“严格”，索道行业也随之蓬勃发展。但是随着乘坐索道的游客人数逐年增多，索道能否持续安全运行，能否保障游客的生命财产安全成为一个所有索道从业人员不能掉以轻心的问题。客运索道的每一个组成部分都至关重要，其中钢丝绳可以说是客运索道的“生命线”，钢丝绳是否有断丝、是否能继续使用，也是索道使用方最关注的环节之一。所以钢丝绳无损检测非常重要，不仅是完成规范要求任务，同时也是为索道业者提供综合了安全、经济等诸多方面的意见与建议，具有很高的参考价值。

1   钢丝绳的无损检测方式和损伤情况简介

1.1钢丝绳的无损检测

根据TSG S7001-2013要求，新安装钢丝绳在18个月内应进行一次无损检测^[1]。对新钢丝绳进行无损检测，除了可以及时发现出厂时、安装过程等情况下产生的损伤，更可以为今后无损检测建立一个判定的基准，对检测人员评判钢丝绳当下的状态有所帮助。现在比较常用的是电磁法探伤仪，下面就INTROS公司的MH24-64型号探伤仪进行介绍。

INTROS MH24-64探伤仪的工作原理是利用漏磁检测，通过检测探头上的永磁铁的磁场将钢丝绳磁化，使得被检测段达到磁饱和。如果有断丝，断丝的两端成为磁极，因为钢和空气的磁导率不同而产生漏磁，被磁敏传感器接受，通过放大电路将模拟信号放大传输到记录仪器上，再转换成数字信号，最后生成波形曲线用于损伤定性及定量。

仪器里记录的波形分为LMA波形和LF波形，分别代表“钢丝绳截面损失率”和“漏磁量”。LMA值是百分数，LF值的单位是毫伏（mV）。

1.2钢丝绳损伤情况

在对采集到的检测波形进行分析时，会发现不同的损伤形式：

1)断丝是比较容易判断的损伤（见图1），由于在断丝处，钢丝绳的截面积急剧缩小，所以会出现幅值较高的电压信号，于是就会产生这种非常尖锐的波形。不同规格的钢丝绳的断丝波形也会有一定的差别，会在下文中进行分析。

图1   断丝波形

2)其他损伤，比如外部腐蚀、抱索器挤压导致的损伤等（图2）。但是由于钢丝绳金属截面面积并没有明显的减少，所以一些损伤需要检测人员根据经验或者现场查看进行判断。

图2   压伤波形

2   常见损伤情况分析

2.1承载索

承载索是往复式索道的空中轨道，位置固定不变，受外界环境影响，其工作条件较为恶劣。承载索要承受车厢的重量，行走小车车轮对承载索产生很大的弯曲应力和挤压应力；客车的重力还会分解为对承载索的拉力。往复式索道使用密封型钢丝绳作为成为承载索，密封型钢丝绳与其他结构的钢丝绳相比，其结构特点是：

1）密度系数大，高达0.9以上，为各类钢丝绳之首；与相同直径普通钢丝绳相比，总破断拉力要高出65%左右。

2）整根钢丝绳近似一根圆棒，支撑表面大，使用时单位面积上承受的压力较小，应力分布均匀，使用寿命长。

3）表面平滑而密封，外面的空气和水不易渗入钢丝绳内部，而且内部润滑油也不易流失，可防止内部钢丝的锈蚀。

4）相邻层钢丝捻向相反，具有良好的不旋转性，捻距大，结构伸长小（图3）。

图3   密封钢丝绳截面

按照笔者以往的钢丝绳检测结果来看，发现往复式索道的承载索一般在站口的鞍座附近容易出现损伤乃至断丝。这是因为在客车出站的时候，客车的重力将承载索下压，使其靠贴在鞍座上，如果鞍座不平整或者有杂物堆积，则有可能使承载索损伤。以某往复式索道为例，在前一次承载索窜位之后，索检中心对该索道的承载索进行了检测，发现在窜位前鞍座附近位置有损伤波形（图4），判定为断丝。现在每年就该位置进行无损检测，未发现损伤有扩大的趋势。

图4   损伤波形

根据《客运架空索道安全规范》的要求，承载索窜位时间最长不得超过12年。笔者认为，由于往复式索道的特点，在条件允许的前提下，最好能自行将这个间隔缩短。

2.2牵引索、平衡索

    牵引索和平衡索是往复式索道和地面缆车的术语。根据索道的运量大小和线路整体计算的不同等方面角度的考虑，会从西鲁型、填充型、西鲁-瓦林吞型三种钢丝绳中选择。这三种钢丝绳的结构特点分别是：

2.2.1西鲁型钢丝绳

1）此规格钢丝绳每股有19根钢丝，除中心丝以外，外部由一层粗丝和一层细丝组成，客运索道中最常见的结构为6（1+9+9）S，简写为6×19S。

2）第1层丝直径与第2层丝直径相差约1.75倍，外层丝粗，具有较大的抗磨性和抗挤压性能。

3）内层丝较细，故钢丝绳柔软，适于常见经过各种轮系工作，抗弯曲性能好。

由于这些特点，西鲁型钢丝绳广泛用作单线循环固定抱索器索道的运载索或者往复式索道的牵引索，其直径范围一般是30mm左右（图5）。

图5   西鲁型钢丝绳截面

2.2.2填充型钢丝绳

以客运索道常见的6×25Fi填充型钢丝绳为例，其本质和普通的6×19圆股钢丝绳没有差别，区别在于在外层丝和中层丝的空隙处插入了6根细钢丝，这就使得原本点接触的钢丝绳变成线接触，其结构为6（12+6F+6+1），简写为6×25Fi（图6）。

相比西鲁型钢丝绳，在直径较大时，填充的型的综合性能较为优越，钢丝丝径均匀，比西鲁型在同直径时外层钢丝细20%左右，因此抗弯曲性能比西鲁型好，但耐磨性不如西鲁型。

图6   6×25Fi填充型钢丝绳截面

2.2.3瓦林吞-西鲁型

客运索道钢丝绳对外层丝直径的要求一般在2-3mm之间，大丝径虽然使钢丝绳强度增大，但是刚性过大，不易编接。在大直径钢丝绳中，如果选择西鲁型，则钢丝绳丝径过大，抗弯曲性能差。故必须选择一种适用于大直径钢丝绳的规格。瓦林吞-西鲁型钢丝绳就是将瓦林吞型和西鲁型相结合的钢丝绳，客运索道常见的形式为6×36SW，其钢丝分布为6（1+7+7+7+14）（图7）。相当于瓦林吞型的绳股外面加了一层较粗的钢丝。具有西鲁型钢丝绳的优点。从结构上可以看出，瓦林吞-西鲁型钢丝绳直径大，有较强的抗拉性能；丝径细，柔软易于编接；线接触，综合性能较好；能够满足大运量索道的需求。

图7   6×36瓦林吞-西鲁型钢丝绳截面

根据笔者的无损检测经验，小运量或者双牵引式的往复式索道选择填充型钢丝绳的较多。往复式索道由于线路起伏不定以及大跨度，使得客车上、下坡频繁，运量较小的索道一般不会选择瓦林吞-西鲁型钢丝绳作为牵引索或平衡索。根据《客运架空索道安全规范》的要求，对无客车制动器的往复式索道的牵引索应每年进行检测。往复式索道在线路上往往存在大跨度，钢丝绳受力情况随时都可能在变化；而从索道站内的角度来看，往复式索道的驱动迂回装置由数量较多的导向轮组成，钢丝绳在站内弯折的次数很多。所以《规范》中的要求是很有道理的。

在检测工作中，笔者还发现往复式索道的牵引索相比单线循环式索道的运载索，不考虑其他因素的情况下，寿命往往短很多，一般使用4年左右牵引索上的断丝就会急剧增加，接近甚至达到报废标准。某双牵引往复式索道于2015年更换了两根牵引索，今年对其进行检测时发现内环牵引索集中出现大量断丝，实际查看之后发现超过了报废标准；外环牵引索则是接近报废标准，建议其更换两根牵引索。如图所示波形，实际查看后，在6d范围内大致发现了8根断丝（图8）^[3]。

图8 牵引索断丝波形

某往复式索道于4年前更换过牵引索，今年对其进行检测时发现较去年检测时突然增多了三十多根断丝，最后建议其更换牵引索。

而平衡索由于受力较小，虽然在站内也会多次弯折，其断丝发生的程度就没有牵引索严重。上述两条更换牵引索的索道，其平衡索都没有达到报废标准，与前一次检测结果相对比变化不大，结论判定为可以继续使用。

2.3运载索

顾名思义，运载索是在单线架空索道中既承载又牵引运载工具的运动索。在单线连续循环式索道上运载索有着至关重要的地位。同牵引索一样，运载索的选择也会从多方面角度考虑，三种规格的钢丝绳的结构特点这里不再赘述。

对运载索而言，除了吊具悬挂位置产生的应力外，经过托压索轮组、驱动迂回轮时经常弯折也会出现损伤；抱索器或者夹索器的拧紧力矩过大时，也会对钢丝绳造成损伤，如图9所示，这种间隔比较均匀的损伤可能是抱索器夹持造成的。根据《规范》要求，固定抱索器应按照规定的运行时间间隔移位，时间不得超过^[1]，其中t是运行时间，L是线路斜长，v是索道运行速度。

图9   抱索器夹持产生的损伤

如图10所示的损伤波形，三处损伤位置等间距排列，并且从波形上看LMA值相差无几，结合现场情况可以大致判断是在放绳过程中预张紧造成的压伤。钢丝绳在初次编接以后，需要进行预张紧，目的是为了保证钢丝绳在使用过程中伸长量不会过大，延长二次编接的间隔。下图所示波形是在预张紧时使用绳卡造成的压伤。

　　　　　　　　　　　　　　　　　图10   预张紧形成的压伤波形

单从图上看可能会觉得上述两种损伤波形没有什么区别，但是仔细看会发现，抱索器夹持导致的压伤间距大概是400mm左右，符合《规范》中要求的“移位距离不得小于300mm”；而通过图11中的LMA波形对应的LF波形可以发现，预张紧造成的压伤会产生起伏不定的漏磁信号。

图11 预张紧形成的压伤LF波形

此外，脱挂抱索器索道经常使用瓦林吞-西鲁型钢丝绳作为运载索，抱索器对钢丝绳造成的挤压损伤，和抱索器的抱紧力也有一定关系。并且，由于脱挂索道抱索器开合次数较多，钳口打开、闭合的过程中如果钢丝绳速度和站内车轮速度不一致的话，也有可能对钢丝绳造成损伤。

根据《规则》中的要求，“抱索器、夹索器钳口端部内外不允许有棱角”^[1]。对单线连续循环式索道或使用夹索器的往复式索道而言，还应该注意抱索器、夹索器对钢丝绳的影响。

3 不同规格钢丝绳断丝波形分析

3.1密封型钢丝绳

密封钢丝绳由两层Z型丝和点接触钢丝绳芯组成。由其受力特点和工作环境可知，钢丝绳的损伤主要发生在外层丝上。如图12所示钢绳断丝，断丝波形的截面损失量和普通圆股钢丝绳并无二致。

图12   密封型钢丝绳断丝波形

但是由于其结构特点，如果在同一地点相邻位置出现两根以上外层丝断裂，容易引起外层丝无法压紧而跳丝，这样不仅会影响其整体的受力性能，行走小车在通过时可能会被跳丝缠绕住。因此，如果发现断丝，在今后的使用中应经常检查断丝位置，确保损伤没有加剧。

3.2西鲁型钢丝绳

以某厂家的φ30西鲁型钢丝绳为例，各层丝径分别为2.71mm（中间丝）、1.37mm（细丝）和2.42mm（外层粗丝），此规格钢丝绳的金属总截面积为363mm²，故可以得知1根外层丝断丝的截面积损失量理论上为1.27%（图13），实际检测中，在用钢丝绳有一定的伸长量，所以与理论值有些许误差。根据GBT 9075-2008的要求，客运索道使用的股捻钢丝绳如果在一个捻距内的金属断面缩小值超过6%则判定报废。如果在6d范围内发现5根断丝，则达到报废标准^[3]。

图13   西鲁型钢丝绳断丝波形

3.3填充型钢丝绳

上面说道，往复式索道由于其机械结构特点，钢丝绳在驱动迂回轮上弯折的次数较多，更易出现断丝（图14）。

图14   填充型钢丝绳断丝波形

以某厂家的φ24填充型钢丝绳为例，此规格钢丝绳常见于双牵引往复式索道，其中外层丝直径1.54mm，细丝直径0.67mm，金属总截面积223mm²，可以得知1根外层丝断丝的截面积损失量理论上为0.83%。根据GBT 9075-2008的要求，如果在6d范围内发现超过6根断丝，则判定为报废^[3]。

3.4瓦林吞-西鲁型钢丝绳

以某厂商φ46瓦林吞-西鲁型钢丝绳为例，其外层丝丝径为2.6mm，金属总截面积为857mm²，可以得知1根外层丝断丝的截面积损失量理论上为0.61%（图15）。除了外层断丝，如果在编接时不慎导致钢丝绳出现松散现象，日后使用过程中会将内层填充的细丝挤出去，索道在日常维护中会发现有一些被挤扁的钢丝，这些就是被挤出来的细丝。

图15   瓦林吞-西鲁型钢丝绳断丝波形

4 结语

钢丝绳作为索道日常运行的重要组成部分之一，钢丝绳的状况，关系到乘客生命财产安全，关系到索道正常运行。对钢丝绳进行日常检查是非常重要的一环，通过分析无损检测结果，加强对索道安全重要性的理解，强化安全意识。

参考文献：

[1] TSG S7001-2013 客运索道监督检验和定期检验规则[S].

[2] GB 8918-2006 重要用途钢丝绳[S].

[3] GB/T 9075-2008 索道用钢丝绳检验和报废规范[S].