鋼絲繩缺陷檢測(cè)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

李萬(wàn)莉，馮文潔，李珍珍，顏崇浙

（同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海201804）

鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)是一個(gè)理論性、實(shí)踐性和綜合性較強(qiáng)的課題，涉及到勵(lì)磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器設(shè)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、定量檢測(cè)的模式識(shí)別等領(lǐng)域的研究.鋼絲繩絕大多數(shù)采用導(dǎo)磁性能良好的高碳鋼制成，很適合于利用電磁檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)電磁檢測(cè)法具有成本較低、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，也是目前公認(rèn)的最可靠的鋼絲繩檢測(cè)方法［1］.而且，目前實(shí)用的鋼絲繩技術(shù)和儀器幾乎都采用電磁檢測(cè)法［2－4］，本文的鋼絲繩缺陷檢測(cè)也是基于電磁檢測(cè)法.電磁檢測(cè)法以鋼絲繩被檢測(cè)段達(dá)到一定的磁化強(qiáng)度為前提，即達(dá)到一定的磁飽和狀態(tài)，文中論證了鋼絲繩磁化狀態(tài)需達(dá)到一定的磁化強(qiáng)度且勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的尺寸對(duì)鋼絲繩的磁飽和狀態(tài)有決定性影響.目前，在考慮勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求以及勵(lì)磁結(jié)構(gòu)磁源的利用率的基礎(chǔ)上，關(guān)于勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)基本處于定性的角度，很少研究勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸與鋼絲繩的磁飽和狀態(tài)的因果關(guān)系.本文提出以鋼絲繩能否磁化到一定的磁化強(qiáng)度作為勵(lì)磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性的依據(jù)，在考慮不同形態(tài)的邊界形狀，尤其對(duì)于非線性、多層媒質(zhì)的磁場(chǎng)和材料的非線性磁特性，采用數(shù)值解法——有限元方法對(duì)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行精確求解，得出勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸的變化對(duì)鋼絲繩磁化強(qiáng)度的影響并得出影響鋼絲繩磁飽和狀態(tài)的關(guān)鍵尺寸.而且，鋼絲繩缺陷檢測(cè)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)的數(shù)值解法——有限元方法對(duì)其他相關(guān)領(lǐng)域的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)同樣具有較普遍的理論意義和應(yīng)用價(jià)值.

總之，用電磁檢測(cè)法對(duì)鋼絲繩進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，首先要保證鋼絲繩被檢測(cè)段磁化到一定的磁飽和狀態(tài)；其次要盡可能地提高磁源的利用率，使勵(lì)磁結(jié)構(gòu)盡可能輕、小，使磁源提供的能量盡可能地引入到鋼絲繩被檢測(cè)段中.為了達(dá)到以上2個(gè)要求，鋼絲繩缺陷檢測(cè)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)過(guò)程包括：①鋼絲繩磁化強(qiáng)度選擇；②勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸的理論設(shè)計(jì)；③勵(lì)磁回路ANSYS仿真；④根據(jù)勵(lì)磁回路仿真的結(jié)果調(diào)節(jié)尺寸參數(shù)確定勵(lì)磁結(jié)構(gòu)最終設(shè)計(jì)尺寸.

1 鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)模型

在鋼絲繩的缺陷檢測(cè)和診斷實(shí)踐中，通常根據(jù)鋼絲繩上缺陷的不同性質(zhì)和狀況將鋼絲繩損傷分為兩大類：局部缺陷型（localized fault，LF 型）和截面積 損 失 型（loss of metallic cross－sectional area，LMA 型）.對(duì)LF 型缺陷的檢測(cè)采用基于霍爾元件的漏磁通法［5］，對(duì)LMA 型缺陷檢測(cè)采用磁橋路法［6］.鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)模型集成了對(duì)LF型和LMA 型的檢測(cè)，根據(jù)2種缺陷的形式設(shè)計(jì)的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)模型如圖1所示.

圖1 鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Wire rope nondestructive testing excitation structure model

2 鋼絲繩磁化強(qiáng)度選擇

鋼絲繩的相對(duì)磁導(dǎo)率μrw隨鋼絲繩被磁化的程度非線性變化［7］，如圖2所示，圖中H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，μ0 為真空磁導(dǎo)率，Hμm為磁導(dǎo)率取最大值時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，Pm為鋼絲繩最大磁導(dǎo)率點(diǎn).

選擇鋼絲繩的初度飽和區(qū)作為鋼絲繩要達(dá)到的磁化強(qiáng)度可使檢測(cè)信號(hào)中獲得最佳的斷絲檢測(cè)信號(hào)的信噪比［7］，且與深度磁飽和相比，這一磁化要求會(huì)極大減小勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的體積、質(zhì)量.

圖2 鋼絲繩典型磁化特性Fig.2 Wire rope typical magnetize characteristic

2.1 磁化強(qiáng)度對(duì)局部缺陷型檢測(cè)信號(hào)的影響

考慮單絲斷口漏磁場(chǎng)，根據(jù)磁荷分析理論，可假設(shè)斷絲兩端各有一磁荷，建立計(jì)算漏磁場(chǎng)分布的數(shù)學(xué)模型，如圖3所示，圖中，P（x，y）為坐標(biāo)平面的任何一點(diǎn)，P1和P2為磁荷；r，r1，r2分別為P（x，y）到O（0，0），P1（－l，0），P2（l，0）的距離；d為鋼絲繩直徑；2δ為斷口間隙；2l為磁荷間的距離.斷絲斷口產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)可由這一假想的磁荷定性和定量解釋.

圖3 斷絲漏磁場(chǎng)磁荷解釋模型Fig.3 Interpretation model of magnetic charge for broken wires leakage magnetic field

據(jù)磁場(chǎng)理論，磁荷Q與鋼絲繩被磁化后的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bw和等效磁荷直徑ds有關(guān)，可認(rèn)為［7］：Q＝，其中ds與斷絲類型、端口形狀有關(guān).檢測(cè)漏磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度采用霍爾傳感器，其輸出電壓VH與信號(hào)磁感應(yīng)強(qiáng)度有如下關(guān)系：VH＝KcIcBw·cosφ，式中：Kc為霍爾傳感器的靈敏度系數(shù)；Ic為霍爾傳感器輸入的控制電流；φ為磁感應(yīng)強(qiáng)度與元件法向矢量之間的夾角.可以看出，傳感器輸出幅值與漏磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成比例，因此，為了提高檢測(cè)的靈敏度，應(yīng)在損傷條件相同的情況下盡可能加大漏磁場(chǎng)的值，鋼絲繩應(yīng)被飽和磁化.

2.2 磁化強(qiáng)度對(duì)截面積損失型缺陷信號(hào)的影響

在不考慮漏磁的情況下對(duì)圖1勵(lì)磁結(jié)構(gòu)磁化回路進(jìn)行分析，可將其等效為以下磁路模型［7］，如圖4所示，其中，Rx1～Rx6為銜鐵磁阻；Rk1～Rk6為空氣隙磁阻；F1～F8為磁源磁勢(shì)；Rg為鋼絲繩磁阻；1／2Φx，1／2Φm，1／2Φg分別為通過(guò)Rx1，Rk1，Rg的磁通量；Rm，Rw分別為Rx2＋Rk1＋Rx3和Rk2＋Rg＋Rk3.

圖4 勵(lì)磁結(jié)構(gòu)磁化回路等效模型Fig.4 The equivalent circuit model of excitation structure

根據(jù)磁通連續(xù)原理和磁路基爾霍夫定律可以得到如下方程組［8］：解方程組得Bm，并對(duì)Rg求導(dǎo)后得

式中：k1，k2分別為2／（F1Sm）和Rx1＋Rm；a，b分別為（F2／F1）Rx1－Rk2－Rk3和Rx1Rm＋（Rx1＋Rm）·（Rk2＋Rk3）.因?yàn)榇艠蚵贩ㄔ阡摻z繩沒(méi)有產(chǎn)生LMA缺陷時(shí)要盡量保證通過(guò)磁橋路的磁通量為零，即使，此時(shí)鋼絲繩的磁阻Rg也最小.由此可見(jiàn)a＞0，而b，k2也均大于零，磁橋路磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小Bm（Rg）及磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率B′m（Rg）隨Rg變化的趨勢(shì)如圖5.

通過(guò)分析圖5可知，BmR（g）隨著Rg的增大而減小也隨著Rg的增大而減小，由磁阻計(jì)算式Rg＝lg／（μgSg）可知鋼絲繩的磁化應(yīng)選擇其磁導(dǎo)率較大的點(diǎn)，即鋼絲繩典型磁化特性曲線中的Pm點(diǎn)，其中l(wèi)g，μg，Sg分別為鋼絲繩軸向被磁化段的長(zhǎng)度、磁導(dǎo)率和橫向截面積.

總之，為了得到較好的信噪比、減小勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的體積和重量以及使鋼絲繩被充分磁化，選擇鋼絲繩磁導(dǎo)率最大點(diǎn)Pm右側(cè)初度飽和區(qū)作為鋼絲繩磁化磁場(chǎng)強(qiáng)度的選擇區(qū)間.

圖5 Bm （R g ），B′m （R g ）隨Rg 變化曲線Fig.5 Variations curves of Bm （R g ）and B′m （R g ）with Rg

3 勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸的理論設(shè)計(jì)

3.1 勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)及理論計(jì)算

以下以直徑36 mm 的鋼絲繩分析各結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)鋼絲繩缺陷檢測(cè)的影響，勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如圖6，其中Lm為永磁體沿鋼絲繩軸向的長(zhǎng)度；Lg為兩銜鐵間沿鋼絲繩軸向的間隙；Ls為兩永磁體內(nèi)側(cè)面間沿鋼絲繩軸向的距離；q為永磁體內(nèi)側(cè)面與鋼絲繩表面間徑向距離；Ds為鋼絲繩的直徑；Tx1，Tx2分別為外、內(nèi)銜鐵厚度；Tm1，Tm2分別為外、內(nèi)永磁體厚度.

圖6 勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)Fig.6 Design parameters of excitation structure size

由圖6中的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)計(jì)算最外銜鐵磁阻Rx1，橋路磁阻Rx2，Rx3，鋼絲繩磁阻Rg，鋼絲繩氣隙磁阻，磁勢(shì)

勵(lì)磁回路為非線性的磁化回路，磁路中存在鐵磁性材料，其磁導(dǎo)率隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度非線性變化，上述方程為非線性方程組，需要應(yīng)用數(shù)值解法確定永磁體的工作點(diǎn)和鐵磁性材料的磁導(dǎo)率，采用逐步逼近的方法計(jì)算.

首先假定一個(gè)鋼絲繩的磁化狀態(tài)Hg和Bg，根據(jù)磁通連續(xù)原理，通過(guò)內(nèi)永磁體的磁通與通過(guò)鋼絲繩的磁通相等，即B2S2＝BgSg，S2＝2πl(wèi)·Lm，其中，Bg為鋼絲繩磁化狀態(tài)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；Hg為鋼絲繩磁化狀態(tài)的磁場(chǎng)強(qiáng)度；B2為內(nèi)永磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度；S2為內(nèi)永磁體徑向圓周面積；l為內(nèi)永磁體徑向周長(zhǎng).根據(jù)假設(shè)的已知鋼絲繩磁化狀態(tài)可以算出B2.

選擇永磁體材料為釹鐵硼N35，由于其退磁曲線接近直線，因此可按下列直線方程來(lái)計(jì)算：B＝Br（1－H／Hc），其中，Br為材料的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度；Hc為材料的矯頑力.因此可以求解出內(nèi)永磁體在該狀態(tài)下所提供的磁勢(shì)F2。

式中：H2為內(nèi)永磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度；μ2 為內(nèi)永磁體的磁導(dǎo)率.得到F2后，可以根據(jù)方程組（1）中的第2個(gè)方程求解磁橋路的磁化狀態(tài)Hxq和Bxq.其中已知條件為Rw，Φg和F2，而Rm＝Rx2＋Rk1＋Rx3，Φm＝與μxq有關(guān)，μxq為磁橋路的磁導(dǎo)率，Φm與Bxq有關(guān)，μxq與Bxq之間存在非線性關(guān)系［9］，因此該方程也是一個(gè)非線性方程，采用二分法和線性插值的方法求解，通過(guò)變換方程RwΦg＋RmΦm＝2F2可以推出Bxq與Hxq之間的關(guān)系：Bxq＝cb－1－ab－1Hxq，將該關(guān)系式畫(huà)成一曲線后與銜鐵的B－H曲線比較找出1個(gè)交點(diǎn)即為磁橋路的工作點(diǎn)，如圖7所示.然后通過(guò)磁通連續(xù)條件Φg＝Φm＋Φx計(jì)算出主磁路銜鐵的磁通Φx，從而得出主磁路磁感應(yīng)強(qiáng)度Bx，查詢銜鐵的B－H曲線可知銜鐵的工作點(diǎn)，得到μx1，Rx1，根據(jù)方程組（1）中的第3個(gè)方程求解出外永磁體的磁動(dòng)勢(shì)F1＿1.通過(guò)外永磁體的磁通與通過(guò)主磁路的磁通相等，根據(jù)磁通連續(xù)原理，B1S1＝BxSx1，其中，B1為對(duì)應(yīng)F1的磁感應(yīng)強(qiáng)度，S1為對(duì)應(yīng)F1的徑向圓周面積，Sx1為對(duì)應(yīng)Rx1的銜鐵徑向圓周面積.外永磁體的磁動(dòng)勢(shì)F1＿2又可以由下列關(guān)系得出：

式中：H1為外永磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度；μ1 為外永磁體的磁導(dǎo)率.比較F1＿1和F1＿2的值，如果F1＿1和F1＿2相等則說(shuō)明這是該勵(lì)磁回路的磁化狀態(tài).將鋼絲繩磁化強(qiáng)度Hg從小到大變化，找出一個(gè)使F1＿1和F1＿2的誤差在允許范圍內(nèi)的鋼絲繩磁場(chǎng)強(qiáng)度Hg和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bg，即為鋼絲繩磁化的磁化狀態(tài).

圖7 磁橋路的工作點(diǎn)Fig.7 Operation point of magnetic bridge

3.2 勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸變化對(duì)勵(lì)磁的影響

找出使F1＿1與F1＿2的誤差在允許范圍內(nèi)的鋼絲繩Hg和Bg，分析勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸變化后對(duì)LF檢測(cè)和LMA 檢測(cè)的影響，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程由MATLAB軟件完成.以Lm為例，分析Lm對(duì)檢測(cè)的影響.

勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的尺寸取Ls＝250mm，Tm1＝10mm，mm，q＝2mm，Lg＝5mm.

3.2.1 永磁體寬度對(duì)局部缺陷型檢測(cè)的影響

根據(jù)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)及理論計(jì)算得出Lm變化對(duì)LF檢測(cè)的影響如表1所示.Lm變大后均能提高勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的磁化能力，鋼絲繩的磁化磁感應(yīng)強(qiáng)度在未飽和時(shí)隨Lm的增大而大幅度增大，有利于LF的檢測(cè).

表1 永磁體寬度的變化對(duì)局部缺陷型檢測(cè)的影響Tab.1 Impact of width change of permanent magnet on LF detection

3.2.2 永磁體寬度對(duì)截面積損失型檢測(cè)的影響

根據(jù)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)及理論計(jì)算得出Lm變化對(duì)LMA 檢測(cè)的影響如表2所示.Lm的增大使橋路氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大.在鋼絲繩截面積發(fā)生變化后，橋路氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之增大，且變化量隨Lm的增大而增大，而變化率卻隨Lm的增大而減小.因此對(duì)LMA 檢測(cè)來(lái)說(shuō)，在Lm的選擇上要找1個(gè)平衡點(diǎn)，使傳感器檢測(cè)的精度和靈敏度能達(dá)到綜合效果較好的狀態(tài).

表6 優(yōu)化結(jié)果Tab.6 Optimization results表2 永磁體寬度的變化對(duì)截面積損失型檢測(cè)的影響Tab.2 Impact of width change of permanent magnet on LMA detection

3.3 勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸的確定

根據(jù)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)各尺寸變化后對(duì)LF 和LMA 檢測(cè)的影響和其他方面的要求，該勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的尺寸選擇如下：

（1）q的選擇.LMA 和LF 型缺陷檢測(cè)均需要一個(gè)較小的氣隙q值，但是在檢測(cè)中，鋼絲繩相對(duì)于勵(lì)磁結(jié)構(gòu)是不斷運(yùn)動(dòng)的，為了不使勵(lì)磁結(jié)構(gòu)與鋼絲繩相互磨損，應(yīng)保留一定的氣隙，一般取q＝2mm.

（2）Ls的選擇.Ls的長(zhǎng)度要滿足能使勵(lì)磁結(jié)構(gòu)在鋼絲繩上形成一段均勻穩(wěn)定的磁化長(zhǎng)度，使霍爾元件所處位置的勵(lì)磁磁感應(yīng)強(qiáng)度處于穩(wěn)定且由外部非缺陷導(dǎo)致的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度盡可能小，以利于LF漏磁通的檢測(cè).因此在勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)中，在鋼絲繩磁化段中部均勻磁場(chǎng)區(qū)域沿繩軸向長(zhǎng)度應(yīng)不小于鋼絲繩1個(gè)股間距的長(zhǎng)度Lmm（Lmm為鋼絲繩表面相鄰2股之間的距離），即Ls≥Lmm，Lmm＝KDs，式中：K為鋼絲繩捻距倍數(shù)，K≤6.7［7］.對(duì)于典型的6X19型鋼絲繩，鋼絲繩的直徑Ds＝36 mm 時(shí)，Lmm≤241.2 mm，因此Ls≥241.2mm.根據(jù)LMA 和LF 檢測(cè)對(duì)Ls的分析，Ls盡可能取小.取Ls＝250.0mm.

（3）Lm，Tm1和Tm2的選擇.對(duì)于剩余矯頑力較高的永磁體來(lái)說(shuō)，永磁體的長(zhǎng)度增大時(shí)磁勢(shì)增加，同時(shí)內(nèi)部磁阻也增大，結(jié)果在扣除永磁體內(nèi)部磁勢(shì)降后，對(duì)外部的磁勢(shì)貢獻(xiàn)幾乎不增加，所以這類永磁體總是取扁平的形狀，即磁極的面積大而厚度較小.因此在勵(lì)磁回路中應(yīng)盡量少用磁體串聯(lián)的形式，盡量采取并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式以增大磁路的磁通量，這與上述分析的結(jié)論不沖突，因此永磁體的寬度Lm應(yīng)取稍大，而Tm1，Tm2盡量取小.取Lm＝7 mm，Tm1＝10 mm，Tm2＝10mm.

（4）Tx1的選擇.不論是LMA 檢測(cè)還是LF 檢測(cè)，Tx1只在取值較小的一段區(qū)間內(nèi)對(duì)2種檢測(cè)產(chǎn)生較大影響.因此為了減輕裝置的體積和質(zhì)量，在滿足銜鐵不產(chǎn)生磁飽和的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量減小銜鐵厚度Tx1.取Tx1＝10mm.

（5）Tx2的選擇.根據(jù)Tx2尺寸的變化后對(duì)LF和LMA 檢測(cè)的影響，橋路銜鐵厚度Tx2取較小值，取Tx2＝5mm.

（6）Lg的選擇.LF 檢測(cè)對(duì)Lg基本沒(méi)要求，LMA 檢測(cè)要求Lg盡可能取?。挥捎跇蚵窔庀吨羞€需要留出足夠的空間來(lái)安裝霍爾傳感器，所以取Lg＝5mm.

4 勵(lì)磁回路ANSYS仿真

根據(jù)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)建立有限元分析模型，仿真勵(lì)磁結(jié)構(gòu)縱向截面的磁感線分布（圖8）.因鋼棒或鋼管作有限元分析與用鋼絲繩作有限元分析很相似［11］，考慮到ANSYS仿真的效率，以鋼棒代替鋼絲繩作有限元分析.根據(jù)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸理論計(jì)算可知，當(dāng)Lm＝7 mm 時(shí)鋼絲繩被檢測(cè)段磁化強(qiáng)度達(dá)到了初度飽和區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度；但經(jīng)過(guò)一系列仿真驗(yàn)證，在其他尺寸不變時(shí)使Lm＝25 mm，鋼絲繩磁化才得到了一個(gè)比較滿意的結(jié)果，如圖9鋼絲繩被檢測(cè)段磁感應(yīng)強(qiáng)度大于1T，圖9表明鋼絲繩被檢測(cè)段磁化強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，即鋼絲繩被檢測(cè)段磁化強(qiáng)度達(dá)到了初度飽和區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度，即Lm應(yīng)該取25mm 較為合適.

圖8 勵(lì)磁結(jié)構(gòu)有限元分析模型Fig.8 Excitation structure FEA model

圖9 勵(lì)磁結(jié)構(gòu)縱向截面的磁感線分布Fig.9 Longitudinal－sectional magnetic line distribution of excitation structure

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)模型，從定性和定量的角度分析了鋼絲繩應(yīng)磁化的磁化強(qiáng)度，并以鋼絲繩達(dá)到磁化的磁化強(qiáng)度作為勵(lì)磁結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)合理性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)等效出的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)磁化回路模型，利用數(shù)值求解的方法通過(guò)變化尺寸參數(shù)得出鋼絲繩磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度，根據(jù)鋼絲繩應(yīng)磁化的磁化狀態(tài)選擇合理的理論計(jì)算尺寸；利用理論計(jì)算尺寸用ANYSYS有限元的方法仿真勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的勵(lì)磁回路，通過(guò)調(diào)節(jié)尺寸參數(shù)使鋼絲繩磁化到需要的磁化強(qiáng)度，從而確定勵(lì)磁結(jié)構(gòu)最終尺寸，即以最終確定的尺寸參數(shù)作為勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸.

［1］ Gorbatov E K，Klekovkina N A，Saltuk V N.Steel rope with longer service life and improved quality［J］.Metallurgist，2007，51（5－6）：279.

［2］ WANG Hongyao，HUA Gang，TIAN Jie.Research on detection device for broken wires of coal mine－h(huán)oist cable［J］.Journal of China University of Mining and Technology，2007，17（3）：376.

［3］ Caeeiatore V， Canova A， Vallan A. Experience and technologies in NDT of ropes［J］.Key Engineering Materials，2007，347：627.

［4］ Phillip J，Rao C B.A new optical techniques for detection of defects in ferromagnetic material and components［J］.Independent Nondestructive Testing and Evaluation International，2000.33：289.

［5］ 王強(qiáng).利用漏磁通法對(duì)鋼絲繩進(jìn)行無(wú)損探傷［J］.金屬制品，2005，31（6）：40.WANG Qiang.Non－destructive crack detection of steel wire rope using leak magnetic flux［J］.Steel Wire Products，2005，31（6）：40.

［6］ 王振，譚繼文，胡嘯奇.基于磁橋路原理鋼絲繩截面積變化檢測(cè)勵(lì)磁器設(shè)計(jì)［J］.煤礦機(jī)械，2006，27（12）：16.WANG Zhen， TAN Jiwen， HU Xiaoqi. Design and application of excitation device detecting cross－sectional area of steel wire based on theory of magnetic bridge［J］.Coal Mine Machinery，2006，27（12）：16.

［7］ 楊叔子，康宜華.鋼絲繩斷絲定量檢測(cè)原理與技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995.YANG Suzi，KANG Yihua.Quantitative inspection for broken wires of wire ropes principle and technique ［M］.Beijing：National Defence Industry Press，1995.

［8］ 林其壬，趙佑民.磁路設(shè)計(jì)原理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.LIN Qiren，ZHAO Youmin.Magnetic circuit design principles［M］.Beijing：Chine Machine Press，1987.

［9］ 鄒繼斌，劉寶廷，崔淑梅，等.磁路與磁場(chǎng)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998.ZOU Jibin，LIU Baoting，CUI Shumei，et al.Magnetic circuit and magnetic field ［M］. Harbin： Harbin Institute of Technology Press，1998.

［10］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T 5972—2009／ISO 4309：2004起重機(jī)鋼絲繩保養(yǎng)、維護(hù)、安裝、檢驗(yàn)和報(bào)廢［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.General Administration of Quality Supervision，Inspection and Quarantine of the P R China，Standardization Administration of P R China.GB／T 5972—2009／ISO 4309：2004Cranes－wire ropes－care， maintenance， installation， examination and discard［S］.Beijing：China Standard Press，2010.

［11］ 曹印妮.基于漏磁成像原理的鋼絲繩局部缺陷定量檢測(cè)技術(shù)研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.CAO Yinni.Study on wire rope local flaw quantitative testing based on MFL imaging principle［D］. Harbin： Harbin Institute of Technology Press，2007.