一种光伏柔性平单轴钢丝绳磨损度监测装置的设计研究

1 钢丝绳磨损度监测装置的整体结构设计

光伏柔性平单轴钢丝绳磨损度监测装置由两个相同且对称设置的半壳体通过螺栓拼接固定而成。半壳体内部由多个隔板划分，隔板边缘设计有半圆形卡槽，完美匹配钢丝绳形状，确保装置与钢丝绳紧密贴合，稳定可靠。半壳体壳内两侧均设置紧固腔，其作用是夹紧钢丝绳表面，为装置提供稳定的支撑和固定。在两个紧固腔之间，依次配置了清洁腔和检测腔，其中清洁腔负责检测前的钢丝绳表面清洁工作，而检测腔则专注于钢丝绳磨损度的精准检测。半壳体壳顶铰接有横跨清洁腔和检测腔的透明盖板，透明盖板的设置既方便操作人员打开装置，进行半齿环的对接固定等操作，又能在检测过程中对腔体内的组件起到保护作用，同时便于观察内部工作状态。两个半壳体组合后，清洁腔与检测腔内的对应部件形成完整的工作单元，协同完成对钢丝绳的处理与检测。

2 钢丝绳磨损度监测装置中的关键组件设计

2.1 紧固腔组件

紧固腔内侧壁的顶边和底边均安装有至少两个电动伸缩杆，电动伸缩杆的伸缩端安装有滚轮。滚轮的轮胎部分与钢丝绳表面滚动连接，且滚轮中心轴垂直于钢丝绳中心轴设置。电动伸缩杆能够灵活伸缩，从而调整滚轮与钢丝绳间的间距，确保对不同直径的钢丝绳实现稳固夹紧。在实际运行过程中，部分滚轮可通过安装步进电机驱动轮胎旋转，利用轮胎与钢丝绳表面的摩擦力，带动整个装置沿着钢丝绳表面移动[1]。这种设计使装置能够在钢丝绳上自主行走，扩大检测范围，无需人工搬运即可完成对较长距离钢丝绳的监测。

2.2 清洁腔组件

清洁腔内转动连接有半齿环，两个半壳体组合后，两个清洁腔内的半齿环通过相对端插接的销轴连接，形成完整的环状齿环。根据T∕ZZB1707-2020 钢丝刷标准，清洁腔内的半齿环内弧面固定安装有钢丝刷。该钢丝刷的材质和密度经过精心选择，以确保在不损伤钢丝绳表面的前提下，有效清除附着的灰尘、锈迹等杂质。清洁腔内直齿轮由双轴电机驱动旋转，通过齿轮传动带动半齿环转动，进而使钢丝刷围绕钢丝绳旋转，实现对钢丝绳表面的全方位刷洗。这种旋转清洁方式能够彻底清除钢丝绳表面的污垢，为后续检测提供干净的表面条件。靠近清洁腔的紧固腔腔底安装有风道，风道的出风口延伸至半壳体端部，两个半壳体之间设置抽风扇，用于封堵风道的出风口。当抽风扇启动时，借助风道的导向功能，清洁腔中因刷洗产生的灰尘、碎屑等杂质能够被迅速排出装置，从而防止杂质积聚，确保清洁效果及后续检测的精确度不受影响。

2.3 检测腔组件

检测腔内同样转动连接有半齿环，两个半壳体组合后，两个检测腔内的半齿环通过销轴连接形成完整环状齿环。其中一个检测腔内的半齿环侧边安装有光学传感器和电磁感应传感器，光学传感器能够通过分析钢丝绳表面的反射光，检测表面的磨损痕迹、划痕、腐蚀斑点等缺陷[2]；电磁感应传感器则可通过检测钢丝绳内部的磁场变化，判断是否存在断丝、内部损伤等问题[3]。

检测腔腔底转动连接有与半齿环啮合的直齿轮，该直齿轮与清洁腔内的直齿轮共同由双轴电机驱动，双轴电机的两个输出轴分别与两个直齿轮相对端面中心处固定连接，确保两个直齿轮同步旋转，进而带动检测腔和清洁腔内的半齿环协同工作。

检测腔腔壁活动安装有插架，插架一端贯穿半壳体内部延伸至清洁腔内，其延伸处与清洁腔内的半齿环内侧弧面弧顶处插接，插架与检测腔内壁之间也设置有电动伸缩杆。在常规状态下，插架精准地插入半齿环内弧面的弧顶位置，确保半齿环与半壳体间的相对稳定性，从而便于操作人员顺利组装并对接两个半壳体。当装置组装完毕后，电动伸缩杆收缩带动插架脱离半齿环，避免影响半齿环的旋转。

3 钢丝绳磨损度监测装置的工作过程

光伏柔性平单轴钢丝绳磨损度监测装置的工作流程主要包括安装固定、清洁处理、检测操作三个环节，各环节紧密配合，实现对钢丝绳磨损度的高效监测。

（1）安装固定过程。操作人员将两个半壳体扣接在光伏柔性平单轴曳引钢丝绳上，通过螺栓将两个半壳体拼接固定。打开透明盖板，使用销轴将两个半壳体内清洁腔和检测腔中的半齿环分别对接固定，形成完整的环状结构。控制紧固腔内的电动伸缩杆伸长，使滚轮的轮胎部分紧紧抵住钢丝绳表面，完成装置在钢丝绳上的固定。此时，插架与半齿环内弧面弧顶处插接，确保半齿环在安装过程中的位置稳定。

（3）清洁处理过程。装置启动后，随即控制连接插架的电动伸缩杆进行收缩动作，使插架顺利脱离半齿环，从而解除对半齿环旋转的任何限制。双轴电机启动，驱动清洁腔内的直齿轮旋转，直齿轮通过与半齿环的啮合传动，带动清洁腔内的完整齿环旋转，进而使固定在半齿环内弧面的钢丝刷围绕钢丝绳旋转。钢丝刷在旋转时与钢丝绳表面紧密接触，有效刷除其上的灰尘、锈迹及杂质。同时，抽风扇启动，在风道的辅助作用下，将清洁过程中产生的杂质及时抽出装置外，防止杂质残留影响后续检测。在此过程中，若装置需要移动，可控制紧固腔内的驱动滚轮旋转，在摩擦力作用下带动装置沿着钢丝绳表面缓慢移动，使钢丝绳的不同区段依次进入清洁腔进行处理。

（3）检测操作过程。经过清洁处理的钢丝绳区段进入检测腔后，双轴电机驱动检测腔内的直齿轮旋转，带动检测腔内的完整齿环转动，使安装在半齿环侧边的光学传感器和电磁感应传感器围绕钢丝绳公转。光学传感器在公转过程中，持续采集钢丝绳表面的光学信号，通过分析反射光的强度、分布等特征，识别表面的磨损程度、划痕深度、腐蚀面积等信息；电磁感应传感器实时监测钢丝绳的磁场变化，利用先进的电磁检测技术，能够准确地识别出钢丝绳内部的断丝、裂纹等损伤情况。传感器采集到的数据可传输至配套的数据处理模块，经过分析处理后，转换为直观的数值和图像，便于操作人员了解钢丝绳的磨损状况。装置在检测过程中可通过驱动滚轮的旋转实现自主移动，使钢丝绳的全长范围内均能得到检测，确保监测的全面性。检测完成后，关闭双轴电机和抽风扇，控制电动伸缩杆收缩，松开对钢丝绳的夹紧，将装置从钢丝绳上取下。

结论

本研究所提出的光伏柔性平单轴钢丝绳磨损度监测装置，不仅能够实现对光伏柔性平单轴曳引钢丝绳磨损度自动化监测，同时还可以清除钢丝绳表面杂，切实保证钢丝绳的运行安全，具有良好应用价值。

参考文献

[1] 郝爱芬. 电梯起重机械钢丝绳检测系统设计[J]. 机械管理开发,2025,40(04):185-186+189.

[2]全国钢标准化技术委员会（SAC/TC 183）.铁磁性钢丝绳电磁检测方法:GB/T 21837-2023[S].中国标准出版社,2023.

[3]全国试验机标准化技术委员会（SAC/TC 122）.无损检测仪器 钢丝绳电磁检测仪技术条件:GB/T 26832-2011[S].中国标准出版社,2011.