BỘ CÔNG THƯƠNG
Đề án “Phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ
trong công nghiệp đến năm 2020” BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

Tên đề tài: NGHIÊN CỨNG XÂY DỰNG QUY TRÌNH KIỂM TRA,
ĐÁNH GIÁ KHUYẾT TẬT CỦA CÁP THÉP
BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỪ TÍNH

Chủ nhiệm đề tài: TS. Trần Văn Lượng
Đơn vị chủ trì: Trung tâm Kiểm địng Công nghiệp II


n hành kiểm định kỹ thuật an toàn các
thiết bị nâng theo quy định của Nhà nước, việc kiểm tra cáp thép (một bước
bắt buộc trong quy trình kiểm định ) vẫn được tiến hành theo phương pháp
trực quan và một số phương pháp thủ công khác, không xác định được các
khuyết tật bên trong nên không đánh giá được chính xác tình trạng kỹ thuật
của cáp thép.
- Hàng năm chỉ riêng Trung tâm Kiểm định Công nghiệp II thực hiện kiểm
định hơn 2000 thiết b
ị nâng các loại (tại Việt Nam hiện có hơn 12 đơn vị
thực hiện công tác này).
II. Mục tiêu và những nội dung cần nghiên cứu của Đề tài
Cáp thép là một trong những bộ phận quan trọng của thiết bị nâng. Sự
hoạt động an toàn của cáp thép luôn là sự quan tâm đặc biệt của người sử
dụng và nó luôn được xem là điểm “đen” hoặc “mù” trong quản lý vì
không có được hệ thống kiểm tra, đ
ánh giá tin cậy. Sự hoạt động an toàn
của thiết bị chỉ được đánh giá qua việc kiểm tra trực quan hoặc thay thế
định kỳ. Kiểm tra trực quan chỉ có thể phát hiện các khuyết tật trên bề mặt,
không thể phát hiện các mối nguy hiểm tiềm ẩn bên trong như ăn mòn, mài
mòn và đặc biệt là đứt gãy bên trong. Thay thế định kỳ gây nên sự lãng phí
rất lớn và làm tăng chi phí sản xuất. Quan trọng hơn, vi
ệc thay thế định kỳ
vẫn không đảm bảo cho thiết bị hoạt động an toàn. Đã có rất nhiều tai nạn
đứt cáp nghiêm trọng xảy ra ngay trước khi đến thời hạn thay cáp, một số
trường hợp lại xảy ra đứt cáp chỉ trong thời gian ngắn sau khi thay cáp mới.
Do đó việc nghiên cứu, tiếp thu công nghệ, ứng dụng và xây dựng hoàn
chỉnh quy trình kiểm tra đánh giá cáp thép theo phương pháp từ tính, đưa
phương pháp này b
ổ sung, hỗ trợ cho phương pháp truyền thống là một yêu


Việc kiểm tra đánh giá cáp thép của thiết bị nâng là thiết bị có yêu cầu
nghiêm ngặt về an toàn lao động chiếm một vị trí rất quan trọng trong công
việc đảm bảo an toàn cho quá hoạt động củ
a thiết bị. Chính vì vậy mà việc
xây dựng đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình kiểm tra, đánh giá
khuyết tật của cáp thép bằng phương pháp từ tính” đã được Bộ Công
thương, Vụ Khoa học và Công nghệ, Trung tâm Kiểm định Công nghiệp II
đưa ra để xây dựng nhằm hỗ trợ cho công tác kiểm định và đánh giá hiện
trạng cáp thép một cách có cơ sở giúp cho việc sử dụng cáp thép của các
thiết bị nâng trong các ngành, lĩnh v
ực một cách an toàn và hiệu quả.
- Căn cứ Quyết định số 4373/ QĐ-BCT Ký ngày 19/8/2010
- Căn cứ Hợp đồng số 03/ HĐ-ĐT 2010/PVPX Ký ngày 20/9/2010 giữa Bộ Công
Thương đại diện là Vụ trưởng Vụ Khoa học và Công Nghệ với Trung tâm Kiểm định
Công nghiệp II về việc thực hiện công việc “Nghiên cứu Xây dựng Quy trình kiểm tra,
đánh giá khuyết tật của cáp thép bằng phương pháp từ tính”.
- Quy trình được xây dựng trên cơ sở sử dụng hệ thống thiết bị:
+ Tên thiết bị: LRM
® - XXI STEEL ROPE DIAGNOSTIC SYSTEM
+ Bộ thiết bị bao gồm:
Recorder LRM
® - XXI No. 138/2010 ( ghi nhận tín hiệu )

3
Measuring Head LRM® - NH80 No. 138/2010 ( đầu dò )
+ Nước sản xuất: Ba lan (Poland)
+ Năm sản xuất: 2010
+ Số chế tạo: LRM
® - XXI No. 138/2010


v.v .
4


N
N
N
V
V
V
Ề
Ề
Ề
K
K
K
I
I
I
Ể
Ể
Ể
M
M
M

É
É
É
P
P
P

B
B
B
Ằ
Ằ
Ằ
N
N
N
G
G
G
P
P
P
H
H
H
Ư
Ư

T
H
H
H
É
É
É
P
P
P
B
B
B
Ằ
Ằ
Ằ
N
N
N
G
G
G
T
T

5
1.1. Tổng quan một số phương pháp kiểm tra cáp thép:
1.1.1 Phương pháp trực quan:
Hiện nay việc kiểm tra đánh giá tình trạng cáp thép sử dụng trong thiết bị
nâng ở các lĩnh vực, ngành đều dùng phương pháp trực quan và thử tải, kiểm
tra độ mòn, sợi đứt đánh giá loại bỏ đều theo quy định tại phụ lục 10 TCVN
4244:2005, chỉ khác nhau ở tầng xuất kiểm tra từ 10ngày/lần đến 1 năm/lần
ph
ụ thuộc vào điều kiện và chế độ làm việc của cáp. Riêng ngành khai thác
than do đặc điểm ngành làm việc trong điều kiện an toàn yêu cầu nghiêm ngặt
cao nên mới đây Bộ Công thương đã ra Thông tư số 03/2011/TT-BCT ngày 15
tháng 02 năm 2011 của Bộ trưởng Bộ Công Thương ban hành “QCVN
01:2011/BCT” về an toàn khai thác trong hầm mỏ.
Kiểm tra cáp thép bằng phương pháp trực quan: Phương pháp truyền thống
nầy hiện nay vẫn đáp
ứng được những yêu cầu tối thiểu về độ an toàn của cáp
thép, với các công cụ thủ công hỗ trợ chủ yếu là thước cặp, panme để đo
đường kính cáp và quan sát bằng mắt nên đòi hỏi cáp phải được vệ sinh bề
mặt tương đối tốt. Do thước cặp hay panme khi đo chỉ cặp kiểm tra được từng
vị trí trên suốt chiều dài cáp, nên quá trình kiểm tra không liên tục và mất
nhiều thờ
i gian, hơn nữa Phương pháp nầy không xác định được các khuyết
tật bên trong dây cáp, kết quả phụ thuộc vào trình độ (kinh nghiệm) của người
kiểm tra cho nên khả năng đánh giá tình trạng làm việc an toàn của cáp không

giao công nghệ.
Thiết bị kiểm tra chất lượng cáp thép làm từ vật liệu sắt từ của dựa trên
nguyên lý sử dụng nam châm vĩnh cửu làm bão hòa từ vùng cáp thép cần
kiể
m tra và ghi nhận được sự hao tổn tiết diện của phần kim loại do ăn mòn,
mài mòn (LMA) và các hư hại như đứt sợi trong cáp (LF).
1.2. Giới thiệu về cáp thép
1.2.1. Cấu tạo :
Cáp thép gồm 3 thành phần chính là : sợi cáp, tao cáp và lõi cáp.
- Cáp thép được chế tạo từ những sợi thép cacbon tốt (ít lưu huỳnh, phốt pho).
Các sợi thép được chế tạo bằng công nghệ kéo nguội có đường kính từ 0,5
đến 3mm và có độ bền kéo cao từ 1400 đến 2000 N/m
2
.
- Tao cáp : nhiều sợi cáp bện lại với nhau tạo thành tao cáp, nhiều tao cáp bện
lại với nhau tạo thành cáp thép. Tao cáp gồm các loại sau :

7
Hình 1 Hình 2 Hình 3
y
Cáp 6x19 FC, tao cáp có các sợi đường kính giống nhau, đây là loại có cấu
tạo bình thường và thông dụng (hình 1).
y Cáp 6x19 IWRC, tao cáp có sợi vòng ngoài cùng đường kính lớn hơn để
chống lại sự mài mòn, và các sợi có đường kính nhỏ hơn nằm ở vòng trong
nhằm tăng khả năng linh động cho cáp thép (hình 2).
y Tao cáp cáp được bện từ các sợi cáp có đường kính khác nhau nằm xen kẻ,
nhằm tăng khả năng linh động và chống mài mòn của cáp thép (hình 2, 3).

y Cáp thép bện trái (LHRL) : chiều bện các tao của cáp thép được bện theo
chiều ngược chiều kim đồng hồ, các sợi cáp trong tao được bện song song
với trục của cáp thép (hình 2).

(hình 2)
y Cáp bện chéo phải (RHLL) : chiều bện các tao của cáp thép và các sợi
cáp trong một tao được bện theo chiều kim đồng hồ, các sợi cáp trong tao
được bện tạo một góc với trục của cáp thép.

(hình 3)
y Cáp bện chéo trái (LHLL) : chiều bện các tao của cáp thép và các sợi cáp
trong một tao được bện theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, các sợi cáp
trong tao được bện tạo một góc với trục của cáp thép (hình 4).

(hình 4)

9
y
Cáp bện hỗn hợp ( bện xen kẽ , xem hình 5)

(hình 5)
- Số sợi cáp trong một tao thông thường là 6, 7, 12, 19, 24 và 37 sợi. Trong
đó loại cáp thép được sử dụng phổ biến là 6x19 (6 tao,19 sợi cáp/tao) và
6x37 (6 tao, 37 sợi cáp/tao)
y Cáp loại 6x19 : có đặc tính cứng, độ bền cao nên thường dùng trong các
tời nâng, cáp neo.
y Cáp loại 6x37 : mềm, tính linh hoạt cao nên thường được sử dụng cho
cầu trục, cổng trục, pa lăng điện …
1.2.3. Cách xác định các thông số cơ bản của cáp thép
- Xác định bước bện của cáp thép 6x19 (cáp có 6 dánh mỗi dánh có 19 sợi)

Cáp bị ăn mòn bề mặt Cáp bị mài mòn bề mặt
11
Cáp bị mòn không đều (mòn một tao)

Sợi thép bị gãy, đứt vì mỏi Sợi trong lớp thứ 2 bị gãy, đứt

Cáp bị lõm, bẹp đường kính (Crushing)

Cáp bị đứt, gãy sợi

Cáp bị giảm đường kính cục bộ 12
1.2.6. Tiềm năng ứng dụng kiểm tra độ an toàn của cáp thép sử dụng trong
các lĩnh vực, ngành:
Cáp thép được sử dụng trong nhiều trong các thiết bị nâng: cầu trục, palăng,
cần trục tháp, tời nâng, cổng trục, cần trục ôtô… thuộc nhiều lĩnh vực khác
nhau như : xây dựng, công nghiệp, hầm mỏ, dầu khí, tàu thủy…
Một số hình ảnh minh họa các lĩnh vực, ngành ứng dụng 15
Tời nâng dùng trong khai thác dầu khí
Trục tải khai thác than

16
Cáp treo
Cáp treo



Vị trí loại bỏ cáp
Vị trí cáp bị đứt

18
Phương pháp nầy dựa vào sự bão hòa từ trường do nam châm vĩnh cửu tạo
ra và dựa vào sự thay đổi của cường độ từ trường xung quanh cáp thép và
sự thay đổi của từ thông thay đổi trong tiết diện cáp thép. Khi cáp thép di
chuyển qua đầu dò của thiết bị kiểm tra nếu có các bất liên tục trong cáp
thép như sợi cáp bị đứt, các điểm hoặc vùng bị gỉ sét thì có sự rò gỉ từ thông
hướng tâm hay hướng trụ
c trong tiết diện của cáp thép kiểm tra và sự rò gỉ
nầy được phát hiện bởi các cảm biến (sensor LF và LMA). - N, S : cực Bắc, Nam của nam châm vĩnh cửu;
- Flux Leakage : từ thông bị rò;
- Magnetic Flux : từ thông do nam châm vĩnh cửu tạo ra trong cáp thép;
- Magnetising circuit : vòng từ trường;
- Rope : cáp thép kiểm tra;
- LF sensor, LMA sensor : cảm biến phát hiện khuyết tật LF, LMA;
- LF: các bất liên tục bên ngoài, bên trong cáp thép do đứt sợi cáp, sợi cáp
bị gỉ sét ;
- LMA : các bất liên tục bên ngoài, bên trong cáp thép do sự mất kim loại
trên tiết diện ngang của cáp thép. Khuyết tật nầy chủ yếu do tác động của
môi trường, bôi trơn cáp kém, chế
độ làm việc, ma sát…

19
1.3.1. Hệ thống thiết bị kiểm tra
Thiết bị kiểm tra cáp thép bằng phương pháp từ dựa vào sự thay đổi từ

và dễ dàng lồng vào cáp thép kiểm tra. 20
 Các chi tiết trên đầu dò:
- Cảm biến LF gồm 2 cặp được gắn đối xứng trên đầu đo để phát hiện sự
thay đổi về tiết diện cáp thép như đứt sợi, đứt tao
- Cảm biến chiều dài đoạn cáp bị thay đổi tiết diện LMA, do cáp thép bị ăn
mòn liện tục kéo dài hay do các nguyên nhân khác.
- Vành dẫn hướng cáp phù hợp với đường kính cáp thép kiểm tra
- Bộ chuyển đổi-mã hóa chuyển
động của cáp thép. Tín hiệu trên bộ chuyển
đổi-mã hóa dùng để :
+ Ghi lại các tín hiệu đo vào bộ nhớ
+ Bù tín hiệu từ các cảm biến
+ Đo tốc độ di chuyển của cáp thép
- Thông số kỹ thuật của đầu đo LRM-MH-80
+ Đường kính cáp kiểm tra 26mm – 60mm
+ Chiều dài của đầu đo 600 mm
+ Chiều rộng của đầu đo 200 mm
+ Chiều cao của đầu đo 210 mm
+ Khối lượng của đầu
đo và bộ ghi 23 kg
1.3.3. Hệ thống thiết bị phân tích, đánh giá cáp thép
Hệ thống thiết bị phân tích đánh giá cáp thép dùng để phân tích, ghi nhận
nhận dữ liệu từ đầu đo và hiển thị ra kết quả kiểm tra. Tín hiệu từ đầu dò
được ghi vào bộ nhớ tạm (flash memory LRM-XXI recorder) và trong
thiết bị vi xử lí.
+ Nguồn pin bên trong 6-12 giờ
+ Nguồn cấp bên ngoài 7,5V, DC
1.3.4.Tín hiệu xuất ra của hệ thống kiểm tra
Đánh giá khuyết tật hoặc các bất liên tục của cáp thép kiểm tra được xác định
dựa trên biên độ xung và phân tích hình dạng xung. Khuyết tật phát hiện được
là tổng thể các khuyết tật ở vị trí đó được ghi nhận từ cả hai cảm biến của
đầu
đo.

22

L:Tín hiệu thu được từ cảm biến LF OUTER (bên trái);
R: Tín hiệu thu được từ cảm biến LF INNER (bên phải);
M: Tín hiệu thu được từ cảm biến LMA;
f
d
Phần giảm tiết diện ngang của cáp;
s : khoảng hở giữa 2 đầu sợi đứt;
r : độ lệch tâm của khuyết tật;
LMA : độ hư hại về tiết ngang bên ngoài theo chiều dài của cáp thép.

23
M
M
ộ
ộ
t
tb
b
ả
ả
n
np
p
h
h
ụ
ụt
t
h
h
u
u
ộ
ộ
c
c
à
àc
c
h
h
i
i
ề
ề
u
ud
d
à
à
i
ic
c
ủ
ủ
a
a
Kiểm tra vùng phát hiện cáp có sợi đứt, gãy bên trong Bề rộng khuyết tật giảm dần
Tiết diện ngang của cáp thép
Xung của khuyết tật LF
Bề rộng khuyết tật giảm dần
Tiết diện ngang của cáp thép
Xung của khuyết tật LMA
Dùng dụng cụ như hình vẽ tách 2 tao phía trên và
xoay nâng lên để kiểm tra sợi đứt bên trong. Sợi của
lõi bị đứt không thể kiểm tra bằng mắt từ bên ngoài

24
1.4. Ưu, khuyết của phương pháp kiểm tra cáp thép bằng từ tính với từ
trường không đổi và tiềm năng ứng dụng.
1.4.1. Ưu điểm :
- Thời gian kiểm tra nhanh, liên tục, dễ thao tác khi kiểm tra ở các điều kiện
khác nhau: nhà xưởng, hầm mỏ, công trường, . . ở mặt đất hay trên cao;
- Xác định được khuyết tật bên trong và các vị trí cáp bị suy giảm tiết diện;
- Kết nối với máy tính, thuận ti
ện cho việc in ra hay lưu giữ kết quả kiểm tra.
1.4.2. Khuyết điểm
- Phương pháp mới đưa vào ứng dụng nên tư liệu cũng như đào tạo cấp
chứng chỉ chuyên ngành còn hạn chế.
- Chi phí kiểm tra tương đối cao, thị trường khai thác còn hạn chế cần phải
có thời gian tích lũy kinh nghiệm, quen dần với phương pháp mới;
- Công việc phụ thuộc vào kiến thức, kinh nghiệ