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港口钢丝绳在线实时监控系统

[ 发布日期:2017-01-10 点击:4442 来源:澳门新葡亰手机娱乐网址 【打印此文】 【关闭窗口】]

为了保障港口各类吊装设备钢丝绳安全,科学延长钢丝绳使用寿命, 基于全磁无损探伤技术的TST港口钢丝绳在线实时监控系统能可靠、有效、直观的实时监控钢丝绳当前损伤程度等全面安全状态,降低企业生产用绳成本,避免潜在安全事故发生并提升企业安全管理工作效率及水平。

关键词:港口,岸桥,钢丝绳安全,TST钢丝绳在线实时监控系统

A Brief Introduction of TST Wire Rope Online Inspection System

 for Wire Ropes on Port

WANG  Xiaogang

Engineering Technical Department,China LuoYang TST Flaw Detection Technology Co., LTD.,  Luoyang 471000,Henan,China

Abstract: In order to insure the safety and extend the service life ofsteel wire ropes on port quay cranes, TST wire rope online inspection system provides a reliable, effective and visualized solution based on the electromagnetic (EM) sensor technology for the non-destructive test of wire ropes in real-time and full- time.The cost of wire ropes could be reducedand the safety hazards could be controlled by TST solution. Also the efficiency and the effectiveness of safety management are improved a lot by TST wire rope online inspection system.

Keywords: Port, Quay Crane, Steel Wire Rope, Safety, TST Online Inspection System.

一、 研究目的

作为岸桥、龙门吊、门座起重机、卸船机、牵引机等港口吊装设备的主要承载组件,当前仅仅依靠人工目视开展的维护、检测及更换依据等安全管理工作严重缺乏科学性,造成不是安全过度带来极大浪费,就是盲目侥幸留下巨大潜在安全风险,因此钢丝绳的安全使用也备受关注。长期以来,由于钢丝绳探伤技术手段问题,导致钢丝绳使用和管理始终存在五大“疾患”:

1. 安全隐患 

钢丝绳使用过程中,多发因强度损耗而导致的断绳事故。据权威机构不完全调查统计,有12%的在用钢丝绳处于“危险或极度危险”状态。

2. 经济浪费大 

定期更换钢丝绳造成极大浪费。70%以上被强制更换的钢丝绳“很少或基本上没有强度损耗”,基本仍处于可继续适用生产现场状态。

3. 工作效率低 

传统的靠人工目视、手摸检查方法,耗时、费工、效率低下。

4. 人为管理松 

人工检测不可及,安全管理不到位,许多重大事故隐患难以发现。

5. 社会危害重 

重大断绳事故必然导致重大危害后果,重大生产安全事故必然带给企业和社会更大的危害。

利用钢丝绳无损探伤领域世界公认的且最科学可靠的TST全磁技术彻底改观解决上述问题即是本论文研究方向和目的。

二、 研究方法及手段

1.钢丝绳运行工况分析

论文以港口岸边集装箱起重机钢丝绳(以下简称岸桥)为例进行TST港口钢丝绳在线实时监控系统分析研究说明,通过对岸桥的了解,发现其吊装钢丝绳的使用存在以下特点:

1.1 易锈蚀 

起重设备位于海边或江河边,工作环境的温差和湿度都很大。温度范围在-5℃~+50℃之间,相对湿度在100﹪的范围内,并经常经受雨水、盐雾的侵蚀等。起重设备的钢丝绳长久处在这样恶劣的环境内,极易发生锈腐蚀。

1.2 易疲劳 

岸桥起升工作负荷大,工作瞬间变化(如:起升、加速、减速、制动等)引起的冲击力或惯性载荷,对承载钢丝绳影响很大,特别是经过卷筒和滑轮组多次弯曲绕行的钢丝绳段极易发生因疲劳超限导致的裂断、塑变、硬脆等损伤,严重情况下如不能及时察觉会引发断绳事故。

1.3易磨损 

由于集装箱船舶的特殊性和集装箱钢丝绳的起升、变位等速度较快,导致钢丝绳与接触滑轮间相对摩擦;同时起升钢丝绳与船舱边缘或集装箱隔槽之间也会发生不定性的直接碰撞磨擦,有时还会发生钢丝绳钩拉事故引起的其他磨损;另外起升用绳一般选用多层股钢丝绳,在缠绕运行中表层股与内层股之间经常挤压摩擦,所以对于岸桥起重机的钢丝绳磨损也较为常见。

2.钢丝绳损伤分析

2.1 岸桥钢丝绳的损伤破坏形式

新钢丝绳在正常情况下使用时一般不会发生突然断裂,除非安全保护装置失灵或出现意外的机械事故,导致钢丝绳载荷超过其极限破断力。

起重用钢丝绳的一般破坏过程及特征是:钢丝绳通过卷绕系统时要经过反复弯曲和伸直,并与滑轮和卷筒槽摩擦,工作条件愈恶劣,工作愈频繁,此现象就愈严重。经过一定www.649.net,钢丝绳股内的钢丝不同程度地发生弯曲疲劳与磨损,表面层的钢丝逐渐折断,折断钢丝的数量越多,其他未断钢丝的拉力越大,疲劳和磨损更为加剧,断丝速度亦愈快。当断丝发展到一定程度,钢丝绳开始丧失承载的安全性,这时就应报废且更换新绳。(见《港机设计手册》P275

2.2 岸桥钢丝绳载荷分析

以如下形式的起升机构钢丝绳系统为例,简要分析钢丝绳所承受载荷。

假设起升载荷和自重载荷分别为FQFG,物品起升速度为Vh,下图为双双联滑轮组结构,钢丝绳分支数为4,那么引入卷筒的钢丝绳张力F和线速度Vm分别为:

F=(FQ +FG/4           Vm=4Vh

而起升过程的加速阶段动载荷(见《港机设计手册》P18

Fd=(FQ +FG*c     c为动载荷系数,

对于做装卸用的臂架起重机,c=1+0.35Vh  

假设物品起升速度Vh=60m/min,那么引入卷筒的钢丝绳载荷和线速度分别为F=1.35 *F=1.35*FQ +FG/4240m/min

此外,在钢丝绳运行过程中未经过测点A1B1的绳段,虽然经过3S行变向(实验证明,反向弯曲所引起的钢丝绳疲劳损伤为同向弯曲的2倍(见《港机设计手册》P276)),但其载荷只有F/8,速度只有2Vh,其损伤可能和损伤程度均不及经卷筒出绳口的绳段。

综上所述,无论是载荷还是钢丝绳运行速度(速度快其磨损程度也较严重),在卷筒出绳处设置探测点是符合起重作业过程中钢丝绳损伤情况的,以此为基础探测到的钢丝绳运行状态是合适的和具有代表性的。

三、TST港口钢丝绳在线实时安全监测管理系统

1. TST港口钢丝绳在线实时安全监测管理系统概述

澳门新葡亰手机娱乐网址研发的TST港口钢丝绳在线实时安全监测管理系统能够在线实时监测港口吊装钢丝绳的安全状态,同时具备服务整体自动化生产管理可拓展兼容功能。

?配备专有设备:满足用户不同控制目标和使用需求的无损探伤系统设备;

?运用技术: 基于“电感磁通变量补偿传感器技术”(专利技术)理论的在线无损探伤;

?采取专业设计: 实现通用模式与专家管理同一平台,专业化的TST钢丝绳探伤(工程)系统V3.0应用App(原始全部著作权);

?实施专项制造: 满足不同控制目标实际安装、使用要求;

2. 系统规划方案

根据港口现有吊装机械种类、作业工况、用户实际需求,制定了以下方案:

2.1 系统描述

该系统分为模式组合探测单元、探伤信息分站和程控工作主站(设险情状态预报警机制)三大部分,各部分均定点安装。

2.1.1 模式组合探测单元

由模式组合探测装置、 模态磁化装置、电磁补偿感应模块(组)、功能模块、信息模变处理模块、安装附件等组成;全天候连续工作,日常免维护。

2.1.2 探伤信息分站

由数采转换集成模块、信息存储模块、数据分析处理模块、数组形式转换模块、通讯传输模块、A/D协议单元等组成;室外机箱内安置,日常免维护,全天候工作,定期维检。

2.1.3、程控工作主站

以专业的工业控制计算机为平台,配置自动监测信号采集单元、多信道通讯单元(有线或无线联通方式)、声光报警单元、TST专用上位机处理显示App和短信发布、打印组件等。室内(机房)安装安置,日常简单维护;连续或自定义择时工作。

系统效果图

2.2 系统整体结构拓扑及子系统方案

2.2.1系统整体结构拓扑图

2.2.2 起升钢丝绳系统

作为岸桥起重机结构最重要的起升机构,其钢丝绳系统共布置了4个测点,示意图如下:

在正常吊装过程中,起升钢丝绳载荷(包括自重载荷和起升载荷等)、运行速度最快的部位在卷扬机出绳口附近,经常在此位置往复运动的钢丝绳也是整根钢丝绳损伤最严重的部位,所以在此位置布置测点,能够探测出钢丝绳最需要关注的部分,从而使操作人员能够实时掌控钢丝绳的运行状态,为安全生产提供有力的保障。

起升钢丝绳系统在如图A方向(货物起升方向,此时载荷)运动时磁化与探测同步进行,有效监测绳长为4hh为货物提升高度)。

2.2.3 牵引小车钢丝绳系统

牵引小车钢丝绳系统共布置了4个测点,示意图如下:

牵引小车钢丝绳系统的测点布置在牵引小车卷扬机出绳口两侧附近,此处钢丝绳载荷较其他位置大。系统在如图A方向(货物由货轮往陆地方向)运动时同步进行磁化和探测,有效探测绳长为LL为小车行走长度)。

2.2.4 托架小车钢丝绳系统

测点布置于钢丝绳往复运动频繁的部分,能够有效探测长期运动引起的疲劳等损伤。小车如图示A方向运动时磁化与探测同步进行,测点34有效监测绳长为L/2,测点1256有效监测绳长为LL为小车行走长度)。

2.2.5俯仰钢丝绳系统

俯仰钢丝绳系统共布置了2个测点,示意图如下:

俯仰钢丝绳系统2个测点布置在卷扬机出绳口附近,这样布置可以监测整根钢丝绳载荷和弯曲疲劳最严重的部分。当卷扬机如图示A方向运动时(即拉起前伸梁悬臂时)磁化与探测同时进行。

3.系统参数、技术优势及系统特性

 3.1系统参数

  TST港口钢丝绳在线实时安全监测管理系统参数:

? 电磁感应灵敏度:     U/H 1.2V/mT

? 电磁感应信噪比:     S/N85dB

? 仪表精度:           Pmax = 0.05%

? 探伤定量不确定度:   ≤±1.2%

? 仪表实时响应速率:   Vmax = 20 m/s   

? 使用控制范围:       V = 0~200 m/min

? 轴向位示值精度等级: 5 × 10-4  m

? 探测长度校准误差:   C < 10 mm/m

? 信号有效提取距离:   030 mm

? 传感器耗散功率:     50 mW

? 传感器工作寿命:     2.7×104h

3.2系统技术优势

? 定量、定性探伤

定量定位探测,可依据模式识别App判别钢丝绳内外部疲劳、锈蚀、磨损及断丝等损伤类型。

?探伤    电磁感应信噪比:S/N85dB

?宽距探伤

信号有效提取距离30mm以上

?高速探伤  探测速度30m/s

?智能探伤

智能自动定量判别、分类统计各种内外部损伤,准确评估钢丝绳安全状态;同时融入物联网、大数据、云计算等数据信息互联分析技术,使安全监测信息从局部向区域化规模扩展,分布式终端信息融入整体安全信息数据库,实现安全管理“无边界”互联互通。

3.3系统特性

TST港口钢丝绳在线实时安全监测管理系统既满足控制目标的安全生产要求,对钢丝绳做到科学有效实时监控同时具备服务整体自动化生产管理可拓展兼容功能。

3.3.1 控制目标上的所有受测标本,均被在线实时可靠监测;  3.3.2 控制目标的正常生产运行,不因监测系统的投入而受到影响; 3.3.3 对受测标本的任何监测均是安全无损的; 3.3.4 采用电磁变量补偿方法完成监测控制,完全排除“强磁”辐射污染,消除了强磁场对铁磁性金属构件工作性能可能造成的不良影响;彻底克服“弱磁”易受干扰,抑制了电磁信号因钢丝绳铁磁性扰动产生的异变噪声; 3.3.5受控标本(钢丝绳)上无强磁性极点滞留,消除强磁滞留对钢丝绳机械性能产生损害的可能; 3.3.6 监测系统实施计算机程序控制,管理App模式依据控制目标安全生产的现实要求和项目的规范规划; 3.3.7更新设计TST专业应用App程序,搭建安全监测与后续系统全面管理升级兼容的可拓展平台; 3.3.8 监测系统使用模式:定测点采样,在线实时探测; 3.3.9 监测系统管理模式:高速率数据传输编辑方式,设立钢丝绳运行工况状态险情声光预报警机制,实现www.649.net对设备安全作业操作的安全提示;监测结果全息导入主控管理终端,全面实时处理分析、编辑显示、输出安全状态报告,完成数据保存。

四、TST监测系统检测结果评判标准及安全管理依据

1.检测结果评判标准

 钢丝绳是一种金属的柔性载荷构件,投入使用就必然不断产生应力损耗直至报废;而且,各种不同程度的瑕疵或损伤及其不可修复性,伴随钢丝绳的整个服役周期。因此,对在役钢丝绳无损探伤的目的在于:探测损伤等级,判断危害程度,评估剩余载荷。TST电磁无损探伤技术,严格实行国际标准规定的钢丝绳应用力学校核原则,结合大量无损探伤实践数据,研制构建了专业处理App,实现了符合事实的核心算法模式,为满足钢丝绳无损探伤实用需求,专业定义钢丝绳损伤级别、危害程度及探准概率:

I级损伤:钢丝绳原始瑕疵或早期扩展,基本不影响使用安全性;应力截面损失率<2.5%,危害程度——轻微度,探准概率 > 83%

II级损伤:钢丝绳已产生“积劳性损伤”(弯曲疲劳)、“接触性损伤”(挤压塑变、磨损)和“浸蚀性损伤”(锈腐蚀)等,开始影响安全性但不构成主体破坏;应力截面损失率≥2.5%但<5%,危害程度——轻度,探准概率 > 91%

III级损伤:钢丝绳已有的损伤进一步扩大加重,对主体逐步构成破坏性威胁;应力截面损失率≥5%但<9.5%,危害程度——中重度,探准概率 > 99%

特别损伤:凡按照具体行业使用要求,达到行业规程规定的更换临界值的损伤或应力截面损失率≥9.5%的,危害程度——重度;均应按相关规定更换使用钢丝绳,探准概率为100%

2. 监测系统安全管理依据:

中华人民共和国标准 GB/8918-2006《钢丝绳》     中华人民共和国标准GB 1473893《港口装卸用钢丝绳吊索使用技术条件》

中华人民共和国标准GB 59721986《起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范》

中华人民共和国标准GB/T 199122005《轮胎式集装箱门式起重机安全规程》     参考:中华人民共和国煤炭行业标准MT/T970-2005《钢丝绳(缆)在线无损定量检测方法和判定规则》      《港口起重运输机械设计选型与使用维护及质量检验标准规范实用手册》相关条款

五、 分析总结

TST港口钢丝绳在线实时安全监测管理系统凭借的全磁检测技术将钢丝绳损伤的多样性和复杂性以简单直观的方式呈现出来,让钢丝绳检测工作从低效、不可靠、繁杂的记录、艰难的钢丝绳安全状态判断中解放出来,代之以直观、科学的管理模式,给您一目了然的钢丝绳安全状态,保障生产节奏有计划顺利的安全运行,并科学延长钢丝绳使用寿命、预防潜在断绳造成的生产安全风险、直接为企业降低生产用绳成本、全面提升港口企业安全管理水平。

总之,TST港口钢丝绳在线实时安全监测管理系统在港口行业钢丝绳安监管理方面具有广阔的发展前景,能让企业真正感受到先进技术所带来的便捷、高效、可靠和安全。

参考文献

[1]江四厚,王汉功,阳能军,. 小波分析在钢丝绳检测信号处理中的应用[J]. 无损检测,

2006,28(2):70-72.

[2]窦毓棠,杨 旭,窦伯莉. 钢丝绳()全息定量无损检测[J]. 矿山机械,

2001,29(5):549-53.

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