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港口鋼絲繩在線實時監控系統

[ 发布日期:2017-01-10 点击:9652 来源:洛陽抖阴直播探傷技術有限公司 【打印此文】 【關閉窗口】]

为了保障港口各类吊装设备鋼絲繩安,科学延长鋼絲繩使用寿命, 基于磁无损探伤技术的TST港口鋼絲繩在線實時監控系統能可靠、有、直观的实时监控鋼絲繩当前损伤程度等面安状态,降低企业生产用绳成本,避免潜在安事故发生并提升企业安管理工作率及水平。

關鍵詞:港口,岸橋,鋼絲繩安,TST鋼絲繩在線實時監控系統

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.

、 研究目的

作爲岸橋、龍門吊、門座起重機、卸船機、牽引機等港口吊裝設備的主要承載組件,當前僅僅依靠人工目視開展的維護、檢測及更換依據等安管理工作嚴重缺乏科學性,造成不是安過度帶來大浪費,就是盲目僥幸留下巨大潛在安風險,因此鋼絲繩的安使用也備受關注。長期以來,由于鋼絲繩探傷技術手段問題,導致鋼絲繩使用和管理始終存在五大“疾患”:

1. 安隐患 

鋼絲繩使用過程中,多發因強度損耗而導致的斷繩事故。據權威機構不完調查統計,有12%的在用鋼絲繩處于“危險或度危險”狀態。

2. 经济浪费大 

定期更換鋼絲繩造成大浪費。70%以上被強制更換的鋼絲繩“很少或基本上沒有強度損耗”,基本仍處于可繼續適用生産現場狀態。

3. 工作率低 

傳統的靠人工目視、手摸檢查方法,耗時、費工、率低下。

4. 人为管理松 

人工檢測不可及,安管理不到位,許多重大事故隱患難以發現。

5. 社会危害重 

重大斷繩事故必然導致重大危害後果,重大生産安事故必然帶給企業和社會更大的危害。

利用鋼絲繩無損探傷域世界公認的且科學可靠的TST磁技術徹底改觀解決上述問題即是本論文研究方向和目的。

二、 研究方法及手段

1.鋼絲繩運行工況分析

論文以港口岸邊集裝箱起重機鋼絲繩(以下簡稱岸橋)爲例進行TST港口鋼絲繩在線實時監控系統分析研究说明,通过对岸桥的了解,发现其吊装鋼絲繩的使用存在以下点:

1.1 易锈蚀 

起重設備位于海邊或江河邊,工作環境的溫差和濕度都很大。溫度範圍在-5℃~+50℃之間,相對濕度在100﹪的範圍內,並經常經受雨水、鹽霧的侵蝕等。起重設備的鋼絲繩長久處在這樣惡劣的環境內,易發生鏽腐蝕。

1.2 易疲劳 

岸橋起升工作負荷大,工作瞬間變化(如:起升、加速、減速、制動等)引起的沖擊力或慣性載荷,對承載鋼絲繩影響很大,別是經過卷筒和滑輪組多次彎曲繞行的鋼絲繩段易發生因疲勞超限導致的裂斷、塑變、硬脆等損傷,嚴重情況下如不能及時察覺會引發斷繩事故。

1.3易磨損 

由于集裝箱船舶的殊性和集裝箱鋼絲繩的起升、變位等速度較快,導致鋼絲繩與接觸滑輪間相對摩擦;同時起升鋼絲繩與船艙邊緣或集裝箱隔槽之間也會發生不定性的直接碰撞磨擦,有時還會發生鋼絲繩鈎拉事故引起的其他磨損;另外起升用繩般選用多層股鋼絲繩,在纏繞運行中表層股與內層股之間經常擠壓摩擦,所以對于岸橋起重機的鋼絲繩磨損也較爲常見。

2.鋼絲繩損傷分析

2.1 岸桥鋼絲繩的损伤破坏形式

新鋼絲繩在正常情況下使用時般不會發生突然斷裂,除非安保護裝置失靈或出現意外的機械事故,導致鋼絲繩載荷超過其限破斷力。

起重用鋼絲繩的般破壞過程及征是:鋼絲繩通過卷繞系統時要經過反複彎曲和伸直,並與滑輪和卷筒槽摩擦,工作條件愈惡劣,工作愈頻繁,此現象就愈嚴重。經過定時間,鋼絲繩股內的鋼絲不同程度地發生彎曲疲勞與磨損,表面層的鋼絲逐漸折斷,折斷鋼絲的數量越多,其他未斷鋼絲的拉力越大,疲勞和磨損更爲加劇,斷絲速度亦愈快。當斷絲發展到定程度,鋼絲繩開始喪失承載的安性,這時就應報廢且更換新繩。(見《港機設計手冊》P275

2.2 岸桥鋼絲繩载荷分析

以如下形式的起升機構鋼絲繩系統爲例,簡要分析鋼絲繩所承受載荷。

假設起升載荷和自重載荷分別爲FQFG,物品起升速度爲Vh,下圖爲雙雙聯滑輪組結構,鋼絲繩分支數爲4,那麽引入卷筒的鋼絲繩張力F和線速度Vm分別爲:

F=(FQ +FG/4           Vm=4Vh

而起升過程的加速階段動載荷(見《港機設計手冊》P18

Fd=(FQ +FG*c     c爲動載荷系數,

對于做裝卸用的臂架起重機,c=1+0.35Vh  

假設物品起升速度Vh=60m/min,那么引入卷筒的鋼絲繩载荷和線速度分别为F=1.35 *F=1.35*FQ +FG/4240m/min

此外,在鋼絲繩運行過程中未經過測點A1B1的繩段,雖然經過3S行變向(實驗證明,反向彎曲所引起的鋼絲繩疲勞損傷爲同向彎曲的2倍(見《港機設計手冊》P276)),但其載荷只有F/8,速度只有2Vh,其損傷可能和損傷程度均不及經卷筒出繩口的繩段。

綜上所述,無論是載荷還是鋼絲繩運行速度(速度快其磨損程度也較嚴重),在卷筒出繩處設置探測點是符合起重作業過程中鋼絲繩損傷情況的,以此爲基礎探測到的鋼絲繩運行狀態是合適的和具有代表性的。

三、TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理系統

1. TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理系統概述

洛陽泰斯探傷技術有限公司研發的TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理系統能够在线实时监测港口吊装鋼絲繩的安状态,同时具备服务整体自动化生产管理可拓展兼容功能。

?配備有設備:滿足用戶不同控制目標和使用需求的無損探傷系統設備;

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

?采取业设计: 实现通用模式与家管理同平台,业化的TST鋼絲繩探傷(工程)系統V3.0應用軟件(原始部著作權);

?实施项制造: 满足不同控制目标实际安装、使用要求;

2. 系统规划方案

根據港口現有吊裝機械種類、作業工況、用戶實際需求,制定了以下方案:

2.1 系统描述

該系統分爲模式組合探測單元、探傷信息分站和程控工作主站(設險情狀態預報警機制)三大部分,各部分均定點安裝。

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;天候连续工作,日常免维护。

2.1.2 探伤信息分站

由數采轉換集成模塊、信息存儲模塊、數據分析處理模塊、數組形式轉換模塊、通訊傳輸模塊、A/D協議單元等組成;室外機箱內安置,日常免維護,天候工作,定期維檢。

2.1.3、程控工作主站

以業的工業控制計算機爲平台,配置自動監測信號采集單元、多信道通訊單元(有線或無線聯通方式)、聲光報警單元、TST用上位機處理顯示軟件和短信發布、打印組件等。室內(機房)安裝安置,日常簡單維護;連續或自定義擇時工作。

系統果圖

2.2 系统整体结构拓扑及子系统方案

2.2.1系統整體結構拓撲圖

2.2.2 起升鋼絲繩系统

作爲岸橋起重機結構重要的起升機構,其鋼絲繩系統共布置了4個測點,示意圖如下:

在正常吊裝過程中,起升鋼絲繩載荷(包括自重載荷和起升載荷等)、運行速度快的部位在卷揚機出繩口附近,經常在此位置往複運動的鋼絲繩也是整根鋼絲繩損傷嚴重的部位,所以在此位置布置測點,能夠探測出鋼絲繩需要關注的部分,從而使操作人員能夠實時掌控鋼絲繩的運行狀態,爲安生産提供有力的保障。

起升鋼絲繩系統在如圖A方向(貨物起升方向,此時載荷)運動時磁化與探測同步進行,有監測繩長爲4hh爲貨物提升高度)。

2.2.3 牵引小车鋼絲繩系统

牽引小車鋼絲繩系統共布置了4個測點,示意圖如下:

牽引小車鋼絲繩系統的測點布置在牽引小車卷揚機出繩口兩側附近,此處鋼絲繩載荷較其他位置大。系統在如圖A方向(貨物由貨輪往陸地方向)運動時同步進行磁化和探測,有探測繩長爲LL爲小車行走長度)。

2.2.4 托架小车鋼絲繩系统

測點布置于鋼絲繩往複運動頻繁的部分,能夠有探測長期運動引起的疲勞等損傷。小車如圖示A方向運動時磁化與探測同步進行,測點34有監測繩長爲L/2,測點1256有監測繩長爲LL爲小車行走長度)。

2.2.5俯仰鋼絲繩系統

俯仰鋼絲繩系統共布置了2個測點,示意圖如下:

俯仰鋼絲繩系統2個測點布置在卷揚機出繩口附近,這樣布置可以監測整根鋼絲繩載荷和彎曲疲勞嚴重的部分。當卷揚機如圖示A方向運動時(即拉起前伸梁懸臂時)磁化與探測同時進行。

3.系統參數、技術優勢及系統性

 3.1系統參數

  TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理系統参数:

? 电磁感应灵敏度:     U/H 1.2V/mT

? 電磁感應信噪比:     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: 5 × 10-4  m

? 探测长度校准误差:   C < 10 mm/m

? 信號有提取距離:   030 mm

? 传感器耗散功率:     50 mW

? 传感器工作寿命:     2.7×104h

3.2系統技術優勢

? 定量、定性探伤

定量定位探測,可依據模式識別軟件判別鋼絲繩內外部疲勞、鏽蝕、磨損及斷絲等損傷類型。

?探傷    電磁感應信噪比:S/N85dB

?寬距探傷

信號有提取距離30mm以上

?高速探傷  探測速度30m/s

?智能探傷

智能自动定量判别、分类统计各种内外部损伤,准确评估鋼絲繩安状态;同时融入物联网、大數據、云计算等数据信息互联分析技术,使安监测信息从局部向区域化规模扩展,分布式终信息融入整体安信息数据库,实现安管理“无边界”互联互通。

3.3系統性

TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理系統既满足控制目标的安生产要求,对鋼絲繩做到科学有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 控制目標的正常生産運行,不因監測系統的投入而受到影響; 3.3.3 對受測標本的任何監測均是安無損的; 3.3.4 采用電磁變量補償方法完成監測控制,完排除“強磁”輻射汙染,消除了強磁場對鐵磁性金屬構件工作性能可能造成的不良影響;徹底克服“弱磁”易受幹擾,抑制了電磁信號因鋼絲繩鐵磁性擾動産生的異變噪聲; 3.3.5受控標本(鋼絲繩)上無強磁性點滯留,消除強磁滯留對鋼絲繩機械性能産生損害的可能; 3.3.6 監測系統實施計算機程序控制,管理軟件模式依據控制目標安生産的現實要求和項目的規範規劃; 3.3.7更新設計TST業應用軟件程序,搭建安監測與後續系統面管理升兼容的可拓展平台; 3.3.8 監測系統使用模式:定測點采樣,在線實時探測; 3.3.9 監測系統管理模式:高速率數據傳輸編輯方式,設立鋼絲繩運行工況狀態險情聲光預報警機制,實現時間對設備安作業操作的安提示;監測結果息導入主控管理終,面實時處理分析、編輯顯示、輸出安狀態報告,完成數據保存。

四、TST監測系統檢測結果評判標准及安管理依據

1.檢測結果評判標准

 鋼絲繩是種金屬的柔性載荷構件,投入使用就必然不斷産生應力損耗直至報廢;而且,各種不同程度的瑕疵或損傷及其不可修複性,伴隨鋼絲繩的整個服役周期。因此,對在役鋼絲繩無損探傷的目的在于:探測損傷等,判斷危害程度,評估剩余載荷。TST電磁無損探傷技術,嚴格執行際標准規定的鋼絲繩應用力學校核原則,結合大量無損探傷實踐數據,研制構建了業處理軟件,實現了符合事實的核心算法模式,爲滿足鋼絲繩無損探傷實用需求,業定義鋼絲繩損傷別、危害程度及探准概率:

I損傷:鋼絲繩原始瑕疵或早期擴展,基本不影響使用安性;應力截面損失率<2.5%,危害程度——輕微度,探准概率 > 83%

II損傷:鋼絲繩已産生“積勞性損傷”(彎曲疲勞)、“接觸性損傷”(擠壓塑變、磨損)和“浸蝕性損傷”(鏽腐蝕)等,開始影響安性但不構成主體破壞;應力截面損失率≥2.5%但<5%,危害程度——輕度,探准概率 > 91%

III損傷:鋼絲繩已有的損傷進步擴大加重,對主體逐步構成破壞性威脅;應力截面損失率≥5%但<9.5%,危害程度——中重度,探准概率 > 99%

別損傷:凡按照具體行業使用要求,達到行業規程規定的更換臨界值的損傷或應力截面損失率≥9.5%的,危害程度——重度;均應按相關規定更換使用鋼絲繩,探准概率爲100%

2. 监测系统安管理依据:

中華人民共和標准 GB/8918-2006《鋼絲繩》     中華人民共和標准GB 1473893《港口裝卸用鋼絲繩吊索使用技術條件》

中華人民共和標准GB 59721986《起重機械用鋼絲繩檢驗和報廢實用規範》

中華人民共和標准GB/T 199122005《輪胎式集裝箱門式起重機安規程》     參考:中華人民共和煤炭行業標准MT/T970-2005《鋼絲繩(纜)在線無損定量檢測方法和判定規則》      《港口起重運輸機械設計選型與使用維護及質量檢驗標准規範實用手冊》相關條款

五、 分析总结

TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理系統凭借的磁检测技术将鋼絲繩损伤的多样性和复杂性以简单直观的方式呈现出来,让鋼絲繩检测工作从低、不可靠、繁杂的记录、艰难的鋼絲繩安状态判断中解放出来,代之以直观、科学的管理模式,给您目了然的鋼絲繩安状态,保障生产节奏有计划顺利的安运行,并科学延长鋼絲繩使用寿命、预防潜在断绳造成的生产安风险、直接为企业降低生产用绳成本、面提升港口企业安管理水平。

總之,TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理系統在港口行業鋼絲繩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、可靠和安。

參考文獻

[1]江四厚,王漢功,陽能軍,. 小波分析在鋼絲繩檢測信號處理中的應用[J]. 無損檢測,

2006,28(2):70-72.

[2]窦毓棠,杨 旭,窦伯莉. 鋼絲繩()息定量無損檢測[J]. 礦山機械,

2001,29(5):549-53.