港口鋼絲繩在線實時監控係統

為了保障港口各類吊裝（zhuāng）設備鋼絲繩安，科學延長鋼絲繩使用壽命， 基於磁無損探傷技術的TST港（gǎng）口鋼絲繩（shéng）在線實時監控係統能（néng）可靠、有、直觀（guān）的實時監控鋼絲繩當前損傷程度等（děng）麵安狀態，降低企業生產用繩成本，避免潛在（zài）安事故發生並提升企業安管理工（gōng）作率及水平。

關鍵詞：港口，岸橋，鋼絲繩安，TST鋼絲繩（shéng）在線實時監（jiān）控係統

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

作為岸橋、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（chéng）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（shì）盲目僥幸留下巨大潛在安風險，因此鋼絲繩的安使（shǐ）用也備受關注（zhù）。長（zhǎng）期以來，由於鋼絲繩探傷（shāng）技術手段問題，導致鋼絲繩使用和管理始終（zhōng）存在五大“疾患”：

1. 安隱患 

鋼絲繩使用過程（chéng）中，多發因強度損（sǔn）耗而導致的斷繩事（shì）故。據權威機構（gòu）不完調查統計，有12%的（de）在用鋼絲繩（shéng）處於“危險或（huò）度危險”狀態。

2. 經濟浪費大（dà） 

定期更換鋼絲繩造（zào）成大（dà）浪費。70%以上被強製更（gèng）換（huàn）的鋼絲繩“很少或（huò）基（jī）本（běn）上沒有強（qiáng）度損耗”，基（jī）本仍處於可繼續（xù）適用生（shēng）產現場（chǎng）狀態（tài）。

3. 工作率低 

傳統（tǒng）的靠（kào）人工目視、手摸檢查方法，耗時、費（fèi）工、率低下（xià）。

4. 人為管理鬆 

人工檢（jiǎn）測不可及，安管理不到位，許多重大事故隱患難以發現。

5. 社會危害重 

重大斷繩事故必然導致重大（dà）危害後果，重大生產安事（shì）故（gù）必然（rán）帶給企業和社會更大的危（wēi）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（jiū）方法及手段

1.鋼絲繩運行工況分析

論文（wén）以港口（kǒu）岸邊集裝箱起重機鋼絲繩（shéng）（以下簡稱岸橋）為例進行TST港口鋼絲繩在線實時監控係統分析研究說明，通（tōng）過對岸橋的了解，發現其吊（diào）裝鋼絲繩的使用存（cún）在以下（xià）點：

1.1 易鏽蝕 

起重設備位於海邊或江河邊（biān），工作環境的溫差和濕度都很（hěn）大。溫度範圍在-5℃～+50℃之間，相對濕度在100﹪的範圍（wéi）內（nèi），並經常經受雨水、鹽霧的侵蝕等。起重設備的鋼絲繩長（zhǎng）久處在這樣（yàng）惡（è）劣的環境內，易發生鏽腐蝕（shí）。

1.2 易疲（pí）勞 

岸橋起升（shēng）工作負（fù）荷大，工（gōng）作瞬（shùn）間變化（如：起升、加（jiā）速、減速、製動等）引起的衝擊力或慣性載荷，對承載鋼絲繩影響很大，別是經過（guò）卷筒和滑輪（lún）組多次彎曲繞行的（de）鋼絲繩段易發生因疲勞超限導致（zhì）的裂斷、塑變、硬脆等損（sǔn）傷，嚴重情況下如不能及時察覺會引發斷繩事故（gù）。

1.3易磨損 

由於集裝（zhuāng）箱船舶（bó）的殊（shū）性和集裝箱鋼絲繩的起升、變（biàn）位等速度（dù）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（shēng）鋼絲（sī）繩鉤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（chán）繞運行中表層股與內層股之間經常擠壓摩擦，所以對於（yú）岸橋起（qǐ）重機（jī）的鋼絲繩磨損也較為常見。

2.鋼絲繩損傷分析

2.1 岸（àn）橋鋼絲繩的損傷破壞形式

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（ān）保護裝（zhuāng）置失靈或出現（xiàn）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（de）般破（pò）壞過程及征是：鋼絲繩通（tōng）過卷繞（rào）係統時要（yào）經過反複（fù）彎曲和伸（shēn）直，並與滑輪和（hé）卷筒槽摩擦，工作條件愈惡劣，工作愈頻（pín）繁，此現象就愈嚴重。經過定時間（jiān），鋼絲繩股內的鋼絲不同（tóng）程度地發生彎曲疲勞與磨損，表麵層的鋼絲逐漸（jiàn）折斷（duàn），折斷鋼絲的數量越多，其他未斷鋼絲的拉（lā）力越大，疲勞和磨損更為加劇（jù），斷絲速度（dù）亦愈快。當斷絲發展到定程度，鋼絲（sī）繩開始喪失（shī）承（chéng）載的安性，這時就應報（bào）廢且更換新（xīn）繩。（見《港機設計手冊》P275）

2.2 岸橋鋼絲繩載（zǎi）荷分析

以如下形式的起升機構鋼絲繩係統為例，簡要分析鋼絲繩所承受載荷。

假設起升載荷和自重載（zǎi）荷分別為FQ、FG，物品起升速度為Vh，下圖為雙雙聯滑輪組結構，鋼絲繩分支數為4，那（nà）麽引入卷筒的鋼絲繩張力（lì）F和線速度Vm分別為：

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為動載荷係數，

對於做裝卸用的臂架起重機，c=1+0.35Vh  

假設物品（pǐn）起升速（sù）度Vh=60m/min,那麽引入卷筒的鋼絲繩載荷和線速（sù）度（dù）分別為F，=1.35 *F=1.35*（FQ +FG）/4、240m/min。

此外，在鋼絲繩運行過程中未經過測點A1、B1的繩段，雖（suī）然經過3次（cì）S行變（biàn）向（實（shí）驗證明，反向彎曲所引起的鋼絲繩疲勞損傷為同向彎（wān）曲的2倍（見《港機設計手冊》P276）），但其載荷隻有F/8，速度隻有2Vh，其損傷（shāng）可能和損傷程度均不及經卷筒出繩口的繩段。

綜上所（suǒ）述（shù），無論是載荷還是鋼絲繩運行速度（速（sù）度快其磨損程度也較嚴重），在卷筒出（chū）繩處（chù）設置探測點（diǎn）是符合起重作業過程中鋼絲繩損傷情況的，以此為（wéi）基（jī）礎探測到的鋼絲繩運行狀（zhuàng）態是合適的和具有代表性的。

三、TST港口（kǒu）鋼絲繩在線實時安監測管理係統

1. TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理係統概述

洛陽泰斯探傷技術有（yǒu）限公司研發的TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理係統能夠在線（xiàn）實時監測港口吊裝鋼絲繩的安狀態，同時具備服務（wù）整體自動化生產管理（lǐ）可拓展兼容功能。

配備有設備：滿足用戶不同控製目標和使用需（xū）求的無損探（tàn）傷係統設備；

運（yùn）用（yòng）技術： 基（jī）於“電感磁通變（biàn）量補償傳感器技術（shù）”（利技術）理論的在線無損探傷；

采取業設（shè）計： 實現通用模式與家管（guǎn）理同平台，業化的TST鋼絲繩探（tàn）傷（工程）係統V3.0應用軟件（原始部著作權）；

實施項製造： 滿足不同（tóng）控製目標實際安裝、使用要求；

2. 係統規劃方案

根據港口現有吊裝機械種類、作業工況、用戶實際需求，製定了以下方案：

2.1 係統描述

該係統分為模式組合探（tàn）測單元、探傷信息分站和程控工作主站（設（shè）險情狀態預報警機（jī）製）三（sān）大部分，各部分均定點安裝。

2.1.1 模（mó）式組合探測單元

由模式組合探測（cè）裝置、 模態磁化裝置、電磁（cí）補（bǔ）償感應模塊（組）、功能模塊、信息模變處理模（mó）塊、安裝附件等組（zǔ）成；天候連續工作（zuò），日常免維護。

2.1.2 探傷信息分站

由數采轉換集成模塊、信（xìn）息（xī）存（cún）儲模塊、數據分（fèn）析處理模塊、數組形式轉換模塊、通訊傳（chuán）輸模塊、A/D協議單元（yuán）等組成（chéng）；室外機箱內安置，日常免維護，天（tiān）候工作，定期維檢。

2.1.3、程控工作主站（zhàn）

以業的（de）工業控製計（jì）算機為平台，配置自動監測（cè）信號采集（jí）單元、多信（xìn）道通訊單元（yuán）（有線或無（wú）線聯通（tōng）方式（shì））、聲光報警單元（yuán）、TST用（yòng）上位機處理顯示軟件和短信（xìn）發布、打（dǎ）印組件等。室內（機房）安裝安置，日常簡單維護（hù）；連續或自定（dìng）義擇時工作。

係統果圖

2.2 係統整體結構拓撲及（jí）子係統方案

2.2.1係統整體結構拓撲圖

2.2.2 起升鋼絲繩係統

作為（wéi）岸橋（qiáo）起重機結構重要的起升機構，其鋼絲繩（shéng）係統共布置了4個測點，示意圖如下：

在正常吊（diào）裝過程（chéng）中，起升（shēng）鋼絲繩載荷（包括自重載荷和起升載荷等）、運行速度（dù）快的部位在卷揚機出繩口附（fù）近，經常（cháng）在此位置往複運（yùn）動（dòng）的鋼絲繩也是整根鋼絲繩損傷嚴重的部（bù）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（gòu）實時（shí）掌控鋼絲繩的運行（háng）狀態，為（wéi）安生產提供有力的保（bǎo）障。

起升鋼絲繩係統在如圖A方向（貨物起升方向（xiàng），此時載荷）運動時（shí）磁化與（yǔ）探測同步進行，有監測（cè）繩長為4h（h為貨物提升（shēng）高度）。

2.2.3 牽引小車（chē）鋼絲繩係統（tǒng）

牽引小車鋼絲繩係統共布置了（le）4個測點，示意圖如下：

牽引小車鋼絲（sī）繩係統（tǒng）的測點布置在牽引小車卷揚機出繩口兩側（cè）附近，此處鋼絲繩載荷（hé）較其他位置大。係（xì）統在如圖（tú）A方向（貨物由貨輪往陸地方向）運動時同步（bù）進行磁化和探測，有探測繩長為L（L為小車行走長度）。

2.2.4 托架（jià）小車鋼絲繩係統

測點布置於鋼（gāng）絲繩往複運動頻繁的（de）部分，能夠有探測長期（qī）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3、4有（yǒu）監測繩長為L/2，測點（diǎn）1、2、5、6有監測繩長為L（L為小（xiǎo）車行走長度）。

2.2.5俯仰鋼絲繩係統

俯仰鋼絲繩係統共布置了2個測點，示意圖如（rú）下：

俯仰鋼絲（sī）繩係統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（sī）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（tóng）時進行。

3.係（xì）統參數（shù）、技術優勢及係統（tǒng）性

 3.1係統參數

  TST港口鋼絲繩（shéng）在線（xiàn）實時安監測管理係統參數：

 電磁感應靈（líng）敏度：     U/H ＞ 1.2V/mT

 電磁感應信噪比：     S/N＞85dB

 儀表精度：           Pmax = 0.05%

 探（tàn）傷定量不確定度：   ≤±1.2%

 儀表實時（shí）響應速率（lǜ）：   Vmax = 20 m/s   

 使用控製範圍：       V = 0~200 m/min

 軸向位示值精度等： 5 × 10-4  m

 探測長度校準誤差：   C < 10 mm/m

 信號有提取距（jù）離：   0～30 mm

 傳感器耗散功率（lǜ）：     ＜50 mW

 傳感器工作壽命：     ＞2.7×104h

3.2係統技術優勢（shì）

 定量、定性探傷

定量定位探（tàn）測（cè），可（kě）依（yī）據模式識（shí）別軟件判別鋼絲繩（shéng）內外部疲勞、鏽蝕（shí）、磨損及斷絲等損傷類型。

探傷    電磁感應信噪比：S/N＞85dB

寬距探（tàn）傷

信號有（yǒu）提取距離30mm以上

高速（sù）探傷（shāng）  探測速度30m/s

智能探傷

智能自動定量判別、分類統計各種內外部（bù）損傷，準確評估鋼絲繩（shéng）安狀態（tài）；同時融入（rù）物聯網、大數據（jù）、雲計算等數據信息互（hù）聯（lián）分析技術，使（shǐ）安監測信息從局部向（xiàng）區域化規模擴展，分布式終信（xìn）息融入整體安信息數據庫（kù），實現安管理“無邊界”互（hù）聯互通。

3.3係統性

TST港口鋼絲繩在線（xiàn）實時安監測管理係統既滿足控（kòng）製目標的安生（shēng）產要求，對鋼絲繩做到科學有實時監控同時具備服務整體自動化生產管理可拓展兼容功能。

3.3.1 控製目標上的所有受測標（biāo）本，均被在線實（shí）時可靠監測；  3.3.2 控製目標的正常生產運行，不因監測係統的投入而受到影響（xiǎng）； 3.3.3 對受測標本的任何監測均是（shì）安無損的； 3.3.4 采（cǎi）用電磁變量補償方（fāng）法完成監測控製，完排除（chú）“強磁”輻射汙（wū）染，消除（chú）了強磁場對（duì）鐵磁性金（jīn）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，抑製了電磁信號因鋼絲繩鐵磁性擾動產生的（de）異變（biàn）噪聲； 3.3.5受控標（biāo）本（鋼絲繩）上無強（qiáng）磁（cí）性點滯留,消除強磁滯留對鋼（gāng）絲繩機械性能產生損害的可（kě）能； 3.3.6 監測（cè）係統實施計算機程序控製，管理軟件模式依（yī）據控製（zhì）目標安生產的現實要求和項目的規（guī）範規劃； 3.3.7更新設計TST業應用軟件程序，搭建安監測與後續係統麵管理升兼容的可拓展平台； 3.3.8 監測係統使用模式：定測點采樣，在線實時探（tàn）測； 3.3.9 監測係統管理模式：高速率（lǜ）數據傳輸編輯方式，設立鋼絲繩運（yùn）行工況（kuàng）狀態險情聲光預報警機製，實現時間對設備（bèi）安作業操作的安提（tí）示；監測結果息導入主控管理終，麵實（shí）時處理分析、編輯顯示、輸出安狀態報告（gào），完成數（shù）據（jù）保存。

四、TST監（jiān）測係統檢測結果評（píng）判標準及安管理依據

1.檢測結果評判標準

 鋼絲繩是種（zhǒng）金屬的柔性載荷構（gòu）件，投入使用就必然不斷產生應力損耗直至報廢；而且，各種不同程度的瑕疵或損傷（shāng）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（shéng）無損（sǔn）探傷的目的在於：探測損（sǔn）傷等，判斷危害程度，評估剩餘載荷。TST電磁（cí）無損探傷技術，嚴格執行際（jì）標準規定的鋼絲繩應用力學校（xiào）核原則，結合大量無損探傷實踐數據，研（yán）製構建了業處理（lǐ）軟件，實現了符合事實的核心算（suàn）法模式，為滿足鋼（gāng）絲繩無損探傷實用需求，業（yè）定義鋼絲繩損傷別、危害程度及探準概率：

I損傷：鋼絲繩原始（shǐ）瑕疵或早期擴展，基本（běn）不影（yǐng）響使用安性；應力截麵損失率＜2.5%，危害程度——輕微度，探準概率 > 83%。

II損傷：鋼絲繩已產生“積勞性（xìng）損傷”（彎（wān）曲（qǔ）疲勞）、“接觸性損（sǔn）傷”（擠壓塑變、磨損）和“浸蝕性損傷”（鏽（xiù）腐蝕）等，開始影響安（ān）性但不構成主體破壞；應（yīng）力截麵損失率≥2.5%但＜5%，危害程度——輕（qīng）度，探準概率 > 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；應力截麵損失率≥5%但＜9.5%，危害程度——中重度，探準概率 ＞ 99%。

別損傷：凡按照具體行業使用（yòng）要求，達到行業規程規定的更換臨界值的損傷或應力截麵損（sǔn）失（shī）率≥9.5%的，危害程度——重度；均應按相關規定更換使用鋼絲繩，探準概率為100%。

2. 監測係統安管理依據：

中華人民共和（hé）標準 GB/8918-2006《鋼絲繩》     中華人民共和標準GB 14738—93《港口裝卸用鋼絲繩吊索使用技術（shù）條件》

中華人民共和標準GB 5972－1986《起重機械用（yòng）鋼絲繩檢驗和報廢實用規（guī）範》

中華人民共和標準GB/T 19912－2005《輪胎（tāi）式集裝箱門式起重機（jī）安規程》     參考：中華人民共和煤炭行業標準MT/T970-2005《鋼絲繩（纜）在線無（wú）損定量（liàng）檢測方法（fǎ）和（hé）判定規則》      《港口起重運輸機械設計選型與使用維護及質（zhì）量檢驗標準規範實用手冊（cè）》相關條款

五、 分析總結

TST港口（kǒu）鋼絲繩在線實時安監測管理係（xì）統憑借的磁檢測技術將鋼絲繩損傷的多樣性和複雜性以簡單直（zhí）觀的方式呈現出來（lái），讓鋼絲繩檢測工作從低、不可靠、繁雜（zá）的記錄、艱難的鋼絲繩安狀態判斷中解放出（chū）來，代之以直觀、科學的管理模式（shì），給您目了然的鋼絲繩（shéng）安狀態（tài），保障生產節奏有計劃順利的安運行，並科學延長鋼絲繩使（shǐ）用壽命、預（yù）防潛在斷繩造成的生產安（ān）風（fēng）險、直（zhí）接為企業降低生產用繩成本、麵提（tí）升港口企業安管理水平。

總之，TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理係統在（zài）港口行（háng）業鋼絲繩安監管理方麵具有廣闊的發展前景，能讓企業真（zhēn）正感受到先進技術所帶來的便捷、高、可靠和安。

參考文獻

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