预测性维保新科技,港机设备钢丝绳自动检测系统 【转自港机圈】

上一期的港机圈和大家分享了港机设备状态智能监测系统,主要是针对港机设备的电机、减速箱和轴承进行智能监测。

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其实在实际的港机作业工况中,还有一个非常重要的安全件需要我们给予重点关注,那就是钢丝绳。本期我们在一起聊聊港机设备钢丝绳的自动检测系统。
钢丝绳作为港口起重设备中消耗量巨大且高度危险的关键部件,其科学高效的使用,对港口安全生产、节能降耗、降低作业成本、提高设备利用率、增加企业产值等方面,都有着重要作用。
但是长期以来,钢丝绳的维保检测和安全管理却一直处于重视但缺少技术手段的状态。目前在港机设备领域,大部分的钢丝绳检测还是采用人工手段,钢丝绳断绳事故仍时有发生。

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一:传统钢丝绳检测方法存在的主要问题
港机设备钢丝绳断裂事故是港口行业长期未能解决的疑难问题,由于港机设备作业工况环境复杂和高负载应用,钢丝绳会产生断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种损伤,如果没有高效可靠的安全监控手段,造成钢丝绳长时间,由量变转化为质变,最终将导致钢丝绳发生断裂事故。目前,传统钢丝绳检测方法存在以下几个痛点:
1. 安全痛点
人工检测受制于检测人员的个人技能水平和判断能力,同时检测时受眼睛视线局限,只能观测到视线所及的一面,而另一面则无法看到。此外由于环境、光线等影响,在很多情况下,目测时光线很差。部分位置检测人员只能离很远的距离,或者观察角度受限,目测局限性极大,可靠性差,且内部损伤无法检测。过程安全不受控,重大的隐患无法及时排除。
2.人工检测钢丝绳效率低
对于岸桥钢丝绳,要求钢丝绳使用前18个月,每月检查一次。第19至22月,每月检查2次。第23至24月,每月检查4次。每次检查为5人,耗时4h左右,检查时需要岸桥停止作业。另外每天司机作业前需要目视检查钢丝绳10min左右,人工检测的方法效率低下,浪费了大量的生产时间。
3. 钢丝绳用绳成本浪费巨大
由于人工检查的局限性和不确定性,为了确保钢丝绳安全,只能采用定期换绳或定量换绳的方法,用牺牲成本来保证安全,钢丝绳浪费严重。
4. 科学管理难度大
传统的检测方式记录零散,可追溯性差,很难实现钢丝绳全寿命周期的科学管理。
二:钢丝绳的无损检测方法
通过传统的采用人工目视结合手摸的检查方法,存在很大的弊端。为了最大限度保证钢丝绳的使用安全,将无损检测技术应用到钢丝绳的检测中意义重大。
钢丝绳的无损检测方法有很多种,包括超声波检测法、射线检测法、声发射检测法、电涡流检测法、电磁检测法以及机械检测法、声学检测法、电流检测法、光学检测法、振动检测法等。由于钢丝绳绝大多数是由导磁性能良好的高碳钢制成,非常适合进行磁检测。所以在钢丝绳无损检测中主要还是以电磁检测法为主,其余无损检测技术依然局限于实验室研究阶段。
磁性检测的基本原理主要是用磁场沿钢丝绳的轴向磁化钢丝绳段,一旦钢丝绳中存在缺陷,就会在钢丝绳的表面产生变异漏磁场,引起检测磁路中的磁通变化。采用磁敏感的组件检测磁场的畸变,就可以获得钢丝绳的缺陷信息。
在实际使用中,磁检测又分成两种,分别为强磁检测和弱磁检测。强磁检测的传感器灵敏度较低,要求贴近钢丝绳表面,检测的通过能力弱。同时由于强磁的磁化能力强,对被检测物的磁场束缚力较大,因而无法用于在线检测。
三:钢丝绳自动检测系统介绍
如果要实现港机设备钢丝绳的在线智能检测,就必须采用弱磁检测方案,下面以TCK•W基于弱磁检测原理的钢丝绳在线自动检测系统为例,详细介绍一下港机设备钢丝绳的在线智能检测的原理和流程。

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TCK.W磁记忆式钢丝绳AI弱磁检测技术,利用铁磁性材料的磁记忆特性,主动规划出一个量化适度的记忆磁场,采用宽距、非接触式的弱磁感知技术和AI技术,通过采集钢丝绳体积元中分布并记忆的磁能势差异信息,对钢丝绳因强度损耗而产生的断丝、 磨损、锈蚀、疲劳等各种损伤,进行定性、定量、定位检测,有效的解决了钢丝绳安全检测的技术难题。

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。伴随钢丝绳的整个服役周期,在不同时间段的损伤有明显差别。结合大量无损探伤实践数据,构建专业的数据信息处理软件,利用符合事实的核心算法模式,专业定义钢丝绳损伤级别,共分为5级:

1. 严重损伤:横截面积损失率达到报废上限的80-100%,实时检出率100%
2. 较重损伤:横截面积损失率达到报废上限的60-80%,实时检出率100%
3. 中度损伤:横截面积损失率达到报废上限的40-60%,实时检出率>99%
4. 轻度损伤:横截面积损失率达到报废上限的20-40%,实时检出率>90%
5. 轻微损伤:横截面积损失率达到报废上限的20%,实时检出率>80%

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四:系统构成
将多组磁记忆检测装置、多功能数据采集工作站,固定安装在钢丝绳运行路径中的适当位置,并按标准的规定,实时对钢丝绳的安全状态进行在线自动检测。采集的数据通过有线或无线的方式发送云端储存,并通过云计算技术,将处理后的检测结果反馈至操作室,使操作室里的司机可以随时掌握钢丝绳当前的安全状态,一旦发生危险损伤,系统可立即报警,司机根据报警提示采取安全措施,预防事故发生。

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五:钢丝绳在线自动检测系统在岸桥上的应用

根据岸桥起升绳绕绳方式和运行特点,岸桥起升绳工作段95%都通过小车平台,起升小车工作段钢丝绳工作时受到弯曲拉伸力,也是最容易出现疲劳断丝的重点部位。在小车平台起升滑轮进绳处设置一个检测安装位,布置4个弱磁传感器,即可完成起升绳钢丝绳检测工作。

起升绳只需两个步骤就可以完成全绳检测:

1. 小车运行到A位置,吊具下放至底部,再起升至顶部,进行吊具至A位置钢丝绳检测。

2. 小车从A位置向B位置运行,完成A-B段钢丝绳检测。

岸桥运行时,在后大梁处完成一次起升过程(A位置),小车从大梁后端行进到大梁前端(B位置),从1、2两次检测可以看出,能够检测起升绳95%的工作段,满足了起升绳检测的全部要求,检测安装位置见下图。


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岸桥小车牵引钢丝绳在线自动检测系统检测安装位设置,根据岸桥小车牵引绳绕绳方式和运行特点,在岸桥的前大梁设置一个检测安装位,该位置钢丝绳正常工作时运行非常稳定,且无排绳运行工况。同时,在后大梁处设置一个检测安装位,此处钢丝绳排绳稳定,可最大限度检测钢丝绳易损伤绳段,检测安装位置见下图。

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岸桥俯仰钢丝绳在线自动检测系统检测安装位设置。岸桥俯仰绳有两根从卷筒出来的钢丝绳(直径36毫米),经梯形架顶部的定滑轮组和位于前大梁处的动滑轮组组合来控制前大梁的俯仰动作。根据钢丝绳运行状态,考虑在梯形架顶部定滑轮处设置一个检测安装位,该处钢丝绳运行稳定,并且能够最大限度的检测俯仰钢丝绳,检测安全可靠。

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岸桥钢丝绳在线自动检测系统的应用,提高了岸桥钢丝绳的安全性和检测的智能化水平,成功实现了机器智慧检测替代人工检测,而且较好的解决了钢丝绳的安全管理难题。
根据岸桥钢丝绳运行时产生的运行参数,以及钢丝绳出厂设计参数,结合钢丝绳检测、保养信息以及历史运行参数,分析并提供岸桥钢丝绳的安全状态等信息,供相关人员实时掌握岸桥钢丝绳生命周期的发展阶段,为岸桥钢丝绳持续可靠运行提供高质量的监测服务,为岸桥设备正常运行提供有力保障。
下面通过一段视频来详细了解一下整个系统的运作过程。

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[参考文献]:
(1)邹晓华, 朱加双, 徐国春,TCK.W钢丝绳自动检测系统在岸桥上的应用,港口科技-信息化技术
(2)陶德馨,艾丽斯佳,基于弱磁探伤的钢丝绳无损检测技术,中国工程机械学报,第7卷第1期 2009(3)P97-P99

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