為了保障港口各類吊裝設備鋼絲繩安，科學延長鋼絲繩使用壽命， 基于磁無損探傷技術的TST港口鋼絲繩在線實時監(jiān)控系統(tǒng)能可靠、有、直觀的實時監(jiān)控鋼絲繩當前損傷程度等面安狀態(tài)，降低企業(yè)生產(chǎn)用繩成本，避免潛在安事故發(fā)生并提升企業(yè)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(jiān)控系統(tǒng)

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(jù)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. 安隱患 

鋼絲繩使用過程中，多發(fā)因強度損耗而導致的斷繩事故。據(jù)權(quán)威機構(gòu)不完調(diào)查統(tǒng)計，有12%的在用鋼絲繩處于“危險或度危險”狀態(tài)。

2. 經(jīng)濟浪費大 

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(xù)適用生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)。

3. 工作率低 

傳統(tǒng)的靠人工目視、手摸檢查方法，耗時、費工、率低下。

4. 人為管理松 

人工檢測不可及，安管理不到位，許多重大事故隱患難以發(fā)現(xiàn)。

5. 社會危害重 

重大斷繩事故必然導致重大危害后果，重大生產(chǎn)安事故必然帶給企業(yè)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）為例進行TST港口鋼絲繩在線實時監(jiān)控系統(tǒng)分析研究說明，通過對岸橋的了解，發(fā)現(xiàn)其吊裝鋼絲繩的使用存在以下點：

1.1 易銹蝕 

起重設備位于海邊或江河邊，工作環(huán)境的溫差和濕度都很大。溫度范圍在-5℃～+50℃之間，相對濕度在100﹪的范圍內(nèi)，并經(jīng)常經(jīng)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(huán)境內(nèi)，易發(fā)生銹腐蝕。

1.2 易疲勞 

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(jīng)過卷筒和滑輪組多次彎曲繞行的鋼絲繩段易發(fā)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(fā)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(fā)生不定性的直接碰撞磨擦，有時還會發(fā)生鋼絲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，在纏繞運行中表層股與內(nèi)層股之間經(jīng)常擠壓摩擦，所以對于岸橋起重機的鋼絲繩磨損也較為常見。

2.鋼絲繩損傷分析

2.1 岸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(fā)生突然斷裂，除非安保護裝置失靈或出現(xiàn)意外的機械事故，導致鋼絲繩載荷超過其限破斷力。

起重用鋼絲繩的般破壞過程及征是：鋼絲繩通過卷繞系統(tǒng)時要經(jīng)過反復彎曲和伸直，并與滑輪和卷筒槽摩擦，工作條件愈惡劣，工作愈頻繁，此現(xiàn)象就愈嚴重。經(jīng)過定時間，鋼絲繩股內(nèi)的鋼絲不同程度地發(fā)生彎曲疲勞與磨損，表面層的鋼絲逐漸折斷，折斷鋼絲的數(shù)量越多，其他未斷鋼絲的拉力越大，疲勞和磨損更為加劇，斷絲速度亦愈快。當斷絲發(fā)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 岸橋鋼絲繩載荷分析

以如下形式的起升機構(gòu)鋼絲繩系統(tǒng)為例，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為FQ、FG，物品起升速度為Vh，下圖為雙雙聯(lián)滑輪組結(jié)構(gòu)，鋼絲繩分支數(shù)為4，那么引入卷筒的鋼絲繩張力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為動載荷系數(shù)，

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載荷和線速度分別為F，=1.35 *F=1.35*（FQ +FG）/4、240m/min。

此外，在鋼絲繩運行過程中未經(jīng)過測點A1、B1的繩段，雖然經(jīng)過3次S行變向（實驗證明，反向彎曲所引起的鋼絲繩疲勞損傷為同向彎曲的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(jīng)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(yè)過程中鋼絲繩損傷情況的，以此為基礎探測到的鋼絲繩運行狀態(tài)是合適的和具有代表性的。

三、TST港口鋼絲繩在線實時安監(jiān)測管理系統(tǒng)

1. TST港口鋼絲繩在線實時安監(jiān)測管理系統(tǒng)概述

洛陽泰斯探傷技術有限公司研發(fā)的TST港口鋼絲繩在線實時安監(jiān)測管理系統(tǒng)能夠在線實時監(jiān)測港口吊裝鋼絲繩的安狀態(tài)，同時具備服務整體自動化生產(chǎn)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(tǒng)設備；

?運用技術： 基于“電感磁通變量補償傳感器技術”（利技術）理論的在線無損探傷；

?采取業(yè)設計： 實現(xiàn)通用模式與家管理同平臺，業(yè)化的TST鋼絲繩探傷（工程）系統(tǒng)V3.0應用軟件（原始部著作權(quán)）；

?實施項制造： 滿足不同控制目標實際安裝、使用要求；

2. 系統(tǒng)規(guī)劃方案

根據(jù)港口現(xiàn)有吊裝機械種類、作業(yè)工況、用戶實際需求，制定了以下方案：

2.1 系統(tǒng)描述

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

2.1.1 模式組合探測單元

由模式組合探測裝置、 模態(tài)磁化裝置、電磁補償感應模塊（組）、功能模塊、信息模變處理模塊、安裝附件等組成；天候連續(xù)工作，日常免維護。

2.1.2 探傷信息分站

由數(shù)采轉(zhuǎn)換集成模塊、信息存儲模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊、數(shù)組形式轉(zhuǎn)換模塊、通訊傳輸模塊、A/D協(xié)議單元等組成；室外機箱內(nèi)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(yè)的工業(yè)控制計算機為平臺，配置自動監(jiān)測信號采集單元、多信道通訊單元（有線或無線聯(lián)通方式）、聲光報警單元、TST用上位機處理顯示軟件和短信發(fā)布、打印組件等。室內(nèi)（機房）安裝安置，日常簡單維護；連續(xù)或自定義擇時工作。

系統(tǒng)果圖

2.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)拓撲及子系統(tǒng)方案

2.2.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)拓撲圖

2.2.2 起升鋼絲繩系統(tǒng)

作為岸橋起重機結(jié)構(gòu)重要的起升機構(gòu)，其鋼絲繩系統(tǒng)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(jīng)常在此位置往復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?qū)崟r掌控鋼絲繩的運行狀態(tài)，為安生產(chǎn)提供有力的保障。

起升鋼絲繩系統(tǒng)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(jiān)測繩長為4h（h為貨物提升高度）。

2.2.3 牽引小車鋼絲繩系統(tǒng)

牽引小車鋼絲繩系統(tǒng)共布置了4個測點，示意圖如下：

牽引小車鋼絲繩系統(tǒng)的測點布置在牽引小車卷揚機出繩口兩側(cè)附近，此處鋼絲繩載荷較其他位置大。系統(tǒng)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，有探測繩長為L（L為小車行走長度）。

2.2.4 托架小車鋼絲繩系統(tǒng)

測點布置于鋼絲繩往復運動頻繁的部分，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3、4有監(jiān)測繩長為L/2，測點1、2、5、6有監(jiān)測繩長為L（L為小車行走長度）。

2.2.5俯仰鋼絲繩系統(tǒng)

俯仰鋼絲繩系統(tǒng)共布置了2個測點，示意圖如下：

俯仰鋼絲繩系統(tǒng)2個測點布置在卷揚機出繩口附近，這樣布置可以監(jiān)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(tǒng)參數(shù)、技術優(yōu)勢及系統(tǒng)性

 3.1系統(tǒng)參數(shù)

  TST港口鋼絲繩在線實時安監(jiān)測管理系統(tǒng)參數(shù)：

? 電磁感應靈敏度：     U/H ＞ 1.2V/mT

? 電磁感應信噪比：     S/N＞85dB

? 儀表精度：           Pmax = 0.05%

? 探傷定量不確定度：   ≤±1.2%

? 儀表實時響應速率：   Vmax = 20 m/s   

? 使用控制范圍：       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

? 信號有提取距離：   0～30 mm

? 傳感器耗散功率：     ＜50 mW

? 傳感器工作壽命：     ＞2.7×104h

3.2系統(tǒng)技術優(yōu)勢

? 定量、定性探傷

定量定位探測，可依據(jù)模式識別軟件判別鋼絲繩內(nèi)外部疲勞、銹蝕、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

智能自動定量判別、分類統(tǒng)計各種內(nèi)外部損傷，準確評估鋼絲繩安狀態(tài)；同時融入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等數(shù)據(jù)信息互聯(lián)分析技術，使安監(jiān)測信息從局部向區(qū)域化規(guī)模擴展，分布式終信息融入整體安信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)安管理“無邊界”互聯(lián)互通。

3.3系統(tǒng)性

TST港口鋼絲繩在線實時安監(jiān)測管理系統(tǒng)既滿足控制目標的安生產(chǎn)要求，對鋼絲繩做到科學有實時監(jiān)控同時具備服務整體自動化生產(chǎn)管理可拓展兼容功能。

3.3.1 控制目標上的所有受測標本，均被在線實時可靠監(jiān)測；  3.3.2 控制目標的正常生產(chǎn)運行，不因監(jiān)測系統(tǒng)的投入而受到影響； 3.3.3 對受測標本的任何監(jiān)測均是安無損的； 3.3.4 采用電磁變量補償方法完成監(jiān)測控制，完排除“強磁”輻射污染，消除了強磁場對鐵磁性金屬構(gòu)件工作性能可能造成的不良影響；徹底克服“弱磁”易受干擾，抑制了電磁信號因鋼絲繩鐵磁性擾動產(chǎn)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產(chǎn)生損害的可能； 3.3.6 監(jiān)測系統(tǒng)實施計算機程序控制，管理軟件模式依據(jù)控制目標安生產(chǎn)的現(xiàn)實要求和項目的規(guī)范規(guī)劃； 3.3.7更新設計TST業(yè)應用軟件程序，搭建安監(jiān)測與后續(xù)系統(tǒng)面管理升兼容的可拓展平臺； 3.3.8 監(jiān)測系統(tǒng)使用模式：定測點采樣，在線實時探測； 3.3.9 監(jiān)測系統(tǒng)管理模式：高速率數(shù)據(jù)傳輸編輯方式，設立鋼絲繩運行工況狀態(tài)險情聲光預報警機制，實現(xiàn)時間對設備安作業(yè)操作的安提示；監(jiān)測結(jié)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(tài)報告，完成數(shù)據(jù)保存。

四、TST監(jiān)測系統(tǒng)檢測結(jié)果評判標準及安管理依據(jù)

1.檢測結(jié)果評判標準

 鋼絲繩是種金屬的柔性載荷構(gòu)件，投入使用就必然不斷產(chǎn)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復性，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(zhí)行際標準規(guī)定的鋼絲繩應用力學校核原則，結(jié)合大量無損探傷實踐數(shù)據(jù)，研制構(gòu)建了業(yè)處理軟件，實現(xiàn)了符合事實的核心算法模式，為滿足鋼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，探準概率 > 83%。

II損傷：鋼絲繩已產(chǎn)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”（銹腐蝕）等，開始影響安性但不構(gòu)成主體破壞；應力截面損失率≥2.5%但＜5%，危害程度——輕度，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(gòu)成破壞性威脅；應力截面損失率≥5%但＜9.5%，危害程度——中重度，探準概率 ＞ 99%。

別損傷：凡按照具體行業(yè)使用要求，達到行業(yè)規(guī)程規(guī)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(guī)定更換使用鋼絲繩，探準概率為100%。

2. 監(jiān)測系統(tǒng)安管理依據(jù)：

中華人民共和標準 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條件》

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

中華人民共和標準GB/T 19912－2005《輪胎式集裝箱門式起重機安規(guī)程》     參考：中華人民共和煤炭行業(yè)標準MT/T970-2005《鋼絲繩（纜）在線無損定量檢測方法和判定規(guī)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(guī)范實用手冊》相關條款

五、 分析總結(jié)

TST港口鋼絲繩在線實時安監(jiān)測管理系統(tǒng)憑借的磁檢測技術將鋼絲繩損傷的多樣性和復雜性以簡單直觀的方式呈現(xiàn)出來，讓鋼絲繩檢測工作從低、不可靠、繁雜的記錄、艱難的鋼絲繩安狀態(tài)判斷中解放出來，代之以直觀、科學的管理模式，給您目了然的鋼絲繩安狀態(tài)，保障生產(chǎn)節(jié)奏有計劃順利的安運行，并科學延長鋼絲繩使用壽命、預防潛在斷繩造成的生產(chǎn)安風險、直接為企業(yè)降低生產(chǎn)用繩成本、面提升港口企業(yè)安管理水平。

總之，TST港口鋼絲繩在線實時安監(jiān)測管理系統(tǒng)在港口行業(yè)鋼絲繩安監(jiān)管理方面具有廣闊的發(fā)展前景，能讓企業(yè)真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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