PK10计划 / 企业简介 / 企业新闻
咨询服务热线 400-859-1288
TCK.W钢丝绳自动检测系统在岸桥上的应用

邹晓华1, 朱加双2, 徐国春2

(1.连云港新东方国际货柜码头PK10计划, 江苏 连云港 222000;

2。连云港新东方集装箱码头PK10计划,江苏 连云港 222000)

摘 要:为解决岸桥钢丝绳检测技术的难题,研发并应用钢丝绳在线自动检测系统,对岸桥起升钢丝绳、小车牵引钢丝绳、俯仰钢丝绳进行全生命周期安全监测,成功实现了机器智慧检测替代人工检测,提高了岸桥钢丝绳检测的智能化水平,取得较好的经济效益。

关键词:港口;钢丝绳检测;磁记忆规划;弱磁检测;


0 引言

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构件,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,都存在重要作用。长期以来,钢丝绳安全管理却一直处于 “重视但缺少技术手段”的状态。目前,全球范围内在钢丝绳检测主要采用人工手段,钢丝绳断绳事故仍时有发生。

连云港新东方集装箱码头PK10计划(以下简称“公司”)应用洛阳威尔若普检测技术PK10计划(以下简称TCK。W)弱磁检测技术,对岸桥起升钢丝绳、小车牵引钢丝绳、俯仰钢丝绳进行全生命周期安全监测,成功的实现了用机器智慧检测替代人工检测的创新和突破,将钢丝绳安全监测提升至更高等级,同时取得良好的经济效益。


1 传统钢丝绳检测方法存在的主要问题

港口起重机钢丝绳断裂事故是港口行业长期未能解决的重要问题,由于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的问题主要有4种:

1.1 钢丝绳使用不安全

钢丝绳始终存在因强度损耗而发生断绳事故的危险。就港口行业而言,每年都会出现因钢丝绳断绳造成的人员伤亡和财产损失。根据美国国家安全生产管理局曾对全球8000家钢丝绳用户的调查结论:有10%的在用钢丝绳强度损耗超过15%,处于危险状态;有2%的在用钢丝绳强度损耗超过30%,处于极度危险状态。

1.2 人工检测钢丝绳效率低

根据公司“钢丝绳检查维护及更换制度”规定,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,检查时岸桥停止作业,在起升钢丝绳2a生命周期内,人工停机检查的时间约136h。另外,每天司机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。

1.3 钢丝绳检测结果不可靠

在人工检测时,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。有的位置,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,即使完全按照0.3—0.5米/秒的速度检测,人工检测方法也只能部分检出钢丝绳外部较明显的损伤,而对钢丝绳的内部磨损、锈蚀、断丝,尤其是疲劳等损伤较难察觉。以往研究发现,当钢丝绳外层钢丝出现断丝时,其内部未能被发现的断丝—般是外部已能见到的2.5倍。

1.4 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,使用单位只能定期对钢丝绳进行更换。无论钢丝绳使用情况如何,只要达到规定时间,均需更换。公司岸桥钢丝绳更换规定:进口钢丝绳在每季度定期保养润滑的情况下,起升钢丝绳2a更换,小车牵引钢丝绳2。5a更换,俯仰钢丝绳8a更换。根据国外研究,约70%被强制更换的钢丝绳很少甚至没有强度损耗。


2 基于弱磁检测原理的钢丝绳在线自动检测系统

TCK•W研发的钢丝绳在线自动检测系统集成了磁记忆规划方法、弱磁传感器技术、模式识别技术、现代网络通讯技术等,可以高效准确地检测钢丝绳断丝、磨损、锈蚀、疲劳、变形等各类损伤,彻底消除断绳事故隐患,而且能够解决“钢丝绳损伤状态每日评价”、“损伤发展趋势定期评估”、 “突发性重大隐患实时预警”等长期困扰岸桥钢丝绳无损探伤的技术难题。

2.1 弱磁检测技术原理

弱磁检测技术是利用一种磁场矢量态势的变化和运动规律,在钢丝绳检测领域所具有的创新与突破,主要表现在3方面:一是理论创新,创立空间磁场矢量合成新原理;二是方法创新,发现磁记忆规划新方法;三是技术创新,发明弱磁检测新技术。该技术实现定性检测到定量检测的突破和机器智慧检测替代人工检测的突破。

该技术利用了铁磁性材料的磁记忆特性:在铁磁性材料的组织结构中,密集排列着一种物质——磁畴,每个磁畴都有1个自旋磁矩方向。如果某一方向的磁畴具备数量上的优势,材料就会在宏观上显示出磁性。在自然状态下,钢丝绳中磁畴的自旋磁矩方向是无序的,若向钢丝绳施加一个外部磁场,就会改变钢丝绳中某一方向的磁畴数量,使钢丝绳具有适度的低量级磁能积,从而形成一种“记忆磁场”。

钢丝绳在拉、弯、扭等机械负荷反复作用下,材料组织会产生断丝、磨损、锈蚀、疲劳等退化,导致应力集中。磁力线在退变的体积元中,只能沿不规则的低能耗路径排列,磁通密度随之变化,磁能积分布出现不均匀,各体积元产生磁能势分布会出现差异。退变程度越严重,磁能势差异就越突出。

TCK。W发明的弱磁传感器基于空间磁场矢量合成原理,对给定弱电磁场调制解调,与磁记忆规划后的弱磁场信息形成物理场关联关系。通过提取已施加磁规划的铁磁性材料记忆信息,完成定量识别被测钢丝绳的各种缺陷。通过对钢丝绳正常体积元记忆的磁能势特征信息进行标定,并与提取的其他体积元信息进行对比,即可有效地识别钢丝绳因退变而产生的磁能势差异。分析这种物理场变量信息和对应的机械承载性能之间的量化关系,就可以实现钢丝绳量化检测的技术目标。弱磁检测原理示意图见图1。

B113DC4634404A9EA2CFD833D41A897E.jpg

图1 弱磁检测原理示意图

2.2 钢丝绳损伤的分级管理模式

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。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。为满足钢丝绳无损探伤实用需求,TCK.W采用弱磁检测技术,严格执行国际标准规定的钢丝绳应力校核原则,结合大量无损探伤实践数据,研制构建专业处理软件,实现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%

2.3 系统的4大核心能力

(1) 对钢丝绳断丝、磨损、锈蚀、疲劳等缺陷高效准确的检测能力。

(2) 对断丝数量统计和各种缺陷快速准确的判定能力。

(3) 对钢丝绳直径变化高速准确的测量能力(配置机器视觉识别系统)。

(4) 对钢丝绳缺陷高速准确的定位能力。

2.4 系统独特优势

(1) 钢丝绳全生命周期安全监测。

(2) 高速运行同步完成检测。

(3) 机器智能识别代替人工检测。

(4) 互联网+钢丝绳远程诊断。


3 钢丝绳在线自动检测系统在岸桥上的应用

公司应用TCK。W岸桥钢丝绳在线自动检测系统,成功解决岸桥钢丝绳在线自动检测的技术难题。将多组TCK。W磁记忆检测装置、多功能数据采集工作站,固定安装在岸桥起升钢丝绳、小车牵引钢丝绳、俯仰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第一级责任单元(司机室),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。

3.1 岸桥起升钢丝绳在线自动检测系统检测安装位设置

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,检测安装位置见图2。

2.png

图2 岸桥起升钢丝绳在线自动检测系统检测安装位示意图

17BE922400FE4855A69125E6EA912403.jpg

图3 岸桥起升钢丝绳在线自动检测系统现场图

3.2 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,检测安装位置见图4。

__9L@6JY5$2XNK5ZB1I6HHN.png

图4 岸桥小车牵引钢丝绳在线自动检测系统检测安装位示意图

11.jpg

图5 岸桥小车牵引钢丝绳(海侧)在线自动检测系统现场图

22.jpg

图6 岸桥小车牵引钢丝绳(陆侧)在线自动检测系统现场图


3.3 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

77.png

图7 岸桥俯仰钢丝绳在线自动检测系统检测安装位示意图

88.jpg


图8 岸桥俯仰钢丝绳在线自动检测系统现场图


4 钢丝绳在线检测技术与人工检测方法经济效益对比

历经市场调研,项目立项和研制,2018年8月,连云港新东方集装箱码头PK10计划岸桥钢丝绳在线自动检测系统投入运行,实现岸桥钢丝绳在线自动检测,形成完整且可回溯性的检测报告。经过一段时间的现场验证,采用钢丝绳在线自动检测和传统人工检测相对比,取得了良好的社会与经济效益,见表1。


表1 钢丝绳在线自动检测与人工检测对比


人工检测方法钢丝绳在线自动检测

1、检测方式

人工检测钢丝绳用目测、手摸、卡尺量,钢丝绳的运行速度在0.3- 0.5米/秒之内

在线自动检测,不受钢丝绳运行速度影响,在正常生产作业环境下完成检测

2、检测时间

每次检测需要人工5人,耗时4小时,24个月需136小时

24小时X365天,机器智慧检测替代人工检测

3、检测能耗每次人工检测需要耗电3832度电,24个月耗电13万度

生产作业的同时完成检测,专门用于检测的开机能耗可忽略不计

4、检测效果

人工检测只能部分检测出钢丝绳的外部损伤,而对钢丝绳的内部断丝、磨损、锈蚀,尤其是疲劳等状况则无法检

高效准确地检测钢丝绳内外部断丝、磨损、锈蚀、疲劳、变形等各类损伤,彻底消除断绳事故隐患

5、检测效率

检测时岸桥停止吊装工作,起升钢丝绳两年生命周期内,人工停机检查的时间约136小时

起升钢丝绳两年生命周期增加作业时间136小时,按单台岸桥每小时吊运30TUE计,可增加吊运箱量4080TUE

6、换绳依据

定期或定量换绳

正确评估钢丝绳使用状况,提供钢丝绳更换的科学依据

7、人力成本

每次岸桥钢丝绳检查需要5人,耗时4小时,耗费大量人力资源成本

机器智慧检测替代人工检测,大量节约人力资源成本

8、换绳成本

定期更换造成钢丝绳使用成本巨大浪费

钢丝绳的安全状况始终受控,为科学延长钢丝绳的使用寿命提供检测依据

9、安全保障

钢丝绳内部断丝、磨损、锈蚀、疲劳的状况很难发现,因此常常埋伏着重大隐患

钢丝绳全生命周期安全受控,从根本上保障钢丝绳的使用安全

10、科学管理

零散记录,可追溯性差,对钢丝绳的生命周期无法进行科学管理

自动保存全部检测结果,检测数据随时可追溯,科学提升设备的管理水平


5 结语

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,不仅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,供有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。

基于弱磁原理的TCK。W钢丝绳在线自动检测技术是我国自主创新的先进技术,通过在钢丝绳运行过程中连续不间断的检测,将钢丝绳安全监测提升至最高等级。该项技术获2018世界海洋科技大会(美国)OTC聚光灯技术创新奖,是五十年来首次获OTC大奖的中国技术。同时,该项技术还获得了中国人民解放军科学技术进步奖。连云港新东方集装箱码头PK10计划应用该项技术后,不仅使岸桥钢丝绳的安全运行始终处于全面受控的监测状态;而且在生产的同时完成检测,使生产、检测两个流程合二为一,减少一个工作环节,有效提高了设备效率;同时,减少了专门用于钢丝绳检测的设备开机能耗,节能降耗效果十分显著;并且为延长钢丝绳的使用寿命,降低钢丝绳用绳成本提供了科学的检测依据。


访客留言

*
*
*
*

快捷留言入口 获取详细的技术资料,请您提交留言!

400-859-1288

PK10计划 PK10计划 pk10 全天PK10计划 PK10计划 PK10计划 全天PK10计划 全天PK10计划 全天PK10计划 全天PK10计划