港口鋼絲繩（shéng）在線（xiàn）實時監控係（xì）統

為了保障港口各類吊裝（zhuāng）設備（bèi）鋼絲繩安，科學延長鋼絲（sī）繩使用壽命， 基於磁無損探傷技術的TST港口鋼絲繩在線實時監控係統能可靠、有、直觀的實時監控鋼絲繩當（dāng）前損傷程度等麵安狀態，降低企業生產（chǎn）用繩成本，避免（miǎn）潛在安事故（gù）發生並提升（shēng）企業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（mù）的

作為岸橋、龍門吊、門座起重機、卸（xiè）船機、牽引機等港口吊裝設（shè）備（bèi）的主要承載組件，當前僅僅依靠人工目視開展（zhǎn）的（de）維護（hù）、檢測（cè）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（làng）費，就是盲目僥幸留下巨大潛在安風險，因此（cǐ）鋼絲（sī）繩的安使用也備受關注。長期以來，由於鋼絲繩探傷技術手段問（wèn）題，導致鋼絲（sī）繩使用和管理（lǐ）始終存在五大“疾（jí）患（huàn）”：

1. 安隱患 

鋼（gāng）絲繩使（shǐ）用過（guò）程中，多發因強度損耗（hào）而導致（zhì）的（de）斷繩事故。據權威機構不完調查統計，有12%的在用鋼絲繩處於“危險或度危險”狀態。

2. 經濟浪費大（dà） 

定期更換鋼（gāng）絲繩造成大（dà）浪費。70%以上被強製更換的鋼絲繩“很少或基本上沒有強度損耗”，基本仍處於可繼續適用生產現場狀態。

3. 工作率低 

傳（chuán）統的靠人工目視、手摸（mō）檢查方法，耗時、費工、率低下。

4. 人為管理鬆 

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

5. 社會危害（hài）重 

重大斷繩事故必然導致重大危害後果，重（chóng）大生產安事故必然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（guān）解決上（shàng）述（shù）問題即是本論文研究方向和目的。

二（èr）、 研究方法及（jí）手段

1.鋼絲繩運行工況分析

論文以港口（kǒu）岸邊集裝箱起重機鋼絲繩（以下簡（jiǎn）稱岸橋）為例進行（háng）TST港口鋼絲繩在線實時監控係統分析研究說明，通過對岸橋的了解（jiě），發現其吊裝鋼絲（sī）繩的（de）使用存在以下點：

1.1 易鏽蝕 

起重設備位於海邊或江河邊，工作（zuò）環境的溫差和濕度都很大。溫度範圍在（zài）-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（gāng）絲繩長久處在這（zhè）樣惡劣的環境內（nèi），易（yì）發生鏽腐蝕。

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、製動等（děng））引起的衝擊力或慣（guàn）性載荷（hé），對承載鋼絲繩影（yǐng）響很大，別是經過卷筒和滑輪組多（duō）次彎（wān）曲繞行的鋼絲繩段易發（fā）生因疲勞超限導致的裂斷、塑（sù）變、硬脆等損傷，嚴重情況下如不能及時察覺會引（yǐn）發斷繩事故（gù）。

1.3易磨損 

由於集裝箱船舶的殊性和（hé）集裝箱鋼絲繩（shéng）的起升、變（biàn）位等速度較快，導致鋼絲繩與接觸滑（huá）輪間相對摩（mó）擦；同時起升鋼絲繩與（yǔ）船艙邊緣或集裝箱隔（gé）槽之（zhī）間也會發生不定性（xìng）的直接碰撞磨（mó）擦，有時還會發生鋼絲繩鉤拉事故引起的（de）其他磨損；另外起升用（yòng）繩（shéng）般選（xuǎn）用多層股鋼絲繩，在纏繞運行（háng）中表層股與內層股之（zhī）間經常擠壓摩擦，所以對於岸橋起重機的鋼絲繩磨損也較為（wéi）常見（jiàn）。

2.鋼絲（sī）繩損傷分析

2.1 岸橋鋼絲繩的損傷破壞形式

新鋼絲（sī）繩在正（zhèng）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（shì）故，導致鋼絲繩（shéng）載荷超過其限破斷力。

起（qǐ）重用鋼絲繩的般破壞過程及征是：鋼絲繩通過卷繞係統時（shí）要經過反（fǎn）複彎曲和伸直，並與滑（huá）輪和卷筒槽摩擦，工作條件愈惡劣（liè），工作愈頻繁，此現象就愈嚴（yán）重。經過定（dìng）時間，鋼（gāng）絲繩（shéng）股內的鋼絲不同程（chéng）度地發（fā）生彎曲疲勞與磨損，表麵層的鋼絲逐漸折斷，折（shé）斷鋼絲的數量越多，其他未斷鋼絲的拉力越大，疲勞和磨（mó）損更為加劇，斷絲速度亦（yì）愈快（kuài）。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（bào）廢（fèi）且更換新繩。（見《港（gǎng）機設計手冊》P275）

2.2 岸橋鋼絲繩載荷分析

以如下形式（shì）的起升機（jī）構（gòu）鋼絲繩係統為（wéi）例，簡要分析鋼絲繩所承受載（zǎi）荷。

假設起升載（zǎi）荷和自重載荷（hé）分別為FQ、FG，物品起升速度為Vh，下圖為雙雙聯滑輪組（zǔ）結構，鋼絲（sī）繩分支數為4，那麽引入卷筒的鋼絲繩張力F和線（xiàn）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（zǎi）荷係數，

對於做裝卸用的（de）臂架起重機，c=1+0.35Vh  

假設物品起升速度Vh=60m/min,那麽引入（rù）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（wài），在（zài）鋼絲繩運行過程中未經過測點A1、B1的繩段，雖然經過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（bèi）（見《港機設計手冊》P276）），但其載（zǎi）荷隻有F/8，速度隻（zhī）有2Vh，其損傷可能（néng）和損傷程度均不及經卷（juàn）筒出繩口的繩段。

綜上（shàng）所述，無論是載荷（hé）還是鋼絲繩（shéng）運行速（sù）度（速度快其磨損程度也較嚴重），在卷筒出繩處設（shè）置探測（cè）點是符合起重作（zuò）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是合適的和具（jù）有代表性的。

三、TST港（gǎng）口鋼絲繩在線實時（shí）安監（jiān）測管（guǎn）理係統

1. TST港口鋼絲（sī）繩在線實時安監測管理係統（tǒng）概述

洛陽（yáng）泰斯探（tàn）傷技術有限公司研發的（de）TST港口（kǒu）鋼絲繩在線實時安監測管理係統能夠在線實時監測港口吊裝鋼絲繩的安狀態，同時具（jù）備服務整體自動化生產管理可（kě）拓展兼容功（gōng）能。

配備（bèi）有（yǒu）設備（bèi）：滿足用戶不同控製目標和使（shǐ）用需求的無損探傷係統設備；

運用技（jì）術： 基（jī）於“電感磁通變量補償傳感器技術”（利技術）理論的（de）在線無損探傷；

采取業設計： 實現通用模式與家管理同平台，業化的TST鋼絲繩（shéng）探傷（shāng）（工程）係統V3.0應用軟件（原始部著作權）；

實（shí）施項製造： 滿足不同控製目標實（shí）際安裝（zhuāng）、使用（yòng）要求；

2. 係統規劃（huá）方案（àn）

根據港口現有吊裝機械種類、作業（yè）工況、用戶實際需求，製定了以下（xià）方案：

2.1 係統描述

該係統分（fèn）為模式組合（hé）探測（cè）單元、探傷信息（xī）分站和程控工作主站（設險情狀態預報警機製）三大部分，各部（bù）分（fèn）均定點安（ān）裝。

2.1.1 模式組合探測單元

由模式（shì）組（zǔ）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（biàn）處理模塊、安裝附件等組（zǔ）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）采轉換集成模塊、信息存儲（chǔ）模塊、數據分析處理模塊、數（shù）組形（xíng）式轉（zhuǎn）換模塊（kuài）、通訊傳輸模塊、A/D協議（yì）單元等組成；室外機箱內安置，日常免（miǎn）維護，天候工作，定期維檢。

2.1.3、程（chéng）控工作主站

以（yǐ）業的工業控製計算機為平（píng）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（shàng）位（wèi）機處理顯示軟件和短信發（fā）布、打印（yìn）組（zǔ）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。

係統果圖

2.2 係（xì）統整體結構拓撲及子係統方案

2.2.1係統整體結構拓撲圖

2.2.2 起升鋼絲繩係統

作為岸（àn）橋起重機結構重要的起升機構，其鋼絲（sī）繩係統共布置了4個測點，示意圖如下：

在正常吊裝過程中，起（qǐ）升鋼（gāng）絲繩載荷（包括自重載荷和起升（shēng）載荷等）、運行速度快的部位在卷揚機（jī）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（chū）鋼絲（sī）繩需要關注的部分，從（cóng）而（ér）使操作人員能夠實（shí）時掌控鋼絲繩的運行（háng）狀態，為（wéi）安生產提供有力的保障。

起（qǐ）升鋼絲繩係統在如圖A方向（貨物起升方向，此時載荷）運動時磁化與探測同（tóng）步進行，有監測繩長為4h（h為貨物提升高度）。

2.2.3 牽引小車鋼絲繩係（xì）統

牽引小車鋼絲繩係統共布置了4個測點，示意圖如下：

牽引小車鋼絲繩係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（hé）較（jiào）其他位置大。係統在如圖A方向（貨物由貨輪往陸地（dì）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 托架小車鋼絲繩係統

測點布置於鋼絲（sī）繩往複運動頻繁的部分，能夠有探測長期（qī）運動引起的疲勞（láo）等損傷。小車如圖示A方向運動時（shí）磁（cí）化與探測同步進（jìn）行，測點3、4有監測繩長為L/2，測點1、2、5、6有監測繩長為L（L為（wéi）小（xiǎo）車行走長度）。

2.2.5俯仰（yǎng）鋼絲繩係統

俯仰鋼絲繩（shéng）係統共布置了2個測點，示意圖如（rú）下：

俯仰鋼絲繩係統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（gēn）鋼絲繩載（zǎi）荷和彎曲疲勞（láo）嚴重的部分。當卷揚機如（rú）圖示A方向運動時（即拉（lā）起前伸梁懸臂時（shí））磁（cí）化與探測同時進行。

3.係統參數、技術優勢及係統性

 3.1係統參數

  TST港口鋼（gāng）絲繩在線（xiàn）實時安監測管（guǎn）理係統參數（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（dìng）度：   ≤±1.2%

 儀表實時響應速（sù）率：   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（cè）長度校準誤差：   C < 10 mm/m

 信號有提取距離：   0～30 mm

 傳感器耗（hào）散功率：     ＜50 mW

 傳感器工作壽命：     ＞2.7×104h

3.2係（xì）統技術優勢（shì）

 定量、定性探傷

定量定位探測，可依（yī）據模（mó）式識別軟件判別鋼絲繩（shéng）內外部疲勞、鏽（xiù）蝕、磨損及斷（duàn）絲（sī）等損傷類型。

探傷    電磁感應信噪（zào）比：S/N＞85dB

寬距探傷

信號（hào）有（yǒu）提取距離30mm以（yǐ）上

高速探傷  探測速度30m/s

智能探（tàn）傷

智能自動定量判（pàn）別、分類（lèi）統計各種內外部損傷，準確評估鋼絲繩安狀態；同時（shí）融入（rù）物聯（lián）網（wǎng）、大數據、雲計（jì）算（suàn）等數據信息互聯分析技術，使安監測信息從局部向區域（yù）化規模擴展，分布式終信（xìn）息融入整體安信息數據庫，實現安管理“無邊界”互聯互通（tōng）。

3.3係統性

TST港口鋼絲（sī）繩在線實時安監測管理係（xì）統既滿足（zú）控製目標的安生產要求（qiú），對鋼絲繩做到科學有實時（shí）監控（kòng）同時具備服務整體自動化生產管理可拓展兼（jiān）容功能。

3.3.1 控製目標上的所有受測標本，均被在線實時可靠監測；  3.3.2 控製目標的正常生產運行，不因（yīn）監測係統的投（tóu）入而受到影響； 3.3.3 對受測（cè）標本的任何監測均是安無損的（de）； 3.3.4 采用電磁變量補償方法（fǎ）完成監測控製，完排除“強磁”輻射（shè）汙染，消除了強磁場對鐵磁性金屬構件工作性能可能造成（chéng）的不良影響；徹底克服（fú）“弱磁”易受（shòu）幹擾，抑製（zhì）了電磁信（xìn）號因鋼絲（sī）繩鐵磁性擾動產生（shēng）的異變噪聲； 3.3.5受控標本（鋼絲繩）上無（wú）強磁（cí）性點（diǎn）滯（zhì）留,消除強（qiáng）磁（cí）滯留對鋼絲繩（shéng）機械性能產（chǎn）生損害（hài）的可能； 3.3.6 監測係統實施計算機程序控（kòng）製，管理軟件模式依據控製目標安生產的現實要求和（hé）項目的規範規劃； 3.3.7更（gèng）新設計TST業應用軟件程序，搭建安監測與後續係統麵（miàn）管理升兼容的可拓展平台； 3.3.8 監測係統使（shǐ）用模式：定（dìng）測點采樣，在線實（shí）時探測； 3.3.9 監（jiān）測係統管理模式：高速率數據傳輸編輯方式，設立（lì）鋼（gāng）絲繩運行工況（kuàng）狀（zhuàng）態險情（qíng）聲光（guāng）預報警機（jī）製，實現時間對設備（bèi）安作業操作的安提示；監測結果息導入主控管理終，麵實時處理分析、編輯顯示、輸出安狀態報告，完成數據保存。

四、TST監測係統檢測（cè）結（jié）果評判標準（zhǔn）及安管理依據

1.檢測結果評判標準

 鋼絲繩是種金屬的柔性載荷構件，投入（rù）使用（yòng）就（jiù）必然不斷產生應力損耗直至報廢（fèi）；而且（qiě），各種不同程度的瑕疵或損傷及其不可修（xiū）複性，伴隨鋼絲繩的整個服役（yì）周期。因此，對在役鋼絲（sī）繩無損探傷的目的在於：探測損傷等，判斷危害程（chéng）度，評估剩（shèng）餘載荷。TST電磁無損探傷技術，嚴格執行際標（biāo）準規定的鋼（gāng）絲繩應用力學校核原則，結合（hé）大量無損探傷實踐數據，研製構建（jiàn）了（le）業處理軟件，實現了符合（hé）事實的核心算（suàn）法模式，為滿足鋼絲繩無損探（tàn）傷實用需求，業定義鋼絲繩損傷（shāng）別、危害程度及探準概（gài）率：

I損傷：鋼絲繩原始瑕疵（cī）或早期擴展，基本不影響使（shǐ）用安性；應（yīng）力（lì）截麵損失（shī）率＜2.5%，危害程度——輕微（wēi）度，探準（zhǔn）概率 > 83%。

II損（sǔn）傷：鋼（gāng）絲繩（shéng）已（yǐ）產生“積勞性損（sǔn）傷”（彎曲（qǔ）疲勞）、“接觸性損傷”（擠（jǐ）壓塑（sù）變、磨損）和“浸蝕性損傷”（鏽腐蝕）等，開始影響安性但不構（gòu）成主體破壞（huài）；應力截麵（miàn）損失率≥2.5%但＜5%，危害程度——輕度，探準概率（lǜ） > 91%。

III損傷：鋼絲繩已（yǐ）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（sǔn）失率≥5%但＜9.5%，危害程度——中重（chóng）度（dù），探準（zhǔn）概率 ＞ 99%。

別損傷：凡按照具體行（háng）業使用要（yào）求，達到行（háng）業規程規定的更換臨界值的損傷或應力截麵損失率≥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. 監測係統（tǒng）安管（guǎn）理依據：

中華人民共（gòng）和標準（zhǔn） 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（diào）索使用技術條（tiáo）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（bào）廢實用規範》

中華人民共和標準GB/T 19912－2005《輪胎式集裝（zhuāng）箱門式起（qǐ）重機（jī）安規程》     參考：中華人民共和煤炭（tàn）行業標準MT/T970-2005《鋼絲繩（纜）在線無損定（dìng）量（liàng）檢測方（fāng）法和判定規則》      《港口起重運輸機械設（shè）計選型與使（shǐ）用維護及質（zhì）量檢（jiǎn）驗標準規範實用手冊》相關條款

五、 分析總結

TST港口鋼絲（sī）繩在線實時安監測管理係統憑借的（de）磁檢測技術將鋼絲繩損傷的多樣性和複雜性（xìng）以簡單直觀的方式呈現出來，讓鋼絲繩檢測工（gōng）作從低、不可靠、繁雜的記錄（lù）、艱難的鋼絲繩安狀態判斷中解放出來（lái），代之（zhī）以直觀（guān）、科（kē）學的管理模（mó）式，給您目了然的鋼絲繩安狀態（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用壽命、預防潛（qián）在斷繩造成的生產安風險、直接為企業降低生產用繩成本（běn）、麵提（tí）升（shēng）港口企業安（ān）管理（lǐ）水平。

總之，TST港口鋼絲繩（shéng）在線（xiàn）實時安監測管理係統在港口行業鋼絲繩安監管（guǎn）理方麵具有廣闊的發展（zhǎn）前（qián）景，能讓企業真正感受到先進技術所帶（dài）來的便捷、高、可靠和（hé）安。

參考文獻

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