港口鋼絲繩在線實時監控係統（tǒng）

為了保障港口各類吊（diào）裝設備鋼絲繩安，科學延長鋼絲繩使用壽命， 基於磁無損探傷（shāng）技術的TST港口鋼（gāng）絲繩在（zài）線實時監控係統能可（kě）靠（kào）、有、直觀的實時監控鋼絲繩當前損傷程度等麵（miàn）安狀態，降低企業生產用繩成本，避免潛在安事故（gù）發生並提升企業安管理（lǐ）工作率及（jí）水平（píng）。

關鍵詞：港口，岸橋，鋼絲繩安，TST鋼絲繩（shéng）在線實（shí）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（yán）究目的

作為岸橋、龍門吊、門座起（qǐ）重機、卸船（chuán）機、牽引機等（děng）港口吊裝設備的主要承載組件，當前（qián）僅（jǐn）僅（jǐn）依靠人工目視開展（zhǎn）的維護、檢測及（jí）更換依據等安管理工作嚴重缺乏（fá）科學性，造成不是安過度（dù）帶來大浪費，就是盲目（mù）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（lái），由於鋼絲繩探（tàn）傷技術手段問題，導致鋼絲繩使用和管理始終（zhōng）存在五大“疾患”：

1. 安隱患 

鋼絲繩使用過程中，多發因（yīn）強度（dù）損耗而導致的斷繩（shéng）事（shì）故。據權威機構不完調查統計，有12%的在用鋼（gāng）絲繩處於“危險或度危險”狀態。

2. 經濟浪費大 

定期更換鋼絲（sī）繩造成大浪（làng）費。70%以上被強製更換的鋼絲繩“很少或（huò）基本上沒（méi）有強度（dù）損耗”，基本仍處於可繼續適用生產現場狀態。

3. 工作率低 

傳統的（de）靠人工目視、手摸檢查方法，耗時、費工、率低下。

4. 人為管理鬆 

人工檢測不可及（jí），安管理不到位，許多重大（dà）事故隱患（huàn）難以（yǐ）發現。

5. 社（shè）會危害重 

重大斷繩（shéng）事故必然導致重大危害後果，重大生產安事故必然帶給企業和社（shè）會更大的危害。

利用鋼絲繩（shéng）無損探傷域世界公認的且科學可靠的（de）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（sī）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（wéi）例進行TST港口鋼絲繩在（zài）線實時監（jiān）控係（xì）統分析研究說明，通過對岸橋的了解，發現其吊裝（zhuāng）鋼絲繩的使用存在以下點：

1.1 易鏽蝕 

起重設備（bèi）位於海邊或江河邊，工作環境的溫（wēn）差和（hé）濕度都（dōu）很大。溫度範圍在-5℃～+50℃之間（jiān），相對濕度在100﹪的範圍內，並經常經受雨（yǔ）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，易發生鏽腐蝕（shí）。

1.2 易疲勞 

岸橋起升工作負荷（hé）大，工作瞬（shùn）間變化（如：起升、加速、減速、製動等）引起的衝擊（jī）力或慣性載荷，對承載鋼絲繩影響很大，別是經過卷（juàn）筒和滑輪組多次彎曲繞行（háng）的鋼絲繩段易發生因疲（pí）勞超限導致（zhì）的裂斷、塑變、硬脆等（děng）損傷，嚴重（chóng）情況下如不能及時察（chá）覺會引發斷繩事故。

1.3易（yì）磨損 

由於集裝箱船舶的（de）殊性和集（jí）裝箱鋼絲繩的起升（shēng）、變位等速度較快，導致鋼絲繩與接（jiē）觸（chù）滑輪（lún）間相對摩擦；同時起升鋼（gāng）絲繩與船艙邊緣或集（jí）裝箱隔槽之間也（yě）會發生不定性（xìng）的直接碰撞磨擦，有時還會發生鋼絲繩鉤拉事故（gù）引起的其他磨（mó）損；另（lìng）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層股之間經常擠壓摩（mó）擦，所以對於岸橋起重機（jī）的鋼絲繩磨損也較為常見。

2.鋼絲繩損傷分析

2.1 岸橋鋼絲繩的損傷破（pò）壞形式

新鋼絲繩在正常情況下（xià）使用時般不會（huì）發生突然斷裂，除非安保護裝置失靈或出現意外的機械事故，導致（zhì）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：鋼絲繩通過卷繞係統時要經過反複彎曲和伸直，並（bìng）與滑輪和卷筒槽摩擦，工作條件愈惡劣，工作愈頻繁，此現象（xiàng）就愈嚴重（chóng）。經過定時間，鋼絲（sī）繩股內的鋼絲不同程度地發（fā）生彎曲疲勞與磨損（sǔn），表麵層的鋼絲逐漸（jiàn）折斷，折斷鋼絲的數量越多，其他未斷鋼絲（sī）的拉力越大，疲勞和磨損更（gèng）為加劇，斷絲速度亦愈快。當斷絲發展到定程（chéng）度，鋼絲繩開始喪（sàng）失承載的安性，這時就應報廢且更換（huàn）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（shēng）機構鋼絲繩係統為（wéi）例，簡要分析（xī）鋼絲繩所承受載荷。

假（jiǎ）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（xià）圖為雙雙聯滑輪組結構，鋼絲繩分支數為4，那麽（me）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（ér）起升過程的加速（sù）階段動載荷（見（jiàn）《港機設計手冊》P18）

Fd=（FQ +FG）*c     c為動（dòng）載荷係數，

對於做裝卸用的臂架起（qǐ）重機，c=1+0.35Vh  

假（jiǎ）設物品（pǐn）起升速度Vh=60m/min,那（nà）麽引（yǐn）入（rù）卷（juàn）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（wèi）經過測點A1、B1的繩段，雖然（rán）經（jīng）過3次S行變向（實驗證明，反（fǎn）向彎曲所引起的（de）鋼絲繩疲勞損傷為同向彎曲的2倍（見《港機設計手冊》P276）），但其載荷隻有F/8，速（sù）度隻（zhī）有2Vh，其損傷可能和（hé）損傷（shāng）程度均不及經卷筒出繩口的繩段。

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（cè）點是符（fú）合起重作業過程中（zhōng）鋼絲繩損傷情況的，以此為基（jī）礎（chǔ）探測到的鋼絲繩運行狀態是（shì）合適的（de）和具有代表性的。

三、TST港口（kǒu）鋼絲繩在線實時安監（jiān）測管（guǎn）理係統（tǒng）

1. TST港口鋼絲繩在（zài）線實時安監測管理係統概述

洛陽泰（tài）斯探傷技術有限公司研發的TST港口鋼絲繩在線實（shí）時（shí）安監測管理係統（tǒng）能夠在線實時監測港口吊裝鋼絲繩的安（ān）狀態，同時具（jù）備服務整體自動化生產管理可拓展兼容功能。

配備有（yǒu）設備：滿足用戶不同控製目（mù）標（biāo）和使用需求的無損探傷（shāng）係統設備；

運用技術： 基於“電感磁通變量補償傳感器技術”（利技術）理（lǐ）論的在線無損（sǔn）探傷；

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

實施項製造： 滿（mǎn）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（gǎng）口現有吊裝機械種類、作業工況、用戶實際需求，製定了（le）以（yǐ）下方案（àn）：

2.1 係統描述

該係統分為模式組合探測單元、探傷信息分站和程控工作主站（設（shè）險情狀態預報警機製（zhì））三大部分（fèn），各部分均定點安裝。

2.1.1 模式組合探測單元（yuán）

由（yóu）模式組合探測裝置、 模態磁化裝置、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（jiàn）等組成；天候連（lián）續工作，日常免維護。

2.1.2 探（tàn）傷信息分站

由數采轉換集成模（mó）塊、信息存儲模塊（kuài）、數據分析處理模塊、數組形式轉（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

以業的工業控（kòng）製計算機為平台，配（pèi）置（zhì）自動監測信號采集單元、多信道通訊單元（有線或無（wú）線（xiàn）聯通方式）、聲光報警單元、TST用上位機處理（lǐ）顯示軟件和短信發布（bù）、打印組件等。室（shì）內（機房）安裝安置，日常簡單（dān）維護；連續或自定義擇時工作。

係統果圖

2.2 係統整體結構拓撲及子係統方案

2.2.1係統（tǒng）整體結（jié）構拓撲（pū）圖

2.2.2 起升鋼絲繩係統

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

在正常吊裝過程中，起升鋼絲繩載荷（包括自重載（zǎi）荷和起升載荷等）、運行速度快（kuài）的部（bù）位在卷揚機出繩口附近，經（jīng）常在此位置往複運（yùn）動的鋼絲繩也是整根鋼絲繩損傷嚴重的部（bù）位，所（suǒ）以在此位置布置（zhì）測（cè）點，能夠探測出鋼絲繩需要關注的部分（fèn），從而（ér）使（shǐ）操作人員能夠實時掌控鋼（gāng）絲繩的運行狀態，為安生產提供有力的（de）保障。

起升鋼絲繩（shéng）係統在如圖A方向（貨物起升方向，此時（shí）載（zǎi）荷）運動時磁（cí）化與探（tàn）測同步進行，有監測繩長為4h（h為貨物提升高度）。

2.2.3 牽引小車鋼絲（sī）繩（shéng）係（xì）統

牽引（yǐn）小（xiǎo）車鋼絲繩（shéng）係統共布置了4個測（cè）點，示意圖如下：

牽引小車鋼絲繩係統的（de）測點布置在（zài）牽引小車卷揚機出繩口兩側附近（jìn），此處鋼絲繩載荷較其他位置大。係統在如圖A方（fāng）向（貨物由貨（huò）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 托架小車鋼絲繩係統（tǒng）

測點布置於鋼絲繩往複運動頻繁的部（bù）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（dòng）時磁化與探測同步進行，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為小車（chē）行走長度）。

2.2.5俯仰鋼絲繩係統

俯（fǔ）仰鋼（gāng）絲繩係統共布置了2個（gè）測點，示意圖如下（xià）：

俯仰（yǎng）鋼絲繩係統2個測點（diǎn）布置在卷揚機出繩口附近（jìn），這樣布置可以監測整根鋼絲繩載荷和彎曲疲勞（láo）嚴重的部分。當卷揚機（jī）如圖示A方向運動時（即（jí）拉起前（qián）伸梁懸（xuán）臂時（shí））磁化與（yǔ）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港口鋼絲繩（shéng）在線實時安監測管理係統參數：

 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（liàng）不確定度：   ≤±1.2%

 儀表實時響應（yīng）速率：   Vmax = 20 m/s   

 使用控製範圍：       V = 0~200 m/min

 軸向位示值（zhí）精度等： 5 × 10-4  m

 探（tàn）測（cè）長度校準（zhǔn）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（qì）工作壽命：     ＞2.7×104h

3.2係統技術優勢

 定量、定性探傷

定量定位探測，可依據模式識（shí）別軟件判別鋼絲繩內外部疲勞、鏽（xiù）蝕、磨損及斷絲等損傷（shāng）類型。

探傷（shāng）    電磁感應信噪（zào）比：S/N＞85dB

寬距（jù）探傷

信（xìn）號有提取距離30mm以上（shàng）

高速探傷  探（tàn）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損傷，準確評估鋼絲繩安狀態；同時融入（rù）物聯網、大數據、雲計算等數據信息（xī）互聯分析技術，使安監測信（xìn）息從局部向區（qū）域化規模擴展，分（fèn）布式終信（xìn）息融入整體（tǐ）安信息數據庫，實（shí）現安管理“無邊界”互聯互（hù）通。

3.3係統性

TST港口鋼絲繩在線實時安（ān）監測管理係統既滿足控製目標的安生產（chǎn）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（huà）生產管理可拓展兼容功能。

3.3.1 控製目標上（shàng）的所有受測標本，均被在（zài）線實時可靠監測；  3.3.2 控製目標的正常生產運行（háng），不因監測係統的投（tóu）入（rù）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 采用電磁變量（liàng）補償方法完成監測控製，完（wán）排除“強磁”輻射汙染，消（xiāo）除了強磁（cí）場對鐵磁性金屬（shǔ）構件工（gōng）作（zuò）性（xìng）能可能造成的不良影（yǐng）響；徹底克服“弱磁”易受幹擾，抑製了電（diàn）磁信號因鋼絲繩鐵磁性擾動產生的異變噪聲； 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（sī）繩機械性能（néng）產生損害的可能； 3.3.6 監測係統實施計（jì）算機程序控製，管理軟件（jiàn）模式依據控製目標安（ān）生產的現實要求（qiú）和項目的（de）規範規劃； 3.3.7更新設計TST業應（yīng）用軟件程序，搭（dā）建安監測與（yǔ）後（hòu）續係統麵管理升兼容的可（kě）拓展平台； 3.3.8 監測係統使用模式（shì）：定測點采樣（yàng），在線實時探測； 3.3.9 監測係（xì）統管理模式：高速率數據傳輸編輯方式，設（shè）立鋼絲繩運行工況狀（zhuàng）態險情聲光預報警機製，實現時間對設備安作（zuò）業操作的安提示；監測（cè）結果息導入主控（kòng）管理終，麵（miàn）實時處理分析、編輯顯示、輸出安狀態報告，完成（chéng）數據保存。

四、TST監測（cè）係統檢測結果評判標（biāo）準及安管理依據

1.檢測結果（guǒ）評判標準（zhǔn）

 鋼絲繩是種金屬的柔性載荷構件，投入使用就必然不斷產生應力損耗直至報廢；而（ér）且，各種不同程度（dù）的瑕疵（cī）或損（sǔn）傷及其不可修（xiū）複性，伴隨鋼絲繩的整個（gè）服役周期。因此，對在役鋼（gāng）絲繩無損探傷的目的在於：探測損傷等，判斷危害程度，評估（gū）剩餘載荷。TST電磁無損探傷技術，嚴格（gé）執行際標準（zhǔn）規定的鋼絲（sī）繩應用力學（xué）校核原則，結合大量無損探傷實踐數（shù）據（jù），研製構建了業處理軟件，實（shí）現了符（fú）合事實的核心算法模式，為滿足鋼絲繩無損探傷實用需求，業定（dìng）義鋼絲繩損傷別、危害（hài）程度及探準概率：

I損傷：鋼絲繩原始瑕疵或早期擴展（zhǎn），基本不影響使用安（ān）性；應力截麵損失（shī）率＜2.5%，危害程度——輕微度，探準概率 > 83%。

II損傷：鋼絲繩已產生“積勞性損傷”（彎（wān）曲疲勞）、“接觸性損傷”（擠壓（yā）塑變、磨損）和“浸蝕（shí）性損傷”（鏽腐蝕）等，開始影響安性但不（bú）構成主體破壞；應力（lì）截麵損失率≥2.5%但＜5%，危害程度——輕度，探準概率 > 91%。

III損傷：鋼絲繩已有（yǒu）的損傷進步擴大加（jiā）重，對主體逐步構成破（pò）壞性威脅；應力截麵損失率≥5%但＜9.5%，危害程度——中重度（dù），探準概率 ＞ 99%。

別損（sǔn）傷：凡按照具體行業使用要求，達到行業規（guī）程規定的更換（huàn）臨界值的損傷或應力截（jié）麵損失率≥9.5%的，危害程度——重度；均應按相關規定更換使（shǐ）用鋼絲繩，探準概率為100%。

2. 監測係統安管理依（yī）據：

中華人（rén）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（tiáo）件》

中華人民共和標準GB 5972－1986《起重（chóng）機（jī）械用鋼絲（sī）繩檢驗和報廢實用規（guī）範》

中華人民共和標準GB/T 19912－2005《輪胎式集裝箱（xiāng）門式起重機安規（guī）程》     參考：中華人（rén）民共和煤炭行業標準MT/T970-2005《鋼絲繩（纜）在線無損定量檢測方法和判定規則（zé）》      《港口起重運輸機械設計選（xuǎn）型與（yǔ）使用維護及（jí）質量檢驗標準規範實用（yòng）手冊》相關條款

五、 分析總結

TST港口鋼絲繩在線實時安監測管理係統憑借（jiè）的磁檢測技術將鋼絲繩損傷（shāng）的多樣性和複雜（zá）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（kě）靠、繁雜的記（jì）錄、艱難的鋼（gāng）絲繩（shéng）安狀態判斷中解放出來，代之以直觀、科學的管理模式，給您目了然的鋼絲繩安狀態，保障生產節（jiē）奏（zòu）有計劃順利的安運行，並科學（xué）延長鋼絲繩（shéng）使用壽命、預防潛在斷繩造成的生產（chǎn）安風險（xiǎn）、直接為企業降低生產用繩（shéng）成本、麵提（tí）升港口企業安管（guǎn）理水平。

總之（zhī），TST港口鋼絲繩（shéng）在（zài）線實時安監測管理係統在港口行業鋼絲繩安監管理方麵具有廣闊的（de）發展前景，能讓（ràng）企業真正感受到先進技術所帶來的便捷、高、可靠和（hé）安。

參（cān）考文（wén）獻

[1]江四厚,王漢功,陽能軍,等. 小波分析在鋼絲（sī）繩檢測信（xìn）號處理中的應用[J]. 無損檢測,

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[2]竇毓棠，楊 旭，竇伯莉. 鋼絲繩(纜)息定量無損（sǔn）檢測[J]. 礦山機械，

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