楊志遠(yuǎn) 徐鴻書 張東衛(wèi)

青島港國(guó)際股份有限公司港機(jī)分公司

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應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在堆取料機(jī)中的應(yīng)用

楊志遠(yuǎn) 徐鴻書 張東衛(wèi)

青島港國(guó)際股份有限公司港機(jī)分公司

為了對(duì)堆取料機(jī)這類超大型設(shè)備進(jìn)行有效地安全評(píng)估，引進(jìn)了一種應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)堆取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)健康狀況進(jìn)行早期診斷、分析、預(yù)警，保障堆取料機(jī)安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了大型設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)力的信息化管理。

堆取料機(jī)； 鋼結(jié)構(gòu)； 應(yīng)力； 監(jiān)測(cè)； 應(yīng)用

1 引言

青島港董家口港區(qū)DQ10500/6000.49斗輪堆取料機(jī)主要用于礦石、煤炭等工業(yè)大宗散裝物料的堆取作業(yè)，其額定堆料能力10 500 t/h，額定取料能力6 000 t/h，回轉(zhuǎn)半徑49 m，單機(jī)總重量超1 100 t。對(duì)這類超大型設(shè)備進(jìn)行有效的安全評(píng)估十分必要。堆取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)是對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)估的前提和基礎(chǔ)，也是其得以安全運(yùn)行的重要保障[1]。

2 堆取料機(jī)在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

堆取料機(jī)在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的堆取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)工作狀態(tài)下的應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)、控制、評(píng)估與報(bào)警的系統(tǒng)，主要由主機(jī)站和遠(yuǎn)程站兩大部分組成，包含應(yīng)變傳感單元、主機(jī)控制柜、信號(hào)采集調(diào)理裝置、工控機(jī)系統(tǒng)(主機(jī))、不間斷電源、遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)、無線通信裝置、信號(hào)分析與處理軟件平臺(tái)、實(shí)時(shí)監(jiān)評(píng)軟件模塊、遠(yuǎn)程總控與狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)評(píng)估模塊、狀態(tài)分析標(biāo)準(zhǔn)生成與數(shù)據(jù)庫管理模塊等[2]。

3 堆取料機(jī)在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

該系統(tǒng)采用應(yīng)變傳感單元和ICP振動(dòng)傳感單元2種檢測(cè)器件。應(yīng)變傳感單元對(duì)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，其工作原理是鋼結(jié)構(gòu)受載發(fā)生變形，粘貼在鋼結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變片伸長(zhǎng)率隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過計(jì)算得出應(yīng)力應(yīng)變值，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化。ICP振動(dòng)傳感單元對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度進(jìn)行測(cè)量，從而感知監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)情況。

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

堆取料機(jī)在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置是確保堆取料機(jī)應(yīng)力分析完整性、可靠性的前提。本項(xiàng)目堆取料機(jī)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置主要依據(jù)2個(gè)原則：

(1)選取高應(yīng)力部位布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)堆取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將其分為臂架、后臂架、支柱、平衡梁、前拉桿、中拉桿、后拉桿、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、門架座、尾車主車架、尾車平臺(tái)等；根據(jù)整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算報(bào)告結(jié)果，選取各個(gè)部分應(yīng)力較大點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)[3]。

(2)考慮各種工況對(duì)結(jié)構(gòu)的影響布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。堆取料機(jī)根據(jù)作業(yè)功能分為堆料作業(yè)和取料作業(yè)，在作業(yè)過程中，臂架可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行回轉(zhuǎn)、俯仰動(dòng)作。這些作業(yè)工況直接影響整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化[4]。

依照上述原則，該項(xiàng)目應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置見圖1和圖2。

圖1 主鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

圖2 尾車鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3.2 主機(jī)站的使用

主機(jī)站為該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和初步處理，平均不超過5 s即可完成所有狀態(tài)的評(píng)價(jià)和存儲(chǔ)(包括黑匣子打開時(shí))。主機(jī)站也可以通過遠(yuǎn)程站對(duì)其進(jìn)行控制，并接受其采集數(shù)據(jù)。主機(jī)站開啟時(shí)，系統(tǒng)即開始對(duì)鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集和分析。

3.3 遠(yuǎn)程站的使用

遠(yuǎn)程站為該系統(tǒng)對(duì)主機(jī)站數(shù)據(jù)采集、任務(wù)配置遠(yuǎn)程控制站點(diǎn)，可以通過網(wǎng)絡(luò)接收主機(jī)采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理和分析。

遠(yuǎn)程站操作主要包含：遠(yuǎn)程站的啟動(dòng)、對(duì)主機(jī)站進(jìn)行參數(shù)配置、監(jiān)測(cè)點(diǎn)零狀態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)整、狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整、對(duì)主機(jī)站進(jìn)行任務(wù)配置、數(shù)字方式監(jiān)視等。監(jiān)測(cè)點(diǎn)零狀態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)整功能可以在系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)過程中除去由設(shè)備或傳感器自身產(chǎn)生零點(diǎn)偏移量，使系統(tǒng)反饋回來的數(shù)據(jù)更能直觀準(zhǔn)確反映鋼結(jié)構(gòu)狀態(tài)；狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整功能可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況自定義趨勢(shì)警戒線，黑匣子根據(jù)自定義的警戒線實(shí)施報(bào)警功能；主機(jī)站任務(wù)配置功能可以在主機(jī)站地址配置正確后通過遠(yuǎn)程站選擇監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)任務(wù)以及報(bào)警級(jí)別等；數(shù)字方式監(jiān)視功能則可以通過實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)評(píng)視窗直觀地以數(shù)字方式瀏覽當(dāng)前主機(jī)站最新采集的數(shù)據(jù)情況，同時(shí)通過實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)評(píng)視窗對(duì)檢測(cè)點(diǎn)信息及系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置情況進(jìn)行瀏覽[5]。

3.4 結(jié)構(gòu)故障診斷

鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力故障診斷將從2個(gè)方面給出評(píng)估信息：一方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的動(dòng)態(tài)應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向比較，分析在使用時(shí)間內(nèi)該應(yīng)力值是否出現(xiàn)明顯增大的趨勢(shì)，若有，則給出信號(hào)至機(jī)上PLC進(jìn)行預(yù)警，當(dāng)應(yīng)力值超過設(shè)定值，則給出故障信號(hào)；另一方面，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的動(dòng)態(tài)應(yīng)力數(shù)據(jù)、空載理論計(jì)算的數(shù)據(jù)，以及機(jī)上積垢載荷和風(fēng)載荷產(chǎn)生的應(yīng)力值相加，三方面應(yīng)力值之和若有明顯變化，則給出信號(hào)至機(jī)上PLC進(jìn)行預(yù)警，若超出結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力值，則給出故障信號(hào)。

4 結(jié)語

堆取料機(jī)在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特有的黑匣子功能為報(bào)警或事故狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)元數(shù)據(jù)實(shí)施就地儲(chǔ)存，為之后的狀態(tài)分析和故障診斷提供最直接的第一手資料；堆取料機(jī)在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)任選時(shí)段的狀態(tài)統(tǒng)計(jì)分析功能，可以及時(shí)地為維修保養(yǎng)計(jì)劃的制定提供技術(shù)數(shù)據(jù)。堆取料機(jī)在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為設(shè)備的高品質(zhì)運(yùn)行和技術(shù)安全提供了一個(gè)監(jiān)測(cè)手段，為復(fù)雜的作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)估和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了大型設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)力的信息化管理。

[1] 尤志軒.門座起重機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)[J].港口裝卸,2016(1):28-30.

[2] 劉承民,梁信眾.船體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介[J].世界海運(yùn),2001(1):22-23.

[3] 賈連徽,任慧龍,孫樹政,李積德,唐浩云.船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取方法研究[J].船舶力學(xué),2013(4):389-397.

[4] 樊永春.港口起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力的無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].港口裝卸,2011(3):12-13.

[5] 牟京東,黃 欣.變頻技術(shù)在堆取料機(jī)行走驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用研究[J].港口裝卸,2005(4):27-28.

楊志遠(yuǎn)： 266005，青島市市北區(qū)港華路7號(hào)

Application of Strain-line Monitoring System on Stacker-reclaimer

Yang Zhiyuan, Xu Hongshu, Zhang Dongwei

Port Machinery Branch, Qingdao Port International Ltd.

In order to make an effective safety assessment for the stacker-reclaimer and the kind of large equipment, a strain-line monitoring system is introduced. The system can make early diagnosis, analysis and early warning for the health of steel structure of stacker-reclaimer. It could ensure the safe operation of stacker-reclaimer and achieve the information management of the structure stress of large equipment.

stacker-reclaimer； steel structure； strain； monitoring； application

2016-07-18

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.06.010