應力在線監測系統在堆取料機中的應用

楊志遠 徐鴻書 張東衛

青島港國際股份有限公司港機分公司

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應力在線監測系統在堆取料機中的應用

楊志遠 徐鴻書 張東衛

青島港國際股份有限公司港機分公司

為了對堆取料機這類超大型設備進行有效地安全評估，引進了一種應力在線監測系統，對堆取料機鋼結構健康狀況進行早期診斷、分析、預警，保障堆取料機安全運行，實現了大型設備結構應力的信息化管理。

堆取料機； 鋼結構； 應力； 監測； 應用

1 引言

青島港董家口港區DQ10500/6000.49斗輪堆取料機主要用于礦石、煤炭等工業大宗散裝物料的堆取作業，其額定堆料能力10 500 t/h，額定取料能力6 000 t/h，回轉半徑49 m，單機總重量超1 100 t。對這類超大型設備進行有效的安全評估十分必要。堆取料機鋼結構的健康監測是對其進行安全評估的前提和基礎，也是其得以安全運行的重要保障[1]。

2 堆取料機在線應力監測系統介紹

堆取料機在線應力監測系統是一個基于TCP/IP網絡協議的堆取料機鋼結構實時工作狀態下的應力在線監測、控制、評估與報警的系統，主要由主機站和遠程站兩大部分組成，包含應變傳感單元、主機控制柜、信號采集調理裝置、工控機系統(主機)、不間斷電源、遠程服務平臺、無線通信裝置、信號分析與處理軟件平臺、實時監評軟件模塊、遠程總控與狀態實時監測評估模塊、狀態分析標準生成與數據庫管理模塊等[2]。

3 堆取料機在線應力監測系統應用

該系統采用應變傳感單元和ICP振動傳感單元2種檢測器件。應變傳感單元對鋼結構應力應變進行實時測量，其工作原理是鋼結構受載發生變形，粘貼在鋼結構表面的應變片伸長率隨之發生變化，導致電阻值發生相應變化。將電阻值的變化轉換為電壓信號，通過計算得出應力應變值，實現結構應力可視化。ICP振動傳感單元對監測點的加速度進行測量，從而感知監測點的振動情況。

3.1 監測點的布置

堆取料機在線應力監測點的布置是確保堆取料機應力分析完整性、可靠性的前提。本項目堆取料機應力監測點的布置主要依據2個原則：

(1)選取高應力部位布置監測點。根據堆取料機鋼結構特點將其分為臂架、后臂架、支柱、平衡梁、前拉桿、中拉桿、后拉桿、回轉平臺、門架座、尾車主車架、尾車平臺等；根據整機鋼結構應力計算報告結果，選取各個部分應力較大點作為監測點[3]。

(2)考慮各種工況對結構的影響布置監測點。堆取料機根據作業功能分為堆料作業和取料作業，在作業過程中，臂架可根據實際情況進行回轉、俯仰動作。這些作業工況直接影響整機鋼結構的應力變化[4]。

依照上述原則，該項目應力監測點的布置見圖1和圖2。

圖1 主鋼結構應力監測點布置

圖2 尾車鋼結構應力監測點布置

3.2 主機站的使用

主機站為該系統現場數據采集分析系統，主要負責數據采集和初步處理，平均不超過5 s即可完成所有狀態的評價和存儲(包括黑匣子打開時)。主機站也可以通過遠程站對其進行控制，并接受其采集數據。主機站開啟時，系統即開始對鋼結構運行狀態進行采集和分析。

3.3 遠程站的使用

遠程站為該系統對主機站數據采集、任務配置遠程控制站點，可以通過網絡接收主機采集的數據，進行處理和分析。

遠程站操作主要包含：遠程站的啟動、對主機站進行參數配置、監測點零狀態數據調整、狀態評價標準調整、對主機站進行任務配置、數字方式監視等。監測點零狀態數據調整功能可以在系統記錄數據過程中除去由設備或傳感器自身產生零點偏移量，使系統反饋回來的數據更能直觀準確反映鋼結構狀態；狀態評價標準調整功能可以根據現場實際情況自定義趨勢警戒線，黑匣子根據自定義的警戒線實施報警功能；主機站任務配置功能可以在主機站地址配置正確后通過遠程站選擇監測項目、監測任務以及報警級別等；數字方式監視功能則可以通過實時狀態監評視窗直觀地以數字方式瀏覽當前主機站最新采集的數據情況，同時通過實時狀態監評視窗對檢測點信息及系統測點布置情況進行瀏覽[5]。

3.4 結構故障診斷

鋼結構應力故障診斷將從2個方面給出評估信息：一方面對現場測試的動態應力數據進行縱向比較，分析在使用時間內該應力值是否出現明顯增大的趨勢，若有，則給出信號至機上PLC進行預警，當應力值超過設定值，則給出故障信號；另一方面，將現場測試的動態應力數據、空載理論計算的數據，以及機上積垢載荷和風載荷產生的應力值相加，三方面應力值之和若有明顯變化，則給出信號至機上PLC進行預警，若超出結構許用應力值，則給出故障信號。

4 結語

堆取料機在線應力監測系統特有的黑匣子功能為報警或事故狀態的現場元數據實施就地儲存，為之后的狀態分析和故障診斷提供最直接的第一手資料；堆取料機在線應力監測系統任選時段的狀態統計分析功能，可以及時地為維修保養計劃的制定提供技術數據。堆取料機在線應力監測系統為設備的高品質運行和技術安全提供了一個監測手段，為復雜的作業狀態進行監測、評估和報警，實現了大型設備結構應力的信息化管理。

[1] 尤志軒.門座起重機結構健康監測[J].港口裝卸,2016(1):28-30.

[2] 劉承民,梁信眾.船體應力監測系統簡介[J].世界海運,2001(1):22-23.

[3] 賈連徽,任慧龍,孫樹政,李積德,唐浩云.船體結構應力監測點的選取方法研究[J].船舶力學,2013(4):389-397.

[4] 樊永春.港口起重機金屬結構應力的無線遠程監測系統研究[J].港口裝卸,2011(3):12-13.

[5] 牟京東,黃 欣.變頻技術在堆取料機行走驅動中的應用研究[J].港口裝卸,2005(4):27-28.

楊志遠： 266005，青島市市北區港華路7號

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