CN201151621Y - 集装箱起重机实时在线安全监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集装箱起重机实时在线安全监测装置，在集装箱起重机四个部位分别布置十二个光纤光栅传感器，并串接为一路，四路光纤通过配线盒与四芯光缆连接，光缆将信号接入集装箱起重机上电器室内的四通道光纤光栅波长解调仪，解调仪输出信号输入计算机进行数据处理，并在集装箱起重机上的司机室和地面技术中心监控室内显示输出。该装置利用高精度、远距离、分布式及长效性的光纤光栅传感技术，通过对集装箱起重机运行情况，特别是结构应力、振动、载荷(货物和环境)的实时在线长期监测，以期对起重期的结构状态(应力/荷载等)、利用情况，包括安全和疲劳寿命等做出准确的判断，为起重机的使用、维护提供量化数据，从而提高起重机的经济性和安全性。

Description

集装箱起重机实时在线安全监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种安全监测装置，尤其是一种用于集装箱起重机实时在线安全监测装置。

背景技术

当前，随着经济全球化和物流业的不断发展，推动着以港口集装箱起重机为代表的现代港口机械日益向大型化、连续化、高速化、高效化、轻柔化和自动化的方向发展。一方面，这些发展提高了生产效率，节约了大量的能源，取得了巨大的社会效益和经济效益；另一方面，这些发展也相应地带来一些新的问题：

其一是由于设备与系统的功能增多，各个作业单元间的关系日趋复杂，导致影响设备安全和工作性能的因素越来越多；

其二是设备与系统的结构越来越复杂，规模越来越大，设备的造价越来越高；

其三是现代港口机械设备日益向系统极限效率与速度方向发展，安全隐患增多，机械故障，连锁影响造成的损失十分巨大；

其四是现代设备与生产系统在国民经济的发展和社会物质财富生产中的影响面越来越大。

这些问题的出现，对现代大型港口机械的设计、制造、安装、使用、维修和安全可靠运行提出了更高的要求，特别是对于连续生产系统的关键设备，如港口集装箱起重机等，其运行的可靠性和安全性将直接影响生产的顺利进行，一旦发生故障轻则降低系统的生产效率，重则系统停机、生产停顿，导致重大经济损失，甚至出现设备毁坏、危及生命财产安全的恶性事故，造成灾难性的后果。

而港口机械的设计、制造、安装、使用、维修和运行中存在大量不确定性因素，这些不确定性的因素具体归纳为如下三个方面：

(1)外部环境荷载的不确定性，特别是引起结构灾变行为的地震、飓风、波浪荷载等的影响；

(2)结构本身的不确定性，包括构件材料性能、截面几何参数和结构构件抗力，以及复杂环境对结构影响而引起的结构性能退化；

(3)结构整体分析中因模型简化和假设而产生的潜在不确定性等。

这些不确定性的安全因素不仅是现代集装箱起重机出现安全隐患的根源，而且是一些发生灾难性破坏而引起重大人员伤亡和经济损失的直接原因，为此必须严格考虑这些因素。

目前针对港口机械这些不安全的因素，一般是通过检验人员定期带仪器到工作环境复杂的港口机械上进行测试，随后再进行数据处理，工作繁琐且危险。然而港口机械是一种慢过程的大系统，实时判断其客观状态，不仅与其运行条件有着直接联系，而且与其历史状况密切相关。由于缺乏先进的监测技术和手段，现今在管理模式上仍沿用传统的“定期保养事后维修”制度，导致整机可靠性无法掌控、安全隐患多，一旦停机维修时间较长，严重影响了装卸效率和整机工作潜力的发挥。这就要求对港口机械进行更加严格的实时、在线、长期监测，而且要求结构自身能够适时做出智能化响应。

在开发高效快速的港口装卸机械状态监控系统方面，发达工业国家处于主导地位，较著名的有GE、ABB、SIEMENS和施耐德公司等。这些公司应用先进的计算机控制技术、智能传感器技术、高速宽带通信技术等，不断推出新方案和新装置，使由他们自主或参与合作开发(或改造)的港口装卸机械的装卸效率及安全可靠度都有了极大地提高，整机向有机、完善、协调、适配方向发展。但是，这些技术大都仍以巡检或离线方式为主，真正能在港口相对恶劣条件下长期稳定在线监测的系统还是相对缺乏。

在我国，大型港机的电气控制系统已基本实现对系统运行状态进行监控、故障显示，但对机构、结构的运行状况，却缺少应有的监测手段，特别是对设备运行一定时期后的机构、结构状态无法作出实时评判，导致机构、结构的故障隐患不能被早期诊断处理，这对设备的安全运行构成了严重威胁。因此，尽管目前在我国，起重机安全管理工作很受重视，安全检验制度亦已形成，并有效控制了起重伤害事故的发生，可由于缺少有效的运行监测手段，起重机结构和机构安全管理上依然存在以下薄弱环节：

①检测部位有限，例如结构应力检测通常只有4～8个测点；

②测试费用昂贵，例如采用超声波方法和磁粉探伤方法进行结构无损检测，仅单台起重机的测试费用就超过1万元，还不包括测试辅助工程(架设检测平台、测区表面磨光和油漆恢复等)费用；

③检验周期需要根据假设存在的缺陷到达临界尺寸的时间周期，进行保守安排；

④检验工作必须在起重机非作业状况下实施，影响生产。在停产难以安排的情形出现时，易造成检验周期延迟，甚至影响检验数据的可靠性等。

由于上述安全检验的不足，使得管理维护部门对起重机特别是大型起重机的状况缺乏及时全面地把握与了解。因此，研发一种能长期稳定实时在线监测港口机械状态的保障系统，是极其需要和必要的。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种集装箱起重机实时在线安全监测系统，该系统利用高精度、远距离、分布式及长效性的光纤光栅传感技术，通过对集装箱起重机运行情况，特别是结构应力(从0应力状态开始)、振动、载荷(货物和环境)的实时在线长期监测，以期对起重机的结构状态(应力/荷载等)、利用情况，包括安全和疲劳寿命等做出准确的判断，为起重机可靠使用和维护提供量化数据，从而切实提升起重机运营的经济性和安全性。

本实用新型的技术方案是：

一种集装箱起重机实时在线安全监测装置，包括光纤光栅传感器、波长解调仪、计算机，其特点是，在集装箱起重机四个部位分别布置十二个光纤光栅传感器，并串接为一路，共形成四路光纤传感网络，四路光纤通过配线盒与四芯光缆连接，光缆将信号接入集装箱起重机上电器室内的四通道光纤光栅波长解调仪，解调仪输出信号输入计算机进行数据处理，并在集装箱起重机上的司机室和地面技术中心监控室内显示输出。

集装箱起重机四个部位为外伸臂及其拉杆左侧；外伸臂及其拉杆右侧；门腿、门架左侧，拉杆左侧及臂架中部；门腿、门架右侧，拉杆右侧及后伸臂。

光纤光栅传感器为光纤光栅应变传感器或光纤光栅温度传感器。

光纤光栅应变传感器的精度为：±2με，量程为：±2000με。

光纤光栅温度传感器的精度为：±1℃，量程为：-20℃～80℃。

波长解调仪的精度为：±2pm，范围为：30nm，响应频率为：200Hz。

本实用新型的有益效果是：

1.该系统利用高精度、远距离、分布式及长效性的光纤光栅传感技术，通过对集装箱起重机运行情况，特别是结构应力(从0应力状态开始)、振动、载荷(货物和环境)的实时在线长期监测，以期对起重机的结构状态(应力/荷载等)、利用情况，包括安全和疲劳寿命等做出准确的判断，为起重机可靠使用和维护提供量化数据，从而切实提升起重机运营的经济性和安全性。

2.建立了一套应用性强、可靠性高的装卸机械金属结构应力实时在线监测系统，为科学、高效的设备管理工作提供技术保障。

3.在集装箱起重机的金属结构应力实时在线监测系统的研究基础上，实现码头多台集装箱起重机的监控网络；同时，引入电气控制系统、液压系统等的相关信息，结合应力等项目的监测形成完善的智能监检测诊断系统，最终能建立现代化远程设备监控网络。

附图说明

图1是本实用新型在岸桥应力测点布置图；

图2是光纤光栅有线传输监测系统。

图1中：

符号表示应力测点

1^#-11^#：外伸臂及其拉杆左侧测点

12^#-22^#：外伸臂及其拉杆右侧测点

23^#-33^#：门腿、门架左侧，拉杆左侧及臂架中部测点

34^#-44^#：门腿、门架右侧，拉杆右侧及后伸臂测点

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1，2所示，本实用新型的集装箱起重机实时在线安全监测系统，该结构监测系统将布置在集装箱起重机四个部位的各十二个光纤光栅传感器串接为一路，共形成四路的传感网络。(具体四个部位为外伸臂及其拉杆左侧；外伸臂及其拉杆右侧；门腿、门架左侧，拉杆左侧及臂架中部；门腿、门架右侧，拉杆右侧及后伸臂)，四路光纤通过配线盒与四芯光缆连接，光缆将信号接入集装箱起重机上电器室内的四通道光纤光栅波长解调仪，解调仪输出信号输入计算机进行数据处理，并在集装箱起重机上的司机室和地面技术中心监控室内显示输出。

光纤光栅传感器为光纤光栅应变传感器或光纤光栅温度传感器。

本实用新型的技术指标和功能：

提供一套针对集装箱起重机金属结构应力检测、管理、诊断的实时在线监测系统，以准确掌握设备运行技术状况，保证设备安全。

系统的技术指标：

(1)光纤光栅应变传感器

精度：±2με

量程：±2000με

(2)光纤光栅温度传感器

精度：±1℃

量程：-20℃～80℃

(3)波长解调仪

精度：±2pm

范围：30nm

响应频率：200Hz

本实用新型具有以下功能：

1.金属结构应变信号光纤采集系统；

2.报表管理系统(包括日报、周报、月报)；

3.安全评价专家系统，实现智能故障诊断；

4.远程监控系统。

本实用新型的测点布置：

通过对65t集装箱起重机金属结构的受力状况分析，确定各测点位置及布置方式，具体如图1所示。

本实用新型的安装实施：

1.光纤光栅传感器的安装

(1)安装前检测

①检测传感器在运输中是否损坏；

②传感器的波长分布与测点位置点是否一一对应；

③传感器光缆的长度是否合适。

(2)光纤光栅应变传感器的安装工艺

1)应变传感器的预制、组网；

2)检查串联应变传感器的线路是否顺畅；

3)确定具体测点位置，并做好标记；

4)粘贴剂的选择(102胶)；

5)在粘贴部位打磨平整，清洁；

6)将应变传感器中间部位粘贴在测点处；

7)应变传感器两头脉冲点焊，温度传感器一端脉冲点焊；

8)应变传感器用硅胶缓冲保护；

9)检查传感器安装后是否可靠、线路是否顺畅；

10)安装传感器保护盒，并将光缆引线妥善放置在保护盒内；

11)记录安装时的温度和测试数据。

2.现场检测

用光纤光栅解调器对每个截面的光路、传感器进行检查，复核各点与波长的对应关系。

3.传输光缆的安装

(1)传输光缆的安装

拉杆、门腿、门架上测点的传感器单芯光缆采用金属匝带固定在拉杆、门腿、门架上，再通过外伸臂上的人工孔进到钢梁内部。将光缆联接器固定在外伸臂钢梁内部的线架上，将传感器单芯光缆与传输多芯光缆联接，检查接通后，进行封装，然后将传输光缆用卡扣固定在钢梁内部，直至集装箱起重机上电器室内。

(2)光缆接续

光缆接续必须符合下列规定：

1)光缆接续采用熔接法；

2)光纤接续时须按光纤排列顺序，一一对应；

3)熔接合格后的光纤接续部位要立即进行热缩加强管的保护，加强管收缩应均匀、无气泡；

4)光纤护套、涂层的去除、光纤端面制备、光纤熔接、热缩加强保护管等作业须连续完成，不得中断。

(3)光缆护套接续和防护

光缆护套接续和防护必须符合下列条件：

1)光缆外护套接续须采用机械装配密封式接头盒或封粘式连接装置；

2)接头盒外表须进行绝缘防腐处理；

3)接头盒须为光缆接头提供一个密闭的、防潮的环境。接头盒须能够打开维修。

(4)室内光纤连接

1)光缆尾纤须按光缆中光纤的序号接到设备上。每根尾纤均要求贴有标签，表明两端所连接设备名称或光缆走向；

2)光缆引入室内以后，使用单头尾纤与分配使用的同一束管内的光纤进行熔接，通过尾纤插接到光纤配线架上；

3)光缆尾纤单独布放时须用垫衬固定，或用槽道、塑料管进行防护，不得挤压、扭曲。

Claims (6)

1.一种集装箱起重机实时在线安全监测装置，包括光纤光栅传感器，波长解调仪，计算机，其特征在于，在集装箱起重机四个部位分别布置十二个光纤光栅传感器，并串接为一路，共形成四路光纤传感网络，四路光纤通过配线盒与四芯光缆连接，光缆将信号接入集装箱起重机上电器室内的四通道光纤光栅波长解调仪，解调仪输出信号输入计算机进行数据处理，并在集装箱起重机上的司机室和地面技术中心监控室内显示输出。

2.根据权利要求1所述的集装箱起重机实时在线安全监测装置，其特征在于，所述集装箱起重机四个部位为外伸臂及其拉杆左侧；外伸臂及其拉杆右侧；门腿、门架左侧，拉杆左侧及臂架中部；门腿、门架右侧，拉杆右侧及后伸臂。

3.根据权利要求1所述的集装箱起重机实时在线安全监测装置，其特征在于，所述波长解调仪的精度为：±2pm，范围为：30nm，响应频率为：200Hz。

4.根据权利要求1所述的集装箱起重机实时在线安全监测装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器为光纤光栅应变传感器或光纤光栅温度传感器。

5.根据权利要求4所述的集装箱起重机实时在线安全监测装置，其特征在于，所述光纤光栅应变传感器的精度为：±2με，量程为：±2000με。

6.根据权利要求4所述的集装箱起重机实时在线安全监测装置，其特征在于，所述光纤光栅温度传感器的精度为：±1℃，量程为：-20℃～80℃。

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