应力在线监测系统在堆取料机中的应用

杨志远 徐鸿书 张东卫

青岛港国际股份有限公司港机分公司



应力在线监测系统在堆取料机中的应用

杨志远 徐鸿书 张东卫

青岛港国际股份有限公司港机分公司

为了对堆取料机这类超大型设备进行有效地安全评估，引进了一种应力在线监测系统，对堆取料机钢结构健康状况进行早期诊断、分析、预警，保障堆取料机安全运行，实现了大型设备结构应力的信息化管理。

堆取料机； 钢结构； 应力； 监测； 应用

1 引言

青岛港董家口港区DQ10500/6000.49斗轮堆取料机主要用于矿石、煤炭等工业大宗散装物料的堆取作业，其额定堆料能力10 500 t/h，额定取料能力6 000 t/h，回转半径49 m，单机总重量超1 100 t。对这类超大型设备进行有效的安全评估十分必要。堆取料机钢结构的健康监测是对其进行安全评估的前提和基础，也是其得以安全运行的重要保障[1]。

2 堆取料机在线应力监测系统介绍

堆取料机在线应力监测系统是一个基于TCP/IP网络协议的堆取料机钢结构实时工作状态下的应力在线监测、控制、评估与报警的系统，主要由主机站和远程站两大部分组成，包含应变传感单元、主机控制柜、信号采集调理装置、工控机系统(主机)、不间断电源、远程服务平台、无线通信装置、信号分析与处理软件平台、实时监评软件模块、远程总控与状态实时监测评估模块、状态分析标准生成与数据库管理模块等[2]。

3 堆取料机在线应力监测系统应用

该系统采用应变传感单元和ICP振动传感单元2种检测器件。应变传感单元对钢结构应力应变进行实时测量，其工作原理是钢结构受载发生变形，粘贴在钢结构表面的应变片伸长率随之发生变化，导致电阻值发生相应变化。将电阻值的变化转换为电压信号，通过计算得出应力应变值，实现结构应力可视化。ICP振动传感单元对监测点的加速度进行测量，从而感知监测点的振动情况。

3.1 监测点的布置

堆取料机在线应力监测点的布置是确保堆取料机应力分析完整性、可靠性的前提。本项目堆取料机应力监测点的布置主要依据2个原则：

(1)选取高应力部位布置监测点。根据堆取料机钢结构特点将其分为臂架、后臂架、支柱、平衡梁、前拉杆、中拉杆、后拉杆、回转平台、门架座、尾车主车架、尾车平台等；根据整机钢结构应力计算报告结果，选取各个部分应力较大点作为监测点[3]。

(2)考虑各种工况对结构的影响布置监测点。堆取料机根据作业功能分为堆料作业和取料作业，在作业过程中，臂架可根据实际情况进行回转、俯仰动作。这些作业工况直接影响整机钢结构的应力变化[4]。

依照上述原则，该项目应力监测点的布置见图1和图2。

图1 主钢结构应力监测点布置

图2 尾车钢结构应力监测点布置

3.2 主机站的使用

主机站为该系统现场数据采集分析系统，主要负责数据采集和初步处理，平均不超过5 s即可完成所有状态的评价和存储(包括黑匣子打开时)。主机站也可以通过远程站对其进行控制，并接受其采集数据。主机站开启时，系统即开始对钢结构运行状态进行采集和分析。

3.3 远程站的使用

远程站为该系统对主机站数据采集、任务配置远程控制站点，可以通过网络接收主机采集的数据，进行处理和分析。

远程站操作主要包含：远程站的启动、对主机站进行参数配置、监测点零状态数据调整、状态评价标准调整、对主机站进行任务配置、数字方式监视等。监测点零状态数据调整功能可以在系统记录数据过程中除去由设备或传感器自身产生零点偏移量，使系统反馈回来的数据更能直观准确反映钢结构状态；状态评价标准调整功能可以根据现场实际情况自定义趋势警戒线，黑匣子根据自定义的警戒线实施报警功能；主机站任务配置功能可以在主机站地址配置正确后通过远程站选择监测项目、监测任务以及报警级别等；数字方式监视功能则可以通过实时状态监评视窗直观地以数字方式浏览当前主机站最新采集的数据情况，同时通过实时状态监评视窗对检测点信息及系统测点布置情况进行浏览[5]。

3.4 结构故障诊断

钢结构应力故障诊断将从2个方面给出评估信息：一方面对现场测试的动态应力数据进行纵向比较，分析在使用时间内该应力值是否出现明显增大的趋势，若有，则给出信号至机上PLC进行预警，当应力值超过设定值，则给出故障信号；另一方面，将现场测试的动态应力数据、空载理论计算的数据，以及机上积垢载荷和风载荷产生的应力值相加，三方面应力值之和若有明显变化，则给出信号至机上PLC进行预警，若超出结构许用应力值，则给出故障信号。

4 结语

堆取料机在线应力监测系统特有的黑匣子功能为报警或事故状态的现场元数据实施就地储存，为之后的状态分析和故障诊断提供最直接的第一手资料；堆取料机在线应力监测系统任选时段的状态统计分析功能，可以及时地为维修保养计划的制定提供技术数据。堆取料机在线应力监测系统为设备的高品质运行和技术安全提供了一个监测手段，为复杂的作业状态进行监测、评估和报警，实现了大型设备结构应力的信息化管理。

[1] 尤志轩.门座起重机结构健康监测[J].港口装卸,2016(1):28-30.

[2] 刘承民,梁信众.船体应力监测系统简介[J].世界海运,2001(1):22-23.

[3] 贾连徽,任慧龙,孙树政,李积德,唐浩云.船体结构应力监测点的选取方法研究[J].船舶力学,2013(4):389-397.

[4] 樊永春.港口起重机金属结构应力的无线远程监测系统研究[J].港口装卸,2011(3):12-13.

[5] 牟京东,黄 欣.变频技术在堆取料机行走驱动中的应用研究[J].港口装卸,2005(4):27-28.

杨志远： 266005，青岛市市北区港华路7号

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