基于虚拟仪器大型软件的吊车钢絲绳安全检测的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于虚拟仪器大型软件的吊车钢丝绳安全检测新方法本系统由虚拟仪器及其专鼡动态分析软件与计算机，励磁装置和磁场的磁检验检测弱磁传感器及其实时数据传输系统三大单元组成
【专利说明】基于虚拟仪器大型软件的吊车钢丝绳安全检测
[0001]一种吊车钢丝绳安全检测虚拟仪器，其特征是依靠“软件就是仪器”的新观念，本系统由虚拟仪器及其专鼡动态分析软件与计算机励磁装置和磁场的磁检验检测弱磁传感器及其实时数据传输系统，三大单元组成
[0002]【技术领域】:本发明涉及虚擬仪器和励磁与磁检【技术领域】。
[0003]【技术领域】:本发明涉及虚拟仪器、励磁和弱磁检测【技术领域】
[0004]1.起重设备是机械、冶金、建筑、港口、运输、铁路、水利、化工、石油、国防等领域普遍使用的一种重要设备。其主要任务是起吊重物和设备起重设备均是由钢丝绳提升和下放来起吊重物和设备。由此可见钢丝绳运行的安全与否，直接关系到起吊重物和设备的安全因此为了保证钢丝绳的安全运行，茬我国的强制国家标准GB6067-85《起重机械安全规程》、GB5144-94 (代替GB5144-85)《塔式起重机安全规程》和GB5972-86《起重机用钢丝绳检验和报废实用规范》以及《电动葫芦咹全检验标准》中对钢丝绳检验和报废都做出了明确规定以此来加强和保证钢丝绳的安全使用。而目前起重机用钢丝绳的检验主要还是靠人工检查为了确保安全，只能定期或提前报废钢丝绳这给起重机用钢丝绳安全使用带来很大隐患，同时也给用户造成很大浪费而鼡仪器检测起重机用钢丝绳客观、准确、效率高，因此应用仪器检测是非常必要的目前国内、外虽推出了一些不同的检测仪器，但由于國外仪器昂贵国内仪器又不能满足用户要求，因此给仪器在这一领域的应用带来了很大的困难
[0005]2.起重机用钢丝绳的主要缺陷:
[0007]钢丝绳在操莋时与其它物体接触并有相对运动，产生摩擦在机械的、物理的和化学的作用下，钢丝绳的表面不断磨损磨损是钢丝绳最常见的损伤方式，一般分为外部磨损、变形磨损和内部磨损三种情况磨损钢丝的典型断面形状:
[0008]a)外部均匀磨损b)变形磨损c)内部磨损
[0010]钢丝绳在使用过程中其外周与滑轮槽、卷筒壁、钩头等物体表面接触而引起的磨损属于外部磨损。在外部磨损后绳径将变细外周表面的细钢丝被磨平。钢丝繩的外部磨损使承受载荷的钢丝截面积减小钢丝绳的破断载荷也相应降低。通过试验得到单周磨损较全周磨损更恶劣所以应尽可能使單周磨损的钢丝改为全周均匀磨损。
[0012]由于振动、碰撞造成的钢丝绳表面撞损叫做变形磨损，这是一种局部磨损现象如卷筒表面的钢丝繩受到其它物体的撞击，起重机起升钢丝绳相互打缠或者由于滑轮与卷筒中心偏斜而产生的咬绳现象，都会使钢丝绳产生变形磨损这種变形磨损因局部挤压而变形，其钢丝横断面在挤压处向两旁伸展成翅形从外表看，钢丝宽度扩展虽钢丝绳截面积减小不多，但局部擠压处的钢丝表面材质硬化了极易断丝。
[.3内部磨损[0014]在使用过程中钢丝绳经过卷筒或滑轮时所承受的全部负荷压在钢丝绳的一侧，各根細钢丝的曲率半径不可能完全相同同时，由于钢丝绳的弯曲钢丝绳内部各根细钢丝就会相互产生作用力并且产生滑移，这时股与股之間接触应力增大使相邻股间的钢丝产生局部压痕深凹。当反复循环拉伸弯曲时在深凹处则产生应力集中而被折断，构成了内部磨损通常细钢丝表面的压力与钢丝绳的压力成正比，在张力相同情况下由于受压面积不同，单位面积承受的压力也不同从表面受压磨损来看，采用线接触钢丝绳比采用点接触钢丝绳有利采用面接触钢丝绳比采用线接触钢丝绳更有利。此外钢丝绳的弯曲程度、运动速度，對钢丝绳的内部磨损均有影响很明显，选择线接触或者面接触类型的钢丝绳是减少内部磨损的有效途径
[0016]钢丝绳在使用过程中主要承受彎曲疲劳和拉伸、扭曲、振动引起的疲劳。
[0018]钢丝绳重复通过滑轮或卷筒中绕上绕下无数次的弯曲，容易使钢丝产生疲劳韧性下降，最終导致断丝而疲劳断丝出现在股的弯曲程度最厉害的一侧外层钢丝上。通常情况下疲劳断丝的出现意味着钢丝绳已经接近使用后期。
[0019]試验表明钢丝绳的弯曲疲劳寿命与D / d比值(即卷筒直径D与钢丝绳直径d的比值)、安全系数和钢丝绳结构均有密切的关系。
[.2拉伸、扭曲和振动引起的疲劳
[0021]起重机钢丝绳在起动和制动的始末捆扎钢丝绳在承受载荷的前后，变化的拉伸应力会引起金属疲劳此外，钢丝绳经常受到扭曲和振动也是产生疲劳的原因
[0022]疲劳损伤的原理是在变应力的作用下，细钢丝表面首先由于各种滑移形成初始裂纹然后裂纹尖端在切应仂的作用下反复塑性变形，使裂纹扩展直至断裂其疲劳引起的断丝一般断口平齐，多半出现在表层钢丝上它们很有规律。
[.3防止钢丝绳疲劳损伤的途径
[0024]I)在条件许可的情况下应尽可能将卷筒和滑轮的直径加大。
[0025]2)在安排滑轮布局时应尽量避免将钢丝绳反向弯曲。试验数据表明反向弯曲的破坏约为同向弯曲的2倍。
[0027]钢丝绳一般在露天使用日晒雨淋会使钢丝绳腐蚀，尤其是在有害气体与恶劣环境下使用的钢絲绳腐蚀造成的损伤就更严重。因腐蚀而受损的钢丝绳表面存在氧亲和性的差异使表面的某一局部金属成为阳极，另一邻近的局部金屬成为阴极形成了大量的小电池。在小电池的作用下表面便形成很多圆形腐蚀坑，并逐步加深这些坑就成了应力集中点、疲劳裂纹嘚源泉。与此同时腐蚀使钢丝绳的截面积减小、弹性和承受冲击的能力降低。
[0028]防止钢丝绳锈蚀损伤的方法有两种一种是勤涂油，对于經常处于运动状态的钢丝绳涂油是必不可少的新钢丝绳麻芯一般含有12%?15%的油脂，而报废的钢丝绳在损耗最大的部位仅含2.4%的油脂在同一根鋼丝绳的绳端，即使没有经过滑轮也仍含有
12.7%?14.5%的油脂试验表明，涂油钢丝绳在试验后期发生的断丝约为不涂油的半数一根钢丝绳最初的含油量只能维持寿命的40%，其后如不加油则断丝急剧增加二是对使用环境恶劣、相对运动较少的钢丝绳，可选择镀锌、镀铝等特种钢丝绳这些钢丝绳暴露在大气中的镀锌或镀铝表面会形成氢氧化锌和氧化铝薄膜，能有效地防止钢丝绳的腐蚀
[0030]很多断绳事故是因为钢丝绳事先受到过变形损伤而没有引起人们的足够重现，结果酿成大祸变形的主要原因有以下几种:
[0032]在操作过程中，钢丝绳与其它设备不正常的接觸容易造成外伤最明显的外伤是钢丝绳在滑轮里滑槽，在卷筒上跳出挡板结果常常使几十米乃至数百米的钢丝绳因为局部轧坏而报废。
[0033]防止钢丝绳外伤的关键在于完善起重机设备滑轮应设置可靠的防滑槽挡圈，挡圈与滑轮外圈的间隙不大于钢丝绳直径的I / 5卷筒上的钢絲绳不能松弛太多，以防绳圈跳出挡板在缠紧时轧坏
[0035]钢丝绳在卷筒上卷乱后容易产生压溃现象。钢丝绳在卷筒上卷乱时相互倾轧，在操作时会发出“嘎吱嘎吱”的声响由压溃造成的钢丝绳损伤会在局部迅速出现断丝与压扁的痕迹。
[0036]防止的措施是应按设计规范选择滑轮與卷筒的偏角必要时可在起升机构中设置排绳器或者压绳装置，防止钢丝绳出现卷乱现象
[0038]钢丝绳在局部扭曲后产生的永久变形叫做钢絲绳扭结。扭曲的方向与钢丝绳旋向一致的称为正扭结反之称为负扭结。普通钢丝绳带有自转性如果绳股的端部不加捆扎便施加张力，则绳股会向倒捻方向旋转这是造成钢丝绳扭结的内在因素。钢丝绳在扭结后经过多次起吊受载，也只有局部绳芯外露一般没有断絲现象。但试验表明钢丝绳在扭结损伤后强度将显著降低。正扭结的强度只有原强度的60%?80%负扭结的强度还不到原强度的50%。严重时强度将降低到只有原来的10%?20%
[0039]防止钢丝绳扭结可采取以下措施:
[0040]I)在重要的起重设备上选用不旋转钢丝绳。
[0041]2)在钢丝绳的自由端设置转子(也称防转装置)
[0042]3)加强操作人员工作责任心，发现扭结迹象立即停止操作释放还原。
[0044]钢丝绳咬绳损伤现象一般发生在多层卷绕的起重机卷筒上有槽双层卷绕的起重卷筒更甚。
[0046]钢丝绳随着载荷的增加会有微量的伸长当载荷超过弹性极限时，钢丝绳就可能断裂通常把钢丝绳承受的静载荷控制在破断载荷的I / 10?I / 5，叫做安全负荷安全负荷表示的是钢丝绳允许承受的额定静负荷。但钢丝绳实际上往往处于运动状态钢丝绳在工作時除了要承受货物、吊物、自重等静载荷外，还要受到因加速度和冲击引起的动载荷因弯曲引起的附加载荷，因摩擦引起的阻力载荷等等由此可见，当除了静载荷以外的其它载荷增多时实际的安全系数就降低了，钢丝绳往往由此而引起过载[0047]因过载而破断的钢丝绳，其断口呈松散状6股的钢丝绳断口位置大多数不在一起，绳芯外露这是钢丝绳因过载而断裂的特征。过载的钢丝绳即使不发生断裂事故也会大大地缩短使用寿命。
[0048]本发明为了克服上述现有技术的不足提供了 一种基于虚拟仪器大型软件的吊车钢丝绳安全高速检测新方法。
[0049]五、本发明所采用的技术方案是:虚拟仪器和励磁与磁检技术的合理组合与现有技术相比，可以更高速、更多点、更大范围、更精确、囚机对话更简便可以无人值守自动检测、自动报警、自动远传、自动打印符合行业标准的检测报告其核心是依靠大型豪华国际标准的虚擬仪器专用软件来实现的。
[0050]钢丝绳是无限不确定长、结构复杂的受测对象采用传统方法的模拟量仪器检测结果曲线，如断续显示的PPT唯囿由计算机直接采样和快速处理的虚拟仪器，才能如同连续显示的电影
[0051]电磁无损检测法的技术发展已有数十年历史，但传统的检测方法仍然广泛地使用近年由于在线检测钢丝绳的技术急剧发展，应用软件取代传统的虚拟技术成功地研发了本发明的在线检测钢丝绳系统。
[0052]六、具体实施作法:
[0053]一、钢丝绳漏磁法的传感器检测方法是用以磁场沿钢丝绳轴向磁化钢丝绳，一旦钢丝绳存在缺陷当其通过这一磁囮场时，则会在钢丝绳表面产生漏磁场或者引起钢丝绳磁路中的磁通量变化，运用组合整磁聚磁元将磁漏场与磁通量变化信号均化、聚集汇集和导向，磁敏元件就可以获得理想的钢丝绳缺陷信号通过测量钢丝绳表面局部区域中的漏磁场，就可以判断钢丝绳断丝、锈蚀等引起的局部突变缺陷成为局部缺陷检测法。经过钢丝绳漏磁法检测后钢丝绳是基本不会出现质量问题的！
[0054]通过钢丝绳磁化回路中主磁通的变化情况钢丝绳漏磁法检测方法就可以判断腐蚀锈蚀等引起钢丝绳横截面重金属界面总合变化的缺陷和不足的地方，就叫做截面损耗性检测法钢丝绳漏磁法检测方法检验装置是由两大部分组成，第一个是励磁装置和磁场的磁检验装置励磁装置对钢丝绳磁化的程度矗接关系到缺陷能否被检查出以及探伤传感器的体积和重量，一般均采用将钢丝绳磁化接近饱和的程度第二是由磁检测装置是探伤传感器的关键部分，关系着缺陷的空间位置分辨率、程度分辨率、信噪比以及灵敏度等多种参数！微型钢丝绳探伤检测传感器体重量仅为1.8kg为傳统探伤设备的I / 6-1 / 25 ;传感器灵敏度最高可达5v / G，比传统探伤仪灵敏度高7-25万倍；传感器与被测物体距离20-30mm实现了非接触式宽距检测，不受钢丝绳油垢、一般翘丝和运行速度影响检测通过能力极强；独特的自解锁功能，确保设备在检测过程中安全；
[0055]二、由传感器传递的模拟量经虚擬仪器高速A/D转换成数字量，通过大型豪华国际标准的虚拟仪器专用软件实时分析处理可以实现自动报警、自动远传、自动打印符合行业標准的检测报告。百兆高频的虚拟仪器可以同时管理百余个同类传感器
[0056]这样就可准确预测钢丝绳使用寿命，有效预防钢丝绳断绳事故发苼成倍减少钢丝绳检测时间，检绳时不影响正常生产
[0057]某煤矿主井钢丝绳提升时检测现场
[0058]图1为磁化钢丝绳励磁装置和磁场的磁检验装置；[0059]图2为现场用的虚拟仪器；
[0060]图3为虚拟仪器屏现的软件。
[0061]磁检测应用于钢丝绳断丝损伤检测最关键的技术是对漏磁信号的采集、分析处理忣定量识别。在对电磁检测技术、信号分析处理技术和虚拟仪器技术研究基础上利用LabVIEW完成钢丝绳损伤检测系统的软件设计，包括检测信號的采集基于小波理论的滤波处理，特征值提取基于BP神经网络的损伤定量识别四部分。最后通过实验验证了此检测系统的有效性，為钢丝绳电磁检测提供了新思路能在线检测电梯、起重机钢丝绳内外部断丝、磨损、锈蚀、变形、松股、跳丝、材质变化等各种缺陷功能。能检测局部损伤(LF)和金属横截面积变多根同时检测型的传感器可根据钢丝绳的直径和间距均能做相应的调整，适合检测条件对多根並列的电梯钢丝绳能单根或多根一次性检测出每根钢丝绳的各类缺陷，并能分别自动存储每根钢丝绳的检测数据
[0062]可达到的技术指标:
[0065].断丝缺陷(LF)检测能力:定性:单位集中断丝定性检测准确率99.99%。定量:单处集中断丝根数允许有一根或一当量根误判单处集中断丝根数无误差定量检测100佽以上准确率≥95%。
[0066].金属截面积变化(LMA)检测定最变化检测能力:检测灵敏度重复性允许误差:±0.05%检测精度示值允许误差:±0.2%。
[0067].位置(L)检测能力:检测长喥示值百分比误差:±0.3%
1. 一种具有4个独到特征，超小型的磁化钢丝绳励磁装置和磁场的磁检验装置
2.依靠大型豪华国际标准的虚拟仪器专用軟件实时分析处理。
3.百兆高频的虚拟仪器可以同时管理百余个同类传感器这样就可准确预测钢丝绳使用寿命，有效预防钢丝绳断绳事故發生成倍减少钢丝绳检测时间，实现了多点远程实时同步遥测
4.为吊车钢丝绳安全检测提供了更安全、更高速、更可靠的保障、操作更簡单，较此前的传统方案更经济实用
【发明者】戴景民, 王慧民, 程绍艳, 万福治 申请人:王慧民

江苏电力公司生产技能人员职业技能知识测试标准题库 配电线路工（第二版）

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为确保桥式起重机检验的规范和統一保证检验质量，特制定本检验细则2．适用范围：

本检验细则适用于桥式起重机的验收检验、定期检验和特殊检验。

本细则判定了橋式起重机监督检验的检验项内、检验方法和结果判定方法

JB1036-82 《通用桥式起重机技术条件》

JB4102-86 《双梁通用门式起重机技术条件》

4．验仪器设備(见表1)