一种铸造起重机钢丝绳监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种铸造起重机钢丝绳监测系统及方法，属于钢丝绳在线监测设备及方法技术领域。

背景技术

铸造起重机是炼钢连铸生产中的重要设备之一，主要用于转炉加料跨向转炉兑铁水，在精炼跨将钢水吊运至精炼炉或在钢水跨将钢水吊运至连铸大包回转台上。铸造起重机是否能够稳定运行直接影响炼钢连铸的正常生产。钢丝绳作为铸造起重机中重要的组成部分，设备点检人员对其使用情况进行检查时，往往是通过观察的方法来进行判断。这种方法不能量化钢丝绳的劣化程度，尤其是对钢丝绳内部出现的断丝情况无法进行确认。如果对钢丝绳使用情况监测不到位，钢丝绳在使用过程中发生断裂，必然会造成重大的事故。

发明内容

本发明目的是提供一种铸造起重机钢丝绳监测系统及方法，在线对钢丝绳的使用情况进行实时监控，对钢丝绳的断丝情况及断丝位置做出准确地判断及定位，最大限度的提高钢丝绳的有效监测长度，能够有效的避免因钢丝绳损坏而造成的事故，提高生产效率，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种铸造起重机钢丝绳监测系统，包含探伤传感器、速度传感器、控制分站和信号处理站，探伤传感器固定在行车底板上，安装在靠近钢丝绳卷筒中心线，定滑轮组的第一根钢丝绳上，探伤传感器包含探伤元件和装置框架，探伤元件设置在装置框架的内部，探伤元件由激励线圈A、感应线圈、激励线圈B、导线、感应线圈输出端和激励源组成；速度传感器包含接近开关和挡块，接近开关的连杆固定在钢丝绳定滑轮组一侧的支撑板上，使接近开关的监测点处于定滑轮组圆盘的切线上，挡块安装在定滑轮组的侧面；感应线圈输出端和接近开关与控制分站相连；控制分站与信号处理站相连。

所述探伤传感器中，装置框架一侧设有钢丝绳导入槽，中间位置设有钢丝绳升降通道；

感应线圈在竖直方向上位于激励线圈A和激励线圈B之间，激励线圈A、感应线圈和激励线圈B安装在钢丝绳的周围，使钢丝绳自上而下依次贯穿激励线圈A、感应线圈和激励线圈B的内部，激励线圈A、感应线圈和激励线圈B的缠绕直径与钢丝绳的直径相匹配，间距在20-30mm之间，保证钢丝绳在运动过程中不与线圈发生接触和剐蹭；

激励线圈A和激励线圈B互相并联且都与激励源相连，激励线圈A和激励线圈B的材质和匝数相同，绕线方向不同。

所述速度传感器中，挡块在定滑轮组的侧面边缘位置阵列排布，相邻两个挡块间隔的弧度都相等，在一定时间内，接近开关对通过的挡块数量进行计数。

一种铸造起重机钢丝绳监测方法，包含以下步骤：

（1）铸造起重机的钢丝绳贯穿探伤传感器，钢丝绳依次穿过激励线圈A、感应线圈和激励线圈B的内部，正常工作状态下，当存在缺陷的钢丝绳断丝位置通过激励线圈A或激励线圈B时，在感应线圈中即会产生感应电动势；

（2）控制分站对探伤传感器中的感应线圈产生的电信号进行采集，同时对速度传感器产生的计数信号进行采集，将上述两种信号同时传输到信号处理站；

（3）信号处理站对控制分站传导来的电信号和计数信号进行处理，根据处理后的量化数值判定钢丝绳的使用状况；

（4）当电信号经过处理后的数字信号大于零且小于设定的报警信号值时，说明钢丝绳存在断丝缺陷，但在标准允许的范围之内，运行人员提高对钢丝绳的监测频次，掌握钢丝绳的劣化趋势，确保钢丝绳的正常使用；

（5）当电信号经过处理后的数字信号大于等于设定的报警信号值时，说明钢丝绳中存在断丝缺陷，且断丝面积已超过钢丝绳横截面积的0.5%，钢丝绳不能再继续使用，需要马上停止吊装作业，对铸造起重机的钢丝绳进行检查或更换；

（6）当探伤传感器产生了不为零的电信号时，在信号处理站记录下产生信号的时间，以此为根据，查看该时间速度传感器产生的计数信号，根据计数信号转化的数值信号确定钢丝绳定滑轮组转动的弧度，进而计算出钢丝绳运行的速度和距离，最终确定钢丝绳上的断丝位置，便于设备点检人员对钢丝绳的使用情况进行检查。

准备一段断丝面积恰好为钢丝绳截面面积0.5%的钢丝绳，使之通过探伤传感器，探伤传感器产生感应电动势，感应电动势经控制分站传导至信号处理站，再由信号处理站将电信号转化为数字信号。重复上述操作，取五次数字信号的最大值取平均，并将求得的平均值设定为钢丝绳断丝的报警限值。

本发明的有益效果是：在线对钢丝绳的使用情况进行实时监控，对钢丝绳的断丝情况及断丝位置做出准确地判断及定位，最大限度的提高钢丝绳的有效监测长度，能够有效的避免因钢丝绳损坏而造成的事故，提高生产效率。

附图说明

图1是本发明在铸造起重机上的安装布置图；

图2是本发明中探伤传感器内部的探伤元件示意图；

图3是本发明中探伤传感器的结构示意图；

图4是本发明中探伤传感器的俯视图；

图5是本发明中探伤传感器的侧视图；

图6是本发明中挡块在定滑轮组侧面的安装示意图；

图7是某铸造起重机卷筒和定滑轮组钢丝绳缠绕示意图；

图中：探伤传感器1、激励线圈A2、感应线圈3、激励线圈B4、导线5、感应线圈输出端6、激励源7、速度传感器8、接近开关9、挡块10。

具体实施方式

为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。

一种铸造起重机钢丝绳监测系统，包含探伤传感器1、速度传感器8、控制分站和信号处理站，探伤传感器1固定在行车底板上，安装在靠近钢丝绳卷筒中心线，定滑轮组的第一根钢丝绳上，探伤传感器1包含探伤元件和装置框架，探伤元件设置在装置框架的内部，探伤元件由激励线圈A2、感应线圈3、激励线圈B4、导线5、感应线圈输出端6和激励源7组成；速度传感器8包含接近开关9和挡块10，接近开关9的连杆固定在钢丝绳定滑轮组一侧的支撑板上，使接近开关9的监测点处于定滑轮组圆盘的切线上，挡块10安装在定滑轮组的侧面；感应线圈输出端6和接近开关9与控制分站相连；控制分站与信号处理站相连。

所述探伤传感器1中，装置框架一侧设有钢丝绳导入槽，中间位置设有钢丝绳升降通道；

感应线圈3在竖直方向上位于激励线圈A2和激励线圈B4之间，激励线圈A2、感应线圈3和激励线圈B4安装在钢丝绳的周围，使钢丝绳自上而下依次贯穿激励线圈A2、感应线圈3和激励线圈B4的内部，激励线圈A2、感应线圈3和激励线圈B4的缠绕直径与钢丝绳的直径相匹配，间距在20-30mm之间，保证钢丝绳在运动过程中不与线圈发生接触和剐蹭；

激励线圈A2和激励线圈B4互相并联且都与激励源7相连，激励线圈A2和激励线圈B4的材质和匝数相同，绕线方向不同。

所述速度传感器8中，挡块10在定滑轮组的侧面边缘位置阵列排布，相邻两个挡块10间隔的弧度都相等，在一定时间内，接近开关9对通过的挡块10数量进行计数。

一种铸造起重机钢丝绳监测方法，包含以下步骤：

（1）铸造起重机的钢丝绳贯穿探伤传感器，钢丝绳依次穿过激励线圈A、感应线圈和激励线圈B的内部，正常工作状态下，当存在缺陷的钢丝绳断丝位置通过激励线圈A或激励线圈B时，在感应线圈中即会产生感应电动势；

（2）控制分站对探伤传感器中的感应线圈产生的电信号进行采集，同时对速度传感器产生的计数信号进行采集，将上述两种信号同时传输到信号处理站；

（3）信号处理站对控制分站传导来的电信号和计数信号进行处理，根据处理后的量化数值判定钢丝绳的使用状况；

（4）当电信号经过处理后的数字信号大于零且小于设定的报警信号值时，说明钢丝绳存在断丝缺陷，但在标准允许的范围之内，运行人员需提高对钢丝绳的监测频次，掌握钢丝绳的劣化趋势，确保钢丝绳的正常使用；

（5）当电信号经过处理后的数字信号大于等于设定的报警信号值时，说明钢丝绳中存在断丝缺陷，且断丝面积已超过钢丝绳横截面积的0.5%，钢丝绳不能再继续使用，需要马上停止吊装作业，对铸造起重机的钢丝绳进行检查或更换；

（6）当探伤传感器产生了不为零的电信号时，在信号处理站记录下产生信号的时间，以此为根据，查看该时间速度传感器产生的计数信号，根据计数信号转化的数值信号确定钢丝绳定滑轮组转动的弧度，进而计算出钢丝绳运行的速度和距离，最终确定钢丝绳上的断丝位置，便于设备点检人员对钢丝绳的使用情况进行检查。

准备一段断丝面积恰好为钢丝绳截面面积0.5%的钢丝绳，使之通过探伤传感器，探伤传感器产生感应电动势，感应电动势经控制分站传导至信号处理站，再由信号处理站将电信号转化为数字信号。重复上述操作，取五次数字信号的最大值取平均，并将求得的平均值设定为钢丝绳断丝的报警限值。

在实际应用中，探伤传感器1包括探伤元件和装置框架，探伤元件安置于装置框架内，装置框架对探伤元件起固定保护的作用，装置框架一侧设有钢丝绳导入槽，中间位置设有钢丝绳升降通道。

探伤元件由激励线圈A2、感应线圈3、激励线圈B4、导线5、感应线圈输出端6和激励源7组成。其中，激励线圈A2、感应线圈3、激励线圈B4需安装在待监测钢丝绳的周围，且各线圈的缠绕直径需与钢丝绳的直径相匹配，线圈与钢丝绳之间的间距控制在20-30mm之间，保证钢丝绳在运动过程中不与线圈发生接触和剐蹭，钢丝绳自上而下依次贯穿上述线圈的内部。

激励线圈A2和激励线圈B4需与同一激励源7相连，两个线圈处于并联状态，保证探伤传感器1在工作状态下两个激励线圈中的电流大小相等；激励线圈A2和激励线圈B4的材质和匝数必须保持相同、两个激励线圈的绕线方向不同，根据安培定则，保证两个激励线圈在通电状态下产生的磁场强度大小相等，方向相反。

感应线圈3在竖直方向上位于两个激励线圈之间，当激励线圈A2、激励线圈B4在感应线圈3中产生的合磁场磁通量发生变化时，感应线圈3即产生感应电动势。感应线圈输出端6与控制分站相连，控制分站能够对感应线圈3中产生的感应电动势进行实时采集。以下对探伤传感器1的工作原理进行解释：

（1）钢丝绳贯穿三个线圈，可将钢丝绳视为三个线圈的磁轭，位于激励线圈A2、感应线圈3、激励线圈B4的中心位置。由于三个线圈之中存在的钢丝绳（磁轭）对磁力线有聚集的作用，能够增强磁场，因此当磁场强度发生变化时，钢丝绳（磁轭）对磁场强度的变化有明显的放大作用。当激励线圈A2和激励线圈B4中通有电流时，激励线圈A2和激励线圈B4就产生了各自的磁场。由于两个线圈使用的材质和线圈的匝数均相同，通过的电流大小相同、方向相反，所以两个线圈产生的磁场强度大小相等，磁场方向相反。所以，当钢丝绳无缺陷时，处于中间位置的感应线圈3中磁通量变化为零，感应线圈3中不产生电动势，通过导线5与感应线圈输出端6相连的控制分站接收不到电信号；

（2）当钢丝绳存在断丝缺陷，钢丝绳进行下降或提升使缺陷部位通过激励线圈A2或激励线圈B4时，由于断丝的存在，造成了钢丝绳的磁通截面面积发生了改变，即磁轭的横截面积变小，缺陷的钢丝绳对单个激励线圈产生磁场的强度放大能力减弱，就造成了两个激励线圈产生的合磁场在感应线圈3中的磁通量发生了变化。根据电磁感应原理，感应线圈3中随即产生了感应电动势ε。电流通过感应线圈输出端6沿导线5传递经控制分站传递到信号处理站，之后再将电信号转换为数字信号。当数字信号超过预先设定的报警限值时，就会产生报警，提示工作人员进行处理。

为最大限度的提高监测系统对钢丝绳的有效监测长度，需通过计算确定监测装置在铸造起重机上的安装位置。以下对探伤传感器1的安装位置进行解释说明：

以某钢厂450T铸造起重机为例，其主起升机构起升高度为H米。一个卷筒上有两根钢丝绳，配套有两个定滑轮组，每个滑轮组有六个定滑轮。钢丝绳的一端固定在定滑轮上，另一端固定在卷筒上，依靠卷筒转动提升重物，卷筒端钢丝绳运行方向与重物升降运行方向保持一致。如图7所示的缠绕方式，钢丝绳在两个滑轮组中间由内向外运行，取一个滑轮组，将六个定滑轮由中间向外侧依次编号为①、②、③、④、⑤、⑥。钢丝绳一端固定在定滑轮上,绳子的段数是偶数,设物体上升的高度为h,绳子段数为n,绳子自由端移动距离为S,则有S=nh。当h=H时，S

综上所述，通过第一个定滑轮（编号①）的钢丝绳运行距离最长，且随着编号增大，通过每个定滑轮的钢丝绳长度依次递减。所以，将钢丝绳探伤传感器1安置在靠近钢丝绳卷筒中心线、定滑轮组的第一根钢丝绳上，能够最大限度的提高钢丝绳的有效监测长度。

确定好探伤传感器1的安装位置后，将待监测的钢丝绳1自上而下依次穿过激励线圈A2、感应线圈3和激励线圈B4，调整探伤传感器1焊接底座的位置，使钢丝绳1处于上述三个线圈的中心位置。定位完成后，将探伤传感器1的底座焊接在铸造起重机钢丝绳卷筒所在的行车平台上。在将速度传感器8的接近开关9的连杆固定在铸造起重机钢丝绳定滑轮组一侧的支撑板上，使接近开关9的监测点处于定滑轮组圆盘的切线上，将18个挡块10阵列排布安置在定滑轮组的侧面边缘位置上。完成探伤传感器1和速度传感器8的定位作业后，再将探伤传感器1、速度传感器8与控制分站相连接，即完成了监测系统的安装、准备工作。

按照本发明的另一个方面，还提供了采用所述铸造起重机钢丝绳监测系统的应用方法，包括以下步骤：

（1）所述铸造起重机钢丝绳监测装置，铸造起重机的钢丝绳贯穿监测装置的探伤传感器1，钢丝绳依次穿过探伤元件激励线圈A2、感应线圈3、激励线圈B4的内部，正常工作状态下，当存在缺陷的钢丝绳断丝位置通过激励线圈A2或激励线圈4时，在感应线圈3中即会产生感应电动势。

（2）控制分站对探伤传感器1中的感应线圈3产生的电信号进行采集，同时对速度传感器8产生的计数信号进行采集，将上述两种信号同时传输到信号处理站。

（3）信号处理站对控制分站传导来的电信号和计数信号进行处理，根据处理后的量化数值判定钢丝绳的使用状况。

（4）当电信号经过处理后的数字信号大于零、小于设定的报警信号值时，说明钢丝绳存在断丝缺陷，但在标准允许的范围之内，运行人员可通过提高钢丝绳的监测频次，掌握钢丝绳的劣化趋势，确保钢丝绳的正常使用。

（5）当电信号经过处理后的数字信号大于等于设定的报警信号值时，说明钢丝绳中存在断丝缺陷，且断丝面积已超过钢丝绳横截面积的0.5%，钢丝绳不能再继续使用，需要马上停止吊装作业，对铸造起重机的钢丝绳进行检查或更换。

（6）当探伤传感器1产生了不为零的电信号时，在信号处理站记录下产生信号的时间，以此为根据，查看该时间速度传感器8产生的计数信号，根据计数信号转化的数值信号确定钢丝绳定滑轮组转动的弧度，进而计算出钢丝绳运行的速度和距离，最终确定钢丝绳上的断丝位置，便于设备点检人员对钢丝绳的使用情况进行检查。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。