起重机械钢丝绳异常状态在线监测方法
一、核心监测技术方法
- 机械运动参数监测法
- 角速度与线速度传感器：安装在驱动臂板或卷筒上，监测电机驱动卷筒的转动速度及钢丝绳线速度，通过异常速度波动（如电机转速正常但钢丝绳速度异常）判断钢丝绳打滑或断裂。
- 压力传感与凸轮结构：利用压力弹簧和凸轮机构检测钢丝绳张力变化，压力异常可能反映钢丝绳松弛或断裂风险。
- 电阻特性监测法
- 电阻桥测量模块：通过接触钳夹持钢丝绳，测量其电阻值变化。断丝或磨损会导致电阻升高，结合无线传输实时预警，适用于桥式起重机等场景。
- 补偿算法：需消除温度、湿度等环境因素对电阻值的干扰，提升监测精度。
- 磁通平衡与电磁感应技术
- 非接触式探伤传感器：基于磁通平衡原理，检测钢丝绳内部断丝、锈蚀等缺陷。传感器沿钢丝绳移动时，磁通量变化反映损伤程度，适用于高速运行场景。
- 涡流检测：通过电磁感应分析钢丝绳表面及近表面缺陷，如微裂纹或金属损失。
- 光纤传感与振动分析
- 光纤光栅传感器：贴附于钢丝绳表面，监测应力分布及振动频率变化。异常振动可能指示钢丝绳疲劳或断裂。
- 分布式光纤传感网络：覆盖整个钢丝绳区域，实时捕捉局部变形或断裂信号。
- 智能算法与数据融合
- 人工神经网络（ANN）：结合压电材料传感器采集的应力数据，训练ANN模型预测钢丝绳断裂风险。
- 断丝增加率计算：通过历史数据对比，估算钢丝绳疲劳寿命并预警更换周期。
二、系统集成与数据处理
- PLC控制系统
- 集成传感器信号至PLC，设置阈值触发报警（如断丝率≥5%）或自动停机，保障紧急情况下的设备安全。
- 支持远程停送电控制，降低人工干预需求。
- 远程监控与报告生成
- 数据通过无线模块上传至云端或管理平台，生成每日损伤报告，支持历史数据追溯（保存≥5年）。
- 缺陷智能定位：通过软件控制传感器移动，精确定位损伤位置。
- 多技术协同验证
- 结合机械参数、电阻、磁通、振动等多源数据交叉验证，减少误报率。例如，电阻异常与磁通探伤结果一致时，触发高优先级报警。
三、典型应用场景与优势
- 矿山与煤矿提升系统
- 非接触式磁通平衡装置可24小时监测主井钢丝绳，减少人工停机检测能耗，年节约成本超196万元（以峰峰集团为例）。
- 建筑塔机与桥式起重机
- 压电材料结合ANN的智能监测系统，实时反馈钢丝绳受力状态，预防突发断裂。
- 经济效益提升
- 延长钢丝绳使用寿命（如减少1/3的突发换绳需求），年节约用绳成本约200万元。
- 提升设备运行效率，减少因人工检测导致的产能损失（如煤矿日增产6.3%）。
四、实施建议
- 选型匹配：根据工况选择技术方案（如高速场景优先磁通平衡，低速场景可用电阻法）。
- 定期校准：结合人工检查（如每月目检关键区域）验证系统准确性。
- 标准化管理：参考《煤矿安全规程》设定检测周期，结合监测数据动态调整维护策略。
通过上述技术组合，可实现钢丝绳从“定期检查”向“实时预警”的转变，显著降低安全事故风险并优化运维成本。
