钢丝绳拉力计算机自动测量系统的研究

　　　　0　前言

　　海上作业或大型工程项目有很多吊装任务,对吊装能力的要求也不断提高。钢丝绳是吊装作业中所用的重要器材之一,在吊装过程中钢丝绳往往是比较薄弱的环节。钢丝绳要进行定期检测,原来的测试手段是截取小段的钢丝作力学特性试验,对于长整钢丝绳特别是大吨位钢丝绳的实际承载力检测,国内尚无有效的检测手段[1];对绳扣质量的检测只能通过一小段钢丝绳压扣后检验,实际使用钢丝绳压扣质量无法检测;传统钢丝绳管理和使用方法是定期更换法和人工目测法,有资料表明[2]:传统方法对钢丝绳进行管理和使用,造成在使用的钢丝绳中大约有10%其强度损耗超过15%, 2%以上强度损耗超过额定强度的30%。即在使用中的钢丝绳大约10%工作在具有潜在危险的状态,还有2%以上工作在相当危险的状态;另一方面,所更换的钢丝绳有70%以上甚至没有损坏。为了提高吊装的安全性和科学性,进行钢丝绳整绳拉力测量系统的开发研究有着重要的实践意义和工程价值。本系统的研制成功解决了国内大吨位整绳的实际承载力的检测问题,在拉力测试时可对钢丝绳绳扣的可靠性进行测试,还可用于钢丝绳经过多次使用后,对钢丝绳整体能力和绳扣状况进行校核以及钢丝绳等级降低的量化测定和判断。

　　1　总体方案

　　钢丝绳测量是利用液压千斤顶将运动台平推一定距离来实现的。此时钢丝绳所受拉力由千斤顶的液压油缸来支撑,用经过准确测量得到的各千斤顶中液压油的压力,乘以全部液压缸的工作面积即可获得钢丝绳拉力。系统施力结构简图如图1。

　　其中: j为千斤顶的编号; n为第一层运动台上支撑点千斤顶的总数; pj为第j个千斤顶的油压; Sj为第j个千斤顶的油缸有效面积; Wj为第j个千斤顶的承压; WT为钢丝绳的总拉力。

　　钢丝绳的弹性模量是吊装的重要控制参数,弹性模量值的选取是否得当,直接关系到承载索拉力值和线性计算的准确性,也关系到系统安全系数、材料、设备的选定[3]。钢丝绳的弹性模量计算公式为:

　　式中: F表示钢丝绳受的张拉载荷; l表示钢丝绳长度; A表示钢丝绳的金属截面积;Δl表示钢丝绳的伸长量。利用安装在钢丝绳两端的位移传感器检测钢丝绳的拉伸长度Δl,计算出拉力就可算出钢丝绳的实际弹性模量值。

　　钢丝绳测量系统采用液压系统将大型钢丝绳同步平移顶升,通过压力传感器测量管路油压,从而实现高精度的拉力测量。该方法测量时间短、精度高。在液压系统中需要控制多液压缸协同动作。因此,对大型钢丝绳整绳测量系统中的计算机控制研究有重要意义。利用安装在钢丝绳两端的位移传感器检测钢丝绳的拉伸长度,通过压力传感器检测每一个千斤顶的承力状况,用先进的现场总线技术,将压力传感器、位移传感器、状态设置开关、油泵换向阀和油管超高压电磁阀等设备信息通过A/D转换后,送入工控机经过软件的计算判断,向I/O输出电路发出相应的控制指令。使用固体继电器为驱动电路控制电磁阀,从而实现液压系统的计算机同步升降控制。计算机控制系统是基于W indows平台的工控系统,利用数据库记录位移传感器、压力传感器、A/D转换器、千斤顶及油泵参数。系统控制图如图2所示。