用于检测提升构件中的裂缝形成的方法和设备

摘要

本发明涉及一种用于检测提升构件中的裂缝形成的方法，包括以下步骤：在提升构件的两个点处测量负载下的应力，比较测得的应力，以及当测得的应力彼此相差太多时产生警告信号。本发明还涉及一种用于检测提升构件中的裂缝形成的设备，包括：布置在提升构件的两个点处以用于测量负载下的应力的装置；连接至测量装置以用于比较测得的应力的装置；以及连接至比较装置以用于当测得的应力彼此相差太多时产生警告信号的装置。最后，本发明涉及一种提升架，包括：多个提升构件，这些提升构件靠近提升架的拐角而安装在提升架上；以及裂缝检测设备，连接至提升构件。

说明书

本发明涉及用于检测提升构件（诸如像扭锁）中的裂缝形成的方法。 这种扭锁被大规模地用于附接集装箱（container）。

集装箱通常在其八个拐角点处设置有所谓的角铸件，在这些角铸件中 形成有适于形成扭锁的头部的开口。当集装箱必须例如通过起重机从船舶 转移至码头或从码头转移至船舶时，使通过提升绳从起重机悬挂下来的提 升架（所谓的吊具（spreader））降低至集装箱正上方的一位置。吊具在其 四个角处设置有扭锁，然后通过小心地操作吊具将这些扭锁设置在角铸件 中，之后使扭锁转动四分之一圈，以将每个扭锁的头部锁定在角铸件中。 然后通过提升绳的牵引将吊具以及其上的集装箱吊起。

速度在集装箱的转移中是非常重要的，因为使集装箱船在港口停留很 长一段时间是非常昂贵的。由于以高速降低和提升吊具，因此出现高且急 剧变化的负载，这带来在扭锁中形成裂缝的风险。扭锁最终可能由于裂缝 形成而损坏，从而剩余的扭锁被更重地加载，这本身也可能导致裂缝形成 和损坏。因为一个或多个扭锁的损坏可能导致集装箱从吊具上脱落，这可 具有灾难性的后果，所以在实践中在裂缝形成的风险变得过大之前频繁地 更换扭锁。因为在此通常设置有安全余量，所以扭锁一般更换得过早且过 于频繁，从而吊具频繁地处于不必要的非操作状态。

现在本发明的目的是提供一种方法，通过该方法能以可靠的方式且在 好时机内（即正好在裂缝将形成危险之前）检测提升构件（诸如扭锁）中 的裂缝形成。根据该方法，这通过包括以下步骤的方法实现：

-至少在提升构件的两个点处测量负载下的应力，

-比较测得的应力，以及

-当测得的应力彼此相差太多时产生警告信号。

通过测量提升构件中的两个以上点处的应力并将它们彼此进行比较， 以快速、简单且可靠的方式获得提升构件的状态的图片。当确定在测得的 应力之间具有过大的变化时，这表明提升构件在一个测量点处的有效支承 表面已变得比基于已知的几何形状所预期的小，这表示裂缝的出现。

每个点处的应力优选地通过测量该点处的相应变形而测量。变形毕竟 比应力容易测量。

当在提升构件的相对轻负载点处测得第一变形并且在提升构件的相 对重负载点处测得第二变形时，第一变形能作为参考。可能的裂缝形成将 毕竟首先出现在提升构件的较重负载部分中。对于扭锁类型的提升构件， 能有利地在提升构件的轴中测得第一变形，而然后能靠近附接至提升架的 提升构件的外端测得第二变形。

根据提升构件安装在提升架上的方式，第二变形能在螺纹（优选地为 第一螺纹，其将具有最重负载）处或者在轴环（collar）处测得。对于如在 申请人的较老专利EP1385772Bl中所述的具有双轴环的提升构件，变形 能在每个轴环处测得，所以除了第二变形之外还具有第三变形。于是在此 也将第三变形与第一变形进行比较。

虽然可设想出用于测量变形的不同方法，但是建议光学地测量变形。 光学测量能快速且准确地进行，并只需要对提升构件进行略微修改。

本发明还涉及一种设备，通过该设备能执行上述方法。根据本发明， 这样的裂缝检测设备包括：至少设置在提升构件的两个点处以用于测量负 载下的应力的装置；连接至测量装置以用于比较测得的应力的装置；以及 连接至比较装置以用于当测得的应力彼此相差太多时产生警告信号的装 置。警告信号产生装置能连接至提升架或甚至起重机的控制系统，这样只 要在提升构件中检测到裂缝，就能立即中断提升操作。

根据本发明的裂缝检测设备的优选实施例在从属权利要求10-16中进 行描述。

当测量装置包括连接至提升构件并且其变形能光学地测量的光纤时， 获得简单、可靠且紧凑的设备。

不同测量装置优选地包括沿相关测量点延伸的共用光纤。因此对提升 构件的必要修改受到进一步限制。

为了获得光纤的变形的可靠图片并且由此获得提升构件的变形的可 靠图片，光纤在测量点附近具有产生特定光反射的已处理部分是有利的。 光纤中的确定点能通过这些特定光反射（例如由布拉格光栅引起）进行识 别。

当光纤被接收在提升构件中的孔中时，获得可靠的裂缝检测设备。因 此事实上提升构件形成对该设备的保护。在此建议使孔形成在提升构件的 中心轴线附近，使得变形仍然限于伸长或收缩，并且扭转和弯曲对其没有 影响。

用于产生警告信号的装置能设置在提升架上，提升构件安装在该提升 架上。这些产生装置能因此操作地连接至用于多个不同的提升构件的比较 装置。产生装置也能因此居中地连接至提升架或起重机的控制系统。

最后，本发明还涉及一种提升架，在该提升架中执行上述裂缝检测。 这样的提升架包括：多个提升构件，这些提升构件靠近提升架的拐角而安 装在提升架上；以及上述类型的裂缝检测设备，该裂缝检测设备连接至提 升构件。

现在将根据实施例对本发明进行阐明，其中参考附图，附图中：

图1是提升架（吊具）的透视图，使用接合在角铸件中的提升构件（扭 锁）使集装箱从提升架悬挂下来；

图2是具有双轴环的提升构件和根据本发明的裂缝检测设备的透视 图；

图3以放大的比例尺详细示出了穿过图2的透视图的横截面。

图4示出了穿过处于正常、未损坏情况下的根据图2和图3的具有双 轴环的提升构件和裂缝检测设备的上部的横截面；

图5是当其悬挂在具有单个轴环的支撑元件中时在上轴环中具有裂缝 的双轴环提升构件的对应于图4的视图。

图6是裂缝靠近下轴环的情况的对应于图5的视图。

用于运输集装箱2的提升架或吊具1通过围绕滑轮4牵拉的缆绳5从 集装箱起重机悬挂下来。提升架1包括中心梁6、两根可延伸的中间梁7 以及两根可延伸的外梁8。每个外梁8支撑限定两个拐角点12的横梁9。 接合在集装箱2的角铸件21中的开口20中的提升构件或扭锁11设置在 提升架1的这些拐角点12处。可枢转的导向构件或鳍状件（flipper）13 也设置在拐角点12处。

每个提升构件11基本上是T形的并且具有轴14和锤头15。两个凹 槽以及由此两个轴环或台肩（shoulder）16、17形成在轴14的上侧上，从 而提升构件11悬挂在同样具有两个凹槽和两个轴环18、19的环形支撑元 件中。这两个轴环形成如在EP1385772Bl中所述的力的冗余路径。用于 锁定和解锁提升构件11的旋转运动由接合在臂23上的控制杆22提供， 该臂11又安装在提升构件11上。

提升构件11的状态由裂缝检测设备10监控。在所示实施例中，可能 的裂缝通过测量当提升构件11负载由此悬挂下来的集装箱2的重量时出 现在提升构件11中的不同位置处的变形来检测。通过将测得的变形和提 升构件11的通常将不会出现裂缝的部分（在此为轴14）的变形进行比较， 能在好时机内检测出过度变形。这样的过度变形表明提升构件的有效支承 表面已局部地大大减小，这又表明已形成裂缝。

在所示实施例中，裂缝检测设备10具有光学性质并且包括光纤25， 该光纤被接收在提升构件11的轴14中的孔26中。该孔26如此狭窄以致 提升构件11的强度基本上不受影响。孔26此外形成在提升构件11的中 心轴线内，并且因此与中线重合，这样只检测到由集装箱的拉伸负载产生 的伸长。扭转和弯曲对该线没有影响。

光纤25在多个点处或甚至沿其整个长度附设至孔26的壁，这样纤维 2b必须遵循提升构件11在负载下的伸长。该伸长能光学地检测和测量， 因为光纤25在重要点处被处理，使得当光通过光纤25而发射时，其产生 非常特定的反射图案。这样的处理例如是形成所谓的布拉格光栅。这些点 以及由此它们的相互距离能因此在反射中进行识别。这些特定点的相互距 离的变化形成对提升构件11的变形的测量。

在所示实施例中，光纤在三个点27、28、29处被处理。第一点27位 于轴14中，该轴具有恒定的直径并且因此没有出现应力集中。负载以及 因此裂缝形成的概率在此是相对小的，并且该点因此用作参考。第二点28 位于下轴环16的位置处，该下轴环事实上旨在上轴环17损坏时作为安全 装置。第三测量点29位于上轴环17的位置处，该上轴环原则上必须将负 载传输至提升架。

能测量负载下的第一、第二和第三测量点27、28、29之间的距离并 且与在无负载状态下测得的值进行比较。这样的比较给出了对提升构件11 的不同部分的变形程度的良好印象。两个测量点也能出现在每个相关位置 处，使得能确定每个测量点处的伸长并与其他测量点处的伸长进行比较。 这种比较也一目了然地示出可表明裂缝的存在的高应力。

在中心位置处进行比较，在此当确定过度变形时也产生警告信号。在 所示实施例中，每个光纤25都经由光缆24连接至提升架上的中央单元3， 该中央单元处理、比较并评估来自不同检测设备的信号。该中央单元3又 连接至起重机控制系统，使得当检测到裂缝时能立即停止起重操作。

图4示出了无裂缝的提升构件11的正常负载启动状态。连接至每个 测量点的球的尺寸表示对在此出现的变形以及因此应力的测量。通过提升 构件11和周围结构的负载的进程用箭头示出。可以看出提升构件11的下 轴环16和支撑元件的下轴环18是如何占据负载的绝大部分。测量点28 的位置处的变形因此大于其他两个测量点27、29处的变形。该情况作为 随后测量的参考。

在该实施例中，变形由于光纤25的关联部分的伸长而检测到，从而 具有其特定反射图案的处理区27、28、29也伸长并改变反射图案。

当裂缝30形成在上轴环17的位置处时，提升构件11的有效支承表 面此时减小，使得局部应力增加，并且从而变形也增加。图5示出了力线 是如何围绕裂缝30而延伸并且上测量点29处的变形是非常大的。另一方 面，中间和下测量点28、27处的应力和变形远小于正常的应力和变形。 在点27、28、29的位置处测得的变形的彼此比较和与图4的参考情况的 比较示出了裂缝一定出现在上测量点29处。该检测导致产生警告信号， 从而停止提升，使得能更换提升构件11。

当裂缝靠近下轴环16而出现时，发生了类似的事情。该轴环16旨在 上轴环17损坏时作为最后的补救办法，这样下轴环16中的裂缝形成在原 则上可以是灾难性的。由于对点27、28和29处的测量结果的比较而产生 的警告信号，起重机于是也立即停止。

所述检测方法当然不限于具有双轴环的提升构件。其也能应用于具有 单轴环的提升构件中，虽然通常两个测量点足以代替三个测量点。当提升 构件设置有螺纹时，变形也能以在此描述的方式测量。最相关的测量点于 是常常是螺纹的第一螺纹，在此负载是最高的，并且因此裂开的机会也最 大。

虽然在上面根据实施例对本发明进行说明，但将明显的是，其不限于 此，而是能以多种方式变化。代替具有不同处理区的单个光纤，多个光纤 可以因此彼此相邻地加以应用。这些光纤于是可以每个与激光测距仪共同 合作。也可以应用变形的其他测量，例如根据电现象。该应用此外不限于 扭锁，而是也可以以这种方式检测其他提升构件（例如简单的挂钩）中的 裂缝形成。本发明的范围因此仅由下列权利要求限定。