NL1038312C2 - Werkwijze en inrichting voor het detecteren van scheurvorming in een hijsorgaan. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het detecteren van scheurvorming in een hijsorgaan

De uitvinding heeft betrekking op een werkwij ze 5 voor het detecteren van scheurvorming in een hijselement, zoals bijvoorbeeld een zogeheten "twist-lock". Dergelijke twist-locks worden op grote schaal gebruikt voor het bevestigen van containers.

Een container is gewoonlijk op zijn acht 10 hoekpunten voorzien van hoekbeslagen, zogeheten "corner castings", waarin openingen zijn gevormd die zijn aangepast aan de vorm van de kop van een twist-lock. Wanneer een container bijvoorbeeld door middel van een kraan moet worden overgeslagen van een schip naar een kade of vice versa, 15 wordt een via hijskabels aan de kraan hangend hijsframe, een zogeheten "spreader", neergelaten tot vlak boven de container. De spreader is op zijn vier hoeken voorzien van twist-locks, die dan door zorgvuldig manoeuvreren met de spreader in de corner castings worden geplaatst, waarna zij 20 over een kwartslag verdraaid worden om de kop van elke twist-lock in de corner casting op te sluiten. Daarna wordt de spreader met daaraan de container opgehesen door het inhalen van de hijskabels.

Bij de overslag van containers is snelheid van 25 groot belang, omdat containerschepen te kostbaar zijn om lang stil te liggen in een haven. Door de hoge snelheden waarmee spreaders worden neergelaten en opgehesen treden hoge en sterk wisselende belastingen op, waardoor het risico bestaat dat in de twist-locks scheuren zullen ontstaan.

30 Uiteindelijk kan een twist-lock door scheurvorming bezwijken, waardoor de resterende twist-locks hoger belast worden, hetgeen op zich ook tot scheurvorming en bezwijken kan leiden. Omdat het bezwijken van een of meer twist-locks 2 ertoe kan leiden dat een container van de spreader valt, hetgeen catastrofale gevolgen kan hebben, worden twist-locks in de praktijk vaak vervangen voordat het risico van scheurvorming te groot wordt. Doordat hierbij vaak een 5 veilige marge wordt aangehouden, worden twist-locks veelal te vroeg en te vaak vervangen, waardoor de spreader onnodig vaak buiten bedrijf is.

De uitvinding heeft nu tot doel een werkwijze te verschaffen waarmee scheurvorming in een hijselement zoals 10 een twist-lock op betrouwbare wijze en tijdig, dus ruim voordat de scheur een gevaar zal vormen, kan worden gedetecteerd. Volgens de werkwijze wordt dit bereikt met een werkwijze die de stappen omvat van: - het op ten minste twee punten van het 15 hijselement meten van een spanning onder belasting, - het vergelijken van de gemeten spanningen, en - het afgeven van een waarschuwingssignaal wanneer de gemeten spanningen teveel van elkaar afwijken.

Door de spanningen op twee of meer punten in het 20 hijselement te meten en met elkaar te vergelijken, wordt op snelle, eenvoudige en betrouwbare wijze een beeld gekregen van de toestand van het hijselement. Wanneer een te grote afwijking tussen de gemeten spanningen wordt vastgesteld is dat een aanwijzing dat het effectieve, dragende oppervlak 25 van het hijselement op een van de meetpunten kleiner is geworden dan op basis van de bekende geometrie verwacht mocht worden, hetgeen wijst op het ontstaan van een scheur.

Bij voorkeur wordt de spanning in elk punt gemeten door het meten van een overeenkomstige vervorming in dat 30 punt. Vervormingen zijn immers eenvoudiger meetbaar dan spanningen.

Wanneer een eerste vervorming gemeten wordt in een relatief licht belast punt van het hijsorgaan en een tweede 3 vervorming gemeten wordt in een relatief zwaar belast punt van het hijsorgaan, kan de eerste vervorming als referentie gebruikt worden. Mogelijke scheurvorming zal immers het eerst optreden in zwaarder belaste delen van het 5 hijselement. Bij een hijselement van het twist-lock type kan met voordeel de eerste vervorming gemeten worden in een steel van het hijsorgaan, terwijl de tweede vervorming dan gemeten kan worden nabij een uiteinde van het hijsorgaan dat aan een hijsframe bevestigd is.

10 Afhankelijk van de wijze waarop het hijselement aan het hijsframe bevestigd is, kan de tweede vervorming worden gemeten bij een gang van schroefdraad - bij voorkeur de eerste gang, die het zwaarst belast zal worden - of bij een kraag. Bij een hijselement met dubbele kraag als 15 beschreven in aanvraagsters oudere octrooi EP 1 385 772 BI kan bij elke kraag een vervorming gemeten worden, dus naast de tweede ook een derde vervorming. Daarbij wordt dan ook deze derde vervorming met de eerste vervorming vergeleken.

Hoewel er verschillende manieren denkbaar zijn om 20 vervormingen te meten, verdient het de voorkeur dat de vervormingen langs optische weg gemeten worden. Een optische meting is snel en nauwkeurig uit te voeren, en vergt slechts geringe aanpassingen aan het hijselement.

De uitvinding heeft ook betrekking op een 25 inrichting waarmee de hiervoor beschreven werkwijze kan worden uitgevoerd. Een dergelijke scheurdetectie-inrichting omvat volgens de uitvinding op ten minste twee punten van het hijselement aangebrachte middelen voor het meten van een spanning onder belasting, met de meetmiddelen verbonden 30 middelen voor het vergelijken van de gemeten spanningen, en met de vergelijkingsmiddelen verbonden middelen voor het afgeven van een waarschuwingssignaal wanneer de gemeten spanningen teveel van elkaar afwijken. De 4 waarschuwingssignaal-afgiftemiddelen kunnen verbonden zijn met een besturingssysteem van een hijsframe of zelfs van een kraan, zodat een hijsbewerking direct kan worden onderbroken zodra een scheur in een hijselement gedetecteerd wordt.

5 Voorkeursuitvoeringen van de scheurdetectie- inrichting volgens de uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies 10-16.

Een eenvoudige, robuuste en compacte inrichting wordt verkregen, wanneer de meetmiddelen een met het 10 hijselement verbonden optische vezel omvatten, waarvan de vervorming langs optische weg meetbaar is.

Bij voorkeur omvatten de verschillende meetmiddelen een gemeenschappelijke optische vezel, die zich langs de betreffende meetpunten uitstrekt. Zo worden de 15 benodigde aanpassingen aan het hijselement nog verder beperkt.

Teneinde een betrouwbare weergave van de vervorming van de optische vezel, en daarmee van het hijselement, te verkrijgen is het voordelig wanneer de 20 optische vezel in de nabijheid van de meetpunten bewerkte delen vertoont, die een specifieke lichtreflectie opwekken. Door deze specifieke lichtreflecties, bijvoorbeeld veroorzaakt door een zogeheten Bragg-raster, kunnen bepaalde punten in de optische vezel worden geïdentificeerd.

25 Een robuuste scheurdetectie-inrichting wordt verkregen wanneer de optische vezel is opgenomen in een boring in het hijselement. Zo vormt het hijselement in feite de bescherming voor de inrichting. Daarbij verdient het de voorkeur dat de boring in de nabijheid van een hartlijn van 30 het hijselement is gevormd, zodat de vervormingen beperkt blijven tot rek of krimp, en torsie en buiging daarop geen invloed hebben.

5

De middelen voor het afgeven van het waarschuwingssignaal kunnen zijn aangebracht op een hijsframe waaraan het hijselement is bevestigd. Zo kunnen deze afgiftemiddelen werkzaam verbonden worden met de 5 vergelijkingsmiddelen voor een aantal verschillende hijselementen. Ook kunnen de afgiftemiddelen zo centraal verbonden zijn met een besturingssysteem van het hijsframe of van de kraan.

De uitvinding betreft tenslotte ook een hijsframe 10 waarin de hiervoor beschreven scheurdetectie is geïmplementeerd. Een dergelijk hijsframe omvat een aantal hijselementen, die nabij zijn hoeken aan het hijsframe bevestigd zijn, en scheurdetectie-inrichtingen van het hiervoor beschreven type die met de hijselementen verbonden 15 zijn.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een voorbeeld, waarbij verwezen wordt naar de bij gevoegde tekening, waarin:

Fig. 1 een perspectivisch aanzicht is van een 20 hijsframe ("spreader") waaraan een container opgehangen wordt met behulp van hijselementen ("twist-locks") die in hoekbeslagen ("corner castings") grijpen,

Fig. 2 een perspectivisch aanzicht is van een hijselement met dubbele kraag en een scheurdetectie-25 inrichting volgens de uitvinding,

Fig. 3 op vergrote schaal en in detail een doorsnede toont door het perspectief van fig. 2,

Fig. 4 een doorsnede toont door het bovenste deel van een hijselement met dubbele kraag en scheurdetectie 30 volgens fig. 2 en 3 in een normale, niet beschadigde uitgangssituatie,

Fig. 5 een met fig. 4 overeenkomend aanzicht is van het dubbelkraags hijselement met een scheur bij de 6 bovenste kraag, wanneer dit opgehangen is in een draagelement met enkele kraag, en

Fig. 6 een met fig. 5 overeenkomend aanzicht is van de toestand bij een scheur nabij de onderste kraag.

5 Een hijsframe of "spreader" 1 voor het transporteren van containers 2 is door middel van kabels 5 die om katrollen 4 geslagen zijn opgehangen aan een (hier niet getoonde) containerkraan. Het hijsframe 1 omvat een centrale ligger 6, een tweetal uitschuifbare tussenliggers 7 10 en een tweetal uitschuifbare buitenliggers 8. Elke buitenligger 8 draagt een dwarsbalk 9, die twee hoekpunten 12 bepaalt. Op deze hoekpunten 12 van het hijsframe 1 zijn hijselementen of "twist-locks" 11 aangebracht, die ingrijpen in openingen 20 in hoekbeslagen of "corner castings" 21 van 15 de container 2. Op de hoeken 12 zijn ook scharnierbare geleidingsorganen of "flippers" 13 aangebracht.

Elk hijselement 11 is in hoofdzaak T-vormig, en vertoont een steel 14 en een hamerkop 15. Aan de bovenzijde van de steel 14 zijn twee groeven en daarmee ook twee kragen 20 of schouders 16, 17 gevormd, waarmee het hijselement 11 opgehangen is in een ringvormig draagelement dat eveneens twee groeven en twee kragen 18, 19 vertoont. Deze twee kragen vormen een redundante krachtweg als beschreven in EP 1 385 772 BI. De draaibeweging voor het vergrendelen en 25 ontgrendelen van het hijselement 11 wordt verzorgd door een bedieningsstang 22, die aangrijpt op een arm 23 die op zijn beurt bevestigd is aan het hijselement 11.

De toestand van het hijselement 11 wordt bewaakt door een scheurdetectie-inrichting 10. In het getoonde 30 voorbeeld wordt mogelijke scheurvorming gedetecteerd door op verschillende plaatsen in het hijselement 11 de vervormingen te meten die optreden wanneer het hijselement 11 belast wordt door het gewicht van een daaraan hangende container 2.

7

Door de gemeten vervorming te vergelijken met de vervorming van een deel van het hijselement 11 waar zich normaliter geen scheurvorming zal voordoen, hier de steel 14, kan een bovenmatige vervorming tijdig worden gesignaleerd. Een 5 dergelijke bovenmatige vervorming is een aanwijzing dat het effectieve dragende oppervlak van het hijselement plaatselijk sterk is verminderd, hetgeen op zijn beurt een indicatie is voor het ontstaan van een scheur.

In het getoonde voorbeeld is de scheurdetectie-10 inrichting 10 optisch van aard, en omvat deze een optische vezel 25 die opgenomen is in een boring 26 in de steel 14 van het hijselement 11. Deze boring 26 is zo nauw dat daardoor de sterkte van het hijselement 11 nagenoeg niet beïnvloed wordt. De boring 26 is verder in de hartlijn van 15 het hijselement 11 gevormd, en valt dus samen met de neutrale lijn, zodat slechts verlenging als gevolg van de trekbelasting door de container wordt waargenomen. Torsie en buiging spelen op die lijn geen rol.

De optische vezel 25 is op meerdere punten of 20 zelfs over zijn gehele lengte aan de wand van de boring 26 bevestigd, zodat de vezel 25 de verlenging van het hijselement 11 onder belasting moet volgen. Deze verlenging kan optisch worden waargenomen en gemeten, doordat de optische vezel 25 op belangrijke punten zodanig is bewerkt, 25 dat deze een zeer specifiek reflectiepatroon genereert wanneer licht door de optische vezel 25 straalt. Een dergelijke bewerking is bijvoorbeeld de vorming van een zogeheten Bragg-raster. Zo kunnen deze punten in de reflectie worden geïdentificeerd, en daarmee ook hun 30 onderlinge afstand. Een verandering in de onderlinge afstand van deze specifieke punten vormt een maat voor de vervorming van het hijselement 11.

8

In het getoonde voorbeeld is de optische vezel op drie punten 27, 28, 29 bewerkt. Het eerste punt 27 bevindt zich in de steel 14, die een constante diameter heeft en waar dus geen spanningsconcentraties optreden. De belasting 5 en daarmee de kans op scheurvorming is hier relatief gering en dit punt geldt dan ook als referentie. Het tweede punt 28 bevindt zich ter plaatse van de onderste kraag 16, die eigenlijk bedoeld is als beveiliging in het geval dat de bovenste kraag 17 zou bezwijken, maar die in de praktijk 10 soms al een deel van de reguliere belasting draagt. Het derde meetpunt 29 bevindt zich ter plaatse van de bovenste kraag 17, die in beginsel de belasting moet overbrengen op het hijsframe.

De afstand tussen het eerste, tweede en derde 15 meetpunt 27, 28, 29 onder belasting kan worden gemeten en kan worden vergeleken met gemten waarden in de onbelaste toestand. Een dergelijke vergelijking geeft een goede indruk van de mate van vervorming van de verschillende delen van het hijselement 11. Ook kunnen op elke relevante locatie 20 twee meetpunten aanwezig zijn, zodat de rek op elk meetpunt kan worden bepaald en vergeleken met de rek in andere meetpunten. Ook deze vergelijking geeft in een oogopslag weer waar hoge spanningen bestaan, die kunnen wijzen op de aanwezigheid van een scheur.

25 De vergelijking wordt uitgevoerd op een centrale lokatie, waar ook een waarschuwingssignaal wordt opgewekt wanneer een bovenmatige vervorming wordt vastgesteld. In het getoonde voorbeeld is elke optische vezel 25 via een optische bekabeling 24 verbonden met een centrale eenheid 3 30 op het hijsframe, die de signalen vanuit de verschillende detectie-inrichtingen verwerkt, vergelijkt en beoordeelt. Deze centrale eenheid 3 is op zijn beurt verbonden met het 9 kraanbesturingssysteem, zodat een hijsbewerking direct kan worden stopgezet wanneer een scheur wordt gedetecteerd.

In fig. 4 is de normale belaste uitgangstoestand van een niet-ingescheurd hijselement 11 getoond. De omvang 5 van de bal die met elk meetpunt verbonden is vormt een maat voor de daar optredende vervorming en dus de spanning. Het verloop van de belastingen door het hijselement en de omringende constructie is getoond met pijlen. Te zien is hoe de onderste kraag 16 van het hijselement 11 en de onderste 10 kraag 18 van het draagelement het leeuwendeel van de belasting opnemen. De vervorming ter plaatse van het meetpunt 28 is dus groter dan die bij de andere twee meetpunten 27, 29. Deze situatie geldt als referentie voor latere metingen.

15 De vervorming wordt in dit voorbeeld waargenomen door het rekken van de betreffede delen van de optische vezel 25, waardoor ook de bewerkte gebieden 27, 28, 29 met hun specifieke reflectiepatronen rekken en de reflectiepatronen veranderen.

20 Wanneer ter plaatse van de bovenste kraag 17 een scheur 30 ontstaat, neemt het effectieve dragende oppervlak van het hijselement 11 daar af, zodat de lokale spanning toeneemt, en daarmee ook de vervorming. In fig. 5 is te zien hoe de krachtlijnen om de scheur 30 heenlopen en de 25 vervorming bij het bovenste meetpunt 29 zeer groot is.

Daarentegen zijn de spanning en vervorming bij de middelste en onderste meetpunten 28, 27 veel kleiner dan normaal. Uit het vergelijken van de gemeten vervormingen ter plaatse van de punten 27, 28, 29 met elkaar en met de referentietoestand 30 van fig. 4 komt naar voren dat zich bij het boevnste meetpunt 29 een scheur moet bevinden. Deze vaststelling leidt tot het genereren van een waarschuwingssignaal, 10 waardoor het hijsen wordt stopgezet om het hisjelement 11 te kunnen vervangen.

Iets soortgelijks gebeurt wanneer zich nabij de onderste kraag 16 scheurvorming voordoet. Deze kraag 16 is 5 bedoeld als laatste redmiddel in geval van bezwijken van de bovenste kraag 17, zodat scheurvorming in de onderste kraag 16 in beginsel catastrofaal kan zijn. Ook dan wordt de kraan direct stopgezet naar aanleiding van een waarschuwingssignaal dat volgt uit vergelijking van de 10 meetresultaten in punten 27, 28 en 29.

Uiteraard is de beschreven wijze van detecteren niet beperkt tot hijselementen met dubbele kraag. Ook bij hijselementen met enkele kraag is deze toepasbaar, zij het dat er dan meestal volstaan kan worden met twee in plaats 15 van drie meetpunten. Wanneer een hijselement voorzien is van schroefdraad kan ook op de hier beschreven wijze de vervorming worden gemeten. Als meest relevante meetpunt geldt dan vaak de eerste gang van de schroefdraad, waar de belastingen het hoogst zijn en dus ook de kans op 20 scheurvorming het grootst is.

Hoewel de uitvinding hiervoor beschreven is aan de hand van een voorbeeld, zal het duidelijk zijn dat deze daartoe niet is beperkt, maar op velerlei wijze kan worden gevarieerd. Zo zou in plaats van een enkele optische vezel 25 met verschillende bewerkte gebieden een aantal optische vezels naast elkaar toegepast kunnen worden. Die zouden dan elk met een laser-afstandmeter kunnen samenwerken. Ook andere metingen van de vervorming, bijvoorbeeld op basis van elektrische fenomenen, zouden toegepast kunnen worden.

30 Verder is de toepassing niet beperkt tot twist-locks, maar zou ook scheurvorming in andere hijselementen, bijvoorbeeld eenvoudige haken, op deze wijze kunnen worden gedetecteerd.

11

De omvang van de uitvinding wordt dan ook uitsluitend bepaald door de nu volgende conclusies.

Claims (23)

1. Werkwijze voor het detecteren van scheurvorming in een hijselement, omvattende de stappen van: 5. het op ten minste twee punten van het hijselement meten van een spanning onder belasting, - het vergelijken van de gemeten spanningen, en - het afgeven van een waarschuwingssignaal wanneer de gemeten spanningen teveel van elkaar afwijken.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de spanning in elk punt gemeten wordt door het meten van een overeenkomstige vervorming in dat punt.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een eerste vervorming gemeten wordt in een relatief 15 licht belast punt van het hijsorgaan en een tweede vervorming gemeten wordt in een relatief zwaar belast punt van het hijsorgaan.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de eerste vervorming gemeten wordt in een steel van het 20 hijsorgaan en de tweede vervorming gemeten wordt nabij een uiteinde van het hijsorgaan dat aan een hijsframe bevestigd is.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het hijselement door middel van een schroefverbinding 25 aan het hijsframe bevestigd is en de tweede vervorming gemeten wordt nabij een relatief zwaar belast schroefgang.

6. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het hijselement door middel van een kraag aan het hijsframe bevestigd is en de tweede vervorming gemeten wordt 30 nabij de kraag.

7. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het hijselement door middel van een dubbele kraag aan het hijsframe bevestigd is, de tweede vervorming gemeten wordt nabij een van de kragen en een derde vervorming gemeten wordt nabij de andere kraag, welke derde vervorming eveneens met de eerste vervorming vergeleken wordt.

8. Werkwijze volgens één der conclusies 2-7, met 5 het kenmerk, dat de vervormingen langs optische weg gemeten worden.

9. Inrichting voor het detecteren van scheurvorming in een hijselement, omvattende: - op ten minste twee punten van het hijselement 10 aangebrachte middelen voor het meten van een spanning onder belasting, - met de meetmiddelen verbonden middelen voor het vergelijken van de gemeten spanningen, en - met de vergelijkingsmiddelen verbonden middelen 15 voor het afgeven van een waarschuwingssignaal wanneer de gemeten spanningen teveel van elkaar afwijken.

10. Scheurdetectie-inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de meetmiddelen ingericht zijn voor het meten van een met de spanning overeenkomende vervorming.

11. Scheurdetectie-inrichting volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat eerste meetmiddelen aangebracht zijn in een relatief licht belast punt van het hijsorgaan en tweede meetmiddelen aangebracht zijn in een relatief zwaar belast punt van het hijsorgaan.

12. Scheurdetectie-inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de eerste meetmiddelen aangebracht zijn in een steel van het hijsorgaan en de tweede meetmiddelen aangebracht zijn nabij een uiteinde van het hijsorgaan dat aan een hijsframe bevestigd is.

13. Scheurdetectie-inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het hijselement door middel van een schroefverbinding aan het hijsframe bevestigd is en de tweede meetmiddelen aangebracht zijn nabij een relatief zwaar belast schroefgang.

14. Scheurdetectie-inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het hijselement door middel van een 5 kraag aan het hijsframe bevestigd is en de tweede meetmiddelen aangebracht zijn nabij de kraag.

15. Scheurdetectie-inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het hijselement door middel van een dubbele kraag aan het hijsframe bevestigd is, de tweede 10 meetmiddelen aangebracht zijn nabij een van de kragen en er derde meetmiddelen aangebracht zijn nabij de andere kraag, waarbij de vergelijkingsmiddelen ingericht zijn voor het vergelijken van een meting van de derde meetmiddelen met een meting van de eerste meetmiddelen.

16. Scheurdetectie-inrichting volgens één der conclusies 10-16, met het kenmerk, dat de meetmiddelen optische meetorganen omvatten.

17. Scheurdetectie-inrichting volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de meetmiddelen een met het 20 hijselement verbonden optische vezel omvatten, waarvan de vervorming langs optische weg meetbaar is.

18. Scheurdetectie-inrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de verschillende meetmiddelen een gemeenschappelijke optische vezel omvatten, die zich langs 25 de betreffende meetpunten uitstrekt.

19. Scheurdetectie-inrichting volgens conclusie 17 of 18, met het kenmerk, dat de optische vezel in de nabijheid van de meetpunten bewerkte delen vertoont, die een specifieke lichtreflectie opwekken.

20. Scheurdetectie-inrichting volgens één der conclusies 17-19, met het kenmerk, dat de optische vezel is opgenomen in een boring in het hijselement.

21. Scheurdetectie-inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de boring in de nabijheid van een hartlijn van het hijselement is gevormd.

22. Scheurdetectie-inrichting volgens één der 5 conclusies 9-21, met het kenmerk, dat de waarschuwingssignaal-afgiftemiddelen zijn aangebracht op een hijsframe waaraan het hijselement is bevestigd.

23. Hijsframe, omvattende een aantal nabij zijn hoeken daaraan bevestigde hijselementen en daarmee verbonden 10 scheurdetectie-inrichtingen volgens één der conclusies 9-2.