開發(fā)激光監(jiān)控垂直吊裝的新一代起重機(jī)

摘要：文章首先指出垂直吊裝是起重機(jī)安全作業(yè)，尤其是起重機(jī)抬吊安全作業(yè)基本要求，從前瞻性來看，垂直吊裝仍是掃除實(shí)施起重機(jī)載荷不變的恒抬吊力吊裝尚存的唯一障礙。讓然后介紹了激光監(jiān)控起重機(jī)垂直吊裝的二個(gè)方案，其一，增設(shè)起重機(jī)垂直吊裝激光監(jiān)視裝置以監(jiān)控起重機(jī)垂直吊裝，即在起重機(jī)臂桿上端安設(shè)經(jīng)球絞聯(lián)接的激光發(fā)生器，以其在自重和球絞自動(dòng)調(diào)整下，以發(fā)出鉛垂朝下的激光光束為基準(zhǔn)，監(jiān)控起重機(jī)垂直吊裝；其二，增設(shè)吊車吊鉤偏角激光顯示與監(jiān)視設(shè)置以監(jiān)控起重機(jī)垂直吊裝，即當(dāng)?shù)蹉^產(chǎn)生偏角時(shí)，吊鉤偏角激光光束偏離基準(zhǔn)激光光束，顯示出吊鉤偏角的方向、大小，并依其操縱消除吊鉤偏角實(shí)現(xiàn)垂直吊裝。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)監(jiān)控；新一代起重機(jī)；垂直吊裝; 激光監(jiān)視

中圖分類號：TH213文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2011）22-0017-02

文章所討論的起重機(jī)系指流動(dòng)式起重機(jī)或吊車，包括履帶起重機(jī)、汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)等，本文論述監(jiān)控垂直吊裝是開發(fā)新一代起重機(jī)的首要目標(biāo)，重點(diǎn)分析起重機(jī)抬吊的危險(xiǎn)來自大仰角下的不垂直吊裝，以及基于恒抬吊力吊裝優(yōu)勢前瞻地分析了垂直吊裝是實(shí)現(xiàn)起重機(jī)恒抬吊力吊裝的先決條件，同時(shí)介紹已申請專利的激光監(jiān)控起重機(jī)垂直吊裝的二個(gè)方案。

1監(jiān)控垂直吊裝是開發(fā)新一代起重機(jī)的首要目標(biāo)

1.1垂直吊裝是起重機(jī)安全作業(yè)基本要求

起重機(jī)穩(wěn)定性差，其吊鉤偏角不得超過3°，還有吊鉤不垂直起吊重物擺動(dòng)可能傷及周圍設(shè)備和人員，尤其是大仰角下的不垂直抬吊破壞了起重機(jī)載荷的正常分配， 故垂直吊裝是起重機(jī)安全作業(yè)的基本要求，然而起重機(jī)自身卻沒有垂直吊裝的顯示、監(jiān)視設(shè)置，以至于起重機(jī)司機(jī)無法判斷單機(jī)滑移法或旋轉(zhuǎn)法吊裝，以及雙機(jī)、三機(jī)吊裝時(shí)其吊鉤是否處于垂直狀態(tài)，而要由吊裝指揮者，依據(jù)監(jiān)視被吊重物垂直吊裝者提供的信息指揮司機(jī)操縱既不及時(shí)又不準(zhǔn)確。

1.2起重機(jī)抬吊的危險(xiǎn)來自大仰角下的不垂直吊裝

由于輔機(jī)抬送速度與主機(jī)提升速度之比值，依據(jù)速度投影定理應(yīng)等于主機(jī)與輔機(jī)吊點(diǎn)間連線的斜率（斜率），才能實(shí)現(xiàn)垂直吊裝，若此時(shí)仰角為77°，則輔機(jī)抬送速度與主機(jī)提升速度之比值高達(dá)4.33，且吊裝中斜率不斷改變，因而沒有主、輔機(jī)間的密切配合是難以實(shí)現(xiàn)垂直吊裝; 同時(shí)主、輔機(jī)吊鉤產(chǎn)生的（主、輔機(jī)間）偏角大小，約與主、輔機(jī)各自承擔(dān)的載荷成反比，若主、輔機(jī)各自承擔(dān)載荷為6∶1，當(dāng)主機(jī)吊鉤偏角滯后0.5°（尚不易覺察），而輔機(jī)吊鉤偏角竟超前3°，從吊裝數(shù)學(xué)模型看起重機(jī)不垂直吊裝的風(fēng)險(xiǎn)可知，若按此時(shí)仰角為77°計(jì)算輔機(jī)承擔(dān)的載荷竟是吊鉤偏角0°時(shí)的1.297倍，故大仰角下的不垂直抬吊破壞了起重機(jī)載荷的正常分配，因而《石油化工工程起重施工規(guī)范》的條文說明中指出：“雙機(jī)抬吊是比較危險(xiǎn)的作業(yè)，對吊裝指揮及司機(jī)要求都比較高。國外有些工程管理人員對于雙機(jī)抬吊作業(yè)是持否定態(tài)度的……”。

1.3垂直吊裝是實(shí)現(xiàn)起重機(jī)恒抬吊力吊裝的先決條件

1.3.1恒抬吊力吊裝及其優(yōu)勢

依據(jù)受力明確且普遍適用的、反映吊裝力三要素間關(guān)系的、起重吊裝受力控制的數(shù)學(xué)模型，起重機(jī)抬吊的吊點(diǎn)載荷變化原因之一是被吊重物重心偏離三吊點(diǎn)確定的平面（吊點(diǎn)平面），變化的原因之二是不垂直吊裝，因而三吊點(diǎn)與被吊重物重心共面設(shè)置、加上垂直吊裝，就是實(shí)現(xiàn)吊點(diǎn)載荷不變的恒抬吊力吊裝必要充分條件。為了二主機(jī)間抬吊力的均衡分配，目前在大型吊裝中的普遍作法是增設(shè)平衡梁，二主機(jī)規(guī)格不同時(shí)還要增設(shè)分配梁，使吊裝高度大增，由于恒抬吊力吊裝各吊點(diǎn)載荷不變，無需設(shè)置平衡梁、分配梁，使起重吊裝高度大幅度下降（以百米高塔的二主機(jī)與輔機(jī)遞送吊裝為例，采用平衡梁時(shí)，主機(jī)吊裝高度顯然超過百米；而恒抬吊力吊裝時(shí)，主機(jī)吊裝高度只需略高于塔體重心），且“吊車抬吊法吊裝工藝是采用單主吊車或雙主吊車提升臥置設(shè)備的上部，同時(shí)采用單輔助吊車或雙輔助吊車抬送設(shè)備下部。當(dāng)設(shè)備仰角達(dá)到70°～75°時(shí)，輔助吊車松吊鉤……”，因而需由主機(jī)承擔(dān)全部吊重，而恒抬力吊裝由主、輔機(jī)或雙主機(jī)與輔機(jī)共同承擔(dān)吊重，故有望成倍降低主機(jī)規(guī)格。

1.3.2垂直吊裝是實(shí)現(xiàn)起重機(jī)恒抬吊力吊裝的先決條件

受力明確的三吊點(diǎn)與被吊重物重心共面設(shè)置加上垂直吊裝，就是實(shí)現(xiàn)恒抬吊力吊裝的必要充分條件；三吊點(diǎn)與被吊重物重心共面設(shè)置不難，吊點(diǎn)設(shè)置后尚可通過試吊測定的有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出重物重心至吊點(diǎn)平面的數(shù)值，再予以調(diào)整，故方法簡單且可靠；因而實(shí)現(xiàn)垂直吊裝，尤其是實(shí)現(xiàn)大仰角下的垂直吊裝，成為實(shí)施恒抬吊力吊裝的全部難點(diǎn)。起重機(jī)多吊點(diǎn)轉(zhuǎn)恒抬吊力遞送吊裝法的發(fā)明專利最近獲得授權(quán)，這是恒抬吊力吊裝系列中的一項(xiàng)，標(biāo)志著吊點(diǎn)載荷始終不變的恒抬吊力吊裝方案取得認(rèn)可。恒抬吊力吊裝雖有諸多優(yōu)勢，但是由于大仰角下的垂直吊裝存在巨大風(fēng)險(xiǎn)，用現(xiàn)有的起重機(jī)是難以實(shí)施恒抬吊力吊裝，因而開發(fā)新一代起重機(jī)成為開發(fā)恒抬吊力吊裝的先決條件。

2激光監(jiān)控起重機(jī)垂直吊裝的二個(gè)方案

2.1增設(shè)起重機(jī)垂直吊裝激光監(jiān)視裝置監(jiān)控起重機(jī)垂

直吊裝

起重機(jī)垂直吊裝激光監(jiān)視裝置的作法是：首先在與起重機(jī)提升滑輪組定滑輪并排的起重機(jī)臂桿上端安設(shè)經(jīng)球絞聯(lián)接的激光發(fā)生器，由于在激光發(fā)生器自重和球絞自動(dòng)調(diào)整下，在起重機(jī)工作期間始終發(fā)出鉛垂朝下的基準(zhǔn)激光光束；再通過安設(shè)的探頭，將提升滑輪組的提升與激光光束畫面，經(jīng)具有單獨(dú)將圖像橫向放大功能的專用計(jì)算機(jī)軟件，顯示于司機(jī)操作臺旁的屏幕上。由于單獨(dú)將圖像橫向放大，鉛垂的直線方向不變，而非鉛垂直線的斜率絕對值則變小，因而吊裝時(shí)司機(jī)可以鉛垂朝下的激光光束為基準(zhǔn)，參看提升滑輪組提升繩偏斜角度被放大的畫面，調(diào)控起重機(jī)吊裝消除吊鉤偏角，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的垂直吊裝。

2.2增設(shè)吊車吊鉤偏角激光顯示與監(jiān)視設(shè)置監(jiān)控起重

機(jī)垂直吊裝

由于控制起重機(jī)垂直吊裝的核心是控制其吊鉤的偏角，吊車吊鉤偏角激光顯示與監(jiān)視設(shè)置即實(shí)現(xiàn)對起重機(jī)吊鉤偏角的動(dòng)態(tài)顯示，在用激光作為起重機(jī)垂直吊裝基準(zhǔn)的同時(shí)，又用激光顯示起重機(jī)吊鉤的偏斜，直觀、鮮明，并依此控制起重機(jī)銷除吊鉤的偏角。其作法是：

①首先將經(jīng)球絞連接、始終發(fā)射鉛垂朝上激光光束的基準(zhǔn)激光發(fā)生器，裝設(shè)于與起重機(jī)吊鉤相聯(lián)的動(dòng)滑輪護(hù)夾板外側(cè)的下方位置。

②接著將吊鉤偏角激光發(fā)生器，裝設(shè)于與起重機(jī)吊鉤相聯(lián)的動(dòng)滑輪護(hù)夾板外側(cè)的上方位置，且滿足起重機(jī)吊鉤偏角0°時(shí)，吊鉤偏角激光發(fā)生器朝下發(fā)射（若為蘭色）的激光光束中心線與基準(zhǔn)激光發(fā)生器鉛垂朝上發(fā)射（若為紅色）的激光光束中心線相重合。因而當(dāng)?shù)蹉^偏角0°時(shí)，紅色與蘭色相混發(fā)出紫光，當(dāng)?shù)蹉^產(chǎn)生偏角時(shí)，蘭色激光光束則偏離紅色的基準(zhǔn)激光光束，紅、蘭分明顯示出偏角的方向和偏斜的程度。

③在與起重機(jī)吊鉤相聯(lián)的動(dòng)滑輪護(hù)夾板外側(cè)，設(shè)置經(jīng)球絞連接后的無線攝像頭。在起重機(jī)操作室安設(shè)無線接收機(jī)，將吊裝中顯示的激光圖像，再現(xiàn)于司機(jī)操作室的屏幕上，并依此控制起重機(jī)銷除吊鉤的偏角。

3開發(fā)激光監(jiān)視垂直吊裝的新一代起重機(jī)

鑒于垂直吊裝是起重機(jī)安全作業(yè)，尤其是起重機(jī)抬吊安全作業(yè)的基本要求，又是實(shí)現(xiàn)恒抬吊力吊裝的先決條件，因此有必要進(jìn)行深入的研究和實(shí)踐，開創(chuàng)出既適合于單機(jī)吊裝作業(yè)，也適合于抬吊作業(yè)，并有助于吊裝工藝創(chuàng)新，用激光監(jiān)視垂直吊裝的新一代起重機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林漢丁.起重機(jī)垂直吊裝激光監(jiān)視裝置[P].中國:ZL200910-112531.9,2011-10-05.

[2] 林漢丁.吊車吊鉤偏角激光顯示與監(jiān)視設(shè)置[P].中國:2011-10134401.2,2011-10-13.

[3] 羅頂瑞,朱兆華.大型吊裝組織設(shè)計(jì)方案實(shí)例分析[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[4] 林漢丁.再議起重機(jī)恒抬吊力吊裝新技術(shù)[J].石油工程建設(shè),2010,(4):55-56.

[5] SH/T 3536-2002,石油化工工程起重施工規(guī)范[S].

[6] 林漢丁.起重吊裝受力控制的數(shù)學(xué)模型[J].南京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),1996,(4):72-77.

[7] 林漢丁.起重機(jī)恒抬吊力吊裝新技術(shù)[J].石油工程建設(shè),2010,(1):76-77.

[8] SH/T 3515-2003,大型設(shè)備吊裝工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)[S].

[9] 林漢丁.起重機(jī)多吊點(diǎn)轉(zhuǎn)恒抬吊力遞送吊裝法[P].中國:ZL-200810071755.5,2011-05-04.