【正文】 力：，每米氣囊承載能力==158kN 表4－2箱涵類型重量（t）箱涵長(zhǎng)(m)箱涵寬(m)氣囊長(zhǎng)（m）氣囊數(shù)量氣囊承載能力（KN/條）實(shí)際載荷（KN/條）實(shí)際工作氣壓（MPa）三孔引水1515521801547雙孔引水1511514851099雙孔排水1511616431152單孔引水3321556790542單孔排水156869605注：表中“氣囊數(shù)量”是指有效載荷的氣囊數(shù)量，為滿足移動(dòng)需要，必須要有足夠數(shù)量的接應(yīng)氣囊。預(yù)制箱涵的類型分為取水單孔、取水雙孔、取水三孔、單孔排水、雙孔排水(淺埋)、雙孔排水(深埋)及其它異型構(gòu)件。(4)氣源系統(tǒng)簡(jiǎn)潔方便，保障了同步控制的可靠性，建立了空氣壓縮機(jī)與管道設(shè)計(jì)計(jì)算模型。具體要求如下：1）氣囊工作高度：0～500mm2）氣囊最大單位頂升力：600kN/m3) 工作周期：5min4) 安裝高度：其它要求1)頂升時(shí)可實(shí)現(xiàn)各氣囊同步供氣與獨(dú)立供氣2)搬運(yùn)時(shí)各氣囊的氣壓調(diào)節(jié)作用，保證構(gòu)件水平3)系統(tǒng)工作可靠，造價(jià)低，易于操作 本章小結(jié)本章介紹了基于實(shí)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)交流同步控制的方法，實(shí)現(xiàn)了以為核心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 氣源系統(tǒng)的功能分析根據(jù)大型構(gòu)件氣動(dòng)頂升搬運(yùn)系統(tǒng)的要求，需要具備頂升與搬運(yùn)任務(wù)。 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分析主令機(jī)和從動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都是時(shí)變參數(shù)，主令機(jī)的卷輥轉(zhuǎn)動(dòng)慣量隨卷筒直徑減少逐漸減小，從動(dòng)機(jī)卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量隨卷筒直徑增加逐漸增加?？刂葡到y(tǒng)對(duì)不同電機(jī)的反饋轉(zhuǎn)速進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，并根據(jù)存在的轉(zhuǎn)速差來(lái)確定同步補(bǔ)償量，進(jìn)行補(bǔ)償控制。本系統(tǒng)主令電機(jī)和從動(dòng)機(jī)的變頻控制器的硬件設(shè)計(jì)相同?？臻g矢量算法生成的SVPWM控制信號(hào)由DSP的事件管理模塊EVA的PMW1—PMW6輸出，經(jīng)高速光耦隔離，帶動(dòng)IR的IR2132S輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)ST公司的STGW20NB60KDIGBT實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的高性能控制?？刂破鞯挠布M成如圖3－2所示。顯而易見(jiàn)，當(dāng)時(shí)，鋼絲繩松弛懸吊勝； 時(shí)，則鋼絲繩張緊。反之，當(dāng)為收卷時(shí)，為主令機(jī)，為從動(dòng)機(jī)，放卷。 控制系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理卷?yè)P(yáng)機(jī)主體的物理模型如圖3－1所示。近年來(lái)，隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)越顯突出，交流傳動(dòng)已成為發(fā)展趨勢(shì)，依據(jù)卷?yè)P(yáng)機(jī)成形理論和卷?yè)P(yáng)機(jī)同步控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種以為控制系統(tǒng)核心，不使用張力傳感器，用交流變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒線速度調(diào)節(jié)的新型卷繞同步控制系統(tǒng)。同步作業(yè)，是指各氣囊在工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)使氣動(dòng)頂升與搬運(yùn)時(shí)各高壓氣囊工作的氣囊內(nèi)壓力相同、承載的工作面面積相同，即各氣囊的承載長(zhǎng)度、承載寬度均應(yīng)相同，這樣就可保證在頂升搬運(yùn)大型構(gòu)件時(shí)，各氣囊的負(fù)荷均衡。因此，氣動(dòng)頂升搬運(yùn)系統(tǒng)可以根據(jù)大型構(gòu)件的特點(diǎn)和施工現(xiàn)場(chǎng)的條件靈活布置與組合，構(gòu)成受力合理、動(dòng)力足夠的施工作業(yè)系統(tǒng)，因此常用于各種大型、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件的陸上移動(dòng)工作。(4)為保證所建模型的準(zhǔn)確性，結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行了試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)情況進(jìn)行了氣囊受力、穩(wěn)定性等性能評(píng)估分析。每條氣囊起重能力3391kN，氣囊實(shí)際工作壓力為：，氣囊采用一列八行布置。設(shè)氣囊以為支點(diǎn)，建立箱梁的3個(gè)受力方程： （3－14） 氣囊滾動(dòng)阻力其中，由公式3－14得出：設(shè)，可得因?yàn)橄淞簝A角很小，可以忽略重心的偏移及下滑力對(duì)箱梁的力矩，將原力學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化：可得 ：所以 ，可得箱梁下滑力 氣動(dòng)搬運(yùn)沉箱實(shí)例(1)基本技術(shù)參數(shù)這是某工程用沉箱，沉箱重量達(dá)2365噸，是港口用大型構(gòu)件。建立箱梁平面坐標(biāo)系如圖3－11所示。 箱梁搬運(yùn)實(shí)例(1) 箱梁的技術(shù)參數(shù) 這是某工程用箱梁，箱梁重量達(dá)1525噸，根據(jù)工程要求，該構(gòu)件在陸地進(jìn)行預(yù)制、水上施工安裝，構(gòu)件的基本技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3－3，具體形狀和行走氣囊的布置方式參見(jiàn)圖3－8所示。若牽引位置高于卷?yè)P(yáng)機(jī)架高度時(shí)，牽引時(shí)產(chǎn)生的向下分力，增加氣囊的摩擦力，影響氣囊使用壽命；若捆綁位置低于卷?yè)P(yáng)機(jī)架高度時(shí)，產(chǎn)生的向上分力，不利于沉箱的穩(wěn)定。構(gòu)件的移動(dòng)由數(shù)臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)滑輪組在大型構(gòu)件兩側(cè)同步牽引實(shí)現(xiàn)，為確保大型構(gòu)件移動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)、安全，在移動(dòng)的反方向上用設(shè)置同樣的牽引系統(tǒng)進(jìn)行反向牽引保護(hù)。注意：氣囊凈間距是指搬運(yùn)時(shí)兩相鄰氣囊之間的間距。一般設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證氣囊的氣囊頭從大型構(gòu)件的底部伸出為宜，但伸出長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)。(3)氣囊工作高度的選擇氣囊工作高度是指在頂升作業(yè)時(shí)大型構(gòu)件底平面至頂升溝基礎(chǔ)表面的高度。所以，承載面積與承載力也隨著變化。氣囊骨架材料—錦綸簾子布的層數(shù)根據(jù)氣囊工作壓力選用，中壓氣囊簾子布一般為3層，高壓氣囊簾子布一般為6層，并要求簾子布層間附著力要不小于7kN/m，氣囊囊壁的斷面厚度約10mm左右。根據(jù)這些要求，我們對(duì)氣囊形狀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)分析比較確定氣囊體采用長(zhǎng)圓柱形、氣囊頭為圓錐形狀的氣囊結(jié)構(gòu)。考慮到行走氣囊移動(dòng)過(guò)程中的磨損，行走氣囊的氣囊壁與大型構(gòu)件、移動(dòng)地面狀況，需增加氣囊壁厚度，以提高氣囊的使用壽命。3－8 行走氣囊集群布置形式圖 行走氣囊的選用 行走氣囊工況說(shuō)明行走氣囊搬移重物的工作原理與滾筒搬運(yùn)重物的工作原理基本相同，在重物底部與地面之間有規(guī)律地支墊若干個(gè)行走氣囊，通過(guò)外力牽引，使行走氣囊向前滾動(dòng)，從而使重物與地面產(chǎn)生定向相對(duì)移動(dòng)，從而達(dá)到搬移大型構(gòu)件的目的。主要影響因素有：大型構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式和出運(yùn)方向。氣囊承載面寬度B與氣囊公稱直徑D和氣囊工作高度H有關(guān)。若伸長(zhǎng)部分過(guò)長(zhǎng)，在頂升過(guò)程中，氣囊頭部分受力情況復(fù)雜，易造成氣囊的磨損，降低氣囊的使用壽命。氣囊的工作高度過(guò)高或過(guò)低均不利于大型構(gòu)件的頂升，若氣囊的工作高度過(guò)高時(shí)，大型構(gòu)件穩(wěn)定性差，此外氣囊囊體壓力大，也不利于氣囊的安全；工作高度過(guò)低時(shí)既造成氣囊的取放不便，也會(huì)造成氣囊體與構(gòu)件和頂升槽的接觸面積加大，加劇了磨損，影響了氣囊的使用壽命。（2）囊公稱直徑D的選擇氣囊公稱直徑D是指氣囊在自由狀態(tài)下充填一定氣壓的壓縮空氣狀態(tài)下氣囊的直徑。我國(guó)船舶業(yè)已成功運(yùn)用氣囊進(jìn)行船舶的上排、下水，按照《船舶上排、下水用氣囊》標(biāo)準(zhǔn)(GB/T3795－1996)和《船舶用氣囊上排、下水工藝要求》標(biāo)準(zhǔn)(CB/T3837－1998)。(4)成本低廉。(2)受力均勻。當(dāng)大型構(gòu)件座實(shí)后，氣囊繼續(xù)放氣，頂升托板落回原處，抽出氣囊，整個(gè)大型構(gòu)件頂升動(dòng)作完成。（2）圓柱型和箱體型大型構(gòu)件的氣囊集群布置圓柱類大型構(gòu)件的頂升氣囊的平面布置形式如圖2－2所示。 高壓氣囊頂升與搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）頂升氣囊集群布置方式的確定原則確定頂升氣囊的擺放方式和頂升氣囊的數(shù)量是大型構(gòu)件整體頂升中一項(xiàng)非常重要的工作，它直接關(guān)系到大型構(gòu)件在頂升過(guò)程中的穩(wěn)定性、安全可靠性和施工經(jīng)濟(jì)性，因此，應(yīng)經(jīng)過(guò)慎重考慮和確定頂升氣囊的布置方式。由此可知，氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)是由四部分組成的，它們是：(1)氣源裝置是獲得壓縮空氣的裝置。在生產(chǎn)物流活動(dòng)的全過(guò)程中，裝卸搬運(yùn)活動(dòng)的管理，主要是對(duì)裝卸搬運(yùn)方式的選擇、裝卸搬運(yùn)機(jī)械的選擇和合理配置與使用以及裝卸搬運(yùn)合理化，盡可能減少裝卸搬運(yùn)次數(shù)。物流各階段的前后和統(tǒng)一階段的不同活動(dòng)之間，都必須進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)?，F(xiàn)將其中主要的功能簡(jiǎn)述如下：大型沉箱高壓氣囊搬運(yùn)系統(tǒng)的功能構(gòu)成頂升功能搬運(yùn)功能氣動(dòng)控制檢測(cè)系統(tǒng)圖2－1 大型沉箱高壓氣囊搬運(yùn)系統(tǒng)的功能構(gòu)成頂升是構(gòu)件搬運(yùn)系統(tǒng)的主要功能之一，其在構(gòu)件搬運(yùn)系統(tǒng)中的主要任務(wù)是解決物料在空間上的位移問(wèn)題。第2章 大型構(gòu)件高壓氣囊搬運(yùn)系統(tǒng)氣囊搬運(yùn)技術(shù)的主要內(nèi)容包括：氣囊的性能、氣囊的承載力、沉箱預(yù)制場(chǎng)的平面布置、沉箱搬運(yùn)牽引和充氣系統(tǒng)、搬運(yùn)的技術(shù)工藝、沉箱預(yù)制底模、堆場(chǎng)和運(yùn)輸通道、上駁工藝、經(jīng)濟(jì)效益分析及推廣應(yīng)用價(jià)值評(píng)估等。(2)對(duì)行走氣囊的選用、卷?yè)P(yáng)機(jī)及地錨的布置圖設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。 到目前國(guó)內(nèi)氣囊搬運(yùn)大型沉箱技術(shù)并無(wú)相關(guān)的技術(shù)規(guī)程和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)外也未見(jiàn)有此技術(shù)應(yīng)用的公開(kāi)報(bào)道。 本文研究的主要內(nèi)容隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)港口建設(shè)的規(guī)模越來(lái)越大，目前我國(guó)港口重力式碼頭的單個(gè)沉箱重量已超過(guò)1000t，有的甚至在2500t以上，這些超級(jí)沉箱若仍采用在已有的碼頭前沿預(yù)制，由大型起重設(shè)備出運(yùn)、安裝的工藝已不適應(yīng)工程施工的需要，如采用陸上預(yù)制、滑道下水或塢內(nèi)預(yù)制后起浮出運(yùn)的傳統(tǒng)工藝，就受到投資成本、工期、場(chǎng)地條件等多方面的制約。對(duì)地基承載力要求低，由于氣囊底部承載力受力均勻，再通過(guò)頂升溝的混凝土基礎(chǔ)將荷載分散傳遞給地基，這就進(jìn)一步對(duì)地基承載力的要求。在這一環(huán)節(jié)，著眼于綠色生產(chǎn)進(jìn)行選擇綠色生產(chǎn)工藝技術(shù)、綠色生產(chǎn)工藝設(shè)備與裝備等，采用氣動(dòng)技術(shù)、使用氣囊等裝備是綠色生產(chǎn)的集中表現(xiàn)。大型構(gòu)件氣動(dòng)頂升搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是在氣囊搬運(yùn)大型構(gòu)件新工藝的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，就氣動(dòng)頂升技術(shù)、氣動(dòng)搬運(yùn)、變頻調(diào)速技術(shù)、供氣系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化組合，形成了集頂升與搬運(yùn)于一體的氣動(dòng)新系統(tǒng)。－0. 7m/s，有的高達(dá)1－3m/s。便于進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存，可以進(jìn)行應(yīng)急或系統(tǒng)需要用。氣動(dòng)系統(tǒng)清潔，即使有泄漏，也不會(huì)像液壓系統(tǒng)那樣污染產(chǎn)品和環(huán)境。作為工作介質(zhì)的壓縮空氣的物理性質(zhì)，使氣動(dòng)技術(shù)在廣泛的各種應(yīng)用中具有安全、方便和費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。氣動(dòng)的持續(xù)發(fā)展必須體現(xiàn)在一些比較重要的特征上：通過(guò)小型化設(shè)計(jì)，提高元件功效，尺寸不斷小型化和功能不斷強(qiáng)化是氣動(dòng)元件發(fā)展的必然趨勢(shì)；發(fā)展裝配簡(jiǎn)易性及高性能的連接技術(shù)，在一定應(yīng)用條件下，都具有或多或少的隨意組合性。工業(yè)各領(lǐng)域如機(jī)械、電子、鋼鐵、運(yùn)行車輛及其制造、橡膠、紡織、輕工、化工、食品、包裝、印刷、煙草等，氣動(dòng)技術(shù)己成為不可缺少的基本部分。工業(yè)界在尋求高效率、低成本、安全可靠又有較長(zhǎng)使用壽命的自動(dòng)化元件和技術(shù)。一般的起重機(jī)械都采用計(jì)算機(jī)控制，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出工件的重量，監(jiān)控機(jī)械的工作狀態(tài)，并有報(bào)警與自鎖功能以及其它輔助功能。而數(shù)據(jù)總線控制技術(shù)在起重機(jī)上的應(yīng)用，將發(fā)動(dòng)機(jī)控制、液壓控制、安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)監(jiān)控和極限載荷限制集為一體，通過(guò)總線方式進(jìn)行信息傳遞與控制，實(shí)現(xiàn)了控制上真正意義的自動(dòng)化與智能化。直升機(jī)吊裝工件比較普遍對(duì)于一般起重機(jī)械不能夠完成的吊裝工作往往考慮使用直升機(jī)進(jìn)行吊裝，有些直升機(jī)的起吊能力達(dá)到幾十噸。4)吊裝過(guò)程平穩(wěn)，無(wú)明顯附加沖擊載荷。(2)起重業(yè)的專業(yè)分工更細(xì)有些公司專門從事港口集裝箱起重設(shè)備的安裝，有些公司專門從事鋼屋架的液壓頂升，有些公司專門從事超高超重設(shè)備的吊裝，他們充分利用液壓提升設(shè)備的特點(diǎn)用于超重、超高、大跨度的構(gòu)件安裝。2)輪式起重機(jī)主要包括全地面起重機(jī)、汽車起重機(jī)和越野輪胎起重機(jī)，其中全地面起重機(jī)的噸位躍居三者榜首。由此可見(jiàn)，大型構(gòu)件的頂升搬運(yùn)可應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。(5)對(duì)沉箱預(yù)制適應(yīng)性不強(qiáng)，如平面尺寸變化、沉箱重心發(fā)生變化等，都需要對(duì)預(yù)制廠及相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整?？梢钥闯霾捎密壍莱鲞\(yùn)大型構(gòu)件存在如下缺點(diǎn)：(1)該工藝需要設(shè)置軌道梁、鋼軌、平移滑車等設(shè)備，投資費(fèi)用高，往往為單位所不能接受，在投標(biāo)中也處于不利地位。在沉箱頂升過(guò)程中，諸如需要人員鉆入地溝，放置千斤頂時(shí)位置必須準(zhǔn)確，頂升時(shí)各千斤頂操作必須同步、頂升過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)等，操作起來(lái)比較繁瑣。莆田八重洲飼料有限公司商住樓頂升平移施工，頂升要求受力梁規(guī)格大強(qiáng)度高，由基礎(chǔ)梁承受結(jié)構(gòu)荷載。這類裝置不僅在船舶建設(shè)工程中，而且在國(guó)內(nèi)港口工程建設(shè)中也發(fā)揮著重要的作用，例如中港四航局第一工程公司東江口預(yù)制廠2212t沉箱搬運(yùn)如圖1－1所示，3000t廣順號(hào)油輪下水如圖1－2所示。(5)對(duì)起重搬運(yùn)的基礎(chǔ)要求低，特別適合臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)的工程。其主要工作特點(diǎn)：(1)起重量不受限制，通過(guò)氣動(dòng)提升系統(tǒng)的擴(kuò)展組合，能滿足千噸級(jí)甚至萬(wàn)噸級(jí)構(gòu)件的吊裝。氣動(dòng)技術(shù)是流體傳動(dòng)及控制技術(shù)的一個(gè)重要分支。同濟(jì)大學(xué)工程碩士論文高壓氣囊搬運(yùn)大型沉箱技術(shù)在港口工程中的研究和應(yīng)用畢業(yè)論文76第一章 緒論隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提高和融入世界進(jìn)程的加快，港口建設(shè)快速蓬勃發(fā)展，碼頭建設(shè)越來(lái)越朝大泊位、深水泊位方向發(fā)展；同時(shí)，與之相適應(yīng)的沉箱也逐漸向大型化發(fā)展，沉箱尺度規(guī)模越來(lái)越大，沉箱的自重、跨度和體積也越來(lái)越大。隨著生產(chǎn)工藝和要求及設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)的這些大型甚至超大型的建筑構(gòu)件，由于現(xiàn)場(chǎng)條件的局限，設(shè)備的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了常規(guī)起重設(shè)備的額定承載能力，因此氣動(dòng)提升裝置在這方面突顯優(yōu)勢(shì)，在吊裝市場(chǎng)占有重要地位。氣動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備的起重搬運(yùn)能力可達(dá)數(shù)千噸級(jí)，常用于超重、超高、大跨度的構(gòu)件安裝。(4)頂升過(guò)程平穩(wěn)，無(wú)附加沖擊載荷。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全同步控制、負(fù)載均衡、姿態(tài)校正、操作閉鎖、過(guò)程顯示等工作，大大提高了工程實(shí)施的安全可靠性，保證工程質(zhì)量。使用10臺(tái)500t油壓千斤頂，東西兩側(cè)對(duì)稱，每側(cè)各布置5臺(tái)，順利進(jìn)行了此超長(zhǎng)沉箱的頂升作業(yè)。大型構(gòu)件一般需要使用多個(gè)數(shù)百噸的千斤頂，地基處理需要采用強(qiáng)夯、加大的基礎(chǔ)，造價(jià)高，地基處理時(shí)間長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)沉箱橫移需要配置如下設(shè)施：預(yù)制平臺(tái)：20m20m平臺(tái)共8個(gè)；吊機(jī)：DQM540/30型2臺(tái)，吊力10t(變幅18－37m)；橫移車：兩列，中心軌距為8m；縱移車： t/列，中心軌距為9 m；斜架車：；絞車：30t絞車2臺(tái)，10t絞車2臺(tái)；電絞盤：5t，1臺(tái)；油壓千斤頂：頂力500t，10臺(tái)。(4)沉箱上浮船塢時(shí)對(duì)搭岸結(jié)構(gòu)的要求高，限制了所使用浮船塢的船型。采用氣囊搬運(yùn)大型沉箱、實(shí)現(xiàn)船舶上排與下水、克服了以往中小型船廠修造船能力受制于固定式下水滑道的弊端，發(fā)展成為極具靈活性的下水技術(shù)，可節(jié)省大筆修造大型船舶下水滑道的資金。當(dāng)前大型移動(dòng)起重機(jī)的主要有：1)最大噸位已超過(guò)10O0t履帶起重機(jī)，例如Derrag公司的CC12600型起重量為1600t、Liebherr公司的LR11200起重量為1000t。3)采用超起裝置的超大型起重機(jī)，如：Manitowoc公司的2250型履帶起重機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)型起重量為272t，增設(shè)超起臂架