【正文】 ＝12615＝1890 KN 表4－1箱涵類型重量（t）箱涵長(m)箱涵寬(m)氣囊數(shù)量（條）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15618901290雙孔引水15518901099雙孔排水15518901382單孔引水332155318901085單孔排水15318901210二、箱涵縱移氣囊規(guī)格：直徑1m； 有效工作長度按箱梁寬度；工作壓力： 試驗(yàn)壓力：，每米氣囊承載能力==158kN 表4－2箱涵類型重量（t）箱涵長(m)箱涵寬(m)氣囊長（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。箱涵出運(yùn)使用設(shè)備和配置詳見表4－3表4－3 箱涵出運(yùn)使用設(shè)備一覽表名稱規(guī)格、型號數(shù)量備注空壓機(jī)6，DVY－6/72臺配輸氣管高強(qiáng)氣囊按表按表2套卷揚(yáng)機(jī)8t2臺滑輪組三輪滑輪組6組 風(fēng)險(xiǎn)分析與安全保障氣囊損壞：在箱涵移運(yùn)時(shí)，氣囊有被尖銳物扎破、劃傷的可能，會(huì)因氣囊漏氣使箱涵失去平衡。設(shè)平均潮位高lm。詳見箱涵基本參數(shù)表4－4。當(dāng)箱涵縱移至出運(yùn)碼頭后方時(shí)，即把箱涵座落在擺放好的枕木上，然后進(jìn)行以下各工序的作業(yè)：一、安裝前牽鋼絲繩和后拉鋼絲繩前牽和后拉鋼絲繩一端連接在箱涵頂部吊環(huán)上，另一端連接在滑車上，然后滑車組連接到卷揚(yáng)機(jī)上，通過操作卷揚(yáng)機(jī)來控制箱涵的前牽和后拉。管子的另一端連接浮子，箱涵下水后氣管能浮出水面便于氣囊補(bǔ)氣和放氣。氣囊兩頭安有360度旋轉(zhuǎn)快接頭，在快接頭上連接高壓氣管，用管卡緊緊固定，接頭有倒牙，可以防止氣管脫離，氣管大約5m長，另一端連接一個(gè)浮子，使之能夠在水面上浮起便于充氣和放氣。所以應(yīng)在箱涵下水前解除前引鋼絲繩。箱涵開始入水后，禁止任何人員，船機(jī)停留、經(jīng)過箱涵后方水域，防止移運(yùn)氣囊從水中冒起時(shí)掀翻船機(jī)，造成船壞人傷(亡)事故的發(fā)生。碰到臺風(fēng)或其它突發(fā)事件可隨時(shí)放氣沉放，安全后可再次充氣繼續(xù)浮運(yùn)和其它工序的施工。充填量能達(dá)到95%以上。 表4－9 各種合成纖維纜的KK2系數(shù)表系數(shù)白棕錦綸滌綸乙綸丙綸維尼綸強(qiáng)度系數(shù)K2～重量系數(shù)K1～取安全系數(shù)K＝6時(shí)，按錦綸K2＝ ，K1=則拖帶力X安全系數(shù)＝＝223(KW)取破斷力達(dá)235KN的8股錦綸纜，(直徑d=50mm)則Ps=(KN)F，W=302(kg/200m)。 拖纜和拖輪選擇為保護(hù)構(gòu)件，便于施工，本方案的拖纜擬采用合成纖維的尼龍纜或錦綸纜。具體見圖4－11《引水箱函助浮、填充氣囊布局示意圖》、圖4－12《排水箱函填充助浮氣囊布局示意圖》。發(fā)生意外，中途沉管后，可采取補(bǔ)救措施即給備用膠囊充氣，可繼續(xù)起浮浮運(yùn)，而采用封端口時(shí)若發(fā)生意外中途沉管后難以處理。如果氣囊無法維修，則必須更換氣囊，更換氣囊主要由潛水員完成，但潛水員絕對不能潛入箱涵底部，只能通過水下潛水員穿線，陸上卷揚(yáng)機(jī)拖拉的方法擺放氣囊。拆除前引鋼絲繩。氣囊的擺放應(yīng)在箱涵進(jìn)入斜坡前完成，避免在箱涵進(jìn)入斜坡后在箱涵前面擺放氣囊的做法，以防止箱涵后拉系統(tǒng)發(fā)生意外時(shí)形成箱涵下沖傷人事件。助浮氣囊的安裝詳見圖3－8“取水箱涵填充氣囊、側(cè)掛氣囊安裝示意圖”、圖3－9“排水箱涵填充氣囊、側(cè)掛氣囊安裝示意圖”。詳細(xì)的工藝流程如下圖：圖4－2 箱涵下水工藝流程圖配備的主要機(jī)具主要有：充氣泵站1座、卷揚(yáng)機(jī)3臺(前拉一臺、后拉2臺)、移運(yùn)氣囊13條(水上8條、水下4條，備用l條)、填充式助浮氣囊每孔9條、側(cè)掛式助浮氣囊10條、拖輪兩艘，交通艇2艘。浮力計(jì)算和助浮氣囊布置：根據(jù)現(xiàn)場的水深條件，箱涵的吃水深度按3米控制。本工程預(yù)制箱涵的水上運(yùn)輸采用氣囊浮運(yùn)。前端氣囊氣壓減小，箱涵前傾，牽引力就小，反之亦然；移運(yùn)中減小氣壓，即可增加滾動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)減速；在箱涵前擺放充氣的氣囊達(dá)到制動(dòng)的目的?？偲矫娌贾脠D如下圖： 圖4－1 總體平面布置圖本工程預(yù)制箱涵陸上采用氣囊橫、縱向牽引到出運(yùn)碼頭，在箱涵內(nèi)部及兩側(cè)安裝好浮運(yùn)氣囊后牽引到水里浮運(yùn)。(2)系統(tǒng)的硬件采用了高性能的數(shù)字處理芯片，提高了系統(tǒng)的通用性，使該系統(tǒng)既可作為單個(gè)交流電機(jī)的控制器，也可以實(shí)現(xiàn)多臺電機(jī)的控制。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主動(dòng)機(jī)與從動(dòng)機(jī)控制軟件的實(shí)現(xiàn)均以轉(zhuǎn)子磁場定向理論為基礎(chǔ)，采用空間矢量控制。系統(tǒng)控制原理結(jié)構(gòu)如圖4－3所示。本系統(tǒng)中的電機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)可滿足電機(jī)電流和速度的雙閉環(huán)控制需要，經(jīng)霍爾電流互感器檢測的電流值放大濾波后由DSP的10位A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制。、為光電編碼器，裝在導(dǎo)輥軸端。（2）按工藝規(guī)定的作業(yè)流程進(jìn)行連續(xù)平移，并能自動(dòng)或半自動(dòng)地根據(jù)不同工況修正作業(yè)流程。大型構(gòu)件整體頂升時(shí)采用頂升氣囊集群，整體移位時(shí)采用行走氣囊集群，一般是一個(gè)作業(yè)區(qū)配置一套頂升氣囊集群或行走氣囊集群。主要包括：(1)氣囊集群的布置方式直接影響系統(tǒng)的大小和能耗的多少，根據(jù)頂升出運(yùn)大型構(gòu)件的要求，首先需要確定氣囊集群的布置方式；(2)氣動(dòng)頂升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是氣動(dòng)頂升工藝的基礎(chǔ)和平臺，頂升溝槽的詳細(xì)結(jié)構(gòu)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)氣囊集群的布置方式確定頂升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的各參數(shù)；(3)氣囊集群是系統(tǒng)中最主要的執(zhí)行元件，所以氣囊的選擇是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。3) 箱梁力學(xué)模型的建立以與箱梁底部垂直且通過箱梁重心的橫截面做箱梁平面力系，建立箱梁力學(xué)模型如下圖3－12所示：3－12 箱梁受力圖圖中－各氣囊對箱梁的起重力，kNG－箱梁自重，kNN－箱梁對氣囊的正壓力，kNf－箱梁的下滑力，kN箱梁與地面的水平夾角.(3) 氣囊起重力與起重高度的關(guān)系分析l)單條氣囊起重力與起重高度關(guān)系 =式中，F(xiàn)－氣囊起重力，kNH－氣囊起重高度，mmL－氣囊工作長度，mmB－氣囊工作寬度，mmD－氣囊公稱直徑，mmP－氣囊工作壓力，MPa2) 單條氣囊起重力與起重高度增量△h關(guān)系分析3) 箱梁橫移出一只氣囊時(shí)的穩(wěn)定性校核在箱梁移動(dòng)過程中，采用卷揚(yáng)機(jī)和滑輪組通過鋼絲繩牽引，移動(dòng)速度低，一般小于3m/min，同時(shí)，箱梁前后均進(jìn)行牽引，保障了箱梁以較均勻的速度前進(jìn)。 圖3－9 牽引裝置布置圖 牽引力的計(jì)算式中，F(xiàn)－搬運(yùn)沉箱的牽引力，kNG－沉箱自重，kNg－重力加速度，g=10f－氣囊與地面的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，與地面情況和氣囊的工作高度有關(guān)，~V－沉箱移動(dòng)速度， T－起動(dòng)時(shí)間，從O至設(shè)計(jì)移動(dòng)速度k－安全系數(shù)，取 k= 氣囊搬運(yùn)實(shí)例分析在氣動(dòng)搬運(yùn)大型構(gòu)件時(shí)氣囊集群共同承受大型構(gòu)件的重量，為了確保搬運(yùn)安全，同一氣囊中各處負(fù)載必須均衡，不同氣囊間的負(fù)載也必須均衡，不能超過氣囊體剛度，否則易造成大型構(gòu)件的傾斜，影響搬運(yùn)的安全。卷揚(yáng)機(jī)是牽引系統(tǒng)的動(dòng)力裝置，其動(dòng)力大小、安放位置直接關(guān)系到牽引系統(tǒng)的牽引能力，其安放位置需根據(jù)大型構(gòu)件的移動(dòng)方向布置在構(gòu)件的兩側(cè)。（4）氣囊長度的選擇氣囊長度是指氣囊囊體的長度，不包括氣囊頭部分的尺寸。氣囊壁內(nèi)、外層橡膠的物理機(jī)械性能要滿足氣囊工作時(shí)的強(qiáng)度、硬度、伸長率等要求，國家標(biāo)準(zhǔn)對橡膠的各項(xiàng)機(jī)械性能規(guī)定如表3－2所示。中壓、高壓氣囊技術(shù)參數(shù)見下表3－1。因此，搬運(yùn)時(shí)氣囊布置方式的確定原則為：操作方便、均勻?qū)ΨQ擺放。計(jì)算時(shí)，應(yīng)先根據(jù)構(gòu)件的出運(yùn)邊寬選擇中一根氣囊的長度，再確定頂升高度。綜合考慮上述因素，選擇氣囊不僅要考慮安全可靠，同時(shí)也要考慮其經(jīng)濟(jì)性。 起重氣囊的設(shè)計(jì) 起重氣囊的工況分析起重氣囊為高強(qiáng)度尼龍纏繞橡膠氣囊，其獨(dú)特的整體纏繞成型工藝，使氣囊囊壁成為無接縫、各向強(qiáng)度均衡的復(fù)合結(jié)構(gòu)，再加上高強(qiáng)度的尼龍纖維增強(qiáng)材料和優(yōu)質(zhì)的進(jìn)口橡膠，使同等的囊壁厚度具有比一般橡膠更高的強(qiáng)度。圖2－4 頂升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中，a－頂升溝槽間距，m圖2－5 頂升溝槽結(jié)構(gòu)詳圖圖中－頂升溝槽支承肩的高度，~－頂升溝槽深度，mm－頂升溝槽基礎(chǔ)厚度，mm－頂升溝槽支承肩的寬度，mm－頂升溝槽寬度，mm－頂升溝槽基礎(chǔ)寬度，mm 頂升溝槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該頂升溝槽結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下：(1)對地基承載力要求低。根據(jù)大型構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，頂升氣囊集群可采用通長一列或左右兩列的排放方法，方向垂直于大型構(gòu)件移動(dòng)的方向。氣動(dòng)系統(tǒng)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和信號傳遞的一門技術(shù)。因此，頂升是構(gòu)件搬運(yùn)系統(tǒng)的一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)，頂升的合理與否，在很大程度上影響著構(gòu)件搬運(yùn)系統(tǒng)是否合理的問題。(4)探討高壓氣囊搬運(yùn)沉箱的施工工藝和安全措施。形成了一套比較完整的、適應(yīng)于多種規(guī)格沉箱和重型構(gòu)件出運(yùn)的氣囊搬運(yùn)技術(shù)。操作簡易安全，頂升時(shí)利用卷揚(yáng)機(jī)將氣囊拉入頂升溝，無需操作人員進(jìn)入頂升溝，有利于施工操作人員的安全；利用空壓機(jī)對起重氣囊充氣就可以將沉箱等大型構(gòu)件平穩(wěn)地頂升，可以有充分時(shí)間觀察沉箱等大型構(gòu)件姿態(tài)情況，待頂升構(gòu)件到位后進(jìn)行定位后，對氣囊放氣完成后，將氣囊抽出即可。這一技術(shù)由于采用氣動(dòng)技術(shù)，傳遞動(dòng)力采用壓縮空氣，從而可以保證生產(chǎn)施工的綠色特性，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的環(huán)保性：同時(shí)，由于該技術(shù)采用氣動(dòng)傳動(dòng)，加大了承載面積，降低了單位面積承載力，有利于企業(yè)降低生產(chǎn)成本；顯示了該技術(shù)的巨大頂升能力和其他優(yōu)越性能，因而受到工程界的廣泛關(guān)注。氣動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)不復(fù)雜，也不需要特殊的培訓(xùn)和試驗(yàn)設(shè)備。4)氣動(dòng)作為普遍應(yīng)用的傳動(dòng)和控制方式，為全世界各個(gè)工業(yè)部門所接受并泛應(yīng)用，也是由于具有以下許多優(yōu)點(diǎn)：氣動(dòng)技術(shù)以空氣為工作介質(zhì)，空氣隨處可取，且粘性小，在管內(nèi)流動(dòng)阻力小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。1)氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷程 是從單個(gè)元件到控制系統(tǒng)，從單純機(jī)械制品到機(jī)電一體的復(fù)雜高科技產(chǎn)品的歷程。這種先進(jìn)的控制系統(tǒng)顯著提高了控制系統(tǒng)的可靠性、作業(yè)安全性、操作舒適性和工作效率。主臂、主臂與固定副臂、主臂與塔式副臂等這三種結(jié)構(gòu)組合己成為大型起重機(jī)的必備組合方式。如：Liebherr公司最大噸位LTM1800型800t，Defrag公司的AC700型700t和Tadano公司的550t都是全地面起重機(jī)。在上海東方明珠廣播電視塔剛天線桅桿、北京西客站主站放鋼制門樓、北京首都機(jī)場四機(jī)位機(jī)庫的網(wǎng)架屋頂以及6000噸上海大劇院鋼屋架等工程中，這些大跨度鋼珩架結(jié)構(gòu)采用滑移法整體提升技術(shù)，并且采用脈寬調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)同步控制。橫移車乘載沉箱的全部重量，軌道應(yīng)滿足橫移車的線荷載，由力矩平衡和虎克定律可知：根據(jù)橫移車的線荷載決定沉箱在平臺上的最制高度。圖1－1 中港四航局第一工程公司東江口預(yù)制廠2212t沉箱搬運(yùn)圖1－2 3000t廣順號油輪氣囊下水、的超長沉箱，采取在陸域進(jìn)行預(yù)制、溜放和水上接高的方法施工。(3)可操作性好，氣動(dòng)提升系統(tǒng)體積大，重量輕。這些港口用建筑結(jié)構(gòu)件沉箱的自重大、體積大、跨度大、高度高，無疑對陸上搬運(yùn)技術(shù)提出了更高更嚴(yán)格的要求，因此，大型建筑結(jié)構(gòu)件氣動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的研究對加快我國港口的現(xiàn)代化進(jìn)程，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來，隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域機(jī)電一體化技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，氣動(dòng)技術(shù)以其成本低廉、工作效率高、干凈且不污染環(huán)境、節(jié)約能源、使用和維修方便、對環(huán)境要求不高等一系列優(yōu)點(diǎn)，己在各個(gè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要手段之一。(6)有利于保護(hù)建筑構(gòu)件，采用分布荷載，避免了液壓起重的集中載荷。天津港北大防波堤一期工程采用4臺專用的100t千斤頂放入頂升槽內(nèi)進(jìn)行支頂半圓體結(jié)構(gòu)。(2)鋼軌、滑輪、沉箱全部為剛性接觸，很容易產(chǎn)生不均勻受力，設(shè)備損壞，需要經(jīng)常檢查更換。(1)大型移動(dòng)式起重機(jī)的發(fā)展情況 為實(shí)現(xiàn)整體吊裝，對起重設(shè)備的起重能力、作業(yè)空間、安全可靠性都有很高要求，如果是多機(jī)同時(shí)吊裝，還需要具備協(xié)調(diào)控制能力。這些液壓提升設(shè)備的主吊均采用大噸位的液壓千斤頂，其主要工作特點(diǎn)：1)起重量不受限制，通過液壓提升系統(tǒng)的擴(kuò)展組合，能滿足千噸級甚至萬噸級構(gòu)件的吊裝。例如：世界第一高塔加拿大多倫多電視塔其發(fā)射天線鋼桅桿就是采用直升機(jī)分段吊裝而成的。(1)氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷程、趨勢和特征氣動(dòng)技術(shù)是以氣體為工作介質(zhì)傳遞信號和動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的一項(xiàng)技術(shù)。在尖端技術(shù)領(lǐng)域如核工業(yè)或宇航，氣動(dòng)技術(shù)占據(jù)了重要地位，在農(nóng)林、園藝、樓宇自動(dòng)化等范疇，也得到了應(yīng)用。壓縮空氣沒有產(chǎn)生火花的危險(xiǎn)。氣壓傳動(dòng)本身有過載保護(hù)性能。由于其內(nèi)容涉及到氣動(dòng)技術(shù)、起重技術(shù)、變頻調(diào)速、建筑工程等眾多學(xué)科領(lǐng)域，相關(guān)性較強(qiáng)，是多領(lǐng)域的交叉融合，這更加大了設(shè)計(jì)的難度。這使得該系統(tǒng)具有更為廣泛的使用范圍，即可在地基礎(chǔ)差別較大的區(qū)域使用，增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性。為此，我們應(yīng)用研究的技術(shù)線路和目標(biāo)為：氣囊搬運(yùn)技術(shù)的適用性，即該技術(shù)要適用于200～3500t的沉箱或其他重型構(gòu)件的施工，必須滿足現(xiàn)場預(yù)制場的場地條件；確定氣囊搬運(yùn)技術(shù)的工藝設(shè)計(jì)和主要參