【正文】 涵保持平衡狀態(tài)。當(dāng)箱涵下面第一個(gè)氣囊離箱涵前端空出一定的距離，并且箱涵前端到達(dá)接應(yīng)氣囊(未充氣)上方時(shí)，即停止?fàn)恳?，對接?yīng)氣囊進(jìn)行充氣并達(dá)到預(yù)定壓力后，再重新牽引。氣囊擺放位置要盡量居中，讓兩端超出箱涵的長度要大致相等，同時(shí)保證充氣一端的順利操作。充氣時(shí)先充上層氣囊，再充下層氣囊，而且一個(gè)氣囊不能一次充滿，而應(yīng)待各氣囊均充有一定的氣體，讓各氣囊處于預(yù)定的位置后，再進(jìn)一步把各氣囊充滿。具體見表4－5。為減少下滑力過大，亦可以調(diào)整氣囊的氣壓，使構(gòu)件的重心轉(zhuǎn)移，減少下滑力。 箱涵下水箱涵下水是一個(gè)重要、關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。箱涵移運(yùn)方向前用兩部卷揚(yáng)機(jī)牽引，其后用兩部卷揚(yáng)機(jī)牽制。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。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)卷揚(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)。 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。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?？刂破鞯挠布M成如圖3－2所示。反之，當(dāng)為收卷時(shí)，為主令機(jī)，為從動(dòng)機(jī)，放卷。近年來，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，依據(jù)卷揚(yáng)機(jī)成形理論和卷揚(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)。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。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。建立箱梁平面坐標(biāo)系如圖3－11所示。若牽引位置高于卷揚(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；若捆綁位置低于卷揚(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。注意：氣囊凈間距是指搬運(yùn)時(shí)兩相鄰氣囊之間的間距。(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。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?？紤]到行走氣囊移動(dòng)過程中的磨損，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。主要影響因素有：大型構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式和出運(yùn)方向。若伸長部分過長，在頂升過程中，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。（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。(4)成本低廉。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。 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)過慎重考慮和確定頂升氣囊的布置方式。在生產(chǎn)物流活動(dòng)的全過程中，裝卸搬運(yùn)活動(dòng)的管理，主要是對裝卸搬運(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)?，F(xiàn)將其中主要的功能簡述如下：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題。(2)對行走氣囊的選用、卷揚(yáng)機(jī)及地錨的布置圖設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。 本文研究的主要內(nèi)容隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國港口建設(shè)的規(guī)模越來越大，目前我國港口重力式碼頭的單個(gè)沉箱重量已超過1000t，有的甚至在2500t以上，這些超級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、場地條件等多方面的制約。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)。－0. 7m/s，有的高達(dá)1－3m/s。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。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；發(fā)展裝配簡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)界在尋求高效率、低成本、安全可靠又有較長使用壽命的自動(dòng)化元件和技術(shù)。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)測狀態(tài)監(jiān)控和極限載荷限制集為一體，通過總線方式進(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。4)吊裝過程平穩(wěn)，無明顯附加沖擊載荷。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。(5)對沉箱預(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，都需要對預(yù)制廠及相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。在沉箱頂升過程中，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、頂升過程時(shí)間長等，操作起來比較繁瑣。這類裝置不僅在船舶建設(shè)工程中，而且在國內(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廣順號油輪下水如圖1－2所示。其主要工作特點(diǎn)：(1)起重量不受限制，通過氣動(dòng)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。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 緒論隨著我國綜合國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)模越來越大，沉箱的自重、跨度和體積也越來越大。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，常用于超重、超高、大跨度的構(gòu)件安裝。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。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。(4)沉箱上浮船塢時(shí)對搭岸結(jié)構(gòu)的要求高，限制了所使用浮船塢的船型。當(dāng)前大型移動(dòng)起重機(jī)的主要有：1)最大噸位已超過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)可操作性好，液壓提升系統(tǒng)體積小，重量輕。這些控制系統(tǒng)的不斷更新，為提高起重機(jī)的調(diào)速性能、降低操作強(qiáng)度、延長設(shè)備使用壽命、降低使用成本提供了保證。在二次世界大戰(zhàn)后不久，由于各國科技迅速進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)繁榮，迫切需要提高生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的水平，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和增加勞動(dòng)生產(chǎn)率。3)氣動(dòng)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的重要特征科學(xué)技術(shù)、材料、工藝的新發(fā)展和人們觀念的變化以及市場的需求，帶動(dòng)氣動(dòng)技術(shù)飛躍地發(fā)展，建立了具有明顯特色的技術(shù)方法。氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，用過的空氣可向大氣排放，處理方便，不必使用回收管道。氣動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)速度高。相對于真正的清潔生產(chǎn)技術(shù)而言，這里所提到的清潔生產(chǎn)僅僅指生產(chǎn)施工過程。(4)具有良好的應(yīng)用前景目前船舶等大型金屬結(jié)構(gòu)件、港口建設(shè)用沉箱以及防波堤壩工程用大型水工構(gòu)件等需要量非常大，我們先后對天津港、威海港、大連港、龍口港、福州港等一系列港口進(jìn)行了調(diào)研，并到中港第一航局第一工程公司第十六項(xiàng)目部、山東港灣建設(shè)有限公司威海港四期工程項(xiàng)目部、大連港預(yù)制廠等相關(guān)施工企業(yè)走訪，他們每年都有大量在陸上預(yù)制在水上安裝的大型構(gòu)件，這些大型構(gòu)件需要從岸上預(yù)制廠頂升搬運(yùn)到半潛舶等大型船舶上，這種大型構(gòu)件的陸海間頂升搬運(yùn)是這些企業(yè)生產(chǎn)施工的重要部分，他們對大型構(gòu)件氣動(dòng)頂升搬運(yùn)系統(tǒng)的需求非常迫切。(1)介紹頂升氣囊布置方式的確定原則，進(jìn)行超高壓頂升氣囊的選用，完成頂升溝槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、頂升氣囊的選用。 大型構(gòu)件高壓氣囊搬運(yùn)系統(tǒng)的功能大型構(gòu)件氣動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的功能主要包括：頂升、搬運(yùn)以及與之相聯(lián)系信息的處理等功能，這幾項(xiàng)功能也稱為大型構(gòu)件氣動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，其基本功能的組成情況見圖2－1所示。其中搬運(yùn)作業(yè)具體包括：牽引、堆垛、出庫以及連接以上各項(xiàng)動(dòng)作的短程搬運(yùn)。檢測系統(tǒng)主要用來獲得大型構(gòu)件的空間姿態(tài)信息、頂升/行走氣囊的壓力信息，并將這些信息通過現(xiàn)場實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸給主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)則根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)傳來的氣囊位置信息決定卷揚(yáng)機(jī)的下一步動(dòng)作，同時(shí)，主控計(jì)算機(jī)也可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳來的頂升載荷信息和構(gòu)件姿態(tài)信息決定整個(gè)系統(tǒng)的同步調(diào)節(jié)量。大型構(gòu)件預(yù)制完成后，將氣囊集群各氣囊依次通過頂升溝槽放置在構(gòu)件下面，氣囊充氣將頂升托板和大型構(gòu)件同時(shí)頂升到合適高度，放置墊木，當(dāng)支墊木放置完畢后，氣囊集群的各氣囊開始放氣，使大型構(gòu)件下落到支墊木上。利用卷揚(yáng)機(jī)將氣囊拉入頂升溝，無需人員進(jìn)入頂升溝，用空壓機(jī)將3條氣囊同時(shí)充氣只需20分鐘左右就可以將沉箱平穩(wěn)的頂升，在支墊好方木后，氣囊緩緩放氣，可以有充分時(shí)間觀察混凝土面層及沉箱的情況，放氣完成后，將氣囊抽出即可。所以，承載面積與承載力也隨著變化。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，但伸出長度不能過長。大型構(gòu)件的結(jié)構(gòu)通常為箱體型，隨著大型構(gòu)件外形尺寸的變化，搬運(yùn)時(shí)氣囊的布置形式也有所不同。因此，行走氣囊與頂升氣囊結(jié)構(gòu)基本相同。其中，錦綸簾子布相當(dāng)于氣囊骨架，主要用來承載，滿足氣囊的承載要求，根據(jù)工作壓力選定；考慮到長期磨損，其內(nèi)外層均為橡膠層，內(nèi)外層橡膠實(shí)現(xiàn)耐沖擊和耐磨性能；整個(gè)氣囊采用高強(qiáng)度尼龍與橡膠整體纏繞成型，實(shí)現(xiàn)氣囊囊壁無接縫，氣囊嘴為鋁合金鑄件。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。計(jì)算公式如下：式中，Ｇ－大型構(gòu)件的重量，kNN－滾動(dòng)氣囊的數(shù)量k－系數(shù)，k=~l－單根氣囊的承壓面長度，mmH－囊承載面高度，mmP－氣囊公稱壓力，MPaD－氣囊公稱直徑，m經(jīng)計(jì)算得出搬運(yùn)沉箱所需氣囊數(shù)N，并考慮各氣囊間的合理凈間距，最后確定實(shí)際的氣囊數(shù)量。牽引繩一般采用鋼絲繩，大型構(gòu)件牽引高度位置應(yīng)低于構(gòu)件重心高度，并考慮卷揚(yáng)機(jī)架高度及操作方便等因素。圖3－10 箱梁狀態(tài)圖2) 箱梁重心計(jì)算箱梁重心的位置直接關(guān)系到其自身的平衡和穩(wěn)定，由于大型構(gòu)件箱梁的自重大、平面尺寸大，當(dāng)箱梁在移動(dòng)時(shí)，由于自身的慣性大，會(huì)直接影響到搬運(yùn)的安全，因此，我們對箱梁的重心位置坐標(biāo)進(jìn)行了確定。在工作時(shí)，有效承載的氣囊數(shù)量為8條，接應(yīng)用氣囊為6條。考慮到大型構(gòu)件的特點(diǎn)構(gòu)件的重量大，通常在數(shù)百噸到數(shù)千噸構(gòu)件的外形尺寸大，一般在數(shù)米到數(shù)十米。（4）卷揚(yáng)機(jī)同步傳動(dòng)要求鋼絲繩的線速度和張力恒定對于這樣一個(gè)非線性、變參數(shù)耦合系統(tǒng)，國內(nèi)目前通常采用摩擦傳動(dòng)或機(jī)械調(diào)速方法以近似實(shí)現(xiàn)恒線速度控制，且以直流電機(jī)作為主傳動(dòng)軸。為從動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)放卷輥，其功能是跟隨主令電機(jī)運(yùn)行，收卷鋼絲繩，也為光電編碼器速度閉環(huán)控制。 電機(jī)變頻控制器的DSP系統(tǒng)硬件的實(shí)現(xiàn) 電機(jī)變頻控制器主要模塊包括整流模塊、逆變模塊、保護(hù)模塊、信號檢測模塊、通訊模塊、輔助功能模塊等。為提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了光耦隔離和拉高、拉低等設(shè)計(jì)方法。 從動(dòng)電機(jī)控制模型的建立從動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)隨著放卷輥的直徑的減小而升高，由于放卷輥的直徑不斷減小，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也會(huì)不斷減小，所以，從動(dòng)機(jī)放卷部分也是時(shí)變結(jié)構(gòu)，時(shí)變量是卷筒的直徑和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由于本系統(tǒng)使用氣囊的數(shù)量較多、用氣量大并且分布范圍大，需要采用空壓機(jī)、氣閥、壓力表、空氣分配器及供氣管路等組成氣源系統(tǒng)，來滿足用氣要求。取排水箱涵水上段采用預(yù)制安裝的施工方法，其中取水箱涵水上段箱涵總長約1125米，排水箱涵總長約1940米。箱涵的重心很低，底面積大，穩(wěn)定性極好，不存在傾斜的可能。氣囊具有自穩(wěn)性，箱涵傾斜時(shí)，傾斜邊的氣囊與箱涵底部的接觸面積增大，氣囊給底部的作用力隨之增加，使箱涵恢復(fù)平衡。箱涵下滑前面的接應(yīng)氣囊主要起支撐和減速作用，按坡度7，最大的構(gòu)件780噸，產(chǎn)生的下滑力達(dá)到95噸，但由于前邊接應(yīng)氣囊內(nèi)部剪切力和水阻力的作用，己經(jīng)抵消了大部分的力，后方只需考慮1%的牽引力進(jìn)行制動(dòng)。在箱涵兩側(cè)分別用捆綁帶固定住助浮氣囊，箱涵兩側(cè)底部分別預(yù)埋8個(gè)拉環(huán)，其抗拉強(qiáng)度根據(jù)助浮力的大小設(shè)定在10～2OOkN，可用于固定氣囊，亦可用來牽引箱涵橫移、縱移；捆綁帶的抗拉強(qiáng)度不小于200kN，它可使多個(gè)氣囊捆在一起，氣囊充氣后，氣囊組會(huì)具有良好的剛性。安裝氣囊時(shí)先預(yù)先疊好再一層一層安裝。擺放移運(yùn)氣囊使用現(xiàn)有的l噸卷揚(yáng)機(jī)牽引，使用鋼管固定卷揚(yáng)機(jī)橫穿氣囊。五、下水牽引箱涵進(jìn)入出運(yùn)碼頭陸上段在指揮長的統(tǒng)一指揮下，啟動(dòng)前牽卷揚(yáng)機(jī)，拉動(dòng)箱涵緩慢向前移動(dòng)。箱涵完全起浮前如果發(fā)生栽頭、觸底，將是非常難處理的的問題，而箱涵栽頭、觸底的現(xiàn)象只會(huì)在氣囊破損漏氣的情況下才會(huì)發(fā)生，所以在箱涵下水過程中，必須保證自始至終有4條以上的氣囊支承箱涵。通過現(xiàn)場詳細(xì)考查和周密分析，決定采取水上浮運(yùn)的方法將大型構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場，然后采用氣囊放氣的方法沉放施工。將構(gòu)件牽引浮運(yùn)至安裝位置，將氣囊放氣，構(gòu)件即沉入水中，然后將氣囊抽出，以備下次再用。根據(jù)有關(guān)資料，本海區(qū)的海流以潮流為主，潮流為不規(guī)則半日潮流，最大值即v=。()，根據(jù)進(jìn)度要求，出運(yùn)保證率必須達(dá)到75%，對應(yīng)的潮位為－，所以浮運(yùn)航道的底高程應(yīng)為(