【正文】 =。四、結(jié)論通過試驗證明，試驗結(jié)果與理論計算基本相符，所以混凝土構(gòu)件采用氣囊浮運和安裝是完全可行的，而且是安全可靠的。箱涵完全起浮前，必須系好拖纜，箱涵完全起浮后，才能解除后拉鋼絲繩，以防箱涵起浮后無足夠的牽引系統(tǒng)，引起箱涵在風流壓作用下漂流，造成箱涵靠岸擱淺、損壞氣囊，甚至碰撞海上其它船舶的安全事故。四、移運氣囊充氣，箱涵頂升，準備出運氣囊充氣要逐次加氣，先充前面的，當氣囊有一定的壓力時，再充中間，最后充后面，預充后再按照前面的順序依次將氣囊加氣，直至氣囊把箱涵頂起離開枕木，即將氣囊的泄氣閥關(guān)閉，停止供氣，拆除枕木。安裝鋼絲繩時要注意避免損壞箱涵的止水帶和助浮氣囊。修建下水坡道寬30m；長56m，其中水面以上長度約17m；坡度7，坡底標高為－。 牽引力式中：－絞車牽引力，NK； Q－重物自重， tg－重力加速度，－坡道傾角，度u－坡道摩擦系數(shù)。頂升時各氣囊只有彈性變形，通過充填壓縮空氣實現(xiàn)變形，因此，要求合適供氣的速度與供氣壓力同時，由于頂升的工作區(qū)域大，對供氣的管路提出了要求。CAN通訊由DSP的CAN接口，經(jīng)光耦隔離驅(qū)動，系統(tǒng)同步控制信號的傳輸由CAN通訊實現(xiàn)。圖中卷輥和卷輥分別通過機械傳動系統(tǒng)與臺三相交流感應電動機相連接。第3章 控制系統(tǒng)的規(guī)劃與設計 控制系統(tǒng)的任務與要求氣動頂升搬運系統(tǒng)涉及大型構(gòu)件的頂升氣囊集群、行走氣囊集群、牽引設備和氣動系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)能夠達到設計目的，實現(xiàn)系統(tǒng)運行安全、可靠、性能穩(wěn)定、適應性強、技術(shù)經(jīng)濟性高的要求，確定控制系統(tǒng)的任務一是控制氣動系統(tǒng)進行頂升、搬運作業(yè)，二是控制牽引系統(tǒng)實現(xiàn)構(gòu)件的前進、后退動作，三是保證頂升搬運過程中構(gòu)件安全。.表3－3 箱梁基本技術(shù)參數(shù)表箱梁長度（mm）箱梁頂寬（mm）底寬（mm）高（mm）自重（kN）60000115005800280015250(2) 箱梁橫移出一只氣囊時的力學模型建立l) 工況分析箱梁在水平移動過程中，只是在移動方向上受到牽引力作用，而沿箱梁長度方向不受力，根據(jù)箱梁這種受力特點，假設：同一氣囊在其承載長度上各處起重高度均相等，即忽略箱梁傾斜后對氣囊兩邊起重高度的影響。若伸長部分過長，在頂升過程中，氣囊頭部分受力情況復雜，易造成氣囊的磨損，降低氣囊的使用壽命。為實現(xiàn)氣囊結(jié)構(gòu)的設計，在氣囊壁材料選擇上采用高強度的表3－1行走氣囊參數(shù)表氣囊類型氣囊直徑（m）公稱壓力(MPa)氣囊試驗壓力(MPa)工作高度(m)高壓氣囊 1 2 中壓氣囊 2 2 龍纖維增強材料和優(yōu)質(zhì)的進口橡膠。氣囊受壓后，其截面可看作由直徑為H的2個半圓和長度為B、H的長方形組成，見圖3－7所示。氣囊分為低壓、中壓、高壓三種，氣動頂升系統(tǒng)應用的氣囊屬高壓氣囊類型。圖2－2 圓柱形大型構(gòu)件氣囊布置圖長方型大型構(gòu)件的氣囊布置方式如下圖2－3所示 圖2－3長方形大型構(gòu)件氣囊布置圖在布置形式具體設計時，應根據(jù)大型構(gòu)件的特點，選擇確定氣囊集群的具體布置形式?？梢?，搬運是物的不同運動階段之間互相轉(zhuǎn)換的橋梁。為此，我們應用研究的技術(shù)線路和目標為：氣囊搬運技術(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)場預制場的場地條件；確定氣囊搬運技術(shù)的工藝設計和主要參數(shù)；制定技術(shù)規(guī)程和安全事項；研究并設計與氣囊搬運技術(shù)相關(guān)的沉箱預制場平面布置、預制沉箱的底模、通道、堆場、供氣系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、移動速度、沉箱上駁的碼頭設施、半潛駁的改造等。由于其內(nèi)容涉及到氣動技術(shù)、起重技術(shù)、變頻調(diào)速、建筑工程等眾多學科領域，相關(guān)性較強，是多領域的交叉融合，這更加大了設計的難度。壓縮空氣沒有產(chǎn)生火花的危險。(1)氣動技術(shù)的發(fā)展歷程、趨勢和特征氣動技術(shù)是以氣體為工作介質(zhì)傳遞信號和動力以實現(xiàn)生產(chǎn)機械化和自動化的一項技術(shù)。這些液壓提升設備的主吊均采用大噸位的液壓千斤頂，其主要工作特點：1)起重量不受限制，通過液壓提升系統(tǒng)的擴展組合，能滿足千噸級甚至萬噸級構(gòu)件的吊裝。(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，設備損壞，需要經(jīng)常檢查更換。(6)有利于保護建筑構(gòu)件，采用分布荷載，避免了液壓起重的集中載荷。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，無疑對陸上搬運技術(shù)提出了更高更嚴格的要求，因此，大型建筑結(jié)構(gòu)件氣動搬運系統(tǒng)的研究對加快我國港口的現(xiàn)代化進程，具有十分重要的現(xiàn)實意義。圖1－1 中港四航局第一工程公司東江口預制廠2212t沉箱搬運圖1－2 3000t廣順號油輪氣囊下水、的超長沉箱，采取在陸域進行預制、溜放和水上接高的方法施工。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、北京首都機場四機位機庫的網(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)制方法實現(xiàn)同步控制。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的必備組合方式。1)氣動技術(shù)的發(fā)展歷程 是從單個元件到控制系統(tǒng)，從單純機械制品到機電一體的復雜高科技產(chǎn)品的歷程。氣動系統(tǒng)維護不復雜，也不需要特殊的培訓和試驗設備。操作簡易安全，頂升時利用卷揚機將氣囊拉入頂升溝，無需操作人員進入頂升溝，有利于施工操作人員的安全；利用空壓機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)件到位后進行定位后，對氣囊放氣完成后，將氣囊抽出即可。(4)探討高壓氣囊搬運沉箱的施工工藝和安全措施。氣動系統(tǒng)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)進行能量傳遞和信號傳遞的一門技術(shù)。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－頂升溝槽基礎寬度，mm 頂升溝槽的結(jié)構(gòu)特點該頂升溝槽結(jié)構(gòu)的特點如下：(1)對地基承載力要求低。綜合考慮上述因素，選擇氣囊不僅要考慮安全可靠，同時也要考慮其經(jīng)濟性。因此，搬運時氣囊布置方式的確定原則為：操作方便、均勻?qū)ΨQ擺放。氣囊壁內(nèi)、外層橡膠的物理機械性能要滿足氣囊工作時的強度、硬度、伸長率等要求，國家標準對橡膠的各項機械性能規(guī)定如表3－2所示。卷揚機是牽引系統(tǒng)的動力裝置，其動力大小、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)件的移動方向布置在構(gòu)件的兩側(cè)。3) 箱梁力學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的穩(wěn)定性校核在箱梁移動過程中，采用卷揚機和滑輪組通過鋼絲繩牽引，移動速度低，一般小于3m/min，同時，箱梁前后均進行牽引，保障了箱梁以較均勻的速度前進。大型構(gòu)件整體頂升時采用頂升氣囊集群，整體移位時采用行走氣囊集群，一般是一個作業(yè)區(qū)配置一套頂升氣囊集群或行走氣囊集群。、為光電編碼器，裝在導輥軸端。系統(tǒng)控制原理結(jié)構(gòu)如圖4－3所示。(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)既可作為單個交流電機的控制器，也可以實現(xiàn)多臺電機的控制。前端氣囊氣壓減小，箱涵前傾，牽引力就小，反之亦然；移運中減小氣壓，即可增加滾動阻力，實現(xiàn)減速；在箱涵前擺放充氣的氣囊達到制動的目的。浮力計算和助浮氣囊布置：根據(jù)現(xiàn)場的水深條件，箱涵的吃水深度按3米控制。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”。拆除前引鋼絲繩。發(fā)生意外，中途沉管后，可采取補救措施即給備用膠囊充氣，可繼續(xù)起浮浮運，而采用封端口時若發(fā)生意外中途沉管后難以處理。 拖纜和拖輪選擇為保護構(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。充填量能達到95%以上。箱涵開始入水后，禁止任何人員，船機停留、經(jīng)過箱涵后方水域，防止移運氣囊從水中冒起時掀翻船機，造成船壞人傷(亡)事故的發(fā)生。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，另一端連接一個浮子，使之能夠在水面上浮起便于充氣和放氣。當箱涵縱移至出運碼頭后方時，即把箱涵座落在擺放好的枕木上，然后進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機上，通過操作卷揚機來控制箱涵的前牽和后拉。設平均潮位高lm。一、箱涵橫移氣囊規(guī)格：； 有效工作長度16m； 總長度：工作壓力： 試驗壓力：，每米氣囊承載能力==126 KN每條氣囊承載能力＝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）實際載荷（KN/條）實際工作氣壓（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）實際載荷（KN/條）實際工作氣壓（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，為滿足移動需要，必須要有足夠數(shù)量的接應氣囊。 氣源系統(tǒng)的功能分析根據(jù)大型構(gòu)件氣動頂升搬運系統(tǒng)的要求，需要具備頂升與搬運任務?？臻g矢量算法生成的SVPWM控制信號由DSP的事件管理模塊EVA的PMW1—PMW6輸出，經(jīng)高速光耦隔離，帶動IR的IR2132S輸出驅(qū)動信號，驅(qū)動ST公司的STGW20NB60KDIGBT實現(xiàn)交流電機的高性能控制。 控制系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理卷揚機主體的物理模型如圖3－1所示。(4)為保證所建模型的準確性，結(jié)合工程實際進行了試驗，并對試驗情況進行了氣囊受力、穩(wěn)定性等性能評估分析。 箱梁搬運實例(1) 箱梁的技術(shù)參數(shù) 這是某工程用箱梁，箱梁重量達1525噸，根據(jù)工程要求，該構(gòu)件在陸地進行預制、水上施工安裝，構(gòu)件的基本技術(shù)數(shù)據(jù)見表3－3，具體形狀和行走氣囊的布置方式參見圖3－8所示。一般設計時，應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。根據(jù)這些要求，我們對氣囊形狀進行了優(yōu)化設計，通過分析比較確定氣囊體采用長圓柱形、氣囊頭為圓錐形狀的氣囊結(jié)構(gòu)。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)。我國船舶業(yè)已成功運用氣囊進行船舶的上排、下水，按照《船舶上排、下水用氣囊》標準(GB/T3795－1996)和《船舶用氣囊上排、下水工藝要求》標準(CB/T3837－1998)。（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。物流各階段的前后和統(tǒng)一階段的不同活動之間，都必須進行搬運作業(yè)。 到目前國內(nèi)氣囊搬運大型沉箱技術(shù)并無相關(guān)的技術(shù)規(guī)程和質(zhì)量標準，國外也未見有此技術(shù)應用的公開報道。大型構(gòu)件氣動頂升搬運系統(tǒng)的設計就是在氣囊搬運大型構(gòu)件新工藝的基礎上，從系統(tǒng)論的觀點，就氣動頂升技術(shù)、氣動搬運、變頻調(diào)速技術(shù)、供氣系統(tǒng)等進行優(yōu)化組合，形成了集頂升與搬運于一體的氣動新系統(tǒng)。作為工作介質(zhì)的壓縮空氣的物理性質(zhì)，使氣動技術(shù)在廣泛的各種應用中具有安全、方便和費用低的優(yōu)點。一般的起重機械都采用計算機控制，能夠準確計算出工件的重量，監(jiān)控機械的工作狀態(tài)，并有報警與自鎖功能以及其它輔助功能。(2)起重業(yè)的專業(yè)分工更細有些公司專門從事港口集裝箱起重設備的安裝，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備的吊裝，他們充分利用液壓提升設備的特點用于超重、超高、大跨度的構(gòu)件安裝?？梢钥闯霾捎密壍莱鲞\大型構(gòu)件存在如下缺點：(1)該工藝需要設置軌道梁