【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和氣囊工作高度H的函數(shù)，其大小為： 承載面積 單根氣囊的承載力 所需氣囊的總長(zhǎng)度式中 －單根氣囊的承壓長(zhǎng)度，mm G－大型構(gòu)件的重量，kN 行走氣囊布置方式的確定(1)搬運(yùn)時(shí)氣囊集群布置方式的確定原則合理的氣囊擺放方式和數(shù)量是大型構(gòu)件整體搬運(yùn)中一項(xiàng)非常重要的工作，它直接關(guān)系到大型構(gòu)件在搬運(yùn)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)慎重考慮和確定行走氣囊的擺放方式。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。主要影響因素有：大型構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式和出運(yùn)方向。搬運(yùn)時(shí)氣囊一般采用通長(zhǎng)一列或左右兩列的擺放方法，方向垂直于大型構(gòu)件移動(dòng)的方向。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。(2)箱體型大型構(gòu)件的氣囊布置方式的選擇箱體型大型構(gòu)件的氣囊擺放方式如圖3－8所示，在氣囊布置形式的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)大型構(gòu)件的特點(diǎn)，選擇確定氣囊集群的具體布置形式。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。與滾筒有所不同的是：滾筒與物體呈線接觸，氣囊與物體則為面接觸。這種面接觸滾動(dòng)的方法，減輕了重物接觸面局部的磨損，由于受力面積大、壓強(qiáng)小，使用時(shí)氣囊壓力一般僅為 ，也避免了大型構(gòu)件支墊面積小而對(duì)重物造成損壞，且對(duì)場(chǎng)地要求不高。因此，行走氣囊與頂升氣囊結(jié)構(gòu)基本相同?？紤]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。另外，搬運(yùn)時(shí)，氣囊工作氣壓較低，相應(yīng)的氣囊所需要的承載力也較小，一般采用中壓氣囊或高壓氣囊。中壓、高壓氣囊技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表3－1。 行走氣囊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行走氣囊既承受大型構(gòu)件的重量，又要完成滾動(dòng)的功能，這就要求氣囊不僅具有良好的承載能力和耐沖擊性能，還需要高的耐磨損性能。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)。為實(shí)現(xiàn)氣囊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在氣囊壁材料選擇上采用高強(qiáng)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(yàn)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(qiáng)材料和優(yōu)質(zhì)的進(jìn)口橡膠。氣囊壁結(jié)構(gòu)是整個(gè)行走氣囊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，要實(shí)現(xiàn)氣囊囊壁無(wú)接縫、各向強(qiáng)度均衡以及高的耐磨性能，通過(guò)單一純橡膠結(jié)構(gòu)、錦綸簾子布與橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能試驗(yàn)、磨損試驗(yàn)，選定了外層橡膠、錦綸簾子布、內(nèi)層橡膠3層組成的氣囊囊壁復(fù)合結(jié)構(gòu)。其中，錦綸簾子布相當(dāng)于氣囊骨架，主要用來(lái)承載，滿足氣囊的承載要求，根據(jù)工作壓力選定；考慮到長(zhǎng)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(wú)接縫，氣囊嘴為鋁合金鑄件。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。行走氣囊的縱斷面結(jié)構(gòu)形式與起重氣囊相同。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(zhǎng)率等要求，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)橡膠的各項(xiàng)機(jī)械性能規(guī)定如表3－2所示。表3－2 行走氣囊內(nèi)外層橡膠力學(xué)性能表序號(hào)項(xiàng)目名稱指 標(biāo)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)層橡膠外層橡膠1扯斷強(qiáng)度(MPa)GB/T5282扯斷伸長(zhǎng)率（％）GB/T5313硬度，邵式A硬度40，5050，704扯斷強(qiáng)度老化系數(shù)（％）GB/T35125扯斷伸長(zhǎng)率老化系數(shù)（％）6硬度變化，邵式A硬度GB/T531(1)氣囊囊體承載能力計(jì)算公式為： 式中 －每米囊體承載力， －氣囊公稱壓力， S－氣囊受壓后的橫截面積，氣囊是柔性彈性體，在使用過(guò)程中其形狀受構(gòu)件形狀、地面形狀、構(gòu)件寬度、氣囊長(zhǎng)度和布置位置等多種因素的影響而改變。所以，承載面積與承載力也隨著變化。（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。氣囊的直徑愈大，價(jià)格愈高，氣囊的成本高；反之，氣囊的直徑愈小，允許的氣囊工作壓力愈大，同時(shí)對(duì)其配套設(shè)施(如：空壓機(jī)、壓力表、充氣管、連接件等)要求高，操作安全性降低。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。(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。（4）氣囊長(zhǎng)度的選擇氣囊長(zhǎng)度是指氣囊囊體的長(zhǎng)度，不包括氣囊頭部分的尺寸。氣囊長(zhǎng)度的選擇是根據(jù)氣囊的承載面長(zhǎng)度和氣囊公稱直徑D而定，氣囊的承載面長(zhǎng)度與大型構(gòu)件的底板尺寸有關(guān)。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)。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。 行走氣囊數(shù)量的確定 根據(jù)搬運(yùn)的大型構(gòu)件重量并考慮安全系數(shù)及氣囊性能，即可計(jì)算出搬運(yùn)單個(gè)大型構(gòu)件時(shí)所需氣囊數(shù)量。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(zhǎng)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。注意：氣囊凈間距是指搬運(yùn)時(shí)兩相鄰氣囊之間的間距。 牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì) 牽引系統(tǒng)設(shè)備的布置牽引系統(tǒng)由卷?yè)P(yáng)機(jī)、動(dòng)滑輪及牽引繩等組成。卷?yè)P(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)。動(dòng)滑輪在大型構(gòu)件在牽引系統(tǒng)中作用重大，主要用來(lái)減少卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引力，一般選擇多門(mén)動(dòng)滑輪，其位置在卷?yè)P(yáng)機(jī)和大型構(gòu)件之間。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)。大型構(gòu)件搬運(yùn)時(shí)牽引裝置布置示意圖見(jiàn)圖3－9。圖3－9中，牽引繩夾角是指牽引繩與移動(dòng)方向的夾角，其大小由卷?yè)P(yáng)機(jī)的位置和大型構(gòu)件的位置決定。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?yè)P(yáng)機(jī)架高度及操作方便等因素。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。為此，牽引高度位置一般應(yīng)與卷?yè)P(yáng)機(jī)架等高。 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(guò)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。下面以某箱梁構(gòu)件為例進(jìn)行分析。 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。.表3－3 箱梁基本技術(shù)參數(shù)表箱梁長(zhǎng)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(shí)的力學(xué)模型建立l) 工況分析箱梁在水平移動(dòng)過(guò)程中，只是在移動(dòng)方向上受到牽引力作用，而沿箱梁長(zhǎng)度方向不受力，根據(jù)箱梁這種受力特點(diǎn)，假設(shè)：同一氣囊在其承載長(zhǎng)度上各處起重高度均相等，即忽略箱梁傾斜后對(duì)氣囊兩邊起重高度的影響。當(dāng)箱梁橫移過(guò)程中，一條氣囊移出箱梁時(shí)狀態(tài)如圖3－10所示。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(duì)箱梁的重心位置坐標(biāo)進(jìn)行了確定。建立箱梁平面坐標(biāo)系如圖3－11所示。圖3－11 某箱梁重心坐標(biāo)圖在X－Y平面內(nèi)，設(shè)箱梁的重心坐標(biāo)為C(，)，根據(jù)物體的重心坐標(biāo)公式確定此箱梁的重心坐標(biāo)C(0，1520)mm。3) 箱梁力學(xué)模型的建立以與箱梁底部垂直且通過(guò)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(duì)箱梁的起重力，kNG－箱梁自重，kNN－箱梁對(duì)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(zhǎng)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(guò)程中，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪組通過(guò)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)。故箱梁穩(wěn)定性校核時(shí)，可簡(jiǎn)化為箱梁穩(wěn)定狀態(tài)的計(jì)算。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。根據(jù)工程施工要求，該構(gòu)件采取在陸地預(yù)制與水上施工安裝相結(jié)合的施工工藝，沉箱的具體形狀與尺寸要求見(jiàn)圖3－13。(2)、。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。，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。 圖3－13 沉箱結(jié)構(gòu)參數(shù)圖 (3)沉箱橫移初始狀態(tài)簡(jiǎn)圖 圖3－15 沉箱橫移初始狀態(tài)簡(jiǎn)圖(4)沉箱橫移時(shí)左右方向變形受力分析以與沉箱底部垂直且通過(guò)沉箱重心的橫截面做沉箱平面力系，建立沉箱力學(xué)模型如下： 圖3－16 受力圖圖中，箭頭－氣囊對(duì)沉箱的起重分布力q－氣囊集度，取172kNG－沉箱自重，kNf－沉箱下滑力，kN－沉箱與地面的水平夾角1）單條氣囊增加承載面積S=(1256－942)=1420580式中，Ｂ－氣囊變形后的寬度，mm b－氣囊變形前的寬度，mm L－氣囊長(zhǎng)度，mm增加的承載形狀為三角形，其受力中心為距底邊的1/3處，其值為：L/3=3016mm則增加的承載力增加抗反轉(zhuǎn)力矩M2) 總的抗反轉(zhuǎn)力矩=M 本章小結(jié) 本章的主要工作是根據(jù)頂升和搬運(yùn)系統(tǒng)要求進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與氣囊選用。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(tái)，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。氣囊的技術(shù)參數(shù)關(guān)系到系統(tǒng)的工作性能，確定氣囊的公稱直徑、工作高度、長(zhǎng)度、承載力及其氣囊數(shù)量的計(jì)算模型。(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。第3章 控制系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的任務(wù)與要求氣動(dòng)頂升搬運(yùn)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(shè)備和氣動(dòng)系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性高的要求，確定控制系統(tǒng)的任務(wù)一是控制氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行頂升、搬運(yùn)作業(yè)，二是控制牽引系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的前進(jìn)、后退動(dòng)作，三是保證頂升搬運(yùn)過(guò)程中構(gòu)件安全。（1）高壓氣囊集群作業(yè)以高壓氣囊作為整體頂升搬運(yùn)設(shè)備，主要應(yīng)用于大型構(gòu)件的頂升與搬運(yùn)。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