【正文】 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。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。(2)、。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箱梁的力矩，將原力學(xué)模型進(jìn)行簡化：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。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)。建立箱梁平面坐標(biāo)系如圖3－11所示。當(dāng)箱梁橫移過程中，一條氣囊移出箱梁時(shí)狀態(tài)如圖3－10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)見表3－3，具體形狀和行走氣囊的布置方式參見圖3－8所示。 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。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。圖3－9中，牽引繩夾角是指牽引繩與移動(dòng)方向的夾角，其大小由卷揚(yáng)機(jī)的位置和大型構(gòu)件的位置決定。構(gòu)件的移動(dòng)由數(shù)臺卷揚(yáng)機(jī)通過滑輪組在大型構(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)。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)。注意：氣囊凈間距是指搬運(yùn)時(shí)兩相鄰氣囊之間的間距。 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。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。（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。(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。所以，承載面積與承載力也隨著變化。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。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。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)氣囊囊壁無接縫、各向強(qiáng)度均衡以及高的耐磨性能，通過單一純橡膠結(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)。根據(jù)這些要求，我們對氣囊形狀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，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)。中壓、高壓氣囊技術(shù)參數(shù)見下表3－1?？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。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)件支墊面積小而對重物造成損壞，且對場地要求不高。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)生定向相對移動(dòng)，從而達(dá)到搬移大型構(gòu)件的目的。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。主要影響因素有：大型構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式和出運(yùn)方向。圖3－7 頂升氣囊頂升大型構(gòu)件的示意圖圖中B－承載面寬度，mmH－氣囊工作高度，mm承載面寬度B是氣囊公稱直徑和氣囊工作高度H的函數(shù)，其大小為： 承載面積 單根氣囊的承載力 所需氣囊的總長度式中 －單根氣囊的承壓長度，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)過慎重考慮和確定行走氣囊的擺放方式。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)。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。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。氣囊長度的選擇是根據(jù)氣囊的承載面長度和氣囊公稱直徑D而定，氣囊的承載面長度與大型構(gòu)件的底板尺寸有關(guān)。氣囊的工作高度過高或過低均不利于大型構(gòu)件的頂升，若氣囊的工作高度過高時(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。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。（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。 起重氣囊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖3－6 氣囊縱剖面圖 起重氣囊技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算(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，在使用過程中其形狀受構(gòu)件形狀、地面形狀、構(gòu)件寬度、氣囊長度和布置位置等多種因素的影響而改變。我國船舶業(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)。 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。(4)成本低廉。(3)操作簡單，安全高效。(2)受力均勻。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。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。在大型構(gòu)件臺座預(yù)制時(shí)，設(shè)置數(shù)道頂升溝槽作為頂升氣囊集群放置通道，并在頂升溝槽上設(shè)置頂升托板作為大型構(gòu)件制造平面臺座。（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。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。 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。(4)輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的，它包括過濾器、油霧器、管接頭及消聲器等。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。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)。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)。正是搬運(yùn)把物的運(yùn)動(dòng)的各個(gè)階段聯(lián)結(jié)為連續(xù)的“流”，使物流的概念名實(shí)相符。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)。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?，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。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)和主要參數(shù)；制定技術(shù)規(guī)程和安全事項(xiàng)；研究并設(shè)計(jì)與氣囊搬運(yùn)技術(shù)相關(guān)的沉箱預(yù)制場平面布置、預(yù)制沉箱的底模、通道、堆場、供氣系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、移動(dòng)速度、沉箱上駁的碼頭設(shè)施、半潛駁的改造等。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)值評估等。(4)探討高壓氣囊搬運(yùn)沉箱的施工工藝和安全措施。(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。 根據(jù)以上討論，本文將對以下問題作進(jìn)一步的探討與研究。 到目前國內(nèi)氣囊搬運(yùn)大型沉箱技術(shù)并無相關(guān)的技術(shù)規(guī)程和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，國外也未見有此技術(shù)應(yīng)用的公開報(bào)道。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)。 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。這樣，在生產(chǎn)施工中，與普通的起重設(shè)備相比就大大簡化了基礎(chǔ)處理的工作量，降低了基礎(chǔ)處理的成本，特別是節(jié)省了處理專用頂升溝混凝土基礎(chǔ)的費(fèi)用。對地基承載力要求低，由于氣囊底部承載力受力均勻，再通過頂升溝的混凝土基礎(chǔ)將荷載分散傳遞給地基，這就進(jìn)一步對地基承載力的要求。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。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)。我們通過大型構(gòu)件氣動(dòng)頂升搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)具有下列優(yōu)勢：(1)綠色設(shè)計(jì)，綠色生產(chǎn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中就充分考慮到環(huán)境因素和預(yù)防污染的措施，將環(huán)境性能作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)，力求使該系統(tǒng)對環(huán)境的影響達(dá)到最小，這是我們采用氣動(dòng)技術(shù)的一個(gè)重要原因。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)。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。－0. 7m/s，有的高達(dá)1－3m/s。氣動(dòng)執(zhí)行元件能長期在滿負(fù)荷下工作，在過載時(shí)會(huì)自動(dòng)停止。便于進(jìn)行能量儲(chǔ)存，可以進(jìn)行應(yīng)急或系統(tǒng)需要用。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。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。因此，適宜于有易燃或爆炸潛在危險(xiǎn)的工況。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