付玉婷 張貴德 陳文 戴迪 馬磊

摘要

本文基于力的相似性間接測量吊繩受力的方法和吊繩拉力差值比較的起吊設備平衡度分析方法。在不改變原吊繩結構的情況下，通過增加輔助繩，在試吊過程中，實時的將測量數據實時傳回地面分析終端上，通過吊繩足否同一時刻開始受力、受力大小是否均勻、受力速度是否相似三個維度綜合分析，提供起吊方案調整建議。并且在在吊運過程中，對于有危險的操作進行實時的預警降低了吊運過程中的風險、減少了吊運過程可能造成的損失。

【關鍵詞】倉庫 相似對比法 智能吊裝

倉庫使用起重設備進行吊裝操作過程中，經驗論和缺乏行之有效的受力監測、計算裝置是起吊中潛在風險。大型變電站內一次備品因電壓等級高，輸送容量大，體積尺寸更大，數量更多、金額更高，對備品吊裝技術要求更高。在進行備品備件更換時，安全、高效的對大型設備進行吊裝不僅可以保證備品備件更換的安全性，又可以縮短設備更換工期，提高系統的可用率。

為了解決這一生產實際問題，課題組結合現場需求與起吊經驗，研制了一種能夠在備品庫起吊現場，實時監測吊繩受力情況并分析其受力是否正常的檢測裝置，該裝置通過加設與吊繩形變情況相同的彈性繩，并基于相似對比法間接計算吊繩拉力，終端能夠實時獲取主吊繩上的受力數據，配合內置算法智能評估起吊過程中的安全風險并及時主動預警，從起吊前協助調節吊點分布，和起吊過程中主吊繩受力監測兩個方面提高倉庫起吊作業可靠性，從而有效提升備品倉庫的安全水平。

1 材料應力一應變原理

如圖1所示，由一般材料的應力一應變曲線可看出，材料在受力拉升時，可分為彈性階段、屈服階段、強化階段、局部徑縮階段。

1.1 彈性階段

oa段是直線，應力與應變在此段成正比關系，材料符合胡克定律，直線oa的斜率就是材料的彈性模量，直線部分最高點所對應的應力值為材料的比例極限。曲線超過a點，圖上ab段己不再是直線，說明材料已不符合胡克定律。但在ab段內卸載，變形也隨之消失，說明ab段也發生彈性變形，所以ab段稱為彈性階段。b點所對應的應力值稱為材料的彈性極限。

1.2 屈服階段

曲線超過b點后，出現了一段鋸齒形曲線，這一階段應力沒有增加，而應變依然在增加，把這一現象稱作屈服，be段稱為屈服階段。屈服階段曲線最低點所對應的應力稱為屈服點。在屈服階段卸載，將出現不能消失的塑性變形。

1.3 強化階段

經過屈服階段后，曲線從。點又開始逐漸上升，說明要使應變增加，必須增加應力，材料又恢復了抵抗變形的能力，這種現象稱作強化，ce段稱為強化階段。曲線最高點所對應的應力值稱為材料的抗拉強度。

1.4 局部徑縮階段

曲線到達e點前，試件的變形是均勻發生的，曲線到達e點，在試件比較薄弱的某一局部，變形顯著增加，有效橫截面急劇減小，出現了縮頸現象，試件很快被拉斷，稱ef段為縮頸斷裂階段。

2 基于相似對比法的智能倉庫吊裝帶測量原理

在圖2中，l₁為原吊繩，l₂為研發輔助繩，其繩中對應的拉力分別為F₁、F₂，彈性系數為k₁、k₂，總拉力為F。根據胡克定律彈性繩被拉伸共分為七個階段。

（1）第一階段：吊繩和輔助繩均松弛狀態，繩受力為0。

（2）第二階段：輔助繩處于拉長狀態，吊繩處于松弛狀態，

（3）第三階段：輔助繩和吊繩均處于拉長，起吊備品未上升。

此時有：

F₁=k₁（1-1₁）（1）

可得：

式（2）中，k₁，k₂，l₁，l₂為固定值，F₂可通過輔助繩中傳感器讀取，因而可間接求得吊繩所受力F₁的大小。

（4）第四階段：輔助繩與吊繩保持長度不變，起吊備品加速上升。

（5）第五階段：輔助繩與吊繩保持長度不變，起吊備品以勻速上升。

（6）第六階段：輔助繩與吊繩短暫減少，起吊備品減速上升。

（7）第七階段：輔助繩與吊繩保持長度不變，起吊備品水平移動。

3 智能倉庫吊裝帶應用

通過上述對智能倉庫吊裝帶原理分析，針對于彈性繩在不同階段的特性研發倉庫吊裝過程中的輔助系統。

3.1 拉力報警

備品靜止階段，由于吊鉤勻速運動，因而單位時間，輔助繩增量位移相等，在勻速運動過程中，輔助繩中拉力不隨時間變化。當檢測到某輔助繩中拉力一時間迅速增加時，說明此吊繩中拉力突然增大，則立即發出聲光報警，若輔助繩拉力一時間突減，則停止報警。

3.2 試吊輔助

第三階段到第四階段臨界時，若起吊重心與備品重心不在同一垂線，則在力矩的作用下，備品會以起吊重心與備品重心連線中點為圓心，往復擺動，靠近備品重心一側的輔助繩受力先增加。若某根輔助繩先報警，停止后其他輔助繩報警，即可判斷此時起吊重心與備品重心不在同一垂線上。

3.3 振動預警

在第四階段到第五階段臨界時，以及第五階段與第六階段臨界時，若拉力F突變，在重力的作用下，被吊備品會上下振動，若所有吊繩均發出報警，即可判斷此時上吊備品處于上下振動狀態，以此警告作業人員應小心操作。

3.4 斷線預警

當某根吊繩逐步發生斷股時，在分擔同樣拉力時，該吊繩會產生更大形變，輔助繩上所監測到拉力增大，若某輔助繩持續報警，即可判斷此吊繩處于斷股風險中，需立即停止吊裝。

4 小結

（1）智能吊裝系統基于力的相似性間接測量吊繩受力，在不改變原吊繩結構的情況下，通過在每根吊繩位置新增一條不同彈性系數的測力繩，利用利用相似對比法，實現實時測量吊繩受力。

（2）通過測量模塊將吊繩拉力差比較值傳回地面，實時分析提供起吊方案調整建議，采用定量化的分析方式有效避免了以經驗為主要依據來判斷起吊物是否平衡的弊端。

（3）安全智能預警功能在吊運過程中，測量模塊實時監測吊繩所受拉力變化，當某一條吊繩拉力達到臨界值或者受力突增時，吊繩上的監測預警系統及時向終端發出預警，提醒地面起吊人員，降低了吊運過程中的風險、減少了吊運過程可能造成的損失。