液壓同步提升技術在大型起重機吊裝中的應用

孫 力

（江南造船（集團）有限責任公司，上海 201913）

我國液壓行業(yè)與重型機械結(jié)合使用的發(fā)展過程，依次經(jīng)歷了推動液壓元件和重大裝備配套材料發(fā)展、提高元件研發(fā)和系統(tǒng)集成水平、提升核心元器件產(chǎn)業(yè)水平3個階段。可見，液壓產(chǎn)業(yè)與重型機械設備的結(jié)合使用符合行業(yè)發(fā)展需求。尤其是在起重機的使用中，液壓同步提升技術具有起重能力強、基礎結(jié)構(gòu)簡單以及技術包容性強等優(yōu)點，為大型起重機吊裝作業(yè)提供了新的技術方法，進一步提高了我國現(xiàn)代化建設的水平。

1 液壓同步提升技術原理

1.1 系統(tǒng)組成

液壓同步提升技術一般通過計算機控制，包括用于控制技術使用的計算機控制系統(tǒng)、用于監(jiān)控使用情況的遠程監(jiān)控系統(tǒng)、作為驅(qū)動部件的液壓泵站、作為承重部件的提升液壓缸集群和鋼絞線以及用于獲取信息的傳感器[1]。其中：計算機控制系統(tǒng)主要通過計算機控制液壓同步提升技術使用的相關流程；遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要用于在地面監(jiān)控重物提升的情況；液壓泵站主要用于為系統(tǒng)起重提供動力，其性能的好壞對技術的使用有直接影響，如性能和穩(wěn)定性較好的液壓泵站能支持系統(tǒng)提起重量更大的重物；提升液壓缸集群和鋼絞線主要用于承重，其承重能力與提起重物的重量有直接關系，應按照國家相關標準要求，經(jīng)過測試后再投入使用；傳感器主要用于獲取提升液壓缸集群的位置信息、荷載信息以及所提升構(gòu)件的空中狀態(tài)信息，并將獲取的信息傳輸給計算機控制系統(tǒng)，使地面控制方可利用此類信息進行下一步工作。

1.2 液壓同步提升技術提升構(gòu)件的原理

1.2.1 提升構(gòu)件方法

分析液壓同步提升技術的系統(tǒng)組成可知，提升構(gòu)件主要通過提升液壓缸集群承重。因此，提升的構(gòu)件數(shù)量和質(zhì)量應與提升液壓缸的數(shù)量成正比。為監(jiān)測提升液壓缸集群的情況，使用前需安裝傳感器，通過傳感器獲取位置、荷載等信息，并根據(jù)傳回的信息控制設備工作，從而提升構(gòu)件[2]。

1.2.2 提升控制方法

在使用液壓同步提升技術的過程中，一般需要依賴大型起重機。為保證此過程的吊裝安全，應設置好提升控制點，規(guī)避各種施工危險。一方面，吊裝作業(yè)需將構(gòu)件提升到較高的位置，若由單一位置承載重量，可能引發(fā)失衡、提升壓力大等問題。因此，此過程應使各吊點均勻受載和平衡受力。另一方面，在控制吊點上升和下降時，應當保證吊點在此過程中可以同步進行，從而保障構(gòu)件在空中的穩(wěn)定性[3]。在實際使用液壓同步提升技術時，應提前設置涉及的相關設備和機械，保證使用過程的安全與可靠。在控制提升液壓缸集群工作時，除要保證其能保持統(tǒng)一動作之外，還需使其關聯(lián)的各個提升吊點的位置同步。為確保以上操作能準確完成，通常可以將提升吊點分為幾個小組，設置主令吊點和從令吊點，使從令吊點的位置調(diào)節(jié)可以參考主令吊點的位置，從而實現(xiàn)對所有吊點的統(tǒng)一控制[4]。同時，為準確測量當前提升構(gòu)件在空中的位置，可在提升吊點下布置激光測距儀，通過計算機控制系統(tǒng)實時獲取構(gòu)件位置信息，并利用此信息決定比例閥控制量的大小，從而進一步控制各吊點之間的位置情況。此外，計算機控制系統(tǒng)需通過傳感器獲取相關的吊點位置和荷載信息，若荷載發(fā)生異常變化，可控制系統(tǒng)立即暫停，并發(fā)出警報。

2 液壓同步提升技術在大型起重機吊裝中的應用

2.1 工程概況

為研究液壓同步提升技術在大型起重機吊裝中的應用，以某工程項目為例進行相關闡述。項目中包含大量高空作業(yè)，需使用起重機吊裝多種工程構(gòu)件及其他重物。工程中使用的起重機總質(zhì)量為2 800 t，軌道間距為165 m。它的基本組成構(gòu)件包括主梁、上小車、下小車、剛性腿及柔性腿等。其中，起重機主梁為雙梁箱型，標高為85 m，大小為175.0 m×10.0 m×9.2 m， 吊裝質(zhì)量約為2 500 t。

2.2 吊裝方案

2.2.1 方案思路

根據(jù)工程中使用的起重機組成構(gòu)件情況可知，該起重機自重大。若吊裝作業(yè)量大且持續(xù)進行作業(yè)，則可能引發(fā)施工安全問題。因此，分析此類起重機的相關案例，參照其他同行的施工方案，結(jié)合工程實際施工的情況，經(jīng)過考量和方案比較后，采用液壓同步提升技術吊裝，將起重機的相關構(gòu)件一同提升到位，配合大型履帶起重機共同完成吊裝作業(yè)，方案施工如圖1所示。首先，在大梁上配置液壓同步提升系統(tǒng)設備，安裝上小車、下小車、維修吊，將液壓同步提升系統(tǒng)設備與主梁上的吊耳相連。其次，提升龍門吊主梁，并在此過程中將剛性腿與主梁相連，安裝照明平臺和柔性腿等。最后，在主梁提升到設計高度后，測量和調(diào)整各部件的位置和情況，拆除不必要的構(gòu)件，完成起重機的安裝[5]。

圖1 方案施工圖

2.2.2 方案特點

第一，實用性強。由于工程涉及大量高空作業(yè)，提升高度較高，為保證所有構(gòu)件均可基本達到所需的提升高度和安裝高度，方案設置了二副提升門架。第二，承壓力強。方案中設置了多條纜風繩，能更好地控制構(gòu)件在空中的狀態(tài)，使起重機具備更好的承壓能力。第三，可操作性強。液壓同步提升技術所搭配的系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的提升系統(tǒng)，體積更小，重量更輕，更便于操作。第四，安全性高。液壓同步提升技術可通過計算機在地面控制，縮短了人員高空作業(yè)的時間，并且可設置手動控制和自動控制，相比傳統(tǒng)的提升技術更加安全與可靠。

2.3 吊裝提升設備選擇

2.3.1 液壓同步提升系統(tǒng)

液壓同步提升技術是一種大型結(jié)構(gòu)提升安裝施工技術，通過安裝各種結(jié)構(gòu)，使其能將構(gòu)件提升至指定位置，從而實現(xiàn)大重量的構(gòu)件提升。工程使用的液壓同步提升系統(tǒng)利用計算系統(tǒng)YT-I，結(jié)合塔架起重機，共同完成吊裝作業(yè)。

2.3.2 塔架起重機

方案使用的吊裝提升設備為兩副提升塔架，采用液壓自身提升結(jié)構(gòu)，包括塔身、平臺、過度節(jié)、大梁及扶梯等構(gòu)件。各構(gòu)件的相關數(shù)據(jù)，見表1[6]。在安裝塔架時，應符合相關工程規(guī)范，并結(jié)合工程的實際情況，選擇合適數(shù)量的提升油缸，確定合理的安裝位置。

表1 塔架各構(gòu)件規(guī)格

2.4 液壓同步提升技術在大型起重機中的施工技術

2.4.1 吊裝大梁時門架穩(wěn)定風繩受力

方案中使用的起重機是整體起吊，設置了穩(wěn)定風繩。穩(wěn)定風繩可以提高起重機在施工過程中的穩(wěn)定性，保證施工安全。一般情況下，穩(wěn)定風繩的承載選擇應大于其3.5倍的安全系數(shù)。經(jīng)過數(shù)據(jù)測算，當起重機在提升工作時，若當前的風速為6級，則穩(wěn)定風繩的最大拉力約為100 t。

2.4.2 主吊點及鉸鏈設計

為保證起重機的安裝安全，應科學合理安裝吊耳。吊耳作為提升設備和起重機之間的連接結(jié)構(gòu)，其自身受力相對較大。為保證受力均勻，設計時應考慮其安裝的位置和方法，使其荷載能相對較為均勻地傳遞給起重機的結(jié)構(gòu)斷面[7]。方案將吊耳與加勁板設計為一個整體，使吊耳的荷載能更均勻地傳遞出去。同時，應保證吊耳的數(shù)量與液壓提升器數(shù)量相同，并一一對應。合理設置各吊點的位置，使鉸鏈發(fā)揮最大的作用。

2.4.3 大梁及剛腿擺放

在擺放大梁及剛腿時，應根據(jù)剛腿的預偏值設置二者之間的間隔。該工程中，經(jīng)過對剛腿預偏值的分析，為保證鉸鏈的穿掛快速便捷，將大梁端頭與剛腿之間的間隔設置為900 mm。

2.4.4 安裝精度控制

起重機安裝精度對其后續(xù)的使用有著重要影響，若不加以控制會導致起重機的吊裝出現(xiàn)偏差，影響工程施工質(zhì)量，危害施工安全。為保證起重機的安裝精度，方案中涉及的所有構(gòu)件均需經(jīng)過預拼裝、組裝，待保證構(gòu)件均能正常使用后，再將其解體運輸至工程項目所在地。同時，所有構(gòu)件應做好安全基準線標識，并注意標識的標記應清晰、明確，可供永久性參考。

2.4.5 部分構(gòu)件管理與控制

在使用起重機的過程中，由于不同場景的需求不同，通常會對部分構(gòu)件進行重新移動和組裝。但是，起重機的構(gòu)件普遍自重較大，因此設計兩種方案進行構(gòu)件管理和控制。在實際使用中，根據(jù)不同的需求可選擇不同的方案。方案一，鋼小車方案，設置如圖2所示的裝置。當需要對某些構(gòu)件進行滑移翻身時，可利用鋼小車的滾動對構(gòu)件進行位置控制和管理。方案二，聚四氟乙烯滑移板方案。聚四氟乙烯板是一種耐高壓、滑動摩擦阻力系數(shù)小的化工板，使用時可搭配鋼板滑道、動力牽引使用卷揚機和滑輪組。通過以上構(gòu)件的組合進行重物的水平滑移。

圖2 鋼小車（單位：mm）

2.4.6 液壓同步提升系統(tǒng)

根據(jù)液壓同步提升系統(tǒng)的工作原理，可知各構(gòu)件的組成，并基于此布置和安裝各部件。提升設備的布置包括提升油缸數(shù)量和位置的確定、提升吊點位置的確定以及提升吊點提升力大小的確定。本方案設置12臺提升油缸，將其平均布置在兩副門架上，使兩副門架上的提升油缸位置互相對稱。提升吊點與提升油缸的位置相同，提升吊點的提升力取決于提升油缸的提升力[8]。根據(jù)已確定的提升油缸臺數(shù)，設置2臺液壓泵站，使其各驅(qū)動6臺提升油缸。需要布置的傳感器有3種，分別是激光測距儀、壓力傳感器、錨具及油缸位置傳感器。其中：激光測距儀布置在提升吊點處下方地面，使儀器發(fā)出的激光能打在被提升的構(gòu)件上；壓力傳感器布置在提升油缸上，用于采集油缸的載荷數(shù)據(jù)；錨具和油缸位置傳感器布置在提升油缸的上下錨具油缸上，用于檢測油缸的工作狀態(tài)。計算機控制系統(tǒng)布置在地面，利用計算機和各通信線共同協(xié)作實現(xiàn)對機器的控制[9]。

2.4.7 同步監(jiān)測

液壓同步提升技術中最重要的是控制提升過程的同步，因此應當對其進行同步監(jiān)測，利用激光測距儀保證門吊主梁的同步提升。同時，利用經(jīng)緯儀對塔架、鋼絞線進行垂直監(jiān)測。通過以上兩種儀器能保證整個提升過程中各構(gòu)件同步工作。

2.4.8 穩(wěn)定纜風繩監(jiān)測

在提升重物的過程中，提升過程會產(chǎn)生各種側(cè)向力，導致穩(wěn)定纜風繩的力產(chǎn)生變化而影響吊裝作業(yè)的安全，因此應穩(wěn)定監(jiān)測纜風繩。一般可以利用纜風測力計進行實時檢查和檢測[10]。

3 結(jié)語

通過對液壓同步提升技術工作原理的分析，結(jié)合某工程項目中該技術在大型起重機中的應用可知，通過在大型起重機中應用液壓同步提升技術，能安全穩(wěn)定地提起大重量構(gòu)件，加快整個工程的施工進度，同時能明顯提高施工質(zhì)量，保障施工安全。相比傳統(tǒng)的吊裝技術，液壓同步提升技術的實用性更強、可靠性更高，且可以與其他技術結(jié)合，實現(xiàn)自動監(jiān)視、智能監(jiān)管等功能，進一步提高了技術使用的安全性，使工程建設更加高效與安全。