大型構(gòu)件搬運(yùn)技術(shù)研究＊

王長(zhǎng)春

(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

大型構(gòu)件搬運(yùn)技術(shù)研究＊

王長(zhǎng)春

(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

本文在分析和總結(jié)國(guó)內(nèi)外大型構(gòu)件頂升搬運(yùn)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有氣囊出運(yùn)大型沉箱的現(xiàn)有成果,構(gòu)建了氣動(dòng)頂升搬運(yùn)大型構(gòu)件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型、界定系統(tǒng)功能,對(duì)采用氣囊集群搬運(yùn)大型構(gòu)件技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

大型構(gòu)件;氣囊集群;頂升;搬運(yùn)

0 引言

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提高和融入世界進(jìn)程的加快,港口的現(xiàn)代化建設(shè)越來(lái)越凸現(xiàn)出其重要性,碼頭建設(shè)越來(lái)越朝大泊位、深水泊位方向發(fā)展;同時(shí),與之相適應(yīng)的沉箱也逐漸向大型化發(fā)展,沉箱尺度規(guī)模越來(lái)越大,沉箱的自重、跨度和體積也越來(lái)越大。這些大型建筑構(gòu)件的安裝與運(yùn)輸就成為一個(gè)越來(lái)越迫切解決的問(wèn)題,特別是大型建筑構(gòu)件的陸上搬運(yùn)需求越來(lái)越迫切。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(wú)疑對(duì)陸上搬運(yùn)技術(shù)提出了更高更嚴(yán)格的要求,因此,大型建筑結(jié)構(gòu)件氣動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的研究對(duì)加快我國(guó)港口的現(xiàn)代化進(jìn)程,具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著生產(chǎn)工藝和要求及設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展,出現(xiàn)的這些大型甚至超大型的建筑構(gòu)件,由于現(xiàn)場(chǎng)條件的局限,其重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了常規(guī)起重設(shè)備的額定承載能力,因此,急需開(kāi)發(fā)一種新型的大型構(gòu)件搬運(yùn)裝置。氣動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備是液壓系統(tǒng)的延續(xù)和發(fā)展。陸上水平移動(dòng)采取滾動(dòng)氣囊和卷?yè)P(yáng)機(jī)相互結(jié)合方式實(shí)現(xiàn),氣動(dòng)提升設(shè)備由超高壓氣囊集群組成,氣動(dòng)提升搬運(yùn)系統(tǒng)比液壓系統(tǒng)技術(shù)更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保,是超高超重設(shè)備吊裝的重要工具之一。氣動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備的起重搬運(yùn)能力可達(dá)數(shù)千噸級(jí),常用于超重、超高、大跨度的構(gòu)件安裝,其主要工作特點(diǎn)：

(1)起重量不受限制,通過(guò)氣動(dòng)提升系統(tǒng)的擴(kuò)展組合,能滿足千噸級(jí)甚至萬(wàn)噸級(jí)構(gòu)件的吊裝。

(2)同步控制,安全受控。

(3)可操作性好,氣動(dòng)提升系統(tǒng)體積大、重量輕。

(4)起升過(guò)程平穩(wěn),無(wú)附加沖擊載荷。

(5)對(duì)起重搬運(yùn)的基礎(chǔ)要求低,特別適合臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)的工程。

(6)有利于保護(hù)建筑構(gòu)件,采用分布荷載,避免了機(jī)械式起重設(shè)備的集中載荷。

氣動(dòng)起升搬運(yùn)裝置的關(guān)鍵技術(shù)是同步控制技術(shù),其發(fā)展經(jīng)歷了氣動(dòng)同步起升、氣動(dòng)同步滑移及間歇式同步提升滑移階段,目前發(fā)展成為連續(xù)式同步提升滑移控制技術(shù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)同步控制,負(fù)載均衡、姿態(tài)校正、操作閉鎖、過(guò)程顯示和故障報(bào)警等工作,大大提高了工程實(shí)施的安全可靠性,保證工程質(zhì)量。這類(lèi)裝置不僅在船舶建設(shè)工程中,而且在國(guó)內(nèi)港口工程建設(shè)中也發(fā)揮著重要的作用,例如中港四航局一公司東江口預(yù)制廠2212t沉箱搬運(yùn),3000t廣順號(hào)油輪下水。特別是我國(guó)北方地區(qū)的許多港口建設(shè)、防潮壩建設(shè)需要大量大型建筑構(gòu)件,這些大型構(gòu)件大多采用陸上預(yù)制海上運(yùn)輸?shù)筋A(yù)定區(qū)域的生產(chǎn)工藝,這就需要將大型建筑構(gòu)件從陸上起升搬運(yùn)到駁船上,加大了對(duì)氣動(dòng)起升搬運(yùn)系統(tǒng)的需求,其應(yīng)用前景好。

1 我國(guó)大型構(gòu)件起升出運(yùn)的常用方法

1.1 千斤頂起升沉箱

千斤頂起升工藝即預(yù)先在沉箱預(yù)制臺(tái)座上布置千斤頂基礎(chǔ),然后設(shè)置起升溝槽,沉箱預(yù)制完成后從起升溝槽放置千斤頂,利用千斤頂將沉箱起升。大型沉箱一般需要使用多個(gè)數(shù)百?lài)嵉那Ы镯?地基處理需要采用強(qiáng)夯、加大的基礎(chǔ),造價(jià)高,地基處理時(shí)間長(zhǎng)。在沉箱起升過(guò)程中,諸如需要人員鉆入地溝,放置千斤頂時(shí)位置必須準(zhǔn)確,起升時(shí)各千斤頂操作必須同步、起升時(shí)間長(zhǎng)等,操作起來(lái)比較繁瑣。

1.2 采用軌道滑車(chē)出運(yùn)沉箱

軌道滑車(chē)施工工藝是比較傳統(tǒng)的施工工藝,已經(jīng)有幾十年的歷史,有著成熟的施工技術(shù),也經(jīng)過(guò)多次不斷的改進(jìn),但存在如下缺點(diǎn)：

(1)該工藝需要設(shè)置軌道梁、鋼軌、平移滑車(chē)等設(shè)備,投資費(fèi)用高,往往為業(yè)主單位所不能接受,在投標(biāo)中也處于不利地位。

(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(shè)備損壞率高,需要經(jīng)常檢查更換。

(3)對(duì)軌道水平平面要求高,在使用過(guò)程中維修率高,需要定期對(duì)軌道梁翻修。

(4)沉箱上塢時(shí)對(duì)搭岸結(jié)構(gòu)要求高,限制了所使用的浮船塢的船型。

(5)對(duì)沉箱預(yù)制適應(yīng)性不強(qiáng),如平面尺寸變化、沉箱重心發(fā)生變化等,都需要對(duì)預(yù)制場(chǎng)及出運(yùn)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

1.3 采用氣囊搬運(yùn)船舶

船舶上排、下水用氣囊克服了以往中小型船廠修造船能力受制于固定式下水滑道的弊端,發(fā)展成為一種極具靈活性的柔性下水技術(shù),可節(jié)省大筆修造大型船舶下水滑道的資金。氣囊搬運(yùn)技術(shù)原來(lái)主要應(yīng)用于造船行業(yè)。

2 國(guó)外大型構(gòu)件起升搬運(yùn)技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1 大型移動(dòng)式起重機(jī)的發(fā)展情況

為實(shí)現(xiàn)整體吊裝,對(duì)起重設(shè)備的起重能力、作業(yè)空間、安全可靠性都有很高要求,如果是多機(jī)同時(shí)吊裝,還需要具備協(xié)調(diào)控制能力。為此大型移動(dòng)起重機(jī)在吊裝方面有很大的施展空間,也因此而得以不斷發(fā)展。當(dāng)前大型移動(dòng)起重機(jī)主要有：

(1)最大噸位已超過(guò)1000t履帶起重機(jī),例如Derrag公司的CC12600型起重量為1600t,Liebherr公司的LR11200型起重量為1000t。

(2)輪式起重機(jī)主要包括全地面起重機(jī)、汽車(chē)起重機(jī)和越野輪胎起重機(jī),其中全地面起重機(jī)的噸位躍居三者榜首。受其伸縮臂結(jié)構(gòu)自重和伸縮機(jī)構(gòu)等限制,與履帶起重機(jī)相比,起重噸位相對(duì)小些,不過(guò)也接近千噸級(jí)。例如Liebherr公司最大噸位L TM1800型800t,Derrag公司的AC700型700t和 Tadano公司的550t都是全地面起重機(jī)。

(3)采用超起裝置的超大型起重機(jī),例如Manitowoc公司的2250型履帶起重機(jī),標(biāo)準(zhǔn)型時(shí)起重量為272t,增設(shè)超起臂架和超起配重后,起重量為450t,而增設(shè)環(huán)軌超起裝置,并改用重型臂架后,起重量可達(dá)到1300t。

2.2 起重行業(yè)的專(zhuān)業(yè)分工更細(xì)

有些公司專(zhuān)門(mén)從事港口集裝箱起重設(shè)備的安裝,有些公司專(zhuān)門(mén)從事鋼屋蓋的液壓起升等。有些公司專(zhuān)門(mén)從事超高超重設(shè)備的吊裝,他們充分利用液壓提升設(shè)備的特點(diǎn)用于超重、超高、大跨度的構(gòu)件安裝。這些液壓提升設(shè)備的主吊均采用大噸位的液壓千斤頂,其主要工作特點(diǎn)：

(1)起重量不受限制,通過(guò)液壓提升系統(tǒng)的擴(kuò)展組合,能滿足千噸級(jí)甚至萬(wàn)噸級(jí)構(gòu)件的吊裝。

(2)同步控制、安全受控、可手動(dòng)控制和完全自動(dòng)控制。

(3)可操作性好,液壓提升系統(tǒng)體積小、重量輕。

(4)吊裝過(guò)程平穩(wěn),無(wú)明顯附加沖擊載荷。

2.3 大量采用擴(kuò)大作業(yè)空間的新結(jié)構(gòu)、新工藝

為實(shí)現(xiàn)大起升高度和大幅度,大型起重機(jī)的起重臂廣泛采用主臂與副臂的組合方式。主臂、主臂與固定副臂、主臂與塔式副臂這三種組合己成為大型起重機(jī)的必備組合方式。

除此以外,履帶起重機(jī)又出現(xiàn)了新的臂架組合方式,副臂通過(guò)過(guò)渡節(jié)直接與主臂連接,副臂上連接副臂,其作業(yè)空間得到了有效擴(kuò)大,最大作業(yè)范圍可達(dá)到200m以上。現(xiàn)已應(yīng)用于Liebherr和Manitowoc公司的起重機(jī)上。

直升機(jī)吊裝工件比較普遍對(duì)于一般起重機(jī)械不能夠完成的吊裝工作往往考慮使用直升機(jī)進(jìn)行吊裝,有些直升機(jī)的起吊能力達(dá)到幾十噸。例如世界第一高塔加拿大多倫多電視塔其發(fā)射天線鋼桅桿就是采用直升機(jī)分段吊裝而成的。

2.4 注重信息化的集成和設(shè)備自動(dòng)化、強(qiáng)化安全報(bào)警系統(tǒng)

液壓傳動(dòng)是目前移動(dòng)式起重機(jī)普遍采用的傳動(dòng)方式,裝備了先進(jìn)的微電子智能功率控制系統(tǒng)。這些控制系統(tǒng)的不斷更新,為提高起重機(jī)的調(diào)速性能、降低操作強(qiáng)度、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、降低使用成本提供了保證。而數(shù)據(jù)總線控制技術(shù)在起重機(jī)上的應(yīng)用,將發(fā)動(dòng)機(jī)控制、液壓控制、安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)監(jiān)控和極限載荷限制集為一體,通過(guò)總線方式進(jìn)行信息傳遞與控制,實(shí)現(xiàn)了控制上真正意義的自動(dòng)化與智能化。同時(shí)借助圖形化的顯示屏顯示起重機(jī)的所有信息,例如系統(tǒng)狀態(tài)、技術(shù)參數(shù)等,甚至可協(xié)助操作者進(jìn)行故障診斷,顯示故障原因、部位及處理方法。這種先進(jìn)的控制系統(tǒng)顯著提高了控制系統(tǒng)的可靠性、作業(yè)安全性、操作舒適性和工作效率,例如Derrag和Liebherr公司一般的起重機(jī)械都采用計(jì)算機(jī)控制,能夠準(zhǔn)確計(jì)算出工件的重量,監(jiān)控機(jī)械的工作狀態(tài),并有報(bào)警與自鎖功能以及其它輔助功能。

3 大型構(gòu)件氣動(dòng)起升搬運(yùn)技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

3.1 氣動(dòng)起升搬運(yùn)技術(shù)綜述

該技術(shù)是近年來(lái)在我國(guó)施工行業(yè)逐步發(fā)展起來(lái)的新興的大型構(gòu)件出運(yùn)新技術(shù),氣囊搬運(yùn)大型構(gòu)件新工藝是受氣囊船舶下水工藝的啟發(fā),于1997年利用起重氣囊搬運(yùn)技術(shù)在福建深滬港臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)首次搬運(yùn)重480 t沉箱成功,隨后在2000年和2003年廣西防城港和汕頭港廣澳一期工程的施工中,采用該工藝又分別順利搬運(yùn)了500 t和900 t重的沉箱,從而為預(yù)制混凝土構(gòu)件的出運(yùn)開(kāi)辟了新的途徑。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)的巨大起升能力和其他優(yōu)越性能,因而受到工程界的廣泛關(guān)注。這種新穎的起重技術(shù)在大噸位、大展開(kāi)面構(gòu)件起升方面的特點(diǎn)和優(yōu)越性,是傳統(tǒng)的液壓式起重技術(shù)不能比擬的,隨著氣動(dòng)起升技術(shù)應(yīng)用的推廣和發(fā)展,并且由于控制技術(shù)發(fā)展,使這種新工藝的科技含量日益提高。

3.2 大型構(gòu)件氣動(dòng)起升搬運(yùn)系統(tǒng)的主要功能及其優(yōu)勢(shì)

大型構(gòu)件氣動(dòng)起升搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)起升技術(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,形成了集起升搬運(yùn)于一體的氣動(dòng)新系統(tǒng)。由于其內(nèi)容涉及到氣動(dòng)技術(shù)、起重技術(shù)、變頻調(diào)速、建筑工程等眾多學(xué)科領(lǐng)域,相關(guān)性較強(qiáng),是多領(lǐng)域的交叉融合。

大型構(gòu)件氣動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的功能主要包括：頂升、搬運(yùn)以及與之相聯(lián)系信息的處理等功能,這幾項(xiàng)功能也稱(chēng)為大型構(gòu)件氣動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的幾個(gè)重要環(huán)節(jié),其基本功能的組成情況見(jiàn)圖1所示。

圖1 大型構(gòu)件氣動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的功能構(gòu)成

通過(guò)對(duì)大型構(gòu)件氣動(dòng)起升搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究,該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)綠色設(shè)計(jì),綠色生產(chǎn)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)環(huán)境的影響達(dá)到最小,這是采用氣動(dòng)技術(shù)的一個(gè)重要原因。相對(duì)于真正的清潔生產(chǎn)技術(shù)而言,這里所提到的清潔生產(chǎn)僅僅指生產(chǎn)施工過(guò)程。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)。

(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便安全

整個(gè)氣動(dòng)搬運(yùn)起升系統(tǒng)主要由起升、搬運(yùn)、供氣、控制等四個(gè)子系統(tǒng)組成,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。操作簡(jiǎn)易安全,起升時(shí)利用卷?yè)P(yáng)機(jī)將氣囊拉入起升溝,無(wú)需操作人員進(jìn)入起升溝,有利于施工操作人員的安全;利用空壓機(jī)對(duì)起重氣囊充氣就可以將沉箱等大型構(gòu)件平穩(wěn)起升,可以有充分時(shí)間觀察沉箱等大型構(gòu)件姿態(tài)情況,待起升到位進(jìn)行定位后,對(duì)氣囊放氣,最后將氣囊抽出即可。

(3)系統(tǒng)適應(yīng)強(qiáng),成本低

氣囊起升搬運(yùn)時(shí)因?yàn)楹奢d分布均勻,避免了因?yàn)榫植亢奢d過(guò)大而使地基產(chǎn)生的不均勻沉降,避免了在起升過(guò)程中因局部沉降過(guò)大造成對(duì)混凝土基礎(chǔ)的損壞。對(duì)地基承載力要求低,由于氣囊底部承載力受力均勻,再通過(guò)起升溝混凝土基礎(chǔ)將荷載分散傳遞給地基,這就進(jìn)一步減小了對(duì)地基承載力的要求。這使得該系統(tǒng)具有更為廣泛的使用范圍,即可在地基差別較大的區(qū)域使用,增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性。這樣,在生產(chǎn)施工中,與普通的起重設(shè)備相比就大大簡(jiǎn)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(zhuān)用起升基礎(chǔ)的費(fèi)用。

(4)具有高的場(chǎng)地利用率

當(dāng)大型構(gòu)件大批量頂升出運(yùn)時(shí),利用氣動(dòng)出運(yùn)可以實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件的橫移、縱移,可集中進(jìn)行出運(yùn),充分利用了場(chǎng)地。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大連港、天津港、福州港、煙臺(tái)港、威海港、龍口港等港口及中港第一航務(wù)局第一工程公司、山東港灣建設(shè)有限公司、大連港預(yù)制廠等相關(guān)企業(yè)的調(diào)查,隨著港口建設(shè)與防潮壩建設(shè)的快速發(fā)展,需要出運(yùn)大量大型構(gòu)件,昭示著大型構(gòu)件氣動(dòng)頂升搬運(yùn)技術(shù)及其新型搬運(yùn)系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]王欣,高順德.大型吊裝技術(shù)與吊裝用起重設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)[J].石油化工建設(shè),2005,27(1)：58-62.

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Study on the Transporting Technology of Heavy-Large Component

WANG Chang-chun
(Weifang University,Weifang 261061,China)

Based on the extensive research of the domestic and foreign actuality of lifting and conveying large scale components,combined with the existing achievements of transporting caisson by using ballonet,this paper mainly researches the pneumatic lifting,transporting and synchronal control system.The model of the system structure is constructed and the function of the system is defined.It is very important that the large-scale component application prospect by group ballonet lifting and transporting.

heavy-large component,ballonet group,lifting,transporting

TH218

A

1671-4288(2010)06-0013-04

(責(zé)任編輯：肖恩忠)

2010-08-16

王長(zhǎng)春(1966-),男,山東昌邑人,濰坊學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院教授,工學(xué)碩士。研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)。