開發激光監控垂直吊裝的新一代起重機

摘要：文章首先指出垂直吊裝是起重機安全作業，尤其是起重機抬吊安全作業基本要求，從前瞻性來看，垂直吊裝仍是掃除實施起重機載荷不變的恒抬吊力吊裝尚存的唯一障礙。讓然后介紹了激光監控起重機垂直吊裝的二個方案，其一，增設起重機垂直吊裝激光監視裝置以監控起重機垂直吊裝，即在起重機臂桿上端安設經球絞聯接的激光發生器，以其在自重和球絞自動調整下，以發出鉛垂朝下的激光光束為基準，監控起重機垂直吊裝；其二，增設吊車吊鉤偏角激光顯示與監視設置以監控起重機垂直吊裝，即當吊鉤產生偏角時，吊鉤偏角激光光束偏離基準激光光束，顯示出吊鉤偏角的方向、大小，并依其操縱消除吊鉤偏角實現垂直吊裝。

關鍵詞：起重機監控；新一代起重機；垂直吊裝; 激光監視

中圖分類號：TH213文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）22-0017-02

文章所討論的起重機系指流動式起重機或吊車，包括履帶起重機、汽車起重機、輪胎起重機等，本文論述監控垂直吊裝是開發新一代起重機的首要目標，重點分析起重機抬吊的危險來自大仰角下的不垂直吊裝，以及基于恒抬吊力吊裝優勢前瞻地分析了垂直吊裝是實現起重機恒抬吊力吊裝的先決條件，同時介紹已申請專利的激光監控起重機垂直吊裝的二個方案。

1監控垂直吊裝是開發新一代起重機的首要目標

1.1垂直吊裝是起重機安全作業基本要求

起重機穩定性差，其吊鉤偏角不得超過3°，還有吊鉤不垂直起吊重物擺動可能傷及周圍設備和人員，尤其是大仰角下的不垂直抬吊破壞了起重機載荷的正常分配， 故垂直吊裝是起重機安全作業的基本要求，然而起重機自身卻沒有垂直吊裝的顯示、監視設置，以至于起重機司機無法判斷單機滑移法或旋轉法吊裝，以及雙機、三機吊裝時其吊鉤是否處于垂直狀態，而要由吊裝指揮者，依據監視被吊重物垂直吊裝者提供的信息指揮司機操縱既不及時又不準確。

1.2起重機抬吊的危險來自大仰角下的不垂直吊裝

由于輔機抬送速度與主機提升速度之比值，依據速度投影定理應等于主機與輔機吊點間連線的斜率（斜率），才能實現垂直吊裝，若此時仰角為77°，則輔機抬送速度與主機提升速度之比值高達4.33，且吊裝中斜率不斷改變，因而沒有主、輔機間的密切配合是難以實現垂直吊裝; 同時主、輔機吊鉤產生的（主、輔機間）偏角大小，約與主、輔機各自承擔的載荷成反比，若主、輔機各自承擔載荷為6∶1，當主機吊鉤偏角滯后0.5°（尚不易覺察），而輔機吊鉤偏角竟超前3°，從吊裝數學模型看起重機不垂直吊裝的風險可知，若按此時仰角為77°計算輔機承擔的載荷竟是吊鉤偏角0°時的1.297倍，故大仰角下的不垂直抬吊破壞了起重機載荷的正常分配，因而《石油化工工程起重施工規范》的條文說明中指出：“雙機抬吊是比較危險的作業，對吊裝指揮及司機要求都比較高。國外有些工程管理人員對于雙機抬吊作業是持否定態度的……”。

1.3垂直吊裝是實現起重機恒抬吊力吊裝的先決條件

1.3.1恒抬吊力吊裝及其優勢

依據受力明確且普遍適用的、反映吊裝力三要素間關系的、起重吊裝受力控制的數學模型，起重機抬吊的吊點載荷變化原因之一是被吊重物重心偏離三吊點確定的平面（吊點平面），變化的原因之二是不垂直吊裝，因而三吊點與被吊重物重心共面設置、加上垂直吊裝，就是實現吊點載荷不變的恒抬吊力吊裝必要充分條件。為了二主機間抬吊力的均衡分配，目前在大型吊裝中的普遍作法是增設平衡梁，二主機規格不同時還要增設分配梁，使吊裝高度大增，由于恒抬吊力吊裝各吊點載荷不變，無需設置平衡梁、分配梁，使起重吊裝高度大幅度下降（以百米高塔的二主機與輔機遞送吊裝為例，采用平衡梁時，主機吊裝高度顯然超過百米；而恒抬吊力吊裝時，主機吊裝高度只需略高于塔體重心），且“吊車抬吊法吊裝工藝是采用單主吊車或雙主吊車提升臥置設備的上部，同時采用單輔助吊車或雙輔助吊車抬送設備下部。當設備仰角達到70°～75°時，輔助吊車松吊鉤……”，因而需由主機承擔全部吊重，而恒抬力吊裝由主、輔機或雙主機與輔機共同承擔吊重，故有望成倍降低主機規格。

1.3.2垂直吊裝是實現起重機恒抬吊力吊裝的先決條件

受力明確的三吊點與被吊重物重心共面設置加上垂直吊裝，就是實現恒抬吊力吊裝的必要充分條件；三吊點與被吊重物重心共面設置不難，吊點設置后尚可通過試吊測定的有關數據，計算出重物重心至吊點平面的數值，再予以調整，故方法簡單且可靠；因而實現垂直吊裝，尤其是實現大仰角下的垂直吊裝，成為實施恒抬吊力吊裝的全部難點。起重機多吊點轉恒抬吊力遞送吊裝法的發明專利最近獲得授權，這是恒抬吊力吊裝系列中的一項，標志著吊點載荷始終不變的恒抬吊力吊裝方案取得認可。恒抬吊力吊裝雖有諸多優勢，但是由于大仰角下的垂直吊裝存在巨大風險，用現有的起重機是難以實施恒抬吊力吊裝，因而開發新一代起重機成為開發恒抬吊力吊裝的先決條件。

2激光監控起重機垂直吊裝的二個方案

2.1增設起重機垂直吊裝激光監視裝置監控起重機垂

直吊裝

起重機垂直吊裝激光監視裝置的作法是：首先在與起重機提升滑輪組定滑輪并排的起重機臂桿上端安設經球絞聯接的激光發生器，由于在激光發生器自重和球絞自動調整下，在起重機工作期間始終發出鉛垂朝下的基準激光光束；再通過安設的探頭，將提升滑輪組的提升與激光光束畫面，經具有單獨將圖像橫向放大功能的專用計算機軟件，顯示于司機操作臺旁的屏幕上。由于單獨將圖像橫向放大，鉛垂的直線方向不變，而非鉛垂直線的斜率絕對值則變小，因而吊裝時司機可以鉛垂朝下的激光光束為基準，參看提升滑輪組提升繩偏斜角度被放大的畫面，調控起重機吊裝消除吊鉤偏角，實現起重機的垂直吊裝。

2.2增設吊車吊鉤偏角激光顯示與監視設置監控起重

機垂直吊裝

由于控制起重機垂直吊裝的核心是控制其吊鉤的偏角，吊車吊鉤偏角激光顯示與監視設置即實現對起重機吊鉤偏角的動態顯示，在用激光作為起重機垂直吊裝基準的同時，又用激光顯示起重機吊鉤的偏斜，直觀、鮮明，并依此控制起重機銷除吊鉤的偏角。其作法是：

①首先將經球絞連接、始終發射鉛垂朝上激光光束的基準激光發生器，裝設于與起重機吊鉤相聯的動滑輪護夾板外側的下方位置。

②接著將吊鉤偏角激光發生器，裝設于與起重機吊鉤相聯的動滑輪護夾板外側的上方位置，且滿足起重機吊鉤偏角0°時，吊鉤偏角激光發生器朝下發射（若為蘭色）的激光光束中心線與基準激光發生器鉛垂朝上發射（若為紅色）的激光光束中心線相重合。因而當吊鉤偏角0°時，紅色與蘭色相混發出紫光，當吊鉤產生偏角時，蘭色激光光束則偏離紅色的基準激光光束，紅、蘭分明顯示出偏角的方向和偏斜的程度。

③在與起重機吊鉤相聯的動滑輪護夾板外側，設置經球絞連接后的無線攝像頭。在起重機操作室安設無線接收機，將吊裝中顯示的激光圖像，再現于司機操作室的屏幕上，并依此控制起重機銷除吊鉤的偏角。

3開發激光監視垂直吊裝的新一代起重機

鑒于垂直吊裝是起重機安全作業，尤其是起重機抬吊安全作業的基本要求，又是實現恒抬吊力吊裝的先決條件，因此有必要進行深入的研究和實踐，開創出既適合于單機吊裝作業，也適合于抬吊作業，并有助于吊裝工藝創新，用激光監視垂直吊裝的新一代起重機。

參考文獻：

[1] 林漢丁.起重機垂直吊裝激光監視裝置[P].中國:ZL200910-112531.9,2011-10-05.

[2] 林漢丁.吊車吊鉤偏角激光顯示與監視設置[P].中國:2011-10134401.2,2011-10-13.

[3] 羅頂瑞,朱兆華.大型吊裝組織設計方案實例分析[M].北京:化學工業出版社,2008.

[4] 林漢丁.再議起重機恒抬吊力吊裝新技術[J].石油工程建設,2010,(4):55-56.

[5] SH/T 3536-2002,石油化工工程起重施工規范[S].

[6] 林漢丁.起重吊裝受力控制的數學模型[J].南京建筑工程學院學報,1996,(4):72-77.

[7] 林漢丁.起重機恒抬吊力吊裝新技術[J].石油工程建設,2010,(1):76-77.

[8] SH/T 3515-2003,大型設備吊裝工程施工工藝標準[S].

[9] 林漢丁.起重機多吊點轉恒抬吊力遞送吊裝法[P].中國:ZL-200810071755.5,2011-05-04.