多桅桿抬吊大型筒體的新型起重控制技術

熊振軍，江金永，王自力

（中國有色金屬工業第六冶金建設有限公司，河南 鄭州 450036）

隨著工業項目的規模化發展，大型筒體設備安裝項目也日趨增多；由于大型筒體設備普遍具有外形尺寸大、整體重量較大的特點，因此該類設備通常采用現場制作安裝方案施工。為了減少高空作業風險，提高工作效率，一般選用“倒裝法”施工工藝，即借助多組桅桿先抬吊筒體設備上部結構，然后在其下部再依次組裝剩余筒節的施工工藝[1]。多桅桿抬吊工藝一般采用多個桅桿同時抬吊一臺大型非標設備，類似于“群馬拉車”的原理，目前各桅桿所用的起重設備多為電動倒鏈，倒鏈動作主要依靠人工手動控制，由于操作人員主觀認知能力局限和動作靈活性存在差異，極易導致各吊點起升不同步、受力不均勻問題，很可能產生一定的安全隱患，迫切需要解決該類問題。

1 起吊控制系統創新

1.1 桅桿抬吊原理

在筒體底板上沿圓周基線均勻布置數組鋼管桅桿（桅桿數量視起吊重量而定），桅桿腳部利用壓板焊固在底板上，其頂部分別用拖拉繩（或連接桿）與相鄰桅桿和中心錨桿連接起來，形成一體化桅桿組吊裝系統。最先組裝頂端筒節，將組焊完成的筒節提升至一定高度（H提升≥H下部筒節+100mm）后，在其正下方組焊臨近的下部筒節，待該筒節組焊完畢后，對應安裝吊耳（吊耳需均布），再利用多臺懸掛于上節筒體上的2t手動倒鏈同步拉起下部筒節，使上下筒節在懸掛狀態下進行環縫組對拼裝；如此循環往復，直至完成全部筒節組裝工作[2]。

1.2 控制系統改進原理

由于各組桅桿的電動倒鏈大都采用單體手動控制或簡單的集中供電控制，皆存在吊索張力不均衡隱患，極易導致吊索斷裂或桅桿失穩現象，必須采取針對性的控制系統改進措施。為此本文創新設計出一種多桅桿抬吊起重裝置的同步、均載自動控制系統，確保多桅桿抬吊大型筒體設備時，各桅桿起重裝置（電動倒鏈）能夠同步、均載平穩運行[3]。

該系統采用集中智能控制模式，主要包括載荷實時監測模塊、PLC變頻控制柜。載荷實時監測模塊就是在桅桿鋼管外壁（吊耳正下方位置）粘貼金屬電阻膜片，制成壓阻式壓力傳感器，PLC變頻控制柜包括變頻器和可編程序控制器（PLC）兩組系統；各桅桿抬吊作業時，所述的載荷實時監測模塊即刻采集桅桿應變信息，輸送至PLC系統，進行信息比對；先采用低頻慢速動作，調整各桅桿電動倒鏈張力一致，一旦各桅桿受力均恒，即可將各吊點倒鏈調整為同步快速運行狀態，至需要高度后，同步停止運行，即完成該吊裝作業周期。

2 具體實施方式

首先根據被吊筒體外形尺寸和最大重量設計桅桿結構及數量，桅桿制作完成后，必須進行相應的質量檢驗和壓力試驗；吊裝前應對電動倒鏈、吊索、吊耳，以及電動控制系統等進行完好性確認[4]。

如圖2所示的控制系統，在具體實施時，首先應對桅桿組進行匹配調整，所用桅桿的規格必須一致，各電動倒鏈的型號必須相同，且均為變頻電機拖動；將各桅桿均勻布置到筒體內部周邊，并將其電動倒鏈、壓力傳感器與PLC變頻控制柜的電氣線路配置完成。采用分步調節法起吊，由于各吊點初始位置差異，可能造成各桅桿倒鏈張力不同，所以第一步為預調階段，先對PLC控制系統設定一個預緊負荷值（該負荷不大于各桅桿所吊重量的20%，確保被起吊物體仍處于原位靜止狀態），再依較低頻率控制各桅桿的電動倒鏈低速動作，一旦某桅桿的負荷先期達到該設定值時，則該桅桿的電動倒鏈暫停動作，此時沒達設定值的倒鏈繼續運行，直至所有桅桿負載值全部達到設定值；第二步為快速同步提升階段，在各吊點張力一致后，暫停動作，由PLC變頻控制器再重新輸出一個較高頻率的電力參數，同時向各電動倒鏈供電，控制各電動倒鏈同步快速提升至需要高度，然后停止提升作業；至此完成一個周期的吊裝作業工序，對于其他筒節的吊裝工序再依次循環進行[5]。

圖1 多桅桿抬吊大型筒體設備示意圖

圖2 控制系統原理圖

需要補充說明的是，在筒體同步提升過程中，有可能存在風載、以及電動倒鏈失效等不確定性因素的影響，勢必產生新的不均衡負載現象；針對該情況，在PLC控制程序中設置了負載比對誤差控制裝置，當比對誤差值超過4%時，系統會自動報警，超過5%時，系統會暫停動作，直到故障排除后，再重新提升作業。

3 結語

群組桅桿抬吊大型非標設備是一種日趨成熟的施工工藝，本文結合類似工程施工經驗，改進多臺電動倒鏈拖動控制系統，采用負荷監測模塊和PLC集成控制系統，意在解決各桅桿起重不均載、提升不同步問題，進一步完善了群組桅桿抬吊大型筒體設備工藝。該吊裝系統所用機具簡單，操作方便；變高空作業為地面操作，施工安全風險降低，施工效率極大提高；由于其一次性投入資源較多，針對群組式大型筒體設備安裝工程，可以降低施工機具的攤銷周轉費用。通過該方案的實施，較好地完成了該類工程的施工任務。