楊瀾 楊文超 王婧

摘 要：現(xiàn)如今城市化進(jìn)程越來(lái)越快，使得市場(chǎng)上對(duì)塔機(jī)的需求也不斷增加。在工程實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)塔式起重機(jī)長(zhǎng)期處于力矩不平衡容易翻折的問(wèn)題，為此本文設(shè)計(jì)了一種基于分布式光纖的自動(dòng)配種的塔吊機(jī)電系統(tǒng)，主要原理在塔身的周圍側(cè)立面上設(shè)置用于測(cè)量塔身應(yīng)變的分布式光纖從而能根據(jù)起重臂和平衡臂兩端力矩平衡進(jìn)行自動(dòng)配重，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞：分布式光纖;塔吊機(jī)電系統(tǒng);自動(dòng)配重;智能

引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，裝配式建筑的發(fā)展對(duì)于大型塔吊的需求明顯增加。高層建筑的加速建造使得塔吊的安全問(wèn)題越來(lái)越值得重視[1]。傳統(tǒng)塔機(jī)運(yùn)用的技術(shù)主要是一次性配重的原理，這種不靈活的配重方式使得塔機(jī)長(zhǎng)期處于一種力臂不平衡的狀態(tài)，容易發(fā)生事故。塔吊自身構(gòu)造較復(fù)雜、作業(yè)環(huán)境惡劣等特種機(jī)械設(shè)備高風(fēng)險(xiǎn)屬性，一旦發(fā)生事故，會(huì)帶來(lái)巨大的損失，因此對(duì)其全過(guò)程進(jìn)行安全管理和監(jiān)測(cè)預(yù)警具有重大意義[2]。

1.解決方案的提出

傳統(tǒng)的塔式起重機(jī)大多數(shù)都采用一次性配重的方式。這種方式在對(duì)于起吊不同重量的物體時(shí)，不能很好的進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而出現(xiàn)在沒(méi)有工作時(shí)，平衡臂端的重量遠(yuǎn)大于起重臂端的重量的狀況。

本文通過(guò)研究對(duì)塔機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一種基于分布式光纖技術(shù)能根據(jù)起重臂和平衡臂兩端力矩平衡進(jìn)行自動(dòng)配重的塔機(jī)機(jī)電系統(tǒng)，在一定程度上提高了安全性，具有安全、智能化的特點(diǎn)。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1塔身設(shè)計(jì)

塔身是整個(gè)結(jié)構(gòu)的支撐，因?yàn)樾枰皶r(shí)的測(cè)量塔身根據(jù)起吊不同重物的而發(fā)生的相應(yīng)的變化，所以在塔身四周的側(cè)立面上設(shè)置了有用于測(cè)量塔身應(yīng)變的分布式光纖。

2.2平衡臂結(jié)構(gòu)

平衡臂的構(gòu)建是整個(gè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，平衡臂由懸臂體、配重體以及配重體位置的調(diào)整機(jī)構(gòu)三個(gè)部分組成。懸臂體水平的固定在塔身上，配重體和配重體的調(diào)整機(jī)構(gòu)都分別依附在懸臂體的上下表面。為了匹配不同重量的起吊物，設(shè)置有若干能在懸臂體上滑動(dòng)的配重體。配重體主要包括滑臺(tái)座、配重塊、固定夾板等。在平衡力矩不平衡的狀況時(shí)，滑塊需要進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)，所以在懸臂體上設(shè)置有雙導(dǎo)向滑軌，使得移動(dòng)更加的穩(wěn)定?；_(tái)座安裝了相應(yīng)的夾板，活動(dòng)的夾板使得滑臺(tái)座進(jìn)行相應(yīng)的回轉(zhuǎn)，使得配重體能更加靈活的移動(dòng)。

2.3整體架構(gòu)連接

配重體位置調(diào)整機(jī)構(gòu)位于懸臂體下方由調(diào)整電機(jī)、調(diào)整絲杠、調(diào)整滑塊等組成。軌道梁位于懸臂體正下方與懸臂體相平行，通過(guò)液壓伸縮桿吊裝連接在懸臂體下表面。調(diào)整電機(jī)水平固裝在軌道梁上表面，調(diào)整絲杠用于連接電機(jī)電軸和軌道梁，整體與軌道梁相平行。調(diào)整滑塊通過(guò)內(nèi)部的絲母套裝連接在調(diào)整絲杠上，底部與軌道梁滑動(dòng)接觸配合。調(diào)整滑塊頂部固定設(shè)置有棘爪凸塊，與配重體的滑臺(tái)座底部的棘爪凹槽插接配合，從而構(gòu)成整個(gè)架構(gòu)。

3.控制過(guò)程

3.1準(zhǔn)備階段

在起吊重物之前，控制液壓的伸縮桿伸長(zhǎng)，直到軌道梁下降到設(shè)定好的高度，此時(shí)棘爪凸塊頂部的高度低于滑臺(tái)座的下表面。

當(dāng)軌道梁調(diào)整完后，啟動(dòng)配重體的位置調(diào)整電機(jī)，帶動(dòng)配重體位置調(diào)整絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整滑塊沿軌道梁移動(dòng)，直到移動(dòng)到距離塔身最遠(yuǎn)的配重體正下方。使棘爪凹槽正對(duì)，然后控制液壓伸縮桿的回縮，使軌道梁同步上升，直到棘爪凸塊完全插入棘爪凹槽內(nèi)。

完成之后再次啟動(dòng)配重體位置調(diào)整電機(jī)，帶動(dòng)配重體位置調(diào)整絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)調(diào)整滑塊沿軌道梁并朝向塔身進(jìn)行移動(dòng)，最終帶動(dòng)距離塔身最遠(yuǎn)的配重體同步朝向塔身移動(dòng)，而其余的配重體會(huì)被距離塔身最遠(yuǎn)的配重體推著移動(dòng)，直到所有的配重體全部移動(dòng)到距離塔身最近的位置處。

3.2平衡力矩

在完成準(zhǔn)備工作之后就可以進(jìn)行起吊，隨著重物被吊起，起重臂一側(cè)的重量增大，此時(shí)位于起重臂一側(cè)的塔身側(cè)立面的應(yīng)變將發(fā)生改變，分布式光纖對(duì)應(yīng)變式的變化量進(jìn)行及時(shí)測(cè)量。當(dāng)起重臂一側(cè)塔身側(cè)立面的應(yīng)變值超過(guò)平衡臂一側(cè)后，說(shuō)明力矩不平衡，需要恢復(fù)平衡保障安全。重新啟動(dòng)配重體位置調(diào)整電機(jī)，使距離塔身最遠(yuǎn)的配重體遠(yuǎn)離塔身移動(dòng)。隨著配重體的移動(dòng)，平衡臂一側(cè)塔身側(cè)立面的應(yīng)變值會(huì)逐漸增大，當(dāng)起重臂側(cè)的應(yīng)變值與平衡臂側(cè)達(dá)到一致時(shí)，配重體停止移動(dòng)，達(dá)到力矩平衡狀態(tài)。

如果距離塔身最遠(yuǎn)的配重體移動(dòng)到平衡臂最遠(yuǎn)端時(shí)，力矩仍未達(dá)到平衡狀態(tài)，則控制軌道梁下降，使棘爪凸塊與距離塔身最遠(yuǎn)的配重體上的棘爪凹槽脫離，然后控制配重體位置調(diào)整滑塊朝著塔身移動(dòng)，直到棘爪凸塊移動(dòng)到距離塔身第二遠(yuǎn)的配重體下方，接著控制軌道梁上升，使棘爪凸塊插入上方的棘爪凹槽內(nèi)。接下來(lái)控制配重體位置調(diào)整滑塊遠(yuǎn)離塔身移動(dòng)，并帶動(dòng)距離塔身第二遠(yuǎn)的配重體遠(yuǎn)離塔身移動(dòng)，此過(guò)程中平衡臂一側(cè)塔身側(cè)立面的應(yīng)變值會(huì)進(jìn)一步增大，直到該配重體停止移動(dòng)，力矩達(dá)到平衡狀態(tài)。若距離塔身第二遠(yuǎn)的配重體移動(dòng)到平衡臂最遠(yuǎn)端時(shí)，力矩仍未達(dá)到平衡狀態(tài)，調(diào)整剩余的配重體的位置，直到最終達(dá)到力矩平衡狀態(tài)。

4.總結(jié)

現(xiàn)如今塔機(jī)發(fā)生事故的概率也是日漸增大。提高塔機(jī)運(yùn)作的安全指數(shù)已是勢(shì)在必行。必須從技術(shù)手段上加強(qiáng)對(duì)塔吊使用過(guò)程和行為有效的監(jiān)督、切實(shí)預(yù)警以及安全控制，才能有效地防范和減少塔吊在運(yùn)行過(guò)程中的危險(xiǎn)因素和安全隱患。而該文章所講述的自動(dòng)配重塔機(jī)機(jī)電系統(tǒng)在一定程度上發(fā)揮了作用，具有應(yīng)用價(jià)值。在高效工作的同時(shí)保障了運(yùn)作時(shí)塔機(jī)和工作人員的安全。具有安全、可靠、智能、自動(dòng)等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 余群舟，孫博文，駱漢賓，周榮，李亞巍.塔吊事故統(tǒng)計(jì)分析[J].建筑安全， 2015， 30 （11）： 10-13.

[2] 郁志明. 塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 東北大學(xué)，2017.

*項(xiàng)目基金：本文是桂林電子科技大學(xué)2020年自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目“塔吊其中機(jī)之惡能配重系統(tǒng)”的項(xiàng)目成果，項(xiàng)目編號(hào)是：202010595078

（1.桂林電子科技大學(xué)商學(xué)院 廣西 桂林 541004;2.桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 廣西 桂林 541004）