开发激光监控垂直吊装的新一代起重机

摘要：文章首先指出垂直吊装是起重机安全作业，尤其是起重机抬吊安全作业基本要求，从前瞻性来看，垂直吊装仍是扫除实施起重机载荷不变的恒抬吊力吊装尚存的唯一障碍。让然后介绍了激光监控起重机垂直吊装的二个方案，其一，增设起重机垂直吊装激光监视装置以监控起重机垂直吊装，即在起重机臂杆上端安设经球绞联接的激光发生器，以其在自重和球绞自动调整下，以发出铅垂朝下的激光光束为基准，监控起重机垂直吊装；其二，增设吊车吊钩偏角激光显示与监视设置以监控起重机垂直吊装，即当吊钩产生偏角时，吊钩偏角激光光束偏离基准激光光束，显示出吊钩偏角的方向、大小，并依其操纵消除吊钩偏角实现垂直吊装。

关键词：起重机监控；新一代起重机；垂直吊装; 激光监视

中图分类号：TH213文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0017-02

文章所讨论的起重机系指流动式起重机或吊车，包括履带起重机、汽车起重机、轮胎起重机等，本文论述监控垂直吊装是开发新一代起重机的首要目标，重点分析起重机抬吊的危险来自大仰角下的不垂直吊装，以及基于恒抬吊力吊装优势前瞻地分析了垂直吊装是实现起重机恒抬吊力吊装的先决条件，同时介绍已申请专利的激光监控起重机垂直吊装的二个方案。

1监控垂直吊装是开发新一代起重机的首要目标

1.1垂直吊装是起重机安全作业基本要求

起重机稳定性差，其吊钩偏角不得超过3°，还有吊钩不垂直起吊重物摆动可能伤及周围设备和人员，尤其是大仰角下的不垂直抬吊破坏了起重机载荷的正常分配， 故垂直吊装是起重机安全作业的基本要求，然而起重机自身却没有垂直吊装的显示、监视设置，以至于起重机司机无法判断单机滑移法或旋转法吊装，以及双机、三机吊装时其吊钩是否处于垂直状态，而要由吊装指挥者，依据监视被吊重物垂直吊装者提供的信息指挥司机操纵既不及时又不准确。

1.2起重机抬吊的危险来自大仰角下的不垂直吊装

由于辅机抬送速度与主机提升速度之比值，依据速度投影定理应等于主机与辅机吊点间连线的斜率（斜率），才能实现垂直吊装，若此时仰角为77°，则辅机抬送速度与主机提升速度之比值高达4.33，且吊装中斜率不断改变，因而没有主、辅机间的密切配合是难以实现垂直吊装; 同时主、辅机吊钩产生的（主、辅机间）偏角大小，约与主、辅机各自承担的载荷成反比，若主、辅机各自承担载荷为6∶1，当主机吊钩偏角滞后0.5°（尚不易觉察），而辅机吊钩偏角竟超前3°，从吊装数学模型看起重机不垂直吊装的风险可知，若按此时仰角为77°计算辅机承担的载荷竟是吊钩偏角0°时的1.297倍，故大仰角下的不垂直抬吊破坏了起重机载荷的正常分配，因而《石油化工工程起重施工规范》的条文说明中指出：“双机抬吊是比较危险的作业，对吊装指挥及司机要求都比较高。国外有些工程管理人员对于双机抬吊作业是持否定态度的……”。

1.3垂直吊装是实现起重机恒抬吊力吊装的先决条件

1.3.1恒抬吊力吊装及其优势

依据受力明确且普遍适用的、反映吊装力三要素间关系的、起重吊装受力控制的数学模型，起重机抬吊的吊点载荷变化原因之一是被吊重物重心偏离三吊点确定的平面（吊点平面），变化的原因之二是不垂直吊装，因而三吊点与被吊重物重心共面设置、加上垂直吊装，就是实现吊点载荷不变的恒抬吊力吊装必要充分条件。为了二主机间抬吊力的均衡分配，目前在大型吊装中的普遍作法是增设平衡梁，二主机规格不同时还要增设分配梁，使吊装高度大增，由于恒抬吊力吊装各吊点载荷不变，无需设置平衡梁、分配梁，使起重吊装高度大幅度下降（以百米高塔的二主机与辅机递送吊装为例，采用平衡梁时，主机吊装高度显然超过百米；而恒抬吊力吊装时，主机吊装高度只需略高于塔体重心），且“吊车抬吊法吊装工艺是采用单主吊车或双主吊车提升卧置设备的上部，同时采用单辅助吊车或双辅助吊车抬送设备下部。当设备仰角达到70°～75°时，辅助吊车松吊钩……”，因而需由主机承担全部吊重，而恒抬力吊装由主、辅机或双主机与辅机共同承担吊重，故有望成倍降低主机规格。

1.3.2垂直吊装是实现起重机恒抬吊力吊装的先决条件

受力明确的三吊点与被吊重物重心共面设置加上垂直吊装，就是实现恒抬吊力吊装的必要充分条件；三吊点与被吊重物重心共面设置不难，吊点设置后尚可通过试吊测定的有关数据，计算出重物重心至吊点平面的数值，再予以调整，故方法简单且可靠；因而实现垂直吊装，尤其是实现大仰角下的垂直吊装，成为实施恒抬吊力吊装的全部难点。起重机多吊点转恒抬吊力递送吊装法的发明专利最近获得授权，这是恒抬吊力吊装系列中的一项，标志着吊点载荷始终不变的恒抬吊力吊装方案取得认可。恒抬吊力吊装虽有诸多优势，但是由于大仰角下的垂直吊装存在巨大风险，用现有的起重机是难以实施恒抬吊力吊装，因而开发新一代起重机成为开发恒抬吊力吊装的先决条件。

2激光监控起重机垂直吊装的二个方案

2.1增设起重机垂直吊装激光监视装置监控起重机垂

直吊装

起重机垂直吊装激光监视装置的作法是：首先在与起重机提升滑轮组定滑轮并排的起重机臂杆上端安设经球绞联接的激光发生器，由于在激光发生器自重和球绞自动调整下，在起重机工作期间始终发出铅垂朝下的基准激光光束；再通过安设的探头，将提升滑轮组的提升与激光光束画面，经具有单独将图像横向放大功能的专用计算机软件，显示于司机操作台旁的屏幕上。由于单独将图像横向放大，铅垂的直线方向不变，而非铅垂直线的斜率绝对值则变小，因而吊装时司机可以铅垂朝下的激光光束为基准，参看提升滑轮组提升绳偏斜角度被放大的画面，调控起重机吊装消除吊钩偏角，实现起重机的垂直吊装。

2.2增设吊车吊钩偏角激光显示与监视设置监控起重

机垂直吊装

由于控制起重机垂直吊装的核心是控制其吊钩的偏角，吊车吊钩偏角激光显示与监视设置即实现对起重机吊钩偏角的动态显示，在用激光作为起重机垂直吊装基准的同时，又用激光显示起重机吊钩的偏斜，直观、鲜明，并依此控制起重机销除吊钩的偏角。其作法是：

①首先将经球绞连接、始终发射铅垂朝上激光光束的基准激光发生器，装设于与起重机吊钩相联的动滑轮护夹板外侧的下方位置。

②接着将吊钩偏角激光发生器，装设于与起重机吊钩相联的动滑轮护夹板外侧的上方位置，且满足起重机吊钩偏角0°时，吊钩偏角激光发生器朝下发射（若为兰色）的激光光束中心线与基准激光发生器铅垂朝上发射（若为红色）的激光光束中心线相重合。因而当吊钩偏角0°时，红色与兰色相混发出紫光，当吊钩产生偏角时，兰色激光光束则偏离红色的基准激光光束，红、兰分明显示出偏角的方向和偏斜的程度。

③在与起重机吊钩相联的动滑轮护夹板外侧，设置经球绞连接后的无线摄像头。在起重机操作室安设无线接收机，将吊装中显示的激光图像，再现于司机操作室的屏幕上，并依此控制起重机销除吊钩的偏角。

3开发激光监视垂直吊装的新一代起重机

鉴于垂直吊装是起重机安全作业，尤其是起重机抬吊安全作业的基本要求，又是实现恒抬吊力吊装的先决条件，因此有必要进行深入的研究和实践，开创出既适合于单机吊装作业，也适合于抬吊作业，并有助于吊装工艺创新，用激光监视垂直吊装的新一代起重机。

参考文献：

[1] 林汉丁.起重机垂直吊装激光监视装置[P].中国:ZL200910-112531.9,2011-10-05.

[2] 林汉丁.吊车吊钩偏角激光显示与监视设置[P].中国:2011-10134401.2,2011-10-13.

[3] 罗顶瑞,朱兆华.大型吊装组织设计方案实例分析[M].北京:化学工业出版社,2008.

[4] 林汉丁.再议起重机恒抬吊力吊装新技术[J].石油工程建设,2010,(4):55-56.

[5] SH/T 3536-2002,石油化工工程起重施工规范[S].

[6] 林汉丁.起重吊装受力控制的数学模型[J].南京建筑工程学院学报,1996,(4):72-77.

[7] 林汉丁.起重机恒抬吊力吊装新技术[J].石油工程建设,2010,(1):76-77.

[8] SH/T 3515-2003,大型设备吊装工程施工工艺标准[S].

[9] 林汉丁.起重机多吊点转恒抬吊力递送吊装法[P].中国:ZL-200810071755.5,2011-05-04.