利用三吊点超静定起重系统的架梁起重机.pdf

本发明涉及一种利用三吊点超静定起重系统的架梁起重机，起重机架采用菱形机架结构，机架结构包括：顶部菱形结构体、立柱菱形结构体、底盘菱形结构体、后拉杆、前撑杆，三片菱形结构体通过空间连接系连在一起；其中：后拉杆上端同立柱结构体铰接，下端同底盘菱形结构体的主纵梁的尾端铰接在一起；斜撑杆主肢上端同顶部菱形结构体的主纵梁的前端铰接，下端同底盘菱形结构体前端的法兰栓接在一起。起重机的控制方法是：两边桁吊点起升卷扬机采用同步控制，中间吊点卷扬机采用同步跟踪及载荷比例控制。本发明解决了钢桁梁三桁节段由于没有成桥，结构不稳，在起吊过程中容易变形的问题。本发明将钢桁梁的重量均匀地施加在已成桥上，改善了已成桥的钢桁梁节段的线形及钢索的索力的影响问题。

1、  一种利用三吊点超静定起重系统的架梁起重机，起重机架采用菱形机架结构，其特征在于：机架结构由底盘菱形结构体，立柱菱形结构体，顶部菱形结构体，斜撑杆，后拉杆拼组构成，其中：底盘菱形结构体由三根主纵梁及平联系栓接而成；立柱菱形结构体采用箱型门式结构，下端通过法兰同底盘螺栓联接，其上部通过铰轴与后拉杆铰接；顶部菱形结构体由三片顶部主纵梁组成，主纵梁的上平面设置有起重机吊具纵向、横向移动的滑道，三片顶部主纵梁之间通过由工字梁栓接组成的菱形平联系连成一体；后拉杆为箱型结构，共三片，后拉杆的上端同立柱顶部铰接，下端同底盘主纵梁的尾端铰接；斜撑杆上端同顶部菱形结构的主纵梁的前端铰接，下端同底盘菱形结构体前端设置的法兰栓接在一起。

2、  根据权利要求1所述利用三吊点超静定起重系统的架梁起重机，其控制方法为：两边桁吊点起升卷扬机采用同步控制，中间吊点卷扬机按载荷分配值控制，六台卷扬机通过系列检测装置，将作业过程的钢绳线位移量、电机转矩、转速等工作状态信号采集进计算机集中控制系统，计算机对所有相关数据进行处理分析，适时输出调整、控制信号。

利用三吊点超静定起重系统的架梁起重机
技术领域
本发明属于一种起重设备。特别是一种利用三吊点超静定起重系统的架梁起重机。
背景技术
目前在高速铁路、桥梁施工中，大型施工设备技术得到了广泛应用，此类大型施工设备多引进、消化、吸收国外先进技术。例如：武汉天兴洲公铁两用长江大桥主桥为(98m+196m+504m+196m+98m)双塔三索面斜拉桥，全桥长1092m。斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁，三片主桁，采用焊接整体节点，N型桁架，桁高15.2m，桁宽2×15m，节间长度14m，节段最大重量为650t。这种钢桁梁节段重量大，结构复杂。过去国内采用散拼方式，工期长，劳动强度大，成本高。
常规三吊点起吊模式吊点分布不在同一直线上，三吊点构成一个起吊平面，在起吊过程中各吊点同步控制要求较低，被吊物能在重力的作用下自平衡。钢桁梁节段吊装时，三吊点在同一直线上，钢桁梁节段不易自平衡，必须通过三吊点的同步控制，动态调整钢桁梁节段的平衡状态保证安全起吊。
现阶段常见起重机的电机调速方案一般采用串并转子电阻或变频调速两种。在大型钢桁梁节段吊装的起重机系统中使用都会出现一些弊端。对于串并转子电阻方式，控制精度不高，启动冲击大，能耗电阻易出现故障。纯变频器方案，起升动作较为平稳，但下放和精确对位操作完成较为困难，需要大规模的增加制动单元和制动电阻以消耗下放位能。对于整个设备，第一、提高了设备整体造价，第二、加大了电气系统的规模和维护难度。
研发一种能够整体吊装钢桁梁节段的架梁起重机，对解决桥梁施工的工期矛盾，加快生产速度，提高生产效率和产品质量具有十分深远的意义。
发明内容
本发明的目的是在研究国内外同类产品的基础上，立足于自主创新，设计与桥梁施工紧密结合的基础上，克服工期问题，简化拼装工艺，提高生产效率，而提供一种用三吊点超静定起重系统的架梁起重机。
为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
本发明的起重机架采用菱形机架结构，其特点是：所述的菱形机架结构，由顶部菱形结构体、斜撑杆、后拉杆、立柱菱形结构体及底盘菱形结构体组成，三片菱形结构体之间通过空间连接系连成一体，后拉杆两端同立柱菱形结构体和底盘菱形结构体铰接在一起，斜撑杆上端同顶部菱形结构体的主纵梁的前端铰接，下端同底盘菱形结构体的前端通过法兰栓接在一起。三片菱形结构体的边、中桁主梁，边、中桁的后拉杆以及边、中桁斜撑主肢的中心线与钢桁梁的边、中桁主梁的中心线对应在一个平面内。
本发明还提供了一种起重机“超静定”控制方法，所述的“超静定”控制方法为：两边桁吊点起升卷扬机采用同步控制，中间吊点卷扬机按载荷分配值控制。为实现钢桁梁三点起吊过程保持“超静定”状态，六台卷扬机通过系列检测装置，将作业过程的钢绳线位移量、电机转矩、转速等工作状态信号采集进计算机集中控制系统，计算机对所有相关数据进行处理分析，按起吊过程保持“超静定”状态要求及安全作业条件，适时输出调整、控制信号。
本发明解决了钢桁梁三桁节段由于没有成桥，结构不稳，在起吊过程中容易变形的问题。本发明将钢桁梁的重量均匀地施加在已成桥上，改善了已成桥的钢桁梁节段的线形及钢索的索力的影响问题。
附图说明
图1为本发明架梁起重机侧视图。
图2为本发明顶部菱形结构体俯视图。
图3为本发明立柱菱形结构体俯视图。
图4为本发明底盘菱形结构体俯视图。
图5为本发明电气控制方框图。
图中：1M～6M-电机、VF1～VF6-变频器、WZna～WZnb-涡流制动器、CMna～CMnb-冷却风机、TZna～TZnb-推杆制动器、PZna～PZnb-盘式制动器、Mna～Mnb-扭矩传感器、Nna～Nnb-测速传感器、Hna～Hnb-位移传感器、Yna～Ynb-绳位检测开关、WF1～WF3-载荷传感器、*fsy-风速报警仪信号、**jt-现场紧停开关。
图6为本发明系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细阐述。
本发明的顶部菱形结构体(图2)主要由两片边桁顶部主纵梁和一片中桁主纵梁2-1组成，主纵梁之间的横向间距为15米，顶部主纵梁为箱型变截面结构，主梁的上平面设置了吊具纵向、横向移动的滑道，吊具纵、横移机构通过可纵、横向移动的滑车坐落在滑道上，吊具中部设有的起升动、定滑轮组，三片主纵梁之间通过由工字梁栓接组成的平联系2-2连成一体。吊具纵、横移机构可以在顶部主纵梁上平面设置的滑道上实现纵、横移，达到钢桁梁拼接要求。斜撑结构1-2主要由两片边桁箱型斜撑主肢和一片中桁箱型斜撑主肢组成，斜撑主肢之间的横向间距为15米，三片斜撑主肢之间通过由工字梁栓接组成的平联系连成一体，斜撑主肢上端与顶部主梁铰接在一起，下端通过法兰同底盘结构栓接在一起。立柱菱形结构体采用门式结构，主要由两片边桁立柱主肢和一片中桁主肢组成，三片立柱主肢(图3中3-1)为箱型变截面梁，下端通过法兰同底盘栓接，其上部通过铰轴同后拉杆铰接，三片立柱主肢之间通过由工字梁栓接成的平联系3-2连成一体；后拉杆共三片，边桁两片，中桁一片，后拉杆之间的横向间距为15米，后拉杆1-1采用箱型截面，两端分别通过铰轴同底盘主纵梁和立柱主肢铰接，后拉杆采用铰接形式。底盘菱形结构体4-1采用以箱型梁、工字型梁为主的栓接结构。设有两边桁、一中桁共三根主纵梁，主纵梁之间的横向间距为15米，三根主纵梁之间通过平面联接系连成为一体。底盘结构为立柱、斜撑杆、后拉杆、司机室、卷扬机、液压泵站等提供支承。底盘菱形结构的主纵梁前部设有立柱下前支点连接法兰，尾部锚固装置通过活动箱型横梁压在主纵梁上，前支点的横向间距以及后锚点的横向间距均为为15米。钢桁梁的三片主桁之间的横向间距为15米，钢桁梁的边、中桁主梁的中心线与三片菱形结构体的边、中桁主纵梁，边、中桁的后拉杆以及边、中桁斜撑主肢的中心线对应在一个平面内。
架梁起重机主起升设备为三组双卷扬机，由六台45kW变频电机拖动，采用变频器-涡流制动器组合调速控制方式，保障重位能负载条件下放和二次起升的安全操作。为达到桁梁三点起吊过程保持“超静定”状态，采用计算机控制技术对起重过程进行控制管理。每组双卷扬机结构上相对独立，六台卷扬机通过系列检测装置，将作业过程的钢绳线位移量、电机转矩、转速、起重载荷等工作状态信号采集进计算机集中控制系统，计算机对所有相关数据进行处理分析，按起吊过程保持“超静定”状态要求及安全作业条件，适时输出调整、控制信号。
起吊过程保持“超静定”状态自动控制工作原理(图5)：通过计算机系统对三起吊点同时按两个控制对象(工作行程和电机转矩)实行监控，三起吊点按指定方式操作运行，首先，运行过程以一边吊点(左)的工作行程为基准，另一边吊点(右)按此基准进行精确跟踪控制，由计算机系统根据检测的卷扬设备钢绳线位移量计算出两边吊点工作行程偏差值，适时校正对变频器输出的工作频率控制量，通过调整相应卷扬机组的运行速度完成工作行程跟踪控制；同时，中间吊点卷扬机组则按满足“超静定”起吊要求的载荷分配值进行控制，即中间吊点卷扬机电机转矩对两边吊点卷扬电机工作转矩进行精确跟踪，计算机系统根据卷扬电机工作转矩的检测值，按“超静定”起吊要求计算出中间吊点电机的合理工作转矩作为中吊点卷扬电机的转矩设定值，根据电机实际转矩与设定转矩的偏差值，适时校正中间卷扬设备变频器的工作频率控制量，调整中吊点卷扬机组运行速度，达到三起吊点保持“超静定”起吊控制目标。由于对电机转矩直接实行监控，有利于合理选取和有效均衡取用卷扬机功率，避免三吊点失步引起卷扬电机超载。重载条件下的下放和二次起升平稳安全操作，是通过计算机系统根据检测的电机转速信号和给定的操作值进行比较分析，按重载位能对电机工作状态的影响情况，投入适当功率容量的制动单元和能耗制动电阻，主要通过调整变频器-电机-涡流制动器组动态制动性能实现的。配合高速端的推杆制动器和低速端的盘式制动器，重载条件进行下放和二次起升可以获得良好的操控特性和安全保障。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。