王子慶，李 鵬，夏文艷，齊曉燕

（山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250200）

在我國現(xiàn)代大型建筑施工過程中，通常都會采用小構(gòu)件單機(jī)吊裝，重、大構(gòu)件采用雙機(jī)抬吊的方案。這種方案配置有效降低了作業(yè)空間的限制和施工成本，提高了施工機(jī)械的使用效率，改善了施工方案的整體經(jīng)濟(jì)效益。

雙機(jī)抬吊法要求在2 臺起重設(shè)備上根據(jù)構(gòu)件的重量和尺寸特點，合理分配吊點位置，確保在整個吊裝作業(yè)過程中，2 臺起重設(shè)備承受的載荷重量始終保持在各自允許的額定載荷范圍之內(nèi)。

通常，在進(jìn)行雙機(jī)抬吊吊裝之初，吊裝操作需滿足的幾項吊裝關(guān)鍵措施，如制定詳細(xì)的吊裝方案，合理分配負(fù)荷的吊點位置，保證平衡梁基本水平，保持2 臺起重機(jī)的吊鉤處于鉛錘狀態(tài)等，在近地面處可以通過簡單的人工觀察并調(diào)整的方式滿足。但隨著吊裝高度的增加，人工觀察的難度也隨之增加，觀測精度也越來越差。此時，因2 臺起重機(jī)起升、變幅及回轉(zhuǎn)速度不一致就會造成平衡梁及吊鉤在抬吊過程中產(chǎn)生傾斜，導(dǎo)致吊裝載荷分配發(fā)生變化，失去平衡。如果調(diào)整不及時，就可能造成嚴(yán)重的起重事故。因此采取技術(shù)手段代替過去依靠指揮人員肉眼觀察平衡度的落后方式，成為當(dāng)前雙機(jī)抬吊施工作業(yè)中十分迫切的需求。

1 雙機(jī)抬吊產(chǎn)生傾斜時的模型及分析

在雙機(jī)抬吊過程中發(fā)生的傾斜主要包括兩種：一是由于2 臺起重機(jī)起升速度不一致造成的平衡梁傾斜，平衡梁的傾斜角度設(shè)為γ；二是在回轉(zhuǎn)或變幅過程中造成的吊鉤滑輪組偏斜，2 臺起重機(jī)的傾斜角度分別設(shè)為α和β，如圖1 所示。

圖1 起重機(jī)抬吊重物時的受力簡圖

由圖1 列寫平衡方程組

將上述方程組變形可得

其中F為平衡梁的自重與吊載構(gòu)件重量的疊加，K為吊裝之前就已經(jīng)計算好的數(shù)值，在進(jìn)行分析和系統(tǒng)設(shè)計時均可以作為定值。

由式(1)可以很直觀地看出，如果吊鉤能始終保持鉛錘狀態(tài)，即α=β=0，即使平衡梁在吊裝過程中發(fā)生了一些偏斜，也不會影響到吊點負(fù)荷轉(zhuǎn)矩的分配及吊鉤的承重；如果平衡梁能夠在吊裝過程中始終保持水平狀態(tài)，即γ=0，則僅會影響到2 個吊鉤的承重，而不會影響吊點的分配造成失去平衡。當(dāng)3 個角度值α、β、γ均不為零時，即會影響吊鉤的承重，也會對吊點分配造成影響，導(dǎo)致吊載失去平衡。因此，在抬吊過程中，應(yīng)盡量減小3 個傾角α、β、γ的數(shù)值；如果平衡梁偏斜，宜傾斜向安全余量較大的一側(cè)。

2 抬吊監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計

由上述分析可知，在雙機(jī)抬吊過程中，吊鉤及平衡梁的傾斜角度參數(shù)α、β、γ，對吊鉤受力及負(fù)荷分配的影響是最大的，因此在進(jìn)行偏斜檢測時，指揮人員應(yīng)重點監(jiān)控這3 個參數(shù)，并據(jù)此調(diào)整兩臺起重機(jī)的動作，從而保證整個吊裝過程的安全。

2.1 傾角傳感器的選擇

由于本系統(tǒng)檢測的吊物所處環(huán)境為非固定場合，并且所測物件是處于移動狀態(tài)，因此檢測信號采取無線數(shù)據(jù)通訊的方式最為理想。目前常用的近距離無線信號傳輸方式有藍(lán)牙通訊、Wi-Fi通訊、Zig-Bee 通訊、RFID 通訊、LoRa 通訊多種方式。考慮到本系統(tǒng)的使用條件及通用性，則通訊距離應(yīng)該至少大于300m（可用于超高層建筑施工環(huán)境），且需要抗干擾能力強(qiáng)，低功耗。

對上述幾種通訊方式進(jìn)行綜合比較，由于LoRa 通訊的方式具有較高的抗干擾性、低功耗、高穿透力和能夠適應(yīng)超過3km 的傳輸距離，能更好地適用于電建塔機(jī)和高層、超高層建筑塔機(jī)的吊裝作業(yè)。

為此，本系統(tǒng)的角度測量采用了3 個基于LoRa 無線傳輸技術(shù)的ZCT600ML-215SR 型雙軸傾角測量傳感器，可以在X軸、Y軸方向分別進(jìn)行傾斜角的測量，最大傾角測量范圍±15°，精度高，傳輸距離可達(dá)5 000m、功耗低，采用可充電鋰電池供電，適應(yīng)工業(yè)級的環(huán)境。

3 個傳感器采用最易于拆裝的粘貼方式，分別放置于2 個吊鉤上和平衡梁的一端。在放置傳感器時，為保證測量的準(zhǔn)確性，要保證傳感器的水平度，并且保持軸線與被測面的軸線平行。

2.2 無線接收及控制系統(tǒng)

由于本系統(tǒng)需要3 個無線LoRa 傾角傳感器組網(wǎng)監(jiān)測3 個監(jiān)測點，因此采用1 個LoRa 網(wǎng)關(guān)（ZCT600ML-GW）用于輪詢各傳感器傾角數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)與控制器之間采用Modbus 協(xié)議，控制主機(jī)發(fā)送讀取當(dāng)前數(shù)據(jù)命令給網(wǎng)關(guān)后，傳感器接收到命令后立即開始采集數(shù)據(jù)，并將處理好的角度數(shù)據(jù)返回數(shù)據(jù)給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再將數(shù)據(jù)緩存并發(fā)送給控制主機(jī)。

通常，基于工業(yè)環(huán)境的要求，大多數(shù)控制系統(tǒng)會首選PLC 作為控制主機(jī)。本系統(tǒng)采用三菱FX3SA-10MR-CM 型PLC，配 套RS485 通訊板FX3G-485-BD，用于與無線網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行Modbus 通訊，對從網(wǎng)關(guān)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計算，并判斷合理值，發(fā)出報警信號。

2.3 顯示裝置

為保證指揮人員能夠更清晰、直觀地了解整個抬吊吊裝狀態(tài)；且當(dāng)關(guān)閉電源或突然斷電時，系統(tǒng)能保留已采集的所有信息；當(dāng)?shù)跹b結(jié)束后，系統(tǒng)還能在一定時間段內(nèi)存儲本次吊裝的過程采集的所有數(shù)據(jù)，且能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)的導(dǎo)出與備份。

基于以上要求，本系統(tǒng)選用TPC7062TX 系列觸摸屏。該觸摸屏性價比高，支持市場上常用PLC 的硬件設(shè)備驅(qū)動，組態(tài)簡單方便；并內(nèi)置128M 的存儲空間，并支持USB 接口的數(shù)據(jù)導(dǎo)出備份。

2.4 控制點

在進(jìn)行起重機(jī)的雙機(jī)抬吊安全監(jiān)控系統(tǒng)的綜合設(shè)計時，還需要結(jié)合工程實際，設(shè)定一個合理的偏差允許值，用以在保證抬吊過程安全的同時，盡量減少調(diào)整動作，提高工作效率。

根據(jù)GB/T 28264-2017《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》的規(guī)定：在起重機(jī)械實際使用工況下，起重量的綜合誤差不應(yīng)大于5%，則亦可據(jù)此設(shè)定1-(cosα-tanγsinα）＜5%的綜合誤差；且同時滿足3 個角度α、β、γ均小于10°，用于在實際抬吊過程中的監(jiān)控，并據(jù)此對抬吊過程進(jìn)行實時調(diào)整。

2.5 系統(tǒng)操作與監(jiān)控數(shù)據(jù)

系統(tǒng)操作簡單，只需在起重機(jī)吊起重物之后，在界面內(nèi)設(shè)置K、F、F1、F2和允許偏差5 個數(shù)值，即可完成初始設(shè)定，如圖2 所示。在監(jiān)控過程中，一旦某數(shù)據(jù)超出范圍，則該數(shù)據(jù)的背景變?yōu)榧t色，提示指揮人員需根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。

圖2 起重機(jī)雙機(jī)抬吊監(jiān)控系統(tǒng)界面

系統(tǒng)還能實現(xiàn)對監(jiān)控數(shù)據(jù)的保存和對歷史數(shù)據(jù)的查詢，如圖3 所示?？梢詾榻?jīng)驗總結(jié)或事故追溯提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和分析，事故責(zé)任歸類一目了然。

圖3 起重機(jī)雙機(jī)抬吊監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)的存儲和查看

3 應(yīng)用前景

在進(jìn)行雙機(jī)抬吊施工作業(yè)時，如果不配備抬吊監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)GB 6067.1-2010《起重機(jī)安全規(guī)程》的規(guī)定，除需要滿足對起重機(jī)的起重能力進(jìn)行合理的負(fù)荷分配并進(jìn)行統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)作業(yè)的條件外，還需要指揮人員根據(jù)起重機(jī)的具體情況進(jìn)行降額使用，降額的一般要求為吊重質(zhì)量不得超過2 臺起重機(jī)所允許起重量總和的75%，每臺起重機(jī)的負(fù)荷量不宜超過其安全負(fù)荷量的80%。這就在一定程度上限制了的起重機(jī)吊裝能力，有時甚至需要選用更大一個型號的起重機(jī)，增加了施工作業(yè)的吊裝成本。

而如果配備了抬吊監(jiān)控系統(tǒng)，則可以更有針對性的提高起重機(jī)抬吊數(shù)據(jù)的觀測精度，更好地將起重機(jī)吊裝載荷控制在規(guī)定值以內(nèi)，增強(qiáng)了抬吊過程的安全性；而且在制定吊裝計劃時，還可以根據(jù)GB 6067.1-2010《起重機(jī)安全規(guī)程》的規(guī)定，將每臺起重機(jī)的吊裝范圍從75%擴(kuò)展到額定載荷，降低了施工機(jī)械的配置費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益，推動了建筑機(jī)械施工技術(shù)的進(jìn)步。