垂直运输机械

2024-11-05

垂直运输机械（精选4篇）

垂直运输机械篇1

1 工程概况

某工程位于天津市, 地下3层, 地上36层, 建筑总高度160 m, 建筑面积120 506 m2。主体结构形式为钢筋混凝土框架核心筒结构, 周边钢框架结构体系, 是集五星级酒店、高级写字楼、高档商业、地下车库及附属配套设施为一体的综合性建筑。该大楼钢结构主要由钢柱、钢梁组成, 其中钢柱主要采用十字型劲性柱, 核心筒为钢筋混凝土剪力墙结构, 内藏H型钢劲性柱。本工程主要垂直运输工程量有:型钢结构件10 020 t, 混凝土54 100 m3, 钢筋9 800 t, 模板23.8万m2, 楼承板61 200 m2。该工程结构工程持续280日历天, 施工工期紧, 场地较为狭小, 构件较多, 垂直运输工作量大, 在时间、空间、组织等方面有大量的重叠交叉。

2 垂直运输机械方案设计

本工程主体结构施工阶段宜采用施工升降机+塔式起重机+混凝土输送泵、布料杆的组合配置, 由混凝土输送泵和混凝土布料杆输送混凝土, 由塔式起重机承担吊装和大件材料运输, 由施工升降机运送人员和零散材料。

通过运用垂直运输机械综合优化技术, 即将运输对象按短期集中性供应和长期经常性供应分类、按需用时间空间从专供、联分供和分时段供的三种方式进行分组, 进行经济技术比较以确定较优的运输方式。对项目进行整合, 确定运输供应方式、时间和空间安排, 以达到少干扰、直供范围大、综合服务能力强、供应能力适合、调节安排有序, 同时使得在一定的条件、时间和空间内综合费用较低。

垂直运输机械的确定工艺流程:资料搜集整理→施工主要垂直运输机械的选择、布置→大宗长期等构件方案优化→拟定单个垂直运输机械初步作业计划→垂直运输机械综合优化→实施过程动态控制。

3 施工主要垂直运输机械的选择布置

施工主要垂直运输机械的选择布置见表1。

3.1 塔式起重机的选择

(1) 按先主塔、后副塔的顺序进行选择。

(2) 根据拟建建筑物的设计特征、建筑场地条件、初步技术方案、自有设备等初步确定主塔位置、数量→确定副塔的位置、数量→依据技术参数确定主塔型号→在已知条件下, 依据技术参数确定主塔型号→初步确定主要服务范围、对象→整理初步方案费用。

(3) 根据拟建建筑物的设计特征、建筑场地条件和周边环境等条件确定主塔位置, 应考虑作业覆盖区域、可吊构件经济运送条件、安装的经济长度等参数及堆场设置区域。在结构电图纸上选定位置, 在施工现场平面布置图上标定位置、作业覆盖范围。当有几种可行位置时, 选好两种较优方案, 均应绘制成图、标明方案号。

(4) 副塔选择应考虑作业面尽可能覆盖, 临作业覆盖区域汇交面积尽量小, 应注意群塔作业的相关要求。并在施工现场平面布置图上选定位置, 当有多种组合时, 选好几种可行方案, 并在施工现场平面布置图上绘制, 标明方案号。

(5) 塔式起重机型号位置选定后应初步确定主要服务范围、对象和运送作业量并形成文字记录。

3.2 混凝土泵的选择

(1) 根据拟建建筑物的设计特征、建筑场地条件、初步技术方案等条件, 初步确定混凝土泵的供应位置以及混凝土运输管道的位置、数量, 最后根据市场供应条件确定是否设置备用管道及数量。

(2) 应考虑泵管的输送距离, 以方便混凝土罐车行走。

(3) 按建筑施工高度分段确定混凝土泵的型号和供应时段。

(4) 按混凝土泵的出口压力和排量确定混凝土输送泵的电机功率、分配阀形式, 通过技术经济比较, 确定混凝土输送泵的型号和数量。

(5) 解决输送管道的耐磨性、耐高压性以及输送管道的支撑、更换、清洗和故障排除等问题。

混凝土输送泵配置3台, 南裙楼、主楼、北裙楼各配置一台。主楼混凝土输送管道核心筒主楼框架部分各配置一道, 主楼80 m以上采用耐磨、耐高压管道, 同时设混凝土洗泵回水管道DN220×5钢管一道, 4 m3沉淀池一座。

3.3 施工施工升降机的选择

依据工程规模、建筑高度选择施工升降机的载重、提升速度。按施工阶梯流水高度选择是否在核心筒一侧内置。选择施工升降机的布置型号、位置和数量。

(1) 施工升降机应优选人货两用施工升降机。

(2) 根据施工人员上班、下班高峰人次所需供应能力、拟建建筑物的设计特征、输送高度等选定施工升降机型号和数量。

(3) 根据各专业的施工工艺, 作业特点调整作业时间。

主体施工阶段设置高速施工升降机一台。施工配置经计算符合施工计划要求。

4 大宗长期构件方案优化

超高层结构采用箱形钢柱、十字形钢柱、H型钢柱等钢结构件, 其通常为大宗长期构件, 每延米重量较大。

(1) 钢柱机械吊装能力分析:根据塔式起重机机械性能参数, 如相应的钢丝绳倍率、臂长时的起重半径、起重量, 按钢结构二次深化设计平面布置图的钢柱柱号、位置、作业半径、最大起吊重量绘制成表。对于H型钢柱由于延长米重量较小, 分段仅考虑运输长度即可, 不做吊装分析。

(2) 依据吊装机械吊装能力分析, 将钢构件按实际操作要求划分竖向分段, 绘制钢柱竖向安装分段划分图。

(3) 大型短期构件在塔式起重机方案初步设计时即做考虑, 对大型短期构件合理分段, 进行吊装机械吊装能力分析, 并绘制分段概略图, 如大厅钢桁架、大型钢斜撑等 (图1, 表2, 3) 。

5 拟定单个垂直运输机械初步作业计划

(1) 按初步吊装计划和施工进度计划拟定单个垂直运输机械初步作业计划。

(2) 单个垂直运输机械初步作业计划应有作业时间、作业范围和作业施工段等具体时间空间参数 (表4) 。

6 垂直运输机械综合优化

(1) 将运输对象按短期集中性供应和长期经常性分类。

(2) 按需用时间空间从专供、联分供和分时段供三种方式进行分组经济技术比较, 选择较优初步方案。

(3) 依据初步方案按机械作业计划, 对出现较大矛盾的安排组织进行调整, 以确定运输供应时间和空间安排。

(4) 安排组织进行整合, 以确定运输供应时间、空间安排。时间、空间安排不足的散宗材料采用定向滑轮或其他小型起重机具的物料提升设施作为补充, 或调整技术方案。利用附着式升降脚手架、液压爬升模板等技术减轻垂直运输工作量。

(5) 单个垂直运输机械初步作业计划应有作业时间、作业范围、作业施工段等具体时间空间参数 (图2–4) 。

7实施过程动态控制

(1) 建筑施工不确定因素较多, 对于专供、联分供的材料运用PDPC的方法事先制订备用方案, 以便动态调整。

(2) 按照定人、定机、定时间、定服务对象、定作业空间的原则, 拟定作业计划, 由专门组织执行。

8 结束语

(1) 按先解决主要矛盾、后解决次要矛盾的顺序进行选择垂直运输机械布置, 通过分组经济技术比较, 选择较优初步方案, 有利于提高配套运输设施能力的可靠性。

(2) 依据初步方案的机械作业计划, 通过组织进行合理调配确定运输供应时间、空间安排, 实现综合配置优化管理。

(3) 由于建筑施工受施工条件、社会环境的影响较大, 不确定因素较多, 配置了动态调整组织机制, 有利于施工组织协调。

(4) 通过大宗长期构件方案优化, 减少劳动强度, 减少作业时间提高了施工效率。

摘要：某高层建筑, 建筑总高度160m, 主体结构施工阶段设计采用施工升降机+塔式起重机+混凝土输送泵、布料杆的组合配置方式, 通过资料收集, 确定施工主要垂直运输机械的选型和布置, 设计了动态调整机制, 并对长期构件进行方案优化, 减少了劳动强度, 减少了作业时间, 提高了施工效率。

关键词：超高层,钢筋混凝土,框架结构,垂直运输,机械管理,优化配置

参考文献

[1]GB50755—2012, 钢结构工程施工规范[S].

[2]GB50205—2001, 钢结构工程施工质量验收规范[S].

垂直运输机械篇2

在考虑垂直运输设施时，必须同时考虑与其配合的水平运输手段，

当使用塔式起重机作垂直和水平运输时，要解决好料笼和料斗等材料容器的问题。由于外脚手架(包括桥式脚手架和吊篮)承受集中荷载的能力有限，因此一般不使用塔吊直接向外脚手架供料;当必须用其供料时，则需视具体条件分别采取以下措施：1)在脚手架外增设受料台，受料台则悬挂在结构上(准备2~3层用量，用塔吊安装);2)使用组联小容器，整体起吊，分别卸至各作业地点;3)在脚手架上设置小受料斗(需加设适当的拉撑)，将砂浆分别卸注于小料斗中，

当使用其他垂直运输设施时，一般使用手推车(单轮车、双轮车和各种专用手推车)作水平运输。其运载量取决于可同时装入几部车子以及单位时间内的提升次数。

(5)装设条件

垂直设施装设的位置应具有相适应的装设条件，如具有可靠的基础、与结构拉结和水平运输通道条件等。

(6)设备效能的发挥

必须同时考虑满足施工需要和充分发挥设备效能的问题。当各施工阶段的垂直运输量相差悬殊时，应分阶段设置和调整垂直运输设备，及时拆除已不需要的设备。

(7)设备的充分利用问题

垂直运输机械篇3

舰载垂直装填机械是舰载垂直发射系统的一种多关节、可伸缩折叠式特种起重机,用于舰载武器的装填作业。由于海浪作用以及吊重与装填机械臂末端是通过柔性钢缆连接,吊重不可避免地会产生摆动[1]。这种摆动对装填的工作效率和作业安全都会产生很大的危害,直接影响装填的快速性,因此如何消除这种摆动至关重要,而建立其动力学模型是实现消摆的前提。

文献[1]、[2]利用机器人动力学建模原理,将船体看作虚拟杆件,采用拉格朗日方法建立了在船体横摇条件下舰载起重机的动力学模型,但该模型过于复杂,且不能很好反映吊重的摆振情况。文献[3]同样利用机器人动力学建模原理,将履带式起重机的吊顶与吊重的连接处等效为虚拟杆件,采用牛顿-欧拉方法建立了履带式起重机的动力学模型,其推导较为简单,并能够直观的反映吊重的摆振情况,但是它是在静机座条件下的。本文将舰载垂直装填机械看作机器人机械手系统,将船体及吊顶与吊重的连接处均看作虚拟杆件,采用牛顿-欧拉法递推公式建立动机座条件下的吊重摆振动力学模型。

2 机械手模型

舰载垂直装填机械在装填作业时,吊重从起吊点吊运到目标位置上方的过程中,吊重高度保持不变,吊臂不做伸缩运动,所以可不考虑吊臂的伸缩关节,因而可将其等效为具有5个杆件的开链式机器人机械手系统,如图1(a)所示。每个杆件只有一个自由度,各杆件之间通过回转关节连接,其中,杆件1为虚拟杆件,即将舰艇本身看成是从舰艇横摇摇心(这里只考虑横摇作用)到装填机机座的虚拟杆,假设该杆件的一端即横摇摇心是固定于一个固定刚性机座上,可绕横摇轴转动[2],且该杆件的质量集中于横摇中心,关节变量θ1为横摇角;杆件2为装填机回转臂,关节变量θ2为平台回转角度;杆件3为起重臂,关节变量θ3为起重臂的俯仰角度;杆件5为悬吊钢绳和吊重。由于吊重自由地悬吊于臂架的吊顶,为了描述吊重的空间运动,这里引入了一个质量和长度均为零的虚拟杆件4[3],利用与之相连的虚拟关节的关节变量θ4、θ5及起升悬吊钢绳的长度来描述吊重相对于吊顶的空间位置。

为简化分析,这里作如下假定:

1)假定各杆件仅在其质心处具有集中质量,并视各杆件为刚性;

(2)由于在武器的装填吊运过程中一般有工作人员对吊重进行扶持,所以可以忽略风载的影响和吊重的自旋。

根据机器人动力学建模原理,各杆件附体坐标系的建立如图1(a)中所示,图中各坐标系均遵从右手法则。与杆i(i=0,1,…5)固连的坐标系Oi-XiYiZi简称为系i。

由于用θ4描述吊重摆振不很直观,故采用图1(b)中的摆角φ代之,其中φ=θ4+θ3-3π/2,是钢缆在起升平面上的投影与铅垂线的夹角;θ5为钢缆与起升平面的夹角。这样,通过φ、θ5和钢绳的长度便可以完全确定吊重相对于臂架悬吊点的空间位置[3]。

采用修改的D-H(Danvit-Hartenberg)参数[4]确定齐次变换矩阵i-1Ai,即:

式中,i=1,2,…,5;ci=cosθi;si=sinθi;cαi=cosαi;sαi=sinαi(本文中各三角函数以此方法表示)。ii-1R为3×3阶矩阵,为系i中矢量对系i-1的旋转变换矩阵;ii-1P为3×1阶矩阵,为系i-1原点向系i原点移动的位置矢量;O为3×1阶零矩阵。

齐次变换矩阵i-1Ai中的各参数值见表1。

表1中,LB为吊臂的长度;(ex,ey,ez)为系2的原点在系1中的坐标值。

3 动力学模型与优化

3.1 动力学模型

目前常见的机器人动力学建模的方法有牛顿—欧拉法、拉格朗日法、凯恩法、最小约束的高斯原理法等[5]。本文采用递推的牛顿-欧拉法[5]推导系统动力学方程。

假定横摇中心机座是刚性且固定的,则有w0=w觶0=v觶c0=0,若令v觶0=[0 g 0]T(g为重力加速度),在递推过程中自动记入各杆件自身重力。列出已知参数为

其中,rc3为起重臂下铰点到起重臂架质心的距离;LR为吊重处于所要求高度时悬吊钢绳的长度;h为回转臂的长度。

假定各杆件只具有集中质量,则

因杆5所受外力始终沿其附体坐标系的x轴方向(重力已计入加速度),设大小为F,所以杆5所受驱动力和力矩为f5=[F 0 0]T,n5=0。

将以上已知条件先后代入牛顿—欧拉正向递推公式和反向递推公式[5]得到各杆件的角速度、角加速度、加速度和质心加速度及各关节驱动力和力矩。此外,杆1所受力矩根据各级海情确定。

由各关节驱动力矩方程,及杆5的质心加速度在其附体坐标系中y、z轴的分量为0,可得到舰载垂直装填机械进行回转和俯仰运动时的动力学方程组为

其中:

s34=sin(θ3+θ4),c34=cos(θ3+θ4),τ2、τ3分别为关节2和关节3的驱动力矩,m3为吊臂质量。

不难看出,该方程组是一个非常复杂的多变量、强耦合、强非线性的二阶微分方程组,它较为准确地反映了舰载垂直装填机械进行回转和俯仰作业时吊重的运动状态,不仅包含切向力和向心力对机体的影响,还包含哥氏力的影响。

3.2 模型优化

对于上述方程组所描述的舰载垂直装填机械模型,实现完全控制是困难的。为了降低控制难度,做如下优化处理:

1)因为主要是要实现装填机在做回转运动过程中的消摆,所以只考虑做回转运动的工况,则此时有θ觶3=θ¨3=0,且方程(3)可略去;

2)因为装填机的运行速度一般不大,所以可以忽略离心力和哥氏力影响,即略去方程中速度相乘的项。

3)将φ=θ4+θ3-3π/2代入消去θ4,用φ、θ5描述吊重摆角,使模型更直观的反映吊重摇摆情况,即在回转运动过程中,φ为吊重的径向摆角,θ5为吊重的切向摆角。

优化后的动力学模型为

4 实例仿真

本文选取某型舰船的横摇运动参数与海情的关系如表2[2]:

选用正弦横摇运动规律即[1]

仿真参数如表3所示。

设置装填机械在20秒内从平稳启动到平稳制动,转过120度的回转角,回转角度曲线和回转角角速度曲线如图2和图3所示。选择变步长四阶龙格-库塔算法对模型求解[6],分别在五级海情、六级海情及静机座条件下对吊重的切向和径向摇摆角度进行仿真,结果如图4、5所示。

5 结论

分析以上仿真结果可知,在静基座条件下,吊重摇摆角度很小,且以切向摇摆为主;而在动基座条件下,吊重的摇摆角度显著增大,且随海情级别越高而越大,如在五级海情时,吊重的最大摇摆角度为30度左右,而在六级海情时,吊重的摇摆角度最大达到了近50度。显然,若不进行防摇控制,装填机只能在海情级别较低的情况下才能工作,因此,严重影响武器装填作业的安全性和快速性。

参考文献

[1]曾昭龙,田凯,李文秀.舰载特种起重机轨迹跟踪吊重防摆控制[J].哈尔滨工程大学学报,2005,26(4):457-461.

[2]张杰,等.船用特种起重机动机座运动学建模方法研究[A].Proceeding of4th World Congress on Intelligent Con-trol and Automation[C],June10-14,2002,Shanghai,P.R.China.

[3]王帮峰,张瑞芳,张国忠.回转起重机吊重摆振的动力学模型与控制[J].中国机械工程,2001,12(11):1214-1217.

[4]霍伟.机器人动力学与控制[M].北京:高等教育出版社,2005.

[5]约翰J.克雷格著,苏仲飞等译.机器人学导论[M].西安:西北工业大学出版社,1987.