杨澜　杨文超　王婧

摘 要：现如今城市化进程越来越快，使得市场上对塔机的需求也不断增加。在工程实践中，发现塔式起重机长期处于力矩不平衡容易翻折的问题，为此本文设计了一种基于分布式光纤的自动配种的塔吊机电系统，主要原理在塔身的周围侧立面上设置用于测量塔身应变的分布式光纤从而能根据起重臂和平衡臂两端力矩平衡进行自动配重，实现智能化、自动化。

关键词：分布式光纤;塔吊机电系统;自动配重;智能

引言

近年来，随着经济的不断发展，装配式建筑的发展对于大型塔吊的需求明显增加。高层建筑的加速建造使得塔吊的安全问题越来越值得重视[1]。传统塔机运用的技术主要是一次性配重的原理，这种不灵活的配重方式使得塔机长期处于一种力臂不平衡的状态，容易发生事故。塔吊自身构造较复杂、作业环境恶劣等特种机械设备高风险属性，一旦发生事故，会带来巨大的损失，因此对其全过程进行安全管理和监测预警具有重大意义[2]。

1.解决方案的提出

传统的塔式起重机大多数都采用一次性配重的方式。这种方式在对于起吊不同重量的物体时，不能很好的进行调节，从而出现在没有工作时，平衡臂端的重量远大于起重臂端的重量的状况。

本文通过研究对塔机进行优化设计，设计出一种基于分布式光纤技术能根据起重臂和平衡臂两端力矩平衡进行自动配重的塔机机电系统，在一定程度上提高了安全性，具有安全、智能化的特点。

2.系统结构

2.1塔身设计

塔身是整个结构的支撑，因为需要及时的测量塔身根据起吊不同重物的而发生的相应的变化，所以在塔身四周的侧立面上设置了有用于测量塔身应变的分布式光纤。

2.2平衡臂结构

平衡臂的构建是整个结构的关键部分，平衡臂由悬臂体、配重体以及配重体位置的调整机构三个部分组成。悬臂体水平的固定在塔身上，配重体和配重体的调整机构都分别依附在悬臂体的上下表面。为了匹配不同重量的起吊物，设置有若干能在悬臂体上滑动的配重体。配重体主要包括滑台座、配重块、固定夹板等。在平衡力矩不平衡的状况时，滑块需要进行相应的移动，所以在悬臂体上设置有双导向滑轨，使得移动更加的稳定。滑台座安装了相应的夹板，活动的夹板使得滑台座进行相应的回转，使得配重体能更加灵活的移动。

2.3整体架构连接

配重体位置调整机构位于悬臂体下方由调整电机、调整丝杠、调整滑块等组成。轨道梁位于悬臂体正下方与悬臂体相平行，通过液压伸缩杆吊装连接在悬臂体下表面。调整电机水平固装在轨道梁上表面，调整丝杠用于连接电机电轴和轨道梁，整体与轨道梁相平行。调整滑块通过内部的丝母套装连接在调整丝杠上，底部与轨道梁滑动接触配合。调整滑块顶部固定设置有棘爪凸块，与配重体的滑台座底部的棘爪凹槽插接配合，从而构成整个架构。

3.控制过程

3.1准备阶段

在起吊重物之前，控制液压的伸缩杆伸长，直到轨道梁下降到设定好的高度，此时棘爪凸块顶部的高度低于滑台座的下表面。

当轨道梁调整完后，启动配重体的位置调整电机，带动配重体位置调整丝杆转动，调整滑块沿轨道梁移动，直到移动到距离塔身最远的配重体正下方。使棘爪凹槽正对，然后控制液压伸缩杆的回缩，使轨道梁同步上升，直到棘爪凸块完全插入棘爪凹槽内。

完成之后再次启动配重体位置调整电机，带动配重体位置调整丝杠转动，带动调整滑块沿轨道梁并朝向塔身进行移动，最终带动距离塔身最远的配重体同步朝向塔身移动，而其余的配重体会被距离塔身最远的配重体推着移动，直到所有的配重体全部移动到距离塔身最近的位置处。

3.2平衡力矩

在完成准备工作之后就可以进行起吊，随着重物被吊起，起重臂一侧的重量增大，此时位于起重臂一侧的塔身侧立面的应变将发生改变，分布式光纤对应变式的变化量进行及时测量。当起重臂一侧塔身侧立面的应变值超过平衡臂一侧后，说明力矩不平衡，需要恢复平衡保障安全。重新启动配重体位置调整电机，使距离塔身最远的配重体远离塔身移动。随着配重体的移动，平衡臂一侧塔身侧立面的应变值会逐渐增大，当起重臂侧的应变值与平衡臂侧达到一致时，配重体停止移动，达到力矩平衡状态。

如果距离塔身最远的配重体移动到平衡臂最远端时，力矩仍未达到平衡状态，则控制轨道梁下降，使棘爪凸块与距离塔身最远的配重体上的棘爪凹槽脱离，然后控制配重体位置调整滑块朝着塔身移动，直到棘爪凸块移动到距离塔身第二远的配重体下方，接着控制轨道梁上升，使棘爪凸块插入上方的棘爪凹槽內。接下来控制配重体位置调整滑块远离塔身移动，并带动距离塔身第二远的配重体远离塔身移动，此过程中平衡臂一侧塔身侧立面的应变值会进一步增大，直到该配重体停止移动，力矩达到平衡状态。若距离塔身第二远的配重体移动到平衡臂最远端时，力矩仍未达到平衡状态，调整剩余的配重体的位置，直到最终达到力矩平衡状态。

4.总结

现如今塔机发生事故的概率也是日渐增大。提高塔机运作的安全指数已是势在必行。必须从技术手段上加强对塔吊使用过程和行为有效的监督、切实预警以及安全控制，才能有效地防范和减少塔吊在运行过程中的危险因素和安全隐患。而该文章所讲述的自动配重塔机机电系统在一定程度上发挥了作用，具有应用价值。在高效工作的同时保障了运作时塔机和工作人员的安全。具有安全、可靠、智能、自动等特点。

参考文献：

[1] 余群舟，孙博文，骆汉宾，周荣，李亚巍.塔吊事故统计分析[J].建筑安全， 2015， 30 （11）： 10-13.

[2] 郁志明. 塔吊安全监控系统的设计与研究[D]. 东北大学，2017.

*项目基金：本文是桂林电子科技大学2020年自治区级大学生创业训练项目“塔吊其中机之恶能配重系统”的项目成果，项目编号是：202010595078