摘要：本文基于力的相似性間接測(cè)量吊繩受力的方法和吊繩拉力差值比較的起吊設(shè)備平衡度分析方法。在不改變?cè)趵K結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)增加輔助繩，在試吊過(guò)程中，實(shí)時(shí)的將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回地面分析終端上，通過(guò)吊繩足否同一時(shí)刻開(kāi)始受力、受力大小是否均勻、受力速度是否相似三個(gè)維度綜合分析，提供起吊方案調(diào)整建議。并且在在吊運(yùn)過(guò)程中，對(duì)于有危險(xiǎn)的操作進(jìn)行實(shí)時(shí)的預(yù)警降低了吊運(yùn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)、減少了吊運(yùn)過(guò)程可能造成的損失。

　　【關(guān)鍵詞】倉(cāng)庫(kù) 相似對(duì)比法 智能吊裝

　　倉(cāng)庫(kù)使用起重設(shè)備進(jìn)行吊裝操作過(guò)程中，經(jīng)驗(yàn)論和缺乏行之有效的受力監(jiān)測(cè)、計(jì)算裝置是起吊中潛在風(fēng)險(xiǎn)。大型變電站內(nèi)一次備品因電壓等級(jí)高，輸送容量大，體積尺寸更大，數(shù)量更多、金額更高，對(duì)備品吊裝技術(shù)要求更高。在進(jìn)行備品備件更換時(shí)，安全、高效的對(duì)大型設(shè)備進(jìn)行吊裝不僅可以保證備品備件更換的安全性，又可以縮短設(shè)備更換工期，提高系統(tǒng)的可用率。

　　為了解決這一生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題，課題組結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)需求與起吊經(jīng)驗(yàn)，研制了一種能夠在備品庫(kù)起吊現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊繩受力情況并分析其受力是否正常的檢測(cè)裝置，該裝置通過(guò)加設(shè)與吊繩形變情況相同的彈性繩，并基于相似對(duì)比法間接計(jì)算吊繩拉力，終端能夠?qū)崟r(shí)獲取主吊繩上的受力數(shù)據(jù)，配合內(nèi)置算法智能評(píng)估起吊過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)并及時(shí)主動(dòng)預(yù)警，從起吊前協(xié)助調(diào)節(jié)吊點(diǎn)分布，和起吊過(guò)程中主吊繩受力監(jiān)測(cè)兩個(gè)方面提高倉(cāng)庫(kù)起吊作業(yè)可靠性，從而有效提升備品倉(cāng)庫(kù)的安全水平。

　　1 材料應(yīng)力一應(yīng)變?cè)?/p>

　　如圖1所示，由一般材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線可看出，材料在受力拉升時(shí)，可分為彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、局部徑縮階段。

　　1.1 彈性階段

　　oa段是直線，應(yīng)力與應(yīng)變?cè)诖硕纬烧汝P(guān)系，材料符合胡克定律，直線oa的斜率就是材料的彈性模量，直線部分最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值為材料的比例極限。曲線超過(guò)a點(diǎn)，圖上ab段己不再是直線，說(shuō)明材料已不符合胡克定律。但在ab段內(nèi)卸載，變形也隨之消失，說(shuō)明ab段也發(fā)生彈性變形，所以ab段稱為彈性階段。b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值稱為材料的彈性極限。

　　1.2 屈服階段

　　曲線超過(guò)b點(diǎn)后，出現(xiàn)了一段鋸齒形曲線，這一階段應(yīng)力沒(méi)有增加，而應(yīng)變依然在增加，把這一現(xiàn)象稱作屈服，be段稱為屈服階段。屈服階段曲線最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)。在屈服階段卸載，將出現(xiàn)不能消失的塑性變形。

　　1.3 強(qiáng)化階段

　　經(jīng)過(guò)屈服階段后，曲線從。點(diǎn)又開(kāi)始逐漸上升，說(shuō)明要使應(yīng)變?cè)黾樱仨氃黾討?yīng)力，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱作強(qiáng)化，ce段稱為強(qiáng)化階段。曲線最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值稱為材料的抗拉強(qiáng)度。

　　1.4 局部徑縮階段

　　曲線到達(dá)e點(diǎn)前，試件的變形是均勻發(fā)生的，曲線到達(dá)e點(diǎn)，在試件比較薄弱的某一局部，變形顯著增加，有效橫截面急劇減小，出現(xiàn)了縮頸現(xiàn)象，試件很快被拉斷，稱ef段為縮頸斷裂階段。

　　2 基于相似對(duì)比法的智能倉(cāng)庫(kù)吊裝帶測(cè)量原理

　　在圖2中，l1為原吊繩，l2為研發(fā)輔助繩，其繩中對(duì)應(yīng)的拉力分別為F1、F2，彈性系數(shù)為k1、k2，總拉力為F。根據(jù)胡克定律彈性繩被拉伸共分為七個(gè)階段。

　　(1)第一階段：吊繩和輔助繩均松弛狀態(tài)，繩受力為0。

　　(2)第二階段：輔助繩處于拉長(zhǎng)狀態(tài)，吊繩處于松弛狀態(tài)，

　　(3)第三階段：輔助繩和吊繩均處于拉長(zhǎng)，起吊備品未上升。

　　此時(shí)有：

　　F1=k1(1-11)(1)

　　可得：

　　式(2)中，k1，k2，l1，l2為固定值，F(xiàn)2可通過(guò)輔助繩中傳感器讀取，因而可間接求得吊繩所受力F1的大小。

　　(4)第四階段：輔助繩與吊繩保持長(zhǎng)度不變，起吊備品加速上升。

　　(5)第五階段：輔助繩與吊繩保持長(zhǎng)度不變，起吊備品以勻速上升。

　　(6)第六階段：輔助繩與吊繩短暫減少，起吊備品減速上升。

　　(7)第七階段：輔助繩與吊繩保持長(zhǎng)度不變，起吊備品水平移動(dòng)。

　　3 智能倉(cāng)庫(kù)吊裝帶應(yīng)用

　　通過(guò)上述對(duì)智能倉(cāng)庫(kù)吊裝帶原理分析，針對(duì)于彈性繩在不同階段的特性研發(fā)倉(cāng)庫(kù)吊裝過(guò)程中的輔助系統(tǒng)。

　　3.1 拉力報(bào)警

　　備品靜止階段，由于吊鉤勻速運(yùn)動(dòng)，因而單位時(shí)間，輔助繩增量位移相等，在勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，輔助繩中拉力不隨時(shí)間變化。當(dāng)檢測(cè)到某輔助繩中拉力一時(shí)間迅速增加時(shí)，說(shuō)明此吊繩中拉力突然增大，則立即發(fā)出聲光報(bào)警，若輔助繩拉力一時(shí)間突減，則停止報(bào)警。

　　3.2 試吊輔助

　　第三階段到第四階段臨界時(shí)，若起吊重心與備品重心不在同一垂線，則在力矩的作用下，備品會(huì)以起吊重心與備品重心連線中點(diǎn)為圓心，往復(fù)擺動(dòng)，靠近備品重心一側(cè)的輔助繩受力先增加。若某根輔助繩先報(bào)警，停止后其他輔助繩報(bào)警，即可判斷此時(shí)起吊重心與備品重心不在同一垂線上。

　　3.3 振動(dòng)預(yù)警

　　在第四階段到第五階段臨界時(shí)，以及第五階段與第六階段臨界時(shí)，若拉力F突變，在重力的作用下，被吊備品會(huì)上下振動(dòng)，若所有吊繩均發(fā)出報(bào)警，即可判斷此時(shí)上吊備品處于上下振動(dòng)狀態(tài)，以此警告作業(yè)人員應(yīng)小心操作。

　　3.4 斷線預(yù)警

　　當(dāng)某根吊繩逐步發(fā)生斷股時(shí)，在分擔(dān)同樣拉力時(shí)，該吊繩會(huì)產(chǎn)生更大形變，輔助繩上所監(jiān)測(cè)到拉力增大，若某輔助繩持續(xù)報(bào)警，即可判斷此吊繩處于斷股風(fēng)險(xiǎn)中，需立即停止吊裝。

　　4 小結(jié)

　　(1)智能吊裝系統(tǒng)基于力的相似性間接測(cè)量吊繩受力，在不改變?cè)趵K結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)在每根吊繩位置新增一條不同彈性系數(shù)的測(cè)力繩，利用利用相似對(duì)比法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量吊繩受力。

　　(2)通過(guò)測(cè)量模塊將吊繩拉力差比較值傳回地面，實(shí)時(shí)分析提供起吊方案調(diào)整建議，采用定量化的分析方式有效避免了以經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)來(lái)判斷起吊物是否平衡的弊端。

　　(3)安全智能預(yù)警功能在吊運(yùn)過(guò)程中，測(cè)量模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊繩所受拉力變化，當(dāng)某一條吊繩拉力達(dá)到臨界值或者受力突增時(shí)，吊繩上的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及時(shí)向終端發(fā)出預(yù)警，提醒地面起吊人員，降低了吊運(yùn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)、減少了吊運(yùn)過(guò)程可能造成的損失。

　　推薦閱讀：《智能城市》IntelligentCity(月刊)中文，2015年創(chuàng)刊，是國(guó)內(nèi)公開(kāi)發(fā)行的學(xué)術(shù)類期刊。