建筑工地上安全是重中之重，而塔吊作為施工基礎機械，保證它的安全運轉是正常施工的前提。

塔吊是建筑工地上最常用的一種起重設備,用來起吊運輸鋼筋、木楞、混凝土及鋼管等施工材料,由于是高空作業(yè),對相關人員素質(zhì)及工作環(huán)境要求較高,但是,碰撞事故并不少見,碰撞的發(fā)生不利于施工的高效有序開展,必須加強防碰撞監(jiān)控,引入先進安全保護系統(tǒng),從而不斷提升塔吊施工安全系數(shù),減少生命財產(chǎn)損失。

1塔式起重機防碰撞理論研究

塔式起重機防碰撞監(jiān)控與安全保護系統(tǒng)是在相關理論研究的基礎上建立起來的,必須保證科學性、合理性,才能保證系統(tǒng)的可行性。塔吊防碰撞算法是重要的理論支撐,常見的有風險預估法和實時位置計算法,風險預估算法主要考慮了塔機的運動慣性,通過分析臂架回轉運動速度、小車變幅運動及相關靜態(tài)參數(shù),同時充分考慮塔機制動性能,計算出一個安全區(qū)域。實時位置計算法是根據(jù)塔吊實時狀態(tài)數(shù)據(jù)計算相對位置進行判斷的,比如, 如果高位塔機起升鋼絲繩與低位塔機平衡臂或起重臂的距離小于報警距離,那么就會觸發(fā)警報,及時采取防碰撞措施,該算法需要建立空間坐標系,或者將三維問題投影到平面上變成二維問題。以上兩種方法在實際應用過程中均存在一定的缺陷,所以越來越多的新算法得以運用,比如,基于向量計算的防碰撞算法、基于回轉制動的防碰撞算法,以及基于傳感器直接監(jiān)測塔機間距離的方法,都得到了一定的發(fā)展。除了塔機間的防碰撞問題,塔機與障礙物之間的防碰撞研究也至關重要,需要通過先進技術和系統(tǒng)的運用提高防碰撞水平,實現(xiàn)施工現(xiàn)場的現(xiàn)代化、信息化安全監(jiān)管。

2塔式起重機防碰撞監(jiān)控與安全保護系統(tǒng)分析

2.1 一種塔吊吊裝防碰撞裝置

塔吊的吊鉤和吊鉤臂在工作的過程中,通過吊繩下降到地面吊取物品,吊鉤臂在移動的過程中容易出現(xiàn)晃動,尤其是在吹風的過程中,吊鉤臂極易碰撞到周圍的建筑物或工作人員,出現(xiàn)危險。圖1為塔吊吊裝防撞裝置的側視圖,圖2為塔吊吊裝防撞裝置的主視圖,下面將根據(jù)圖示對該防碰撞裝置進行分析。

如圖所示,吊鉤臂1的下端設置掛鉤,吊鉤臂1的上 端連接吊繩,吊鉤臂1的正面和背面上均設置有防撞板10,吊鉤臂1的正面和背面中部均設置有超聲測距傳感 器6,防撞板10的中部開設有與超聲測距傳感器6對應 的通孔,避免妨礙超聲測距傳感器6采集信號,吊鉤臂1 的上端通過支架設置有太陽能板8,利用太陽能發(fā)電,吊鉤臂 1 的 上 端 設 置 有 控 制 器,采用搭載C51單片機的PCB板,控制器設置在殼體內(nèi),殼體內(nèi)設置有無線模塊和太陽能電池,無線模塊的天線2設置在殼體的上端,太陽能板8、超聲測距傳感器6、無線模塊和太陽能電均與控制器電連接。超聲測距傳感器6采用BXUAN-M30超 聲波測距位置探頭,無線模塊采用 LTE-LTE-364型無線通信物聯(lián)網(wǎng)模塊。

該裝置在吊鉤臂1上安裝有報警、預警和防撞裝置, 吊鉤在移動的過程中,通過超聲測距傳感器6時刻檢測兩側距離物體的距離,當?shù)蹉^臂1距離物體過近時,通過 無線模塊將信息及時反饋給塔吊司機,以避免危險。若發(fā)生碰撞,防撞板10在碰撞的過程中能減少對吊鉤臂1 的沖擊,避免吊鉤臂1在多次碰撞之后出現(xiàn)損壞,系統(tǒng)通過太陽能供電,并通過無線信號進行傳輸,無需單獨搭接電線,使用方便。

防撞板10的表面設置有若干防撞墊7,防撞板10與吊鉤臂1之間設置有若干減震機構。減震機構包括設置 在吊鉤臂1上的定位柱13,定位柱13上活動套設有滑筒 12,滑筒12固定在防撞板10上,滑筒12的端部與定位 柱13之間設置有彈簧,且彈簧套在定位柱13上。

吊鉤臂1在出現(xiàn)沖撞時,防撞墊7能有效減少沖擊, 同時防撞板10具有減震的機構,在保護吊鉤臂1的同時, 對沖撞物體也能進行保護,減震機構在工作的過程中,通過定位柱13和滑筒12配合進行伸縮,彈簧吸收沖擊力。

滑筒１２通過支撐板１１與防撞板１０連接，支撐板１１的四個角通過螺栓與防撞板 １０固定連接，且防撞板１０的表面設置有安裝螺栓的沉孔５，支撐板１１連接防撞板１０，提供良好的支撐，連接穩(wěn) 固，當防撞板１０出現(xiàn)損壞時，可進行更換。

防撞板１０的尺寸小于吊鉤臂１的尺寸，吊鉤臂１邊 沿設置有若干報警燈９，若干報警燈９均勻分布在防撞板１０的周圍報警燈９與控制器電連接。外殼體３上設置有報警喇叭１４，報警喇叭１４與控制器電連接。吊鉤臂１的兩側面均設置有減震墊４，用于對吊鉤臂１的側面進行保護。在吊鉤臂１上設置報警燈９，當靠近工作人員或物體時，報警燈９閃 爍，提醒工作人員避讓或撤離，同時報警喇叭１４發(fā)出警報，確保達到報警效果。

２．２一種塔吊環(huán)境安全監(jiān)控系統(tǒng)

由于塔吊的在高空作業(yè)，現(xiàn)有的塔吊都需要塔吊司機上到塔吊上進行操作，塔吊對工作環(huán)境的要求很嚴格，在大風大雨的時候不能工作，并且在能見度低的情況下也不能工作，存在安全風險，所以需要一種監(jiān)控塔吊工作環(huán)境的設備。圖３為塔吊工作環(huán)境監(jiān)控示意圖，圖４為塔吊工作環(huán)境監(jiān)控夾塊示意圖，下面將根據(jù)圖示對該監(jiān)控與安全保護系統(tǒng)進行分析。

如圖３、４所示，安裝座１２的下端設置有夾塊１４，安裝座１２的上端設置有控制箱１０，控制箱１０的上端設置有雨量傳感器１７、風速風向傳感器１９和振動傳感器２０， 雨量傳感器１７安裝在減振座１８上，避免因為塔吊的振動導致雨水從中灑出，導致監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差，風速風向傳感器１９安裝在支撐桿１３上，支撐桿１３的上端設置有安裝板１６，風速風向傳感器１９固定在安裝板１６上。粉塵傳感器１５采 用ＧＰ２Ｙ１０１４ＡＵ型粉塵傳感器，雨量傳感器１７采用 ＲＳ－０５Ｂ型雨量計量傳感器，風速風向傳感器１９采用ＲＳ－ＦＸ型風向風速傳感器變送器，振動傳感器２０采用 ＣＴ１００５Ｌ 振動加速度傳感器，控 制 器 采 用 搭載Ｃ５１單片機的ＰＣＢ板。

振動傳感器２０的下端設置有套筒，套筒設置在支桿８上，且套筒與支桿８螺紋連接，安裝和拆卸均方便，安裝座１２的下端設置有粉塵傳感器１５，粉塵傳感器１５、雨量傳感器１７、風速風向傳感器１９和振動傳感器２０均與控制箱１０內(nèi)的控制器電連接，控制器通過無線信號模塊與地面的監(jiān)控中心無線連接?？刂葡洌保吧显O置有觸控顯示屏１１，觸控顯示屏１１與控制器電連接，控制箱１０的兩側通過支架設置有太陽能板９，控制箱１０內(nèi)設置有太陽能電 池，太 陽 能 板９和太陽能電池均與控制器電連接?？刂?箱１０的觸控顯示屏１１可現(xiàn)實監(jiān)測的各類環(huán)境數(shù)據(jù)，并且通過觸屏顯示屏可對整個系統(tǒng)進行調(diào)試；整個系統(tǒng)利用太陽能供電和無線數(shù)據(jù)傳輸，無需搭接額外的線纜，安裝方便。

夾塊１４為開口向下的 Ｃ形夾塊５，Ｃ 形 夾塊５上活動設置有夾持塊４，夾持塊４貫穿 Ｃ形夾塊５的兩側，夾持塊４的一端設置有第一擋塊６，另一端設置有拉手１，夾持塊４的中部設置有第二擋塊３，且第二擋塊３位于Ｃ形夾塊５內(nèi)，Ｃ形夾塊５的兩側均設置有條形通孔，夾持塊４穿過兩側的條形通孔，第二擋塊３的一側與Ｃ形夾塊５之間設置有彈簧２，Ｃ形夾塊５的下端設置有限位凸臺７，限位凸臺７向Ｃ形夾塊５內(nèi)側延伸，且限位凸臺７與Ｃ形夾塊５的側面垂直，第二擋塊３與 Ｃ形夾塊５進行夾持，并通過彈簧２提供支撐力，拆卸時只需拉動拉手１就可實現(xiàn)松開夾塊１４，操作方便、簡單，且限位凸臺７進一步對 Ｃ形夾塊５進行限位，避免脫落。

該系統(tǒng)安裝在塔機上，對塔機的周圍的環(huán)境進行監(jiān)控，確保塔機在允許的條件下工作，避免在大風、大雨等惡劣條件下進行工作，確保安全。安裝座１２通過夾塊１４安裝在塔機上，雨量傳感器１７用于監(jiān)測下雨量的大小，風速風向傳感器１９用于監(jiān)測風量的大小，振動傳感器２０用于監(jiān)測塔吊的振動情況，并將監(jiān)測的信號發(fā)送給地面的監(jiān)控中心，當出現(xiàn)大雨、大風等惡劣天氣情況時，及時通知塔吊司機停止工作，下降到地面。通過對塔吊的振動進行監(jiān)控，判斷塔機是否能夠平穩(wěn)工作，督促塔吊司機操作規(guī)范。粉塵傳感器１５用于監(jiān)測環(huán)境中的粉塵濃度，為工地環(huán)境治理提供科學參考［４］。