本发明涉及竖井钢管安装，具体涉及一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具及使用方法。
背景技术：
1、在水电站的建设过程中，引水压力钢管的安装是一个至关重要的环节。引水钢管的尺寸大，单节钢管的重量重，竖井内吊装运输空间狭小，使得起重吊装作业安全风险较高，并且在施工过程中具有以下难点：
2、1. 竖井钢管的安装过程中，需要在竖井内设置作业平台以便工人进行焊接等施工作业。然而，由于高强度钢管内壁不允许焊接固定件，使得作业平台必须采用其他方式进行固定，目前常用的方法是采用锁具将作业平台临时锁定在已安装钢管的顶部管口，锁具包括两套钢丝绳挂钩，每套四个方向共设置四组，每组一长一短两根钢丝绳挂钩，作业平台采用钢丝绳挂钩挂在已装钢管的顶部管口，待装钢管下放时，受已装钢管管口上的锁具影响，待装钢管不能直接下落对位，需要在到达管口对位还剩20cm位置停止，工人进入作业平台后登高将长钢丝绳挂钩人工挂至待装钢管的顶部管口，起重机起吊将待装钢管连同作业平台适当提升，短钢丝绳挂钩不再受力状态，人工对短钢丝绳挂钩摘除，此时对位管口无障碍，待装钢管下落完成对位，解除待装钢管上的吊装钢丝绳，起重机将作业平台提升至作业高度，将短钢丝绳挂钩挂至新装管节的管口进行下一次吊装作业，但这种钢管的吊装方法操作繁琐复杂，每次钢管对位时都需要人工进行锁具的转换，这不仅增加了劳动强度，严重影响了工作效率，而且单节钢管高度一般在3-6m，工人登高作业风险高，安全性低。
3、2.此外，在钢管安装时，为确保作业安全，吊装过程中钢管下方不得有作业人员存在，使得钢管在竖井吊装下放及管口对位过程中，起吊指挥人员无法直接观测到被吊起的钢管情况，由于视线受阻，大大增加了钢管吊装和对位工作的难度，操作过程中需要反复调整钢管的位置，严重降低了工作效率。
技术实现思路
1、本发明为解决上述技术问题，提供了一种用于深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具及使用方法，通过设置吊装平衡梁吊装待装钢管，结合设置作业平台锁定梁连接有作业平台，再结合梁体对位机构和抓取机构实现对作业平台锁定梁的自动对位和抓取，配合可伸缩的锁定机构实现作业平台锁定梁与钢管之间的锁定或解锁，并利用传感器和电控箱实现远程操控，进而实现井下作业时对作业平台的位置控制，以方便每节钢管吊装和焊接工序的顺利轮转，减轻工人的作业负担，提高作业效率，保障井下作业施工的安全性；并且，在吊装过程中，结合限位轨道控制钢管的移动轨迹，通过钢管对位机构实现井下钢管的自动对位，再结合自动脱钩机构控制钢丝绳的自动脱钩，实现竖井内压力钢管吊装对接作业的机械化，提高钢管对位准确率，减少重复作业，进而提高施工安全性和工作效率。
2、一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具，包括：吊装平衡梁，吊装平衡梁的底部两端通过自动脱钩机构可拆卸连接有第一钢丝绳，第一钢丝绳的另一端固定连接有待装钢管，吊装平衡梁的底部中间通过多根第二钢丝绳可拆卸连接有自动抓梁；
3、作业平台锁定梁，设置于自动抓梁下方，作业平台锁定梁与自动抓梁之间设置有多个相互适配的梁体对位机构和抓取机构，作业平台锁定梁的底部设置有用于连接作业平台的吊装件，作业平台锁定梁的端部可伸缩地连接有锁定机构，锁定机构与钢管顶部可拆卸连接。
4、进一步的技术方案是：梁体对位机构包括设置在自动抓梁底部的插轴和设置在作业平台锁定梁顶部的对位筒，插轴与对位筒相互适配，对位筒内设置有第一限位传感器。
5、进一步的技术方案是：抓取机构包括设置在自动抓梁底部的对接吊耳，以及两个平行设置在作业平台锁定梁顶部的抓取耳板，其中一个抓取耳板的外侧固定连接有伸缩推杆，抓取耳板和对接吊耳上分别开设有用于伸缩推杆上伸缩轴穿过的通孔和吊孔。
6、进一步的技术方案是：锁定机构包括滑动连接在作业平台锁定梁端部内的锁定爪，锁定爪底部设置有锁定卡槽，锁定爪内设置有第二限位传感器，锁定爪上连接有用于带动锁定爪伸缩的驱动组件，驱动组件包括固定在作业平台锁定梁底部的驱动推杆，驱动推杆的伸缩端上固定连接有连板，连板的顶端与锁定爪底部固定连接，作业平台锁定梁每个端部的底部均开设有用于通过连板滑动的滑槽。
7、进一步的技术方案是：竖井内壁两侧对称铺设有限位轨道，吊装平衡梁的两端设置有与限位轨道相适配的限位轮。
8、进一步的技术方案是：还包括设置在已装钢管上的钢管对位机构，钢管对位机构包括多块环向布置在已装钢管的顶部管口外壁处加劲环上的对位板，对位板伸出管口部分上正对管口中心的一侧设置有引导斜面。
9、进一步的技术方案是：自动脱钩机构包括平行设置在吊装平衡梁底部的两个脱钩耳板，其中一个脱钩耳板的一侧固定连接有脱钩推杆，脱钩推杆内置有限位传感器，脱钩推杆的伸缩端上固定连接有销轴，销轴穿过两个脱钩耳板上的穿孔，第一钢丝绳挂设在两个脱钩耳板之间的销轴上。
10、一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具的使用方法，包括如下步骤：
11、s1：将第一节待装钢管通过第一钢丝绳和自动脱钩机构挂设在吊装平衡梁底部，由起重设备带动下放吊装平衡梁，第一节待装钢管放置在井底指定位置后，自动脱钩机构断开与第一钢丝绳的连接，起重设备提升吊装平衡梁至井口；
12、s2：将自动抓梁通过第二钢丝绳挂设在吊装平衡梁底部，自动抓梁底部通过抓取机构连接有作业平台锁定梁，锁定机构均伸出至作业平台锁定梁端部外，作业平台锁定梁底部通过环链电动葫芦连接有作业平台，通过环链电动葫芦调节作业平台锁定梁与作业平台之间的距离以适应单节钢管中工作平台的安装高度；
13、s3:由起重设备带动下放吊装平衡梁，直至作业平台锁定梁端部的锁定机构与第一节待装钢管的顶部管口完成锁定动作后，起重设备停止下放，抓取机构完成对作业平台锁定梁的释放动作，起重设备提升吊装平衡梁和自动抓梁至井口；
14、s4：在吊装平衡梁底部通过自动脱钩机构和第一钢丝绳挂设下一节待装钢管，由起重设备带动下放吊装平衡梁，当梁体对位机构完成自动抓梁与作业平台锁定梁之间的对位动作后，起重设备停止下放，抓取机构完成对作业平台锁定梁的抓取动作；
15、s5：起重设备向上提升吊装平衡梁一段距离，锁定机构均回缩至作业平台锁定梁端部内；
16、s6：起重设备下放吊装平衡梁，直至该节待装钢管与上一节已装钢管完成对接，起重设备停止下放，自动脱钩机构断开与第一钢丝绳的连接；
17、s7：起重设备提升吊装平衡梁一段距离，使作业平台锁定梁高于该节待装钢管的顶部管口，锁定机构均伸出至作业平台锁定梁端部外；
18、s8：起重设备下放吊装平衡梁，直至作业平台锁定梁端部的锁定机构与该节待装钢管的顶部管口完成锁定动作后，起重设备停止下放，抓取机构完成对作业平台锁定梁的释放动作，即完成该节待装钢管的吊装作业，通过环链电动葫芦调节作业平台锁定梁与作业平台之间的距离以适应作业平台相对钢管的作业高度；
19、s9：起重设备提升吊装平衡梁至井口，重复步骤s4-s8，进行下一节待装钢管的吊装作业。
20、进一步的技术方案是：抓取机构的抓取动作的完成是通过伸缩推杆带动伸缩轴伸出，伸缩轴依次穿过对接吊耳的吊孔和抓取耳板的通孔；抓取机构的释放动作的完成是通过伸缩推杆带动伸缩轴回缩，伸缩轴依次退出抓取耳板的通孔和对接吊耳的吊孔；梁体对位机构的对位动作的完成是通过插轴插入对位筒内后与其相接，以触发第一限位传感器反馈信号；锁定机构的锁定动作的完成是通过锁定爪的锁定卡槽与钢管顶部管口的管壁相契合，以触发第二限位传感器反馈信号。
21、进一步的技术方案是：在步骤s3和步骤s8中，工人搭乘升降吊笼进出作业平台对钢管进行压缝和焊接施工，并在该节钢管的顶部管口外壁上布置钢管对位机构。
22、本发明的有益效果：
23、1、通过梁体对位机构的插轴与对位筒实现吊装平衡梁与自动抓梁的对位，当插轴与对位筒接触时，通过第一限位传感器监测以确认吊装平衡梁与自动抓梁对位成功；并通过抓取机构的伸缩推杆和对接吊耳实现吊装平衡梁与自动抓梁的锁定连接，通过伸缩轴穿过对接吊耳将吊装平衡梁与自动抓梁相互锁定。
24、2、通过锁定机构实现作业平台锁定梁与钢管之间的锁定连接，锁定机构的锁定爪设置有与钢管管口侧壁相适配的锁定卡槽，锁定爪在驱动组件的带动下能够伸出或回缩，配合起重设备的提升和下放，进而实现作业平台锁定梁与钢管之间的锁定与解锁，通过锁定机构实现机械化操作，不需要人工进行锁具转换，并且不影响钢管的对位安装，方便每节钢管吊装和焊接工序的顺利轮转，安全性强、效率更高，保证工人焊接作业过程中作业平台的稳定性和安全性。
25、3、通过钢管对位机构实现待装钢管与已装钢管之间的自动对位，通过引导斜面引导待装钢管滑入已装钢管顶部的对接位置，并通过自动脱钩机构断开与第一钢丝绳的连接，能够在深井内作业时实现钢管的快速对位，减少人工操作，降低安全风险，并提高施工效率。
26、4、通过设置限位轮和限位轨道，使得吊装平衡梁在移动时能够沿限位轨道稳定滑移，防止吊装过程中钢管与井壁岩石碰撞，并初步控制吊装平衡梁的对位精度，以方便准确、快速地实现吊装平衡梁与自动抓梁、待装钢管与已装钢管的自动对位。
27、本发明特别适用于竖井洞室深度50米以上、强度为600mpa及以上的大直径高强钢管安装。
1.一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具，其特征在于，梁体对位机构包括设置在自动抓梁底部的插轴和设置在作业平台锁定梁顶部的对位筒，插轴与对位筒相互适配，对位筒内设置有第一限位传感器。
3.根据权利要求1所述的一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具，其特征在于，抓取机构包括设置在自动抓梁底部的对接吊耳，以及两个平行设置在作业平台锁定梁顶部的抓取耳板，其中一个抓取耳板的外侧固定连接有伸缩推杆，抓取耳板和对接吊耳上分别开设有用于伸缩推杆上伸缩轴穿过的通孔和吊孔。
4.根据权利要求1所述的一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具，其特征在于，锁定机构包括滑动连接在作业平台锁定梁端部内的锁定爪，锁定爪底部设置有锁定卡槽，锁定爪内设置有第二限位传感器，锁定爪上连接有用于带动锁定爪伸缩的驱动组件，驱动组件包括固定在作业平台锁定梁底部的驱动推杆，驱动推杆的伸缩端上固定连接有连板，连板的顶端与锁定爪底部固定连接，作业平台锁定梁每个端部的底部均开设有用于通过连板滑动的滑槽。
5.根据权利要求1所述的一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具，其特征在于，竖井内壁两侧对称铺设有限位轨道，吊装平衡梁的两端设置有与限位轨道相适配的限位轮。
6.根据权利要求1所述的一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具，其特征在于，还包括设置在已装钢管上的钢管对位机构，钢管对位机构包括多块环向布置在已装钢管的顶部管口外壁处加劲环上的对位板，对位板伸出管口部分上正对管口中心的一侧设置有引导斜面。
7.根据权利要求1所述的一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具，其特征在于，自动脱钩机构包括平行设置在吊装平衡梁底部的两个脱钩耳板，其中一个脱钩耳板的一侧固定连接有脱钩推杆，脱钩推杆内置有限位传感器，脱钩推杆的伸缩端上固定连接有销轴，销轴穿过两个脱钩耳板上的穿孔，第一钢丝绳挂设在两个脱钩耳板之间的销轴上。
8.一种基于权利要求1-7中任意一项所述的深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具的使用方法，其特征在于，抓取机构的抓取动作的完成是通过伸缩推杆带动伸缩轴伸出，伸缩轴依次穿过对接吊耳的吊孔和抓取耳板的通孔；抓取机构的释放动作的完成是通过伸缩推杆带动伸缩轴回缩，伸缩轴依次退出抓取耳板的通孔和对接吊耳的吊孔；梁体对位机构的对位动作的完成是通过插轴插入对位筒内后与其相接，以触发第一限位传感器反馈信号；锁定机构的锁定动作的完成是通过锁定爪的锁定卡槽与钢管顶部管口的管壁相契合，以触发第二限位传感器反馈信号。
10.根据权利要求8所述的一种深竖井大直径高强度钢管的井下自动安装吊具的使用方法，其特征在于，在步骤s3和步骤s8中，工人搭乘升降吊笼进出作业平台对钢管进行压缝和焊接施工，并在该节钢管的顶部管口外壁上布置钢管对位机构。
