吊管机作为管道施工的专用起重工程机械,是石油天然气管道铺设的关键设备。随着国民经济的快速发展,在复杂环境和负载情况下要求起重设备具备多台协同起吊作业的能力,尤其在管道整体下沟工程中,大多数情况下需要多台吊管机协同作业,在传统多机协同过程中驾驶人员根据自己的主观经验目测协同作业,各台吊管机也只能监控自身的负载情况,对于整体长管道起吊负载变化无法获得较为准确的判断,经常会出现某台吊管机处于过高或过低负载的状态,不利于整体管道下沟的作业效率以及安全保护。针对上述情况本课题提出了对吊管机协同作业负载安全系统的研究,首先对履带式吊管机的负载稳定性情况进行分析,着重分析了配重结构的运动情况,运用CREO2.0建立数字化配重机构模型,仿真分析了配重展开的过程,得到了油缸行程与配重质心位置变化的线性比例关系曲线,进一步通过起吊试验平台验证了这一关系实际的可靠性,此外采用分段多项式插值法拟合了履带吊关机额定起重量与吊臂幅度的关系,在保证曲线关系拟合精度波动不大的情况下减小求解的计算量;其次,对采用管线自动下沟器的多台吊管机整体管道下沟过程中各台吊管机的负载情况进行受力分析,确立了在安全额定负载范围内,以每台吊管机的剩余额定载荷平均分配为负载分配优化目标的载荷分配策略;然后根据载荷分配策略确立了负载安全系统的总体方案,并设计了基于DSP的主控电路、外设输入输出控制电路以及基于ZigBee的吊管机无线组网模块的组网搭建方案,在软件系统中详细的给出了各个功能模块的程序设计以及无线通信组网的数据传输过程,给出了配重机构负载自调节的控制过程并设计了多台吊管机负载安全系统控制策略,即利用基于ZigBee的组网模块将各台吊管机的DSP控制器进行无线组网,使得各台吊管机的负载安全数据能够交互共享,由节点吊管机控制器计算出各台吊管机合适的分配负载并传输给各台吊管机,从而对整体管道下沟过程的负载进行实时合理分配与安全监控;最后进行无线组网模块与控制器节点的多跳通信以及与上位机的组网通信数据有效性测试,整体通信环路成功率、通信速度与收发频率满足多吊管机组网通信要求。整个负载安全系统的研究与设计为吊管机协同作业的智能化提供了借鉴与参考方向。