國產(chǎn)施工升降機(jī)的技術(shù)狀況和發(fā)展方向.pdf

國產(chǎn)施工升降機(jī)的技術(shù)狀況和發(fā)展方向 北京建筑工程學(xué)院 俞啟灝 內(nèi)容摘要: 本文概述了國產(chǎn)施工升降機(jī)目前的技術(shù)狀況, 并在此基礎(chǔ)上提出施工升降機(jī)今后發(fā)展方 向的一些看法。 關(guān)鍵詞: 施工升降機(jī) 1 引言 施工升降機(jī)是垂直運(yùn)送人員及物料的提升 機(jī)械。按標(biāo)準(zhǔn)分類方法根據(jù)動(dòng)力傳遞形式可分 為: 鋼絲繩式( SS 系列) 和齒輪齒條式( SC 系 列) 兩大類。隨著我國建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展, 各 種大型建筑物不斷增多, 施工升降機(jī)的應(yīng)用市 場也在不斷地?cái)U(kuò)大。特別是在 1992 年以來, 施 工升降機(jī)的發(fā)展最為迅猛。 產(chǎn)品產(chǎn)量連年翻番, 生產(chǎn)企業(yè)也在迅速擴(kuò)大。一些大企業(yè)在不斷增 加投入的基礎(chǔ)上還在不斷開發(fā)新產(chǎn)品。一些過 去不知名的小企業(yè)也開始了批量生產(chǎn), 甚至一 些原來沒有從事于這一產(chǎn)品的大型企業(yè)也加入 到施工升降機(jī)的生產(chǎn)行業(yè)中。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 除 了建設(shè)部指定的 19 個(gè)定點(diǎn)專業(yè)生產(chǎn)廠家外, 現(xiàn) 在生產(chǎn)施工升降機(jī)的企業(yè)大約有 30 多家。 除此 之外還有給施工升降機(jī)生產(chǎn)配件的專業(yè)廠約 10 家。1994 年全國年產(chǎn)量約 1100 臺(tái)左右。總 產(chǎn)值 4 億元。 施工升降機(jī)不但用于城市高層和超高層建 筑, 而且隨著建筑物高度的增加, 架設(shè)高度大于 200m 的施工升降機(jī)的需求量也在不斷增加。 建設(shè)部長沙建設(shè)機(jī)械研究院和北京京港機(jī)械設(shè) 備有限公司聯(lián)合開發(fā)的 SC40 型超高施工升降 機(jī)其架設(shè)高度已達(dá) 325m。在亞洲是第一高度。 除此之外, 上海建筑科學(xué)研究院與上海寶達(dá)工 程機(jī)械有限公司聯(lián)合開發(fā)的 SCQ150/ 150 型傾 斜式施工升降機(jī)也具有很高的水平。該產(chǎn)品是 為上海楊浦大橋設(shè)計(jì)的, 它解決了傾斜式建筑 物的施工問題。施工升降機(jī)不但可以應(yīng)用在這 些場合, 它還可以應(yīng)用在大型化工廠冷卻塔、 發(fā) 電廠的煙囪、 電視廣播塔、 大型橋式起重機(jī)及煤 礦等位置。施工升降機(jī)已成為各行業(yè)建設(shè)中一 種必不可少的建筑機(jī)械。 然而近些年來, 隨著各 種理論的迅速發(fā)展, 如結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析、 有限元模 型計(jì)算、 優(yōu)化方法、 計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用以及機(jī)械振 動(dòng)與模態(tài)分析等。人們把各種理論應(yīng)用到施工 升降機(jī)的研究與開發(fā)上, 這給施工升降機(jī)的迅 速發(fā)展建立了一個(gè)強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。在此基 礎(chǔ)上施工升降機(jī)有了今后的發(fā)展方向。 2 我國施工升降機(jī)的基本技術(shù)狀況 施工升降機(jī)作為垂直運(yùn)送人員及物料的提 升機(jī)械主要是由導(dǎo)軌架、 吊籠、 外籠、 傳動(dòng)裝置 和安全裝置等組成。下面根據(jù)每一部件來談?wù)?其基本技術(shù)狀況。 2. 1 導(dǎo)軌架 在我國施工升降機(jī)市場上, 多數(shù)產(chǎn)品的標(biāo) 準(zhǔn)架設(shè)高度是在 100m 以內(nèi), 超過這個(gè)高度的 產(chǎn)品并不多見。 正因?yàn)檫@樣, 絕大多數(shù)的產(chǎn)品其 導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面尺寸為 650mm650mm, 也 有一些廠家為 800mm800mm, 而導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn) 節(jié)主弦桿公稱尺寸多為 ?764. 5mm, ?89 6mm。而且從上到下為同一規(guī)格的無縫鋼管。 對于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的斜腹桿則多為 ?273mm, ?25 3mm 的無縫鋼管。 有少量廠家用 ?20 的圓鋼替 代。對于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的上、 中、 下三框則多為75 505角鋼, 并且三框一致。 也有少數(shù)廠家中框 角鋼比上、 下框規(guī)格略小。 關(guān)于斜腹桿與上、 中、 下三框的插接位置則多為圖 1 所示。 39 建筑機(jī)械 1996 年第 9 期 圖 1 2. 2 吊籠 吊籠多以兩根主立柱焊接的鋼結(jié)構(gòu), 周圍 有鋼絲保護(hù)網(wǎng), 吊籠前后分別安裝著單、 雙開吊 籠門, 吊籠頂上設(shè)有活板門, 通過配備的專用梯 子可作緊急出口或在頂部進(jìn)行架設(shè)、 維修和保 養(yǎng)等工作。 為了保證人員安全, 頂上安裝護(hù)身拉 桿。吊籠頂部還設(shè)有吊桿安裝孔。吊籠主立柱 上有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和限速器底板安裝孔。導(dǎo)向用的 滾輪組也安裝在主立柱上。 吊籠結(jié)構(gòu)的上、 下框 架和主立柱多為 10# 工字鋼結(jié)構(gòu)。 對某些特種 電梯, 吊籠有不同結(jié)構(gòu), 如建設(shè)部長沙建設(shè)機(jī)械 研究院和北京京港機(jī)械設(shè)備有限公司聯(lián)合開發(fā) 的 SC40 型超高施工升降機(jī)用于科學(xué)院大氣物 理所, 由于經(jīng)常在高空作業(yè), 氣溫低, 故有空調(diào) 裝置。 2. 3 外籠 外籠主要由底座、 防護(hù)圍欄和一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié) 組成。底盤上有地腳螺栓安裝孔。外籠入口處 有外籠門并裝有自動(dòng)開門機(jī)構(gòu)。 吊籠上升時(shí), 外 籠門自動(dòng)關(guān)閉。 手動(dòng)開門的外籠有安全開關(guān)。 底 盤上有幾組緩沖彈簧, 現(xiàn)多為蝸卷式彈簧, 用以 保證吊籠或?qū)χ厝嵝越佑|。 2. 4 傳動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng)多由電動(dòng)機(jī)、 聯(lián)軸器、 減速機(jī)及安 裝在減速機(jī)輸出軸的齒輪等組成。傳動(dòng)系統(tǒng)安 裝在吊籠內(nèi)通過齒輪與導(dǎo)軌架上的齒條相嚙 合。 減速機(jī)多為二次齒輪傳動(dòng)式, 新型減速機(jī)是 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪蝸桿減速機(jī)。在傳動(dòng)系 統(tǒng)下方安裝著錐鼓限速器。當(dāng)?shù)趸\發(fā)生異常超 速下滑時(shí), 限速器里的離心塊克服彈簧拉力帶 動(dòng)制動(dòng)錐鼓旋轉(zhuǎn), 與其相連的螺桿同時(shí)旋進(jìn), 制 動(dòng)錐鼓與外殼接觸逐漸增大摩擦力, 使吊籠平 緩制動(dòng), 同時(shí)通過機(jī)電聯(lián)鎖切斷電源, 起到安全 保護(hù)作用。 限速器是施工升降機(jī)的關(guān)鍵部件, 過 去多為從 ALIMAK 公司進(jìn)口, 現(xiàn)國產(chǎn)限速器 質(zhì)量已達(dá)相當(dāng)水平。 2. 5 電氣設(shè)備和安全控制系統(tǒng) 施工升降機(jī)電氣設(shè)備主要包括電源箱、 電 控柜操作盒及安全控制系統(tǒng)等組成。一般每個(gè) 吊籠有一套獨(dú)立的電氣設(shè)備, 雙施工升降機(jī)由 兩套各自獨(dú)立的電氣設(shè)備分別控制著每個(gè)吊 籠。 電源箱安裝在外籠結(jié)構(gòu)上, 箱內(nèi)有總電源開 關(guān)。 總電源開關(guān)的上端通過電纜引入電源, 其下 端通過電纜隨線向電控箱供電。電控箱位于吊 籠內(nèi), 變壓器, 接觸器, 繼電器等電氣元件安裝 在電控箱內(nèi)。電動(dòng)機(jī), 制動(dòng)器, 照明燈及安全控 制系統(tǒng)均由電控箱控制。為保證施工升降機(jī)及 人員安全, 施工升降機(jī)的安全系統(tǒng)在吊籠的單、 雙門及吊籠頂部活動(dòng)板門上均設(shè)有安全開關(guān)。 如任一門有開啟或未關(guān)閉, 吊籠均不能運(yùn)行。 鋼 絲繩錨點(diǎn)處設(shè)有斷繩保護(hù)開關(guān), 吊籠上裝有上、 下限位開關(guān)和極限開關(guān), 當(dāng)?shù)趸\行至上、 下終點(diǎn) 時(shí), 可自動(dòng)停車。 若此時(shí)因故不停車超過安全距 離時(shí), 極限開關(guān)動(dòng)作切斷總電源, 使吊籠制動(dòng)。 此外在限速器尾蓋內(nèi)設(shè)有限速保護(hù)開關(guān), 限速 器動(dòng)作時(shí), 通過電機(jī)聯(lián)鎖切斷電源。 以上是國產(chǎn)施工升降機(jī)的一些基本技術(shù)狀 況。當(dāng)然施工升降機(jī)還包括如對重、 天輪、 滾輪 組、 附墻架、 吊桿、 電纜保護(hù)架等, 但是上面論述 的是其主要結(jié)構(gòu)組成。 3 施工升降機(jī)今后發(fā)展方向 我國施工升降機(jī)生產(chǎn)廠家眾多, 年生產(chǎn)施 工升降機(jī)產(chǎn)量很大。1994 年全國產(chǎn) 1100 臺(tái)左 右的各式施工升降機(jī), 1995 年的產(chǎn)量也在持平 的基礎(chǔ)上有所上升。然而絕大部分的產(chǎn)品是雷 同的, 其產(chǎn)品的技術(shù)性能參數(shù), 制造質(zhì)量均達(dá)到 八十年代末期的技術(shù)水平。 1995 年6 月我國施 工升降機(jī)行業(yè)在長沙院召開了施工升降機(jī)專業(yè) 委員會(huì)成立大會(huì), 這是行業(yè)發(fā)展上的一個(gè)重要 里程碑, 它同時(shí)也標(biāo)志我國施工升降機(jī)技術(shù)水 平發(fā)展到一個(gè)較高的水平。 鑒于這些因素, 國產(chǎn) 施工升降機(jī)的發(fā)展在今后應(yīng)從下面幾個(gè)方向發(fā) 展。 3. 1 架設(shè)高度與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主弦桿公稱尺寸優(yōu)化 40 建筑機(jī)械 1996 年第 9 期 架設(shè)高度是近幾年來施工升降機(jī)遇到的一 個(gè)新問題, 國產(chǎn)施工升降機(jī)一般均以 100m 作 為架設(shè)高度, 而近幾年隨著建筑業(yè)市場的大發(fā) 展, 施工升降機(jī)的高度也在不斷提高。 由于架設(shè) 高度的增長, 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主弦桿截面公稱尺寸勢必 要加大或改變內(nèi)徑, 如果從上到下整個(gè)架設(shè)高 度使用同樣規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主弦桿, 這樣勢必增加 了經(jīng)濟(jì)投入, 而且從整個(gè)結(jié)構(gòu)受力而言, 它也是 不可取的。運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)法有限優(yōu)化可以 根據(jù)結(jié)構(gòu)的載荷, 危險(xiǎn)截面位置, 架設(shè)高度合理 地選擇截面尺寸。這樣一來決不會(huì)因架設(shè)高度 增加而使經(jīng)濟(jì)投入過大, 也不會(huì)使自重增加過 多。 考慮到管理及安裝時(shí)不出現(xiàn)錯(cuò)誤, 可以將整 個(gè)架設(shè)高度簡單地分為三段, 按受力狀況來合 理選擇各段的截面公稱尺寸, 及每段的高度是 多少等。然后以不同的顏色作出標(biāo)志, 以示區(qū) 分, 便于管理和使用。 關(guān)于這方面的工作已有一 些文章發(fā)表, 再作進(jìn)一步的工作, 如制訂出架設(shè) 高度的系列, 則可使其成為規(guī)范, 這樣一來也可 為今后國產(chǎn)施工升降機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化、 通用化和系 列化打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 3. 2 施工升降機(jī)計(jì)算機(jī)控制 隨著微機(jī)的迅速發(fā)展, 用微機(jī)來控制施工 升降機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。建設(shè)部長沙建設(shè)機(jī)械研 究院和北京京港機(jī)械設(shè)備有限公司聯(lián)合開發(fā)的 SC40 型超高施工升降機(jī)就采用了微機(jī)控制。 把 微機(jī)用到施工升降機(jī)后, 可以實(shí)現(xiàn)理想的自動(dòng) 平層功能, 樓層間自動(dòng)呼叫以及駕駛室的小環(huán) 境控制。這樣的配置可大大提高施工升降機(jī)的 檔次以及整機(jī)的安全性和駕駛員的舒適性。在 施工升降機(jī)上應(yīng)用微機(jī)還可實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化, 技術(shù)密度程度進(jìn)一步提高, 產(chǎn)品性能, 可靠性和 壽命也可進(jìn)一步提高。 3. 3 產(chǎn)品的多樣化 我國的施工升降機(jī)目前基本上都是一種型 式, 主要用于建筑物的建設(shè)中, 運(yùn)人、 運(yùn)料。 而把 施工升降機(jī)應(yīng)用到其它方面的情況也有, 但是 不多。如上?？茖W(xué)研究院與上海寶達(dá)工程機(jī)械 有限公司聯(lián)合開發(fā)的 SCQ150/ 150 傾斜式施工 升降機(jī)解決了楊浦大橋的施工問題, 中國科學(xué) 研究院廊坊機(jī)械化研究所與深圳海灣建筑機(jī)械 有限公司開發(fā)的曲線式施工升降機(jī), 以及前面 提及的建設(shè)部長沙建設(shè)機(jī)械研究院和北京京港 機(jī)械設(shè)備有限公司聯(lián)合開發(fā)的超高施工升降機(jī) 是為中國科學(xué)院物理研究所觀察塔進(jìn)行氣象監(jiān) 測使用。 綜觀當(dāng)前的建筑市場, 大型建筑可移動(dòng) 施工平臺(tái)不失為今后的一個(gè)重要發(fā)展方向, 它 是以施工升降機(jī)作為主體, 而把吊籠改為平臺(tái)。 它可以是由一個(gè)導(dǎo)軌架構(gòu)成, 也可以是由雙導(dǎo) 軌架構(gòu)成超長施工平臺(tái), 以適應(yīng)工地的建筑需 要。這種施工平臺(tái)完全可以取消目前的腳手架 結(jié)構(gòu)。 它可以省時(shí)省錢、 快速、 安全、 可靠和友好 地與建筑者合作。目前的腳手架結(jié)構(gòu)從表面上 看一次經(jīng)濟(jì)投入不大, 但是一個(gè)工程中和工程 后的管理卻是十分困難的。它的丟失量是巨大 的。如果把它的管理、 運(yùn)輸、 安裝和安全考慮進(jìn) 去, 建筑施工平臺(tái)就可顯示出無可比擬的優(yōu)越 性。再者這樣的建筑施工平臺(tái)還可以用于各種 內(nèi)、 外裝修和裝飾。 除了上述的可移動(dòng)施工平臺(tái)外, 施工升降 機(jī)也可發(fā)展用于化工企業(yè)的各種高塔, 大型發(fā) 電機(jī)的煙囪, 港口大型橋吊的人員運(yùn)輸, 大型煤 礦的人員和物料運(yùn)輸, 電視塔的人員運(yùn)輸與觀 光等。 通過今后的進(jìn)一步多樣化發(fā)展, 使施工升 降機(jī)產(chǎn)品能夠向多功能成套使用, 多樣化、 系列 化和大型化方向發(fā)展, 以滿足不同的用戶、 不同 的項(xiàng)目需要。 3. 4 其它方面 為了使施工升降機(jī)能達(dá)到國際先進(jìn)水平, 也為了使施工升降機(jī)能更加可靠地、 更舒適、 更 有效地工作, 如下的幾個(gè)方面也是施工升降機(jī) 今后發(fā)展的方向。 ( 1) 關(guān)鍵部件要國產(chǎn)化 關(guān)鍵部件除了機(jī)械部件外, 也包括各種電 氣元件。錐鼓限速器對國內(nèi)某些產(chǎn)品來說還要 進(jìn)口。當(dāng)然量很小, 主要原因是架設(shè)高度加大 后, 怕出現(xiàn)意外, 故選用進(jìn)口部件。 ( 2) 施工升降機(jī)的提升速度應(yīng)進(jìn)一步提高 目前國產(chǎn)施工升降機(jī)的提升速度一般均為 40m/ min。隨著加大架設(shè)高度, ( 下轉(zhuǎn)第 18 頁) 41 建筑機(jī)械 1996 年第 9 期 s02= 1 2 m2v 2+ ? (1 2 Ji?i2) N2?- G2sin? + Cwpw1A ( f ) 4. 3 空載、 逆風(fēng)、 上坡工況, 塔式起重機(jī)停車滑 行距離 s03按( g) 式計(jì)算 s03= 1 2 m1v 2+ ?(1 2 Ji?i2) N1?+ G1sin? + Cwpw 1A ( g) 4. 4 空載、 順風(fēng)、 上坡工況, 塔式起重機(jī)停車滑 行距離 s04按( h) 式計(jì)算 s04= 1 2 m1v 2+ ?(1 2 Ji?i 2) N1?+ G1sin? - Cwpw 1A ( h) 將 m2= 36000kg m1= 30000kg G2= 360000N G1= 300000N N2= 374146N N 1 = 314146N v= 0. 5m/ s ? ( 1 2 Ji?i2) = 758. 8J ?= 0. 05 sin?= 0. 005 Cw= 1 pw1= 150Pa A = 32. 53m 2 分別代入式( e) 、 ( f ) 、 ( g) 、 ( h) 中, 通過計(jì)算可得: s01= 2. 076( m) s02= 0. 606( m) s03= 0. 407( m) s04= 3. 384( m) 通過上述驗(yàn)算可知, 在不考慮車輪輪緣與 軌頭側(cè)面的摩擦阻力( 即 C= 1) 時(shí), 滿載、 下坡、 逆風(fēng)工況和空載、 逆風(fēng)、 上坡工況時(shí), 塔式起重 機(jī)的停車滑行距離 s02 、 s 03均小于最小允許制動(dòng) 距離 samin( samin= 1. 786m) , 故無須制動(dòng)。在滿 載、 順風(fēng)、 上坡工況, 塔式起重機(jī)停車滑行距離 s01 滿足 s amin s 01 s amax, 當(dāng)考慮 C = 1. 5 時(shí), s04= 1. 222 ( m) 。 在此工況下, 應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮使用制 動(dòng)器。 注: ( 1) 本文的所有計(jì)算中, 重力加速度g= 10m/ s2其計(jì)算結(jié)果誤差不超過 1. 5% 。 (2) 整機(jī)總質(zhì)量含結(jié)構(gòu)自重質(zhì)量、 壓重質(zhì)量、 平衡 重質(zhì)量。滿載時(shí)還含有吊重質(zhì)量。 (3) 總輪壓力 N 按 N = G+ Fwhw/L + Faha/L 計(jì)算,Fw: 風(fēng)載荷;hw: 風(fēng)載作用高度;Fa: 運(yùn)行制動(dòng)慣性 力; ha: 慣性力作用高度; L: 軸距。 ( 作者地址: 四川省德陽市四川省建筑工程學(xué)校 郵政編碼: 618000) ( 上接第 41頁) 該提升速度略顯得有點(diǎn)不足。進(jìn)一步提高提升 速度可加快工作效率。國外有些產(chǎn)品的提升速 度為 48m/ min。隨著國家面臨復(fù)關(guān)以及加快國 內(nèi)建