施工升降机的研究课题与设计理念.doc

施工升降机的研究课题与设计理念作者：北京金鼎盛起重建筑机械设备有限公司施工升降机是建筑施工中不可缺少的垂直运输机械，自1973年第一台国产齿轮齿条式施工升降机诞生以来，历经30多年的不断发展，升降机在结构形式、功能、用途、安全装置等多个方面都有了很大的变化和发展。施工升降机主要用于城市高层和超高层的各类建筑中，这主要因为这样的建筑高度对于使用井字架、龙门架来完成作业是十分困难的。建筑施工升降机除了应用在高层建筑中还可以应用在大桥的建设中，此外，它还可以应用在大型化工厂冷却塔、发电厂的烟囱、广播电视塔以及煤矿等多种施工场合下，施工升降机已成为建筑行业中一种必不可少的机械设备。但是，毋庸讳言，施工升降机的性能和可靠性还不够完善，安全事故时有发生，造成了人员的伤亡和不可挽回的经济损失，事故的原因主要是施工升降机安全保护装置存在问题，导致了升降机的安全性能下降，从而为施工升降机的正常工作带来了重大的安全隐患，这可能会导致事故的发生。因此，安全保护装置的可靠性、完善性直接影响着人身及货物安全。安全防坠器作为施工升降机最为重要的安全保护装置，它的性能的好坏直接影响到施工人员及货物的安全。因此为施工升降机配备一种安全可靠的安全防坠装置，可以保证施工升降机在工作过程中不会发生事故，从而保证施工人员及货物的安全。本课题的最终目的是研制出一台高性能、高效率、低成本的钢丝绳提井式施工升降机。同时，为该施工升降机设计并制造出一台符合规范要求、安全可靠、使用方便、反应灵敏、制作简单的安全防坠器，以及超载保护装置、高度限位装置，为施工升降机提供可靠的安全保障。在建筑机械的大家族里，施工升降机没有像其它建筑机械那样高的年增长率，但是该行业在今后还是有着巨大的发展空间。我们应该正确认识目前施工降机存在的不足，通过先进的理论和科技手段全面地掌握旋工升降杌的各种特性并在此基础上改进我们现有的产品，使其具有更高的科技含量、更强的市场竞争力。本课题所研制的新型施工升降机可以在一定程度上提高施工效率，为建筑施工带来很大的方便，将会有广阔的市场前景。而安全防坠器的性能好坏又是施工升降机能否得以更广泛应用的一个关键问题，因此，本课题中新型安全防坠器的研制将在一定程度上提高施工升降机的安全性能。12国内外研究现状近年来，国产施工升降机得到了迅速发展，国际著名的ALIMAK公司的产品也远不比20多年前那样风光无限了，我国施工升降机的迅速发展极大程度地冲击了它的市场，这与国产升降机所具有先进的技术性能、过硬的产品质量、明显的价格优势等诸多因素分不开的。施工升降机作为垂直运送人员及物料的提升机械，它主要是由塔身、吊笼、起升机构和附墙结构组成，当然施工升降机还包括控制系统和安全装置。这些年来，施工升降机的标准节一直没有大的变化，并且不论多大的架设高度，采用的基本都是从上到下规格相同的钢材。吊笼虽然有多种型式，但都是型钢焊接而成。近年来，国外施工升降机的提升速度已由40mrain提高到了60mrain、80rerain甚至高达96mrain，单笼额定载重量在3吨以上，而国产施工升降机的提升速度在2436mmin之间，单笼额定载重量基本上不超过2吨。目前，虽然国产施工升降机已经取得了很大的发展，但是仍然存在着许多不足之处。首先，没有应用不同公称尺寸的材料作为标准节来分段架设。根据现代设计理论可以全面地掌握施工升降机在每个架设高度任何截面上的应力状态。从结构受力状态分析，无论架设高度是多高的施工升降机其底部的标准节都是承受应力最大的部分，而随着施工升降机架设高度的增加其应力状态更加恶劣。而当架设高度一定时，施工升降机上部标准节的应力状态要比下部的标准节理想的多，通过对施工升降机结构的有限元模型计算和模态分析也同样可以验证这一结论。因此，将施工升降机按架设高度分段，选取不同截面形式的材料作为标准节，可以大大减少施工升降机的钢材消耗量、减轻自重、降低生产成本。其次，产品形式较为单一，没有根据建筑工程与架设高度的需要而采用不同结构的施工升降机。三角型截面的标准节，由于少了一根主弦杆，在成本、钢材消耗量、安装的便利等方面有着很大优势，对于架设高度为100米以下的建筑，使用该种施工升降机有着巨大的价格优势。可见，根据各种不同的建筑需要，采用不同截面形状的标准节，能够真正提高性价比。根据建筑工程与架设高度的需求，可采用大额定提升起重量的施工升降机，目前国内绝大多数的厂家生产的施工升降机的最大额定起重量是2吨每笼，从提高工作效率的角度考虑，可以选择单笼的最大额定起重量为3吨或以上的机型。大额定起重量产品的需求已经受到了旌工升降机厂家的重视，瑞典ALIMAK公司生产的SCAND0650施工升降机的额定起重量已经达到了32吨。再次，升降机没有广泛地采用变频器来改善施工升降机的速度特性。变频器在改善速度特性方面是起着极其重要的作用。过去，交频器由于技术还不成熟，而且价格较高，大多数施工升降机厂家是不会考虑安装变频器作为主要改变速度特性的装置。正因为使用变频器，对施工升降机可以实现理想的自动平层功能，而且大大提高了施工升降机的档次以及整机的安全性和舒适性，产品性能、可靠性和寿命也进一步提高。最后，吊笼自重过大，影响了额定起升载重量。施工升降机作为垂直运送人员和物料的提升机械，其吊笼是完成提升任务的具体执行装置。目前吊笼多是两根主立柱焊接的钢结构，周围有钢丝保护网，吊笼前后分别安装着单、双开吊笼门，顶部有活动板门，配备的专用梯可作为紧急出口，也可以在顶部进行架设、维修和保养等工作。目前吊笼的最主要缺陷是自重过大带来的不良影响，特别是应用在高层或超高层建筑物上时影响尤其显著。施工升降机是以各类钢材为主结构的组件，因此它的利润空间是很小的。对于施工升降机，其利润是随其架设高度的增加而增加的。如果在整个架设高度上都使用同样规格的标准节和主弦杆，经济投入势必较大，同时从整个结构受力状态来说，它也是不理想的。而如果能够根据载荷、危险截面位置、架设高度将结构分成几段为其分别选取不同公称尺寸的标准节和主弦杆，则可大大地降低施工升降机的生产成本。将整个架设高度简单的分成二段或三段，按受力状态为各段的标准节和主弦杆选择合理的公称尺寸，则可达到这个目标。改进施工升降机的速度特性是改善其产品综合性能的一个主要方面，它可以提高施工效率。随着高层和超高层的建筑量的不断增加，改进施工升降机的速度特性显得尤为重要。而速度特性的改进，绝不能以影响其产品性能为代价，提升速度增加的同时，还要具备良好的运行性能、安全性和可靠性。施工升降机经过了多年的发展，仍然基本上沿用原来的机型模式，真正意义上的突破还不多见，目前对大额定起重量施工升降机的需求己初现端倪，提高额定载重量将是今后施工升降机的发展方向。根据GBT10054-1996施工升降机技术条件要求施工升降机必须具备安全防坠器，同时对安全防坠器的各种性能指标也做出了规定。升降机古代就有，一个绞盘、一根绳子加上滑轮，就能够组成升降机了。但是，如果要用升降机载人就必须解决安全防坠落问题，这是相当复杂的事情，业内人士称安全防坠落问题是升降机发展道路上的世界难题。150年前，美国人奥的斯发明了安全钳，从此开刨了升降机载客时代，他的名字也就是当今全球最大的电梯厂商的厂名。但是100多年来，用钢丝绳传动的升降机在室外露天作业的安全防坠落问题未能解决。室内电梯上的安全钳不能在环境恶劣的室外露天可靠工作，原因是这种安全钳在露天作业时容易失灵，不能可靠地防止吊笼坠落。随着施工升降机行业的迅速发展，安全防坠落问题已经变得非常严峻，引起了广泛的重视，所以业内人士加大了对该问题的研究力度。经过不断努力，终于研制出几种性能相对较好的安全防坠器，如偏心轮式、销式、楔块式等。但是由于技术条件的原因普遍也都存在着一定的弊端，所以就要求对安全防坠器进行不断的改进。传统的安全防坠器由于可靠性差、灵敏度低等诸多缺点，现在已经逐渐被淘汰。而随着科技的不断进步，各式各样新型式的安全防坠器的出现，必将为施工升降机提供更可靠的安全保障。安全防坠器作为施工升降机的安全保护装置，虽然在性能上已经取得了很大的进步，但是随着施工升降机行业的迅速发展，对安全防坠器的性能提出了越来越高的要求。在不断的试验中安全防坠器的一些缺陷逐渐显现出来，如低温条件下响应慢、制动装置磨损以后可靠性差、构造复杂、制作成本较高、保养维护费用高等一系列问题有待解决。施工升降机的安全防坠问题，一直受到国内外业内人士的广泛关注，为保证施工升降机工作时人员及货物的安全，防止吊笼坠落事件发生，许多设计人员都在致力研制出高性能的安全防坠器。根据国内外施工升降机行业对安全防坠器提出的性能要求，新型安全防坠器的设计主要向以下几个方面发展：1在施工升降机工作过程中，一旦发生断绳，安全防坠器应立即动作，将吊笼制停，即可靠性要好；2当安全防坠器动作时，其制动距离要小，即灵敏度要高：3.安全防坠器不论在任何载荷(不超过升降机的额定载荷，包括吊笼自重)下一旦发生断绳，应可靠动作，冲击力要小，并且不对导轨、井架和装置结构造成损坏，即随机性要强；4吊笼上两个安全防坠器应当设计相同并同时作用，即均衡性要高：5安全防坠器应能适应不同规格的吊笼，且安装该装置时，不对简易升降机操作和机构作较大改动，即结构应简单，适用性要广：6.安全防坠器起作用时，排除故障应安全简便。连续重复30次断绳模拟试验，对结构无损坏，能重复使用，即重复性要好。13本课题的主要研究内容本课题的主要研究内容包括以下4个方面：1施工升降机研制综合各方面因素及用户需求，完成施工升降机的总体方案的设计以及起升机构的设计与选择。在总体设计方案的基础，完成吊笼和塔身结构的设计。2安全防坠器的研究开发在完成施工升降机的设计后，首先通过对现有的各种安全防坠器的使用寿命、制动形式及制动性能的分析与研究，确定为该施工升降机设计的安全防坠器的形式；然后确定安全防坠器的技术指标，制定总体设计方案，并对安全防坠器的工作过程、制动力、制动距离、可性进行分析；最后设计出符合要求的安全防坠器；并在设计完成后提出了安全防坠器的检验标准。3施工升降机的动力学分析制动时间及制动距离是衡量安全防坠器性能的好坏的重要指标，要准确的获取这两个指标。由于安全防坠器的制动过程中属于多体系统动力学问题，所以在安全防坠器设计完成之后，建立其虚拟样机模型并对其进行动力学仿真分析。本课题应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS对安全防坠器的制动过程进行仿真，求得制动时间和制动距离，作为评价安全防坠器性能的理论依据。4超载保护装置及高度限位装置的研究开发在人货两用的旖工升降机中，超载保护装置和高度限位装置必不可少，在完成施工升降机的设计后为其设计了超载保护装置和高度限位装置，进一步保障了升降机的安全性。