高度機械化的新型附著式升降腳手架研究

徐宏偉++陳林林+劉幫力

摘要：本文提出了以絲杠傳動機構為提升系統核心的新型的附著式升降腳手架。通過對絲杠強度的計算，以及對控制電路的分析說明新型的附著式升降腳手架具有防過載能力強，強度高、同步性好，機械化程度高的優點，是未來附著式升降腳手架的發展方向。

關鍵詞：高層建筑；附著式升降腳手架；絲杠傳動機構；機械化

1 前言

國家住房和城鄉建設部于2011年8月18日正式公布的《建筑業“十二五”發展規劃》中明確指出，要提高建筑施工的機械化水平，實現高效節能環保的建筑施工。

腳手架安全是建筑施工安全的重要組成部分，腳手架的失效會導致建筑工人遭受嚴重的傷害和生命危險。美國勞動統計局統計顯示在建筑施工過程中所造成的建筑工人人身傷害事故大約有12%與腳手架有關[1]，而且建筑越高，腳手架失效造成的傷害越大。

當前普通的附著式升降腳手架的升降系統驅動主要是環鏈電葫蘆，通過環鏈電葫蘆以及鋼絲繩實現對附著式腳手架主體部分的提升。

但是環鏈電葫蘆屬于檢點吊裝設備，無法防止過載，對于多點位的附著式升降腳手架來說很難保證各點位之間提升的同步性[2]。而且如果過載，容易造成鋼絲繩的斷裂失效。

隨著技術的不斷發展以及國家相關部門對建筑施工安全的重視，附著式升降腳手架技術也在不斷的發展和創新。

2 新型附著式升降腳手架結構分析

西安理工大學和陜西百斯特工程技術有限公司合作開發新型附著式升降腳手架。采用絲杠傳動來提升主架體。采用三相異步電動機來驅動減速機。通過減速機中的絲母轉動，實現絲杠傳動。由于絲杠被固定在附墻座上，使得絲母連同架體上下運動，實現對整個腳手架的提升和下放，圖1為新型附著式升降腳手架傳動系統。

對新型附著式升降腳手架來說，其關鍵零件是.絲杠，絲杠的機械性能直接影響著整個腳手架的安全。該機構采用矩形絲杠，其相應的強度核算如下：

已知絲杠的載荷M為5t，升程為10mm，摩擦角 。

由最小直徑的計算公式[3]，可得：

式中， 是載荷壽命系數，載荷較大，要求壽命較長，選取 =4，[p]是螺旋運動的許用壓強，選[p]=7MPa 則：

選絲杠直徑為40mm，螺距為10mm。

根據第四強度理論可求出危險截面的計算應力 ，則

式中：F為絲杠所受的軸向力，F=34.27KN；A為截面面積：

，T為絲杠所受的扭矩：

，則

絲杠采用45鋼， 取600MPa，則 滿足強度要求。

另外對羅紋進行強度計算，螺紋牙危險截面的剪切強度為

其中F為軸向受的力，D為螺母的大徑，b=0.5x螺距，u為絲母工作圈數，因為45鋼的抗剪切強度為 ，則 滿足剪切強度要求。

螺紋牙彎曲強度為

，故滿足彎曲強度要求。

通過計算可以看出，采用絲杠絲母傳動可以保證提升系統有較大的強度。雖然新型附著式升降腳手架具有良好的強度，另外在傳動機構中采用三角帶傳動，具有防過載能力。另外，由于附著式升降腳手架點位多，一組有時有5-6個點位，而三角帶的打滑可對各點位的同步起到有益的作用。

3 結論

本文通過分析普通附著式升降腳手架存在的問題，提出了利用絲杠傳動來實現腳手架體的升降的新型附著式升降腳手架。新型附著式升降腳手架采用三相異步電機驅動，通過三角帶傳動和減速機實現絲杠絲母傳動，進而實現腳手架的升降。三角帶傳動所具有的防過載能力不但實現了新型附著式升降腳手架的防過載性能，同時也提高了多點位提升的附著式升降腳手架各點位的同步問題。通過對絲杠進行強度校核分析，可以看到新型附著式升降腳手架提升系統強度更高，可以更好地保證附著式升降腳手架的安全運行。

參考文獻：

[1] A.S.Yassin，J.F.Martonik.The effectiveness of the revised scaffold safety standard in the construction industry[J].Safety Science 42（2004）：921-931

[2] Guangxiang Yang，Ardianto Notodirdjo.Attached self-lifting scaffolds synchronous movements measuring method and device based on transmitted light of optoelectronic[J].Measurement 44（2011）1564-1571

[3] 成大先主編.機械設計手冊“機械傳動”[M].化學工業出版社，2004

基金項目：本研究得到西安市城鄉建設委員會建筑科技計劃項目基金的支持，基金號：SJW2014013。