施工升降機導輪誘發晃振的原因分析及改進措施

麥剛　尹義民　姜渭　顧彬榮　覃彤

【摘 要】文章以施工升降機導輪結構特點和約束條件作為研究對象，針對因導輪所誘發的SC（D）系列施工升降機晃動和振動原因進行分析，制定改進措施，提出解決方案，從而提高施工升降機使用過程中的安全性。

【關鍵詞】施工升降機；導輪；晃振；改進措施

【中圖分類號】TH211.6 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）07-0062-04

近年來，我國建筑工程事業取得極大的進展，SC（D）系列施工升降機作為常用工程機械，在建筑工程施工等領域發揮著重要的作用。但在使用過程中，施工升降機存在一個比較常見的問題，即在運行過程中有較大幅度的晃動和振動現象。該問題不僅影響施工操作人員的舒適感，同時也不利于施工升降機的長期運行，并且加快了機械運動部件的磨損速度，降低了機械使用壽命，危及工程施工安全。而導輪作為施工升降機運動件（如吊籠和傳動裝置）與固定件（如導軌架）的銜接載體，若調整不合適，或者約束條件不恰當，必然成為誘發施工升降機晃動和振動的重要原因。對此，本文依據實際經驗，分析當前施工升降機常用導輪的結構特點，尋找施工升降機晃動和振動產生的原因，并制定相應的改進措施。

1 施工升降機常用導輪的結構特點

施工升降機中的主要運動件為傳動裝置和吊籠，且均通過導輪在導軌架上進行上下垂直運動。導輪在設備運行過程中起到支撐和導向的作用，導輪和導軌架的間隙要控制在一定范圍內才能夠保證施工升降機平穩運行，避免設備在運行過程中出現晃動和振動的現象。SC型施工升降機結構如圖1所示。

根據導輪的結構特點分類，施工升降機常用導輪主要分為單輪和擺輪2種。單輪結構如圖2所示，擺輪結構如圖3所示。從圖2、圖3可以看出，為滿足施工升降機在持續作業過程中保持穩定運行狀態，導輪除吊籠上端使用的是擺輪以外，其余位置所安裝的單輪或擺輪均為偏心輪，有一定的調節余量。導輪通過轉動偏心軸套實現導輪與導軌架配合間隙的調整，在其偏心量范圍內可以實現無極調節，并利用螺栓、螺母的預緊力進行緊固，用來鎖定已經調整好的導輪，使得導輪與導軌架間隙可以控制在0.5～1 mm的合理范圍內。在整機安裝、調試時，對各組導輪進行調節，并鎖緊螺母，保證施工升降機傳動裝置和吊籠等運動件載荷盡可能地均布到單個導輪上，使整機各個部位受力均勻合理。導輪的調節作用在于避免傳動中導輪與導軌架出現較大的幾何尺寸偏差而產生過大的配合間隙，從而也就避免了導輪自身制造和裝配的幾何偏差，成為施工升降機傳動裝置和吊籠產生晃振的必要條件。

2 施工升降機常用導輪的結構缺陷分析

經細致分析，目前這類施工升降機導輪在結構上存在2個缺陷，具體分析如下。

（1）導輪的調節是通過轉動偏心軸套來實現的，雖然能在其偏心量范圍內達到無級調節的效果，但是在導輪的緊固方面是通過螺栓、螺母的預緊力進行緊固，其效果并不是很理想。施工升降機安裝、調試并正常使用后，經過一段時間的正常磨合，導輪的螺母漸漸松動，這將直接導致螺栓、螺母的緊固摩擦力逐漸遞減，當調節好偏心量的導輪所受的偏心力矩大于螺母緊固摩擦力時，導輪就有可能產生偏移。當導輪的偏移量達到甚至超出導輪與導軌架間隙0.5～1 mm的合理范圍時，設備在運行過程中不僅達不到合理分配受力的效果，而且在間隙不斷增大的情況下，施工升降機將逐漸產生較大幅度的晃動和振動。

（2）導輪所采用的螺栓為普通螺栓而非鉸制孔螺栓，相比而言，普通螺栓的制造精度和材料強度要差于鉸制孔螺栓。使用普通螺栓的導輪在與施工升降機傳動裝置或吊籠上按配合精度要求所加工的安裝孔進行裝配時，必然存在較大的裝配間隙，無法形成良好的力學傳遞，在施工升降機持續運行的情況下，裝配間隙不斷擴大而逐漸開始產生晃振。

由此可知，常用施工升降機導輪在正常使用一段時間后，上述兩大缺陷會導致導輪與導軌之間的間隙逐漸增大，同時整體性也會逐漸減弱。一旦施工升降機運行速率與吊籠振動頻率相當時，會出現施工升降機吊籠的持續振動，乘員不適感難以克服，同時會加快機械運動部件的磨損速度，降低機械使用壽命，甚至危及工程施工安全。

3 導輪的改進措施和結構特點分析

3.1 改進措施

（1）設計合理有效的螺栓放松裝置。將偏心軸套和螺栓一體化設計，配備固定卡板對其進行防松固定，避免導輪偏心結構所產生的偏心力矩影響，避免導輪繞偏心軸心線旋轉而偏移的現象。

（2）增加導輪與運動件（吊籠和傳動裝置）配合部分的配合精度。在將偏心軸套和螺栓一體化設計的基礎上，將與施工升降機傳動裝置或吊籠上有配合精度要求的配合段增加其尺寸精度要求，保證尺寸精度達到力學傳遞需求，使施工升降機導輪與施工升降機運動件形成一個有效的整體。

3.2 結構特點介紹

針對以上問題，根據工作中的實際經驗，設計了一種經過改進的施工升降機導輪，單輪結構如圖4所示，擺輪結構如5所示。

該改進后施工升降機導輪采用偏心軸調節結構，將文中所述的常用施工升降機導輪的偏心軸套和螺栓一體化設計成一個整體，即偏心軸。偏心軸軸端臺階加工成正六邊形，圖4和圖5中所標注的固定卡板則加工成偏心軸軸端臺階的正六邊形配合的內孔，滿足在通過偏心軸將施工升降機導輪與導軌架間隙調節至合理范圍內后，使用固定卡板將偏心軸鎖定的效果。這個改進措施能使施工升降機在正常使用過程中，對導輪的偏心軸進行鎖止，避免導輪因偏心結構所產生的偏心力矩影響而出現的偏移現象。與此同時，將偏心軸按配合精度要求加工的固定配合段，與施工升降機傳動裝置或吊籠上同樣按配合精度要求所加工的安裝孔進行裝配，保證尺寸精度達到力學傳遞需求，使施工升降機導輪與施工升降機運動件形成有效整體。在偏心軸的尺寸精度的把控方面，還可以從生產工藝管理方面入手，嚴格按照加工工藝規程進行生產工作，對每道工序、每個結構層次、每一關鍵部位進行全方位監控，堅持使用科學的測量儀器檢測，嚴格用數據說話，不憑經驗辦事，保證導輪與運動件（吊籠和傳動裝置）之間的配合精度，最大限度地避免施工升降機在運行過程中因導輪的原因所產生的晃振。

3.3 性能介紹

改進后施工升降機導輪具有安裝固定形式可靠、偏心調節方式靈活且穩定性好、拆卸過程簡便且效率高、通用性強并防墜落的特點。

3.3.1 安裝固定可靠性高

首先，采用雙螺母緊固方式，對施工升降機導輪的滾輪部分或者擺輪架部分進行固定，合理、有效地避免螺母在施工升降機傳動裝置和吊籠等運動件運行過程中，可能出現的旋轉松動現象。其次，采用固定卡板將施工升降機導輪偏心軸進行鎖定，遏制導輪偏心軸在正常使用過程中，因受到導輪偏心結構所產生的偏心力矩影響，出現繞偏心軸中心線旋轉的問題，進一步提高了施工升降機導輪使用過程中的可靠性。再次，改進后施工升降機的偏心軸與傳動裝置或吊籠安裝配合位置的尺寸為φ38 mm，較改進前施工升降機采用的M24或M18螺栓，有較大的力學性能提升效果。

3.3.2 調節方式靈活，穩定性好

改進后的施工升降機導輪調節偏心軸偏心量的正六邊形臺階位于偏心軸端頭，通過配套調節扳手進行調節，而調節扳手上有對應固定卡板上固定孔的基準孔，在調節操作時不僅可以清楚地觀察導輪與導軌架的間距是否合理，而且可以看清下一步安裝固定卡板的位置是否合適，調節過程簡便而靈活。同時，采用的固定卡板能有效地避免導輪因偏心結構受到所產生的偏心力矩影響，出現繞偏心軸中心線旋轉的現象，使得導輪調節合適后的狀態得到有效鎖定，保證了滾動點位置尺寸，大大提高了施工升降機導輪使用過程中的穩定性。

3.3.3 拆卸過程簡便，效率高

改進后的施工升降機導輪結構采用懸臂軸安裝方式，其中的偏心軸兩端均加工有方便拆卸過程中用相應工具（如榔頭）敲打的平面，避免了拆卸過程中損傷零件的可能性，又增強了導輪拆卸過程的便捷性。同時，改進后導輪的拆卸過程可直接拆除導輪偏心軸，再將滾輪或擺輪架部分拿離導軌架上，不受導輪滾輪的輪緣與輪最低點的高度差的影響，有效地提高了導輪這類易耗件的拆卸效率，節約了時間成本。

3.3.4 零件通用性強，維修保養方便

雖然該改進后施工升降機導輪仍然分為單輪和擺輪2種結構大類，但兩者之間能夠直接互換的零件占比達到60%，并且與改進前施工升降機常用導輪零件互換性也達到40%，具有較高的通用性，同時也方便改進前后導輪過渡時期的維保。此外，為方便施工升降機導輪常常所需的周期性潤滑保養，改進后施工升降機導輪采用壓配式壓注油杯，在潤滑保養作業時，不需拆卸導輪，直接用黃油槍對其加注黃油，提高了維護保養效率，且操作簡便。

3.3.5 增加防墜落功能，安全系數高

眾所周知，建筑工程施工領域相當關注高空墜物的風險，而施工升降機導輪作為一個主要的作用力集中點，在緊固或約束的金屬零件出現疲勞后，很有可能出現斷裂現象，進而導致施工升降機導輪從傳動裝置或吊籠上脫落下墜，引發安全事故。對此，改進后的施工升降機導輪均增加防脫連接板，其將導輪與傳動裝置或吊籠的鋼結構部分有效地連接起來，避免可能出現導輪失去約束后墜落的風險，提高施工升降機整機正常使用過程中的安全系數。

4 結語

綜上所述，如若施工升降機導輪存在安裝方式不恰當，調節方式不合理，或無法進行有效鎖定時，施工升降機在使用過程中，會導致施工升降機導輪滾動點位置尺寸無法保證，加大施工升降機導輪與導軌架立柱管之間的摩擦力，進而加劇導向滾輪的運行磨損，使得施工升降機導輪與導軌架立柱管之間出現超出合理范圍內的間隙，誘發施工升降機晃動和振動的現象。而改進后的施工升降機導輪具有運行穩定可靠，調節靈活，維修便捷，通用性高，安全系數高等特點，有效地解決了當前常用導輪所存在的缺陷，對施工升降機向高效節能方向發展和創新具有重要的意義，同時也對于促進建筑事業發展具有極為重要的現實意義。

參 考 文 獻

[1]GB 10054—2005，施工升降機[S].

[2]GB 10055—2007，施工升降機安全規范[S].

[3]GB 26557—2011，吊籠有垂直導向的人貨兩用施工升降機[S].

[4]麥剛，尹義民，羅宇德.塔式起重機標準節生產工藝管理[J].企業科技與發展，2017（5）.

[5]萬文浩.談施工升降機產生晃動和振動的原因及改進[J].機電技術，2012（6）.

[6]鄭培，張氫，盧耀祖.超高層建筑用施工升降機結構的建模與分析[J].武漢大學學報：工學版，2013（5）.

[責任編輯：陳澤琦]