施工升降機異常振動原因分析和減振方案設計

摘要：在簡要介紹施工升降機結構和工作原理的基礎上，分析了施工升降機振動原因，確定減振思路，并在此基礎上設計了磨合方案、載荷均布方案、尼龍阻尼輪振源抑制方案和消隙齒輪機構振源抑制方案等3種4項減振方案，這些減振方案為解決相似類型施工升降機的減振問題提供了有益的參考和借鑒。

關鍵詞：施工升降機；異常振動；減振方案設計

0" "引言

施工升降機是建筑工程中廣泛使用的載人載貨施工機械，主要用于高層建筑的內外裝修、橋梁、煙囪等建筑的施工[1]。我國施工升降機生產已經過仿制、逆向開發階段，并在順應中國制造2025的大背景下逐步通過新產品研發走向國際市場[2]。在這樣的背景下，人們對施工升降機質量提出了更高的要求。在保證施工升降機實用性與安全性的基礎上，其運行過程的舒適性直接決定了產品的價值增量，成為新產品研發的重點[3-4]。

施工升降機的舒適性，主要表現在運行的平順性，其關鍵在于降低吊籠的振動現象[5]。基于此，本文針對施工升降機減振問題，以齒輪齒條嚙合式無配重施工升降機為研究對象，通過分析其使用過程中的典型表現，從磨合工藝、均布載荷、振源抑制等方面提出了減振思路，分別設計了可行的、具有參考和借鑒意義的施工升降機減振方案。

1" "施工升降機傳動機構組成和工作原理

1.1" "施工升降機傳動機構組成

齒輪齒條嚙合式無配重施工升降機的傳動結構主要由電動機、減速器、齒輪、導輪、齒條、阻尼條、連接架、傳動板、吊籠等組成。施工升降機傳動機構組成示意如圖1所示。

圖1所示為三傳動施工升降機，即三組電動機和減速器帶動齒輪旋轉和吊籠升降。所有傳動零部件均安裝在傳動板上，傳動板通過上方的阻尼條和四周的螺栓與連接架連接，連接架與吊籠通過鉸鏈連接。本文以三傳動齒輪齒條嚙合式無配重施工升降機為研究對象。

1.2" "施工升降機傳動機構工作原理

施工升降機傳動機構工作原理如下：齒條處于固定不動狀態，電動機驅動減速器運轉，帶動齒輪旋轉，由于齒輪與固定不動的齒條嚙合，于是齒輪通過傳動板和連接架帶動吊籠產生相對位移，從而實現吊籠的升降動作。

2" "施工升降機振動原因和減振思路

2.1" nbsp;振動現象

該型施工升降機在使用過程中普遍出現異常振動現象，且振動上下分布不均。新的施工升降機在使用初期振動不明顯，但在使用1年后，其舒適性明顯降低，振動幅度增大，齒輪加速磨損。觀察發現，3個齒輪均有磨損，但是磨損程度明顯不同。

2.2" "原因分析

分析認為，由于齒輪與齒條的嚙合無專門防止磨損的措施，容易出現微觀損傷，因此施工升降機傳動機構的齒輪磨損問題比較突出，振動源主要為齒輪齒條嚙合部位；外加載荷分布不均，導致單個齒輪磨損嚴重，增加振動幅度，由此形成惡性循環；齒輪齒條嚙合部位產生的振動直接傳遞給傳動板，然后經阻尼條、螺栓傳遞至連接架，最后經過鉸鏈傳遞到吊籠中，造成吊籠產生振動。

2.3" "減振思路

根據上述分析可知，施工升降機傳動機構產生振動的原因，主要包括不正常磨損、載荷分布不均以及振動源沒有得到有效控制等3各方方面，減振思路可確定為：從磨合工藝、均布載荷、振源抑制等3方面著手解決減振問題，為此需要設計相應的減振方案。

3" "減振方案設計

3.1" "磨合方案

3.1.1" "磨合的作用

施工升降機啟用初期采取正確的磨合方式，可使齒輪表面的凸峰被逐漸磨平，不斷增大配合面積，減小接觸應力，改善齒面的接觸精度，提高齒輪運轉的平穩性和承載能力，從而降低齒輪磨損速度，延長齒輪使用壽命。而不正確的磨合方式會增大齒輪載荷和接觸應力，在過大載荷和接觸應力作用下會造成齒輪產生微觀缺陷，該微觀缺陷會導致降低齒輪使用壽命并產生異常振動。

3.1.2" "磨合工藝

磨合工藝可分為以下5個步驟：

一是在無載荷情況下運轉，以低速擋全行程運行，總運轉時間約0.5h。

二是在無載荷情況下運轉，以高速擋全行程運行，總運轉時間約0.5h。

三是在額定載荷15%～20%情況下，以低速擋全行程磨合約5min，以高速擋全行程磨合約5min。

四是在額定載荷50%～70%情況下，以低速擋全行程磨合約10min，以高速擋全行程磨合約10min。

五是在滿載荷情況下，以低速擋全行程磨合約5min。

3.2" "載荷均布方案

3.2.1" "鏈傳動載荷均布裝置

針對三傳動施工升降機齒輪載荷分布不均問題，在原來傳動機構的基礎上，增設鏈輪傳動載荷均布裝置，即在原有3個齒輪軸和2個導輪軸上各并聯1個鏈輪，在傳動板上增設2個鏈輪，其中左上方1個鏈輪的位置可調，起到鏈條張緊作用。使用鏈條將所有鏈輪連成一體，以便同步動作。鏈傳動載荷均布裝置示意如圖2所示。

3.2.2" "鏈傳動載荷均布裝置的功用

鏈傳動保證了3個嚙合齒輪同步轉動，增加了傳動的平穩性，化解了載荷分布不均的問題，避免了單一齒輪載荷過大造成的快速磨損問題，從而使3個嚙合齒輪的磨損速度降下來。

3.3" "振源抑制方案

3.3.1" "尼龍阻尼輪振源抑制方案

尼龍具有良好的綜合性能，包括力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化腐蝕性和自潤滑性，且摩擦系數低，易于加工，適于用玻璃纖維和其它填料填充增強剛性。因此廣泛應用于機械、化工、儀表、汽車等工業中代替銅等金屬制造零件。其具有的自潤滑性，使得其壽命明顯高于其他材料。更重要的是，尼龍齒輪及導輪的阻尼系數較大，是很好的減振材料。

原齒輪與尼龍齒輪嚙合時，由于尼龍齒輪的阻尼系數較大，在齒輪齒條嚙合傳動過程中產生的振動經過尼龍齒輪的嚙合過程，使振源的振動衰減、振動響應降低。另外，尼龍導輪對齒條有限位作用，降低了齒輪齒條嚙合過程中的振動響應。基于尼龍材料的減振及傳動特性，設計了尼龍齒輪及導輪減振方案。尼龍阻尼輪振源抑制方案示意如圖3所示。

3.3.2" "消隙齒輪機構振源抑制方案

齒輪傳動機構均存在側隙，該側隙用來防止由于誤差和熱變形而造成的輪齒卡滯，并且給齒面間的潤滑油膜留有空間。但是該側隙同時又給傳動機構在反轉時帶來空程，使傳動機構不能準確定位，從而造成振動。為了減少或消除側隙給傳動機構帶來的振動現象，設計了消隙齒輪機構振源抑制方案代替原齒輪嚙合方案。消隙齒輪機構振源抑制方案如圖4所示。

圖4中，消隙齒輪機構包含2個齒數和模數相同的薄片齒輪，將這2個薄片齒輪并排套裝在同一齒輪軸上，均可作相對回轉運動。每個薄片齒輪上分別開有周向圓弧槽，并在周向圓弧槽內壓裝了拉簧和凸耳。

由于拉簧的作用使這2個齒輪錯位，并分別與齒條的齒槽上側與下側貼緊，由此消除了齒側間隙。此時，無論齒輪正向或反向旋轉，都因為只有1個齒輪承受轉矩，所以其承載能力受到限制。設計時須計算拉簧的拉力，使它能克服最大轉矩。

利用消隙齒輪機構代替原有的齒輪，消除了傳動齒輪的齒側間隙。利用拉簧變形后所產生的張緊力，使得傳動齒輪與齒條在正反轉時都能相互貼緊，以此提高傳動系統的平順性。

4" "方案設計小結

本文針對施工升降機齒輪齒條嚙合造成的振動問題，通過分析其使用過程中的典型表現，從磨合工藝、均布載荷、振源抑制等3方面提出了減振思路，并設計了磨合方案、載荷均布方案、尼龍阻尼輪減振方案、消隙齒輪機構減振方案等可行的減振方案，為解決相似類型施工升降機的減振問題提供了參考和借鑒。

5" "結束語

施工升降機廣泛應用于建筑工程施工現場，承擔載人載貨任務。隨著中國制造業升級，施工升降機運行過程中的平穩性、舒適性成為其設計、優化的新指標。針對齒輪齒條嚙合引起的振動現象，通過分析施工升降機使用過程中的典型表現，從磨合工藝、均布載荷、振源抑制等3個方面提出了減振思路，并分別設計了可行的減振方案。希望這些減振方案對使用施工升降機的建筑工程施工單位有所幫助。

參考文獻

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