施工升降機(jī)與工程機(jī)械的配套設(shè)計(jì)研究

何 明，牛雅靜，王東紅，盧蘭蘭，張曉云HE Ming, NIU Ya-jing, WANG Dong-hong, LU Lan-lan, ZHANG Xiao-yun（.中國(guó)建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000；.廊坊凱博建設(shè)機(jī)械科技有限公司，河北 廊坊 06500）

設(shè)計(jì)研究 Design & Research

施工升降機(jī)與工程機(jī)械的配套設(shè)計(jì)研究

何 明1，牛雅靜2，王東紅1，盧蘭蘭2，張曉云2
HE Ming, NIU Ya-jing, WANG Dong-hong, LU Lan-lan, ZHANG Xiao-yun
（1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊凱博建設(shè)機(jī)械科技有限公司，河北 廊坊 065001）

[摘 要]根據(jù)不同大型工程機(jī)械的結(jié)構(gòu)和形式，設(shè)計(jì)專用的配套施工升降機(jī)，以滿足其各方面的技術(shù)需求，并以混凝土攪拌站工程、盾構(gòu)工程和高空造樓機(jī)施工工程為例，介紹了工程機(jī)械配套專用升降機(jī)的設(shè)計(jì)研究及開發(fā)前景。

[關(guān)鍵詞]施工升降機(jī)；配套；混凝土攪拌站；盾構(gòu)；造樓機(jī)；設(shè)計(jì)

1 引 言

常規(guī)施工升降機(jī)一般在高層樓宇建設(shè)中廣泛使用，隨著大型項(xiàng)目施工機(jī)械化程度的提高，也使得異形施工升降機(jī)在煙囪、水塔和輸電跨越塔等電廠項(xiàng)目的施工和檢修中越來越多地得到應(yīng)用。而隨著工程施工機(jī)械化的不斷發(fā)展，專用異形施工升降機(jī)也在混凝土攪拌站、盾構(gòu)工程、高空造樓機(jī)等項(xiàng)目中的運(yùn)用越來越普及，這也使得異形施工升降機(jī)與大型工程機(jī)械的配套設(shè)計(jì)與研究及批量化生產(chǎn)得到更多重視。

2 混凝土攪拌站配套升降機(jī)設(shè)計(jì)研究

混凝土攪拌站的形式多變，給配套施工升降機(jī)的設(shè)計(jì)帶來一定的難度。加上不同用戶針對(duì)不同攪拌站的要求，對(duì)施工升降機(jī)也會(huì)提出各種各樣的性能指標(biāo)，主要體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、制作材料、升降機(jī)載荷、轎廂空間、控制維護(hù)及安全保障等方面。比如驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求選用高效電機(jī)，制作要求使用不銹鋼或者陽極氧化鋁制轎廂、防滑地板、花紋吊頂板等，控制方式要求籠內(nèi)控制、籠頂控制、自動(dòng)平層、層門呼梯、電話呼叫等，在升降機(jī)維護(hù)方面要求導(dǎo)軌自動(dòng)潤(rùn)滑，安全方面要求失電手動(dòng)下放等等。

要實(shí)現(xiàn)客戶提出的所有功能，就必須做全新的施工升降機(jī)設(shè)計(jì)。因?yàn)槌藢?shí)現(xiàn)升降機(jī)本身需要滿足技術(shù)要求的功能及安全標(biāo)準(zhǔn)的條例外，還必須和混凝土攪拌站相結(jié)合，解決基礎(chǔ)、附著和供電等方面的干涉問題和其他相關(guān)問題。但是鑒于設(shè)計(jì)及制作等各方面的成本及其他因素，對(duì)于此類升降機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)和模塊化制作也顯得尤為重要。以下以瑪連尼和安邁的幾個(gè)混凝土攪拌站施工升降機(jī)為例，對(duì)這些設(shè)計(jì)做一些說明。

2.1 升降機(jī)方案及基礎(chǔ)布置

混凝土攪拌站配套施工升降機(jī)主要用于載人使用，兼用載貨。以安邁2臺(tái)比較典型的混凝土攪拌站施工升降機(jī)（圖1、圖2）和瑪連尼1臺(tái)典型混凝土攪拌站施工升降機(jī)（圖3）為例，其方案必須根據(jù)攪拌站的結(jié)構(gòu)及設(shè)備參數(shù)要求（表1）采取完全不同的設(shè)計(jì)。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，3臺(tái)施工升降機(jī)主要工作參數(shù)比較相似，型號(hào)、驅(qū)動(dòng)形式、額定載荷、額定人數(shù)、提升速度、減速機(jī)電機(jī)型號(hào)、防墜落安全器等這些參數(shù)基本一致，這是從最早期到現(xiàn)在混凝土攪拌站配套的各種型號(hào)、載荷、功率等不同參數(shù)的施工升降機(jī)在各種工況下經(jīng)過試驗(yàn)和使用以及用戶反饋所總結(jié)出的最合理和適用的參數(shù)。比如小型的SC40施工升降機(jī)可以在電廠煙氣監(jiān)測(cè)和煙囪檢修中發(fā)揮巨大作用，但是用在攪拌站上就會(huì)顯得載荷和人數(shù)受到限制；如果使用大型的SC200施工升降機(jī)，其安裝空間又受到很大限制。所以必須根據(jù)攪拌站的工作參數(shù)與之匹配并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化和模塊化。

圖1　 安邁攪拌站配套升降機(jī)I

圖2　 安邁攪拌站配套升降機(jī)II

圖3　 瑪連尼攪拌站配套升降機(jī)

表1　 混凝土攪拌站配套圖施工升降機(jī)主要參數(shù)

攪拌站施工升降機(jī)最復(fù)雜的是轎廂形式和基礎(chǔ)布置，這兩項(xiàng)還直接影響導(dǎo)軌附著形式和升降機(jī)的供電方式。如圖4所示，升降機(jī)基礎(chǔ)必須繞開攪拌站的混凝土基礎(chǔ)臺(tái)，還必須避免與混凝土輸送車輛發(fā)生干涉，升降機(jī)進(jìn)出門方位也不能處于車行通道或街道上。這種情況下必須設(shè)計(jì)不規(guī)則的底架來實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的穩(wěn)固及地面圍欄的安全可靠。

圖4　 某攪拌站施工升降機(jī)基礎(chǔ)布置

2.2 附著形式

升降機(jī)附著一般根據(jù)基礎(chǔ)布置和轎廂形式在攪拌站上設(shè)置可靠的附著點(diǎn)，一般情況下首選附著點(diǎn)設(shè)置在攪拌站結(jié)構(gòu)件的立柱和橫梁上。

圖1（安邁I）和圖3（瑪連尼）的結(jié)構(gòu)形式是以中心鋼桁架為主支的結(jié)構(gòu)，這種形式的攪拌站升降機(jī)導(dǎo)軌可以隨中心鋼桁架橫梁位置設(shè)置附著即可。圖2（安邁II）攪拌站的結(jié)構(gòu)形式是攪拌站周邊用型鋼作為立柱，中心設(shè)置橫梁的結(jié)構(gòu)，這種形式的攪拌站給升降機(jī)導(dǎo)軌的附著帶來一定的麻煩，因?yàn)榱⒅粫?huì)一直升到頂部，達(dá)到某一高度后，攪拌站也是采用的模塊化設(shè)計(jì)，此時(shí)的附著點(diǎn)需要根據(jù)具體攪拌站模塊或者走臺(tái)布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)會(huì)造成升降機(jī)導(dǎo)軌懸臂過大，需要進(jìn)行特殊的附著設(shè)計(jì)使導(dǎo)軌剛度達(dá)到要求，如圖5所示。

2.3 供電方式

鑒于混凝土攪拌站特定的工作模式，配套升降機(jī)一般選用帶滑車的電纜導(dǎo)向系統(tǒng)，解決施工升降機(jī)在風(fēng)力較大或環(huán)境溫度較低的情況下使用，同時(shí)也減小動(dòng)力電纜及通訊控制電纜本身的壓降以及解決電纜自身強(qiáng)度帶來的問題。電纜滑車系統(tǒng)采用中間供電方式，利用滑車系統(tǒng)存儲(chǔ)電纜。電纜滑車系統(tǒng)包括電纜滑車、電纜挑桿、電纜臂、電纜護(hù)架等。

電纜導(dǎo)向形式可使用獨(dú)立導(dǎo)軌形式（圖6）或標(biāo)準(zhǔn)節(jié)導(dǎo)軌形式（圖7），兩種形式的選用主要根據(jù)混凝土攪拌站的結(jié)構(gòu)布置以及施工升降機(jī)相關(guān)參數(shù)來確定。

3 盾構(gòu)工程配套升降機(jī)設(shè)計(jì)研究

在盾構(gòu)工程施工中，施工人員從地面進(jìn)入隧洞一般使用鋼爬梯或樓梯，較深豎井有的會(huì)使用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易卷揚(yáng)機(jī)式鋼絲繩升降機(jī)，作業(yè)效率低，安全系數(shù)低。由中國(guó)管道石油公司某項(xiàng)目部委托并合作研發(fā)的SC60盾構(gòu)載人升降機(jī)成功解決了這一難題。

盾構(gòu)升降機(jī)主要解決的是施工人員從地面出入升降機(jī)和從豎井底部出入升降機(jī)的平臺(tái)以及升降機(jī)在豎井井壁附著的問題。一般地下工程施工，在通道入口處均會(huì)設(shè)置桁車，桁車在升降機(jī)安裝和拆卸中能起到很大的作用，但同時(shí)由于桁車高度限制，對(duì)盾構(gòu)升降機(jī)導(dǎo)軌高度也產(chǎn)生一定的限制。同時(shí)由于桁車及其他地面作業(yè)，對(duì)盾構(gòu)升降機(jī)的周邊防護(hù)尤為重要。

圖5　 一種懸臂加固模式

圖6　 獨(dú)立導(dǎo)軌電纜導(dǎo)向形式圖

圖7　 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)導(dǎo)軌式電纜導(dǎo)向形式

綜合考慮各種有利和不利因素，同時(shí)在機(jī)械和電氣方面設(shè)置安全鎖和安全開關(guān)。在升降機(jī)轎廂沒有到達(dá)指定層位置時(shí)，任何層門及升降機(jī)進(jìn)出口門均無法正常打開，只有升降機(jī)轎廂到達(dá)指定層位置，相應(yīng)層門及升降機(jī)轎廂門才能安全開啟。在緊急狀況下，可使用緊急措施打開轎廂及層門安全鎖逃生。

4 高空造樓機(jī)配套升降機(jī)設(shè)計(jì)研究

高空造樓機(jī)是適用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土高空自動(dòng)化建造工法的全新產(chǎn)品，由于其施工頂升實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化的下加節(jié)型式，也使得施工升降機(jī)必須達(dá)到下加節(jié)自動(dòng)化的要求，這對(duì)施工升降機(jī)的導(dǎo)軌型式和供電形式提出了全新的挑戰(zhàn)。

配套于高空造樓機(jī)的施工升降機(jī)完全按照造樓機(jī)相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)。造樓機(jī)工作模式：主機(jī)就位后完成房間模塊及鋼筋模塊吊裝，澆筑完成后，主機(jī)連同模塊整體提升，完成一層的工作，進(jìn)入下一層澆筑。由于整個(gè)提升是由底部8個(gè)支腿液壓缸同步頂升完成，且造樓機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)由一套自動(dòng)運(yùn)送和定位裝置完成，施工升降機(jī)的導(dǎo)軌安裝也必須從底部隨造樓機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)自動(dòng)完成定位并牢固安裝。同時(shí)，由于整個(gè)提升動(dòng)作均在底部實(shí)現(xiàn)，對(duì)于升降機(jī)供電和控制都提出了一些難題。

4.1 施工升降機(jī)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)施工環(huán)境的分析，仍然采用齒輪齒條式的施工升降機(jī)。升降機(jī)導(dǎo)軌必須和造樓機(jī)導(dǎo)軌長(zhǎng)度一致才能保證每節(jié)導(dǎo)軌安裝時(shí)的定位和精度滿足使用要求。按照常規(guī)設(shè)計(jì)，齒條模數(shù)一般選擇8或者6，造樓機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)每節(jié)長(zhǎng)度為2800mm，直接導(dǎo)致模數(shù)8或6的齒條無法直接使用，而采取配合截?cái)嗟墓に嚰嚷浜笠膊缓貌僮?，根?jù)這一特定參數(shù)和計(jì)算校核，使用第二系列模數(shù)5.5可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度匹配，并將齒條對(duì)接時(shí)齒向節(jié)距誤差控制在允許值范圍內(nèi)。

常規(guī)施工升降機(jī)通過端部止口定位，用高強(qiáng)螺栓緊固，這種工藝雖然方便安裝但在造樓機(jī)內(nèi)顯然不可取。為實(shí)現(xiàn)施工升降機(jī)導(dǎo)軌的定位和緊固，將定位止口設(shè)計(jì)為錐套形式。將施工升降機(jī)導(dǎo)軌與造樓機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)做整體焊接，根據(jù)造樓機(jī)整體重量參數(shù)，在整機(jī)頂升過程中，在造樓機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)定位并緊固的同時(shí)，通過重力將施工升降機(jī)導(dǎo)軌緊固，并使所有方向偏差都控制在誤差范圍內(nèi)。

4.2 上供電方式研究

施工升降機(jī)的供電一般采用下供電，使用滑車導(dǎo)向系統(tǒng)時(shí)為中間供電。在造樓機(jī)這種底部頂升加節(jié)的工作模式中，施工升降機(jī)只能采用上供電形式，將造樓機(jī)頂部電源從升降機(jī)運(yùn)行軌道正上方引入，并接入升降機(jī)電箱。

上供電唯一的難題是電纜在升降機(jī)頂部的儲(chǔ)存方式，由于空間限制，采用立式電纜儲(chǔ)筒顯然不可取。根據(jù)升降機(jī)運(yùn)行參數(shù)及電纜的性能參數(shù)，選用匹配的力矩電機(jī)和橫式電纜卷筒并通過電氣控制，實(shí)現(xiàn)了施工升降機(jī)上供電的工作模式。

4.3 無線控制

無線控制在電子行業(yè)并不新鮮，引入到升降機(jī)控制也是很成熟的技術(shù)了，在造樓機(jī)的應(yīng)用上也是不可或缺的手段。因?yàn)樵鞓菣C(jī)頂升前所有人員必須經(jīng)過升降機(jī)從高處下到地面，而頂升完成后升降機(jī)轎廂也隨之上移，這就需要無線控制實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的上下運(yùn)動(dòng)，以便升降機(jī)下降到首層位置進(jìn)入升降機(jī)。

出于安全方面的要求，在轎廂控制和無線控制之間設(shè)置了優(yōu)先權(quán)，以防止誤操作而導(dǎo)致事故。

5 結(jié) 語

不論是在混凝土攪拌站，還是盾構(gòu)工程，還是高空造樓機(jī)上，施工升降機(jī)都屬于新興設(shè)備。目前混凝土攪拌站配套施工升降機(jī)更多的用在出口設(shè)備上（圖8），盾構(gòu)工程配套升降機(jī)的使用僅限于大型深層輸油管道的施工，高空造樓機(jī)的研制僅處于剛成功階段（圖9）。隨著國(guó)內(nèi)建筑和施工機(jī)械化程度的普及，對(duì)于這些大型工程機(jī)械施工配套工業(yè)升降機(jī)研制前景廣闊。在役的施工升降機(jī)極大程度上提高了這些大型工程機(jī)械施工作業(yè)效率，尤其在盾構(gòu)工程中對(duì)施工人員的運(yùn)送發(fā)揮了重大作用，受到用戶一致好評(píng)，將來在地鐵或其他盾構(gòu)施工中會(huì)得到進(jìn)一步應(yīng)用。

圖8　 服役于混凝土攪拌站的施工升降機(jī)

圖9　 服役于高空造樓機(jī)的施工升降機(jī)

[參考文獻(xiàn)]

[1] 何 明，田國(guó)承，何勸云，等．mini施工升降機(jī)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]．建筑機(jī)械化，2010，（6）：46-48.

[2] 何勸云，楊國(guó)棟，鮑會(huì)麗，等．施工升降機(jī)惰輪安全器的降噪措施[J]．建筑機(jī)械化，2012，（5）：42-43.

（編輯 賈澤輝）

［中圖分類號(hào)］TH211+.6

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366（2015）02-0041-04

［收稿日期］2014-12-25

Research of supporting design of building hoist and construction machinery