有效消除施工升降機(jī)振動的研究

胡 浪1，黃 威1，吳學(xué)松2，張均保1，覃勤智1

（1.廣西建工集團(tuán)建筑機(jī)械制造有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530001；

2.中國建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000）

1 研究背景

眾所周知，振動問題一直都是影響SC型施工升降機(jī)（以下簡稱升降機(jī)）正常運(yùn)行的主要因素，成為困擾設(shè)備使用的一大難題。國內(nèi)專業(yè)期刊曾發(fā)表過多篇針對性文章，對不同的隨機(jī)性振動現(xiàn)象進(jìn)行了持續(xù)的分析與探討，提出了一些對應(yīng)性完善措施,觀點(diǎn)不一而足，各執(zhí)一詞，探討方向偏重于制造工藝、產(chǎn)品及安裝調(diào)試質(zhì)量等方面，鮮有涉及設(shè)計源頭及原理性分析。

既往的探討當(dāng)中已涉及的環(huán)節(jié)有相鄰輸出軸中心距是π的整倍數(shù)或非整倍數(shù)、傳動架與吊籠的聯(lián)接方式、傳動裝置及導(dǎo)向系統(tǒng)的制造質(zhì)量、導(dǎo)軌架的制造精度、電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速差額、主要受力結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)剛度、梅花聯(lián)軸節(jié)的安裝質(zhì)量、電機(jī)或梅花聯(lián)軸節(jié)的動平衡、對重鋼絲繩受風(fēng)載影響等因素，但影響最大的因素尚未見提及，振動現(xiàn)象依然未能得到根本性的遏制。為了便于更客觀、合理、清晰地理解，從而使影響升降機(jī)振動的主要問題得到切實(shí)有效的解決，本文通過分析升降機(jī)節(jié)律性的振動現(xiàn)象，以振動源、振動能量及約束條件作為關(guān)注對象，找出其影響的主要矛盾，制定改善措施并予以實(shí)施。經(jīng)驗(yàn)證，收到了良好的效果。

2 影響振動的主要因素

振動分為共振和機(jī)械振動兩種型式，前者是指一個物理系統(tǒng)在特定頻率下，以其最大振幅做振動的情形，該現(xiàn)象在升降機(jī)上表現(xiàn)不太明顯。而后者則是由一種以上的因素疊加作用的結(jié)果，在升降機(jī)上表現(xiàn)尤為突出。產(chǎn)生節(jié)律性機(jī)械振動（以下簡稱振動）的主要因素有振動源、振動能量及約束條件。振動強(qiáng)烈時會影響到設(shè)備運(yùn)行的舒適性和平穩(wěn)性，劇烈時甚至還會影響其安全度和可靠度。因此，必須引起從業(yè)者足夠的重視。

研究振動一般都會涉及振動源、振動能量和約束條件。凡是振動都必須有能量的不連續(xù)性施加與釋放過程，該過程亦可稱之為振動源的形成過程，此外，對振動源的約束條件亦是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它是限制振幅的一種非常重要的手段。從某種意義來說，找到了振動源并通過改善其約束條件從而達(dá)到對振動源進(jìn)行有效的“管控”，也就意味著振動問題將會得到妥善解決。

3 振動產(chǎn)生的分析

3.1 傳動裝置受力分析

振動節(jié)奏與齒輪齒條的過齒頻率是相一致的，如果產(chǎn)生，則運(yùn)行全程都會出現(xiàn)。振動是其產(chǎn)生的主要因素之間相互影響、共同作用的綜合結(jié)果，頻率的高低、能量及振幅的大小與振動效果有著密不可分的聯(lián)系，決定了振動當(dāng)量的強(qiáng)弱。于升降機(jī)而言，傳動機(jī)構(gòu)“力的傳遞鏈（即起始以及中途所經(jīng)過的路徑）”屬于單向受力體系，如果在某個鏈節(jié)當(dāng)中能尋找到一個及以上的逆向載荷或其約束條件的不合理“管控”等因素，則振動問題自然就會迎刃而解。

以常規(guī)的正齒傳動為例，傳動裝置“力的傳遞鏈”如圖1所示。所有垂直向下的力，包含提升載荷、吊籠自重、傳動裝置自重及運(yùn)行阻力通過減速機(jī)集中作用在齒輪齒條嚙合處，這些力施加于齒條上最終傳遞給導(dǎo)軌架，形成一個明晰的閉環(huán)式“力的傳遞鏈”。

圖1 傳動裝置“力的傳遞鏈”示意圖

以輸出軸垂線作為參照，所有反力均為逆時針方向，其傳遞路徑為：A處輸出小齒輪逆時針反力→B處3個減速機(jī)安裝面逆時針轉(zhuǎn)矩Mn1→傳動板上逆時針方向合成轉(zhuǎn)矩Mn2通過C處板架各連接點(diǎn)傳遞給傳動架→D處導(dǎo)軌架上側(cè)向?qū)л喸谀鏁r針方向總轉(zhuǎn)矩的作用下產(chǎn)生一對反力F。

傳動裝置的自重Q對輸出軸垂線取矩同時也產(chǎn)生了另一個順時針方向的力矩Mn3，在上述“力的傳遞鏈”里生成了一個逆向載荷（力矩），兩個相向的轉(zhuǎn)矩（3Mn1與Mn3）共同作用在安裝板之上，抵消后形成的逆時針方向的合成轉(zhuǎn)矩Mn2（Mn2=3Mn1-Mn3）并施加于傳動架之上，最終，整個架體上的總轉(zhuǎn)矩通過架體的側(cè)向?qū)л唫鬟f給導(dǎo)軌架。

3.2 振動源的形成

一方面，傳動板需要的是有基準(zhǔn)、有約束的安裝狀態(tài)。為便于調(diào)整，板架螺栓連接處通常都會保留一定的徑向間隙（一般為2mm即可），而板架超大間隙3D連接的出發(fā)點(diǎn)是設(shè)計者試圖通過較大的浮動量（自動）調(diào)節(jié)從而使A處嚙合達(dá)到一個較為理想的狀態(tài)，以彌補(bǔ)制造精度粗糙的不足，如果這一間隙得不到有效的“管控”，恰好就會成為導(dǎo)致振動的誘因。另一方面，設(shè)備使用一段時間，齒輪經(jīng)過磨損而出現(xiàn)了過大的間隙或壓輪松動時，齒輪副原來調(diào)定的配合狀態(tài)就可能會變成隨機(jī)狀態(tài)，“力的傳遞鏈”里的該鏈節(jié)同時也會出現(xiàn)一個周而復(fù)始的篩動狀態(tài)。研究結(jié)果表明，如果板架連接采用的是普通緊固方式，逆向載荷直接由傳動架上的導(dǎo)輪系統(tǒng)傳遞給導(dǎo)軌架，則“力的傳遞鏈”屬于連續(xù)傳遞狀態(tài)，即使是螺栓連接處松動，其較小間隙所造成的輕微振動也能通過傳動板頂部的緩沖橡膠條自我吸收掉，不會出現(xiàn)不舒適的振動現(xiàn)象。若板架之間采用超大間隙的3D懸浮連接（圖2），并且約束條件得不到有效的“管控”時，板架連接處的螺栓套單邊徑向間隙必然就會走過由“最大減至零再從零增至最大”的過程，3Mn1必須克服Mn3后方可傳遞給傳動架，每轉(zhuǎn)動一個齒，傳動板都必須消除一次最大間隙，由于逆向載荷Mn3的實(shí)時跟進(jìn)式存在，板架連接處的單邊間隙在瞬時之間再從零增至最大值，轉(zhuǎn)矩Mn2的傳遞數(shù)值永遠(yuǎn)在“Mn2～0”與“0～Mn2”之間循環(huán)交替，周而復(fù)始，能量的施加與釋放的不連續(xù)就形成了振動源，從而產(chǎn)生了節(jié)律性的機(jī)械振動。

圖2 板架3D連接局部圖

根據(jù)在傳動板與傳動架的緊固螺栓墊圈處的月牙偏心篩痕（圖3）不難推斷，板架3D懸浮連接使傳動板既可以在其緊固螺栓的直徑方向篩動，也可以朝螺栓軸線方向竄動，篩動的方向不可確定，與A、C、D處的間隙以及傳動板緊固螺栓的松緊程度有關(guān)。換言之，板架之間的連接永遠(yuǎn)處于一個具有較大自由度的懸浮狀態(tài)，這樣的情形勢必會導(dǎo)致傳動板在運(yùn)行過程中產(chǎn)生高頻舂米或高頻電動篩效應(yīng)。

圖3 月牙偏心篩痕

4 消除振動的措施

板架3D連接通過安裝調(diào)試后使A處嚙合達(dá)到一個較為理想的狀態(tài)，一旦調(diào)整并達(dá)到理想狀態(tài)之后就加以鎖定（圖4、圖5），人為給定一個能克服逆向載荷Mn3的預(yù)緊力并予以保持，即可消除振動，這與側(cè)向?qū)л喯到y(tǒng)的偏心鎖定道理是一樣的。在傳動板與架的右下方設(shè)置螺栓頂緊或偏心套頂緊，同時可在傳動板與架的側(cè)面設(shè)置碟簧輔助約束裝置，以防止齒輪因磨損或壓輪間隙過大時遠(yuǎn)離齒條。預(yù)緊力調(diào)定后均應(yīng)鎖緊并保持所要求的狀態(tài)，達(dá)到進(jìn)一步改善傳動機(jī)構(gòu)所需要的工作技術(shù)條件之目的。

圖4 “側(cè)向碟簧+底部螺栓頂緊”鎖定

圖5 “側(cè)向碟簧+底部偏心套頂緊”鎖定

實(shí)踐證實(shí)，在振動比較劇烈的升降機(jī)上采用了上述兩種鎖定措施之后，其振動現(xiàn)象就會得到根治性的消除。

5 結(jié) 論

經(jīng)綜合定性分析，升降機(jī)振動效應(yīng)取決于振動能量以及振幅的大小，A、C、D處的間隙調(diào)整越粗放以及傳動板緊固螺栓越松動，則振動效應(yīng)就越明顯，“管控”并約束好振動能量及其振幅是有效消除升降機(jī)振動的靈驗(yàn)措施。 O