施工升降機(jī)異常振動(dòng)原因分析和減振方案設(shè)計(jì)

摘要：在簡要介紹施工升降機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，分析了施工升降機(jī)振動(dòng)原因，確定減振思路，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)振源抑制方案等3種4項(xiàng)減振方案，這些減振方案為解決相似類型施工升降機(jī)的減振問題提供了有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：施工升降機(jī)；異常振動(dòng)；減振方案設(shè)計(jì)

0" "引言

施工升降機(jī)是建筑工程中廣泛使用的載人載貨施工機(jī)械，主要用于高層建筑的內(nèi)外裝修、橋梁、煙囪等建筑的施工[1]。我國施工升降機(jī)生產(chǎn)已經(jīng)過仿制、逆向開發(fā)階段，并在順應(yīng)中國制造2025的大背景下逐步通過新產(chǎn)品研發(fā)走向國際市場(chǎng)[2]。在這樣的背景下，人們對(duì)施工升降機(jī)質(zhì)量提出了更高的要求。在保證施工升降機(jī)實(shí)用性與安全性的基礎(chǔ)上，其運(yùn)行過程的舒適性直接決定了產(chǎn)品的價(jià)值增量，成為新產(chǎn)品研發(fā)的重點(diǎn)[3-4]。

施工升降機(jī)的舒適性，主要表現(xiàn)在運(yùn)行的平順性，其關(guān)鍵在于降低吊籠的振動(dòng)現(xiàn)象[5]?；诖耍疚尼槍?duì)施工升降機(jī)減振問題，以齒輪齒條嚙合式無配重施工升降機(jī)為研究對(duì)象，通過分析其使用過程中的典型表現(xiàn)，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(shè)計(jì)了可行的、具有參考和借鑒意義的施工升降機(jī)減振方案。

1" "施工升降機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成和工作原理

1.1" "施工升降機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成

齒輪齒條嚙合式無配重施工升降機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、齒輪、導(dǎo)輪、齒條、阻尼條、連接架、傳動(dòng)板、吊籠等組成。施工升降機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成示意如圖1所示。

圖1所示為三傳動(dòng)施工升降機(jī)，即三組電動(dòng)機(jī)和減速器帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)和吊籠升降。所有傳動(dòng)零部件均安裝在傳動(dòng)板上，傳動(dòng)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(dòng)齒輪齒條嚙合式無配重施工升降機(jī)為研究對(duì)象。

1.2" "施工升降機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理

施工升降機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理如下：齒條處于固定不動(dòng)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，由于齒輪與固定不動(dòng)的齒條嚙合，于是齒輪通過傳動(dòng)板和連接架帶動(dòng)吊籠產(chǎn)生相對(duì)位移，從而實(shí)現(xiàn)吊籠的升降動(dòng)作。

2" "施工升降機(jī)振動(dòng)原因和減振思路

2.1" nbsp;振動(dòng)現(xiàn)象

該型施工升降機(jī)在使用過程中普遍出現(xiàn)異常振動(dòng)現(xiàn)象，且振動(dòng)上下分布不均。新的施工升降機(jī)在使用初期振動(dòng)不明顯，但在使用1年后，其舒適性明顯降低，振動(dòng)幅度增大，齒輪加速磨損。觀察發(fā)現(xiàn)，3個(gè)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(rèn)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(xiàn)微觀損傷，因此施工升降機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪磨損問題比較突出，振動(dòng)源主要為齒輪齒條嚙合部位；外加載荷分布不均，導(dǎo)致單個(gè)齒輪磨損嚴(yán)重，增加振動(dòng)幅度，由此形成惡性循環(huán)；齒輪齒條嚙合部位產(chǎn)生的振動(dòng)直接傳遞給傳動(dòng)板，然后經(jīng)阻尼條、螺栓傳遞至連接架，最后經(jīng)過鉸鏈傳遞到吊籠中，造成吊籠產(chǎn)生振動(dòng)。

2.3" "減振思路

根據(jù)上述分析可知，施工升降機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)的原因，主要包括不正常磨損、載荷分布不均以及振動(dòng)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(shè)計(jì)相應(yīng)的減振方案。

3" "減振方案設(shè)計(jì)

3.1" "磨合方案

3.1.1" "磨合的作用

施工升降機(jī)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(yīng)力，改善齒面的接觸精度，提高齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)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(huì)增大齒輪載荷和接觸應(yīng)力，在過大載荷和接觸應(yīng)力作用下會(huì)造成齒輪產(chǎn)生微觀缺陷，該微觀缺陷會(huì)導(dǎo)致降低齒輪使用壽命并產(chǎn)生異常振動(dòng)。

3.1.2" "磨合工藝

磨合工藝可分為以下5個(gè)步驟：

一是在無載荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，以低速擋全行程運(yùn)行，總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間約0.5h。

二是在無載荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，以高速擋全行程運(yùn)行，總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)載荷均布裝置

針對(duì)三傳動(dòng)施工升降機(jī)齒輪載荷分布不均問題，在原來傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增設(shè)鏈輪傳動(dòng)載荷均布裝置，即在原有3個(gè)齒輪軸和2個(gè)導(dǎo)輪軸上各并聯(lián)1個(gè)鏈輪，在傳動(dòng)板上增設(shè)2個(gè)鏈輪，其中左上方1個(gè)鏈輪的位置可調(diào)，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(dòng)作。鏈傳動(dòng)載荷均布裝置示意如圖2所示。

3.2.2" "鏈傳動(dòng)載荷均布裝置的功用

鏈傳動(dòng)保證了3個(gè)嚙合齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，增加了傳動(dòng)的平穩(wěn)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(gè)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(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化腐蝕性和自潤滑性，且摩擦系數(shù)低，易于加工，適于用玻璃纖維和其它填料填充增強(qiáng)剛性。因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、儀表、汽車等工業(yè)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(dǎo)輪的阻尼系數(shù)較大，是很好的減振材料。

原齒輪與尼龍齒輪嚙合時(shí)，由于尼龍齒輪的阻尼系數(shù)較大，在齒輪齒條嚙合傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)經(jīng)過尼龍齒輪的嚙合過程，使振源的振動(dòng)衰減、振動(dòng)響應(yīng)降低。另外，尼龍導(dǎo)輪對(duì)齒條有限位作用，降低了齒輪齒條嚙合過程中的振動(dòng)響應(yīng)?；谀猃埐牧系臏p振及傳動(dòng)特性，設(shè)計(jì)了尼龍齒輪及導(dǎo)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(jī)構(gòu)振源抑制方案

齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均存在側(cè)隙，該側(cè)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(cè)隙同時(shí)又給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在反轉(zhuǎn)時(shí)帶來空程，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不能準(zhǔn)確定位，從而造成振動(dòng)。為了減少或消除側(cè)隙給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶來的振動(dòng)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了消隙齒輪機(jī)構(gòu)振源抑制方案代替原齒輪嚙合方案。消隙齒輪機(jī)構(gòu)振源抑制方案如圖4所示。

圖4中，消隙齒輪機(jī)構(gòu)包含2個(gè)齒數(shù)和模數(shù)相同的薄片齒輪，將這2個(gè)薄片齒輪并排套裝在同一齒輪軸上，均可作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)薄片齒輪上分別開有周向圓弧槽，并在周向圓弧槽內(nèi)壓裝了拉簧和凸耳。

由于拉簧的作用使這2個(gè)齒輪錯(cuò)位，并分別與齒條的齒槽上側(cè)與下側(cè)貼緊，由此消除了齒側(cè)間隙。此時(shí)，無論齒輪正向或反向旋轉(zhuǎn)，都因?yàn)橹挥?個(gè)齒輪承受轉(zhuǎn)矩，所以其承載能力受到限制。設(shè)計(jì)時(shí)須計(jì)算拉簧的拉力，使它能克服最大轉(zhuǎn)矩。

利用消隙齒輪機(jī)構(gòu)代替原有的齒輪，消除了傳動(dòng)齒輪的齒側(cè)間隙。利用拉簧變形后所產(chǎn)生的張緊力，使得傳動(dòng)齒輪與齒條在正反轉(zhuǎn)時(shí)都能相互貼緊，以此提高傳動(dòng)系統(tǒng)的平順性。

4" "方案設(shè)計(jì)小結(jié)

本文針對(duì)施工升降機(jī)齒輪齒條嚙合造成的振動(dòng)問題，通過分析其使用過程中的典型表現(xiàn)，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(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)減振方案等可行的減振方案，為解決相似類型施工升降機(jī)的減振問題提供了參考和借鑒。

5" "結(jié)束語

施工升降機(jī)廣泛應(yīng)用于建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)，承擔(dān)載人載貨任務(wù)。隨著中國制造業(yè)升級(jí)，施工升降機(jī)運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性、舒適性成為其設(shè)計(jì)、優(yōu)化的新指標(biāo)。針對(duì)齒輪齒條嚙合引起的振動(dòng)現(xiàn)象，通過分析施工升降機(jī)使用過程中的典型表現(xiàn)，從磨合工藝、均布載荷、振源抑制等3個(gè)方面提出了減振思路，并分別設(shè)計(jì)了可行的減振方案。希望這些減振方案對(duì)使用施工升降機(jī)的建筑工程施工單位有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝東明，楊健，羅貞.新型節(jié)能高效H型施工升降機(jī)關(guān)鍵

技術(shù)研究[J].建筑機(jī)械，2020，538（12）：65-67.

[2] 孫宏潔，劉婉如.基于故障樹-貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)升降機(jī)電氣系

統(tǒng)可靠性分析[J].工程機(jī)械，2023，54（3）：90-93+9-10.

[3] 尹文靜，劉雙.簡易升降機(jī)與升降工作平臺(tái)的區(qū)別[J].建筑

機(jī)械，2018，514（12）：82-83+87.

[4] 王彬，晁自如，張業(yè)，等.超高層施工升降機(jī)配置技術(shù)研究

[J].建筑機(jī)械化，2023，44（5）：16-19.

[5] 王興，徐勇鋼，項(xiàng)科忠，等.簡易升降機(jī)安全監(jiān)控的信號(hào)采

集與傳輸系統(tǒng)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2023，623（3）：51-55.