施工升降機與工程機械的配套設計研究

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（.中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000；.廊坊凱博建設機械科技有限公司，河北 廊坊 06500）

設計研究 Design & Research

施工升降機與工程機械的配套設計研究

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.中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.廊坊凱博建設機械科技有限公司，河北 廊坊 065001）

[摘 要]根據不同大型工程機械的結構和形式，設計專用的配套施工升降機，以滿足其各方面的技術需求，并以混凝土攪拌站工程、盾構工程和高空造樓機施工工程為例，介紹了工程機械配套專用升降機的設計研究及開發前景。

[關鍵詞]施工升降機；配套；混凝土攪拌站；盾構；造樓機；設計

1 引 言

常規施工升降機一般在高層樓宇建設中廣泛使用，隨著大型項目施工機械化程度的提高，也使得異形施工升降機在煙囪、水塔和輸電跨越塔等電廠項目的施工和檢修中越來越多地得到應用。而隨著工程施工機械化的不斷發展，專用異形施工升降機也在混凝土攪拌站、盾構工程、高空造樓機等項目中的運用越來越普及，這也使得異形施工升降機與大型工程機械的配套設計與研究及批量化生產得到更多重視。

2 混凝土攪拌站配套升降機設計研究

混凝土攪拌站的形式多變，給配套施工升降機的設計帶來一定的難度。加上不同用戶針對不同攪拌站的要求，對施工升降機也會提出各種各樣的性能指標，主要體現在驅動機構、制作材料、升降機載荷、轎廂空間、控制維護及安全保障等方面。比如驅動機構要求選用高效電機，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，控制方式要求籠內控制、籠頂控制、自動平層、層門呼梯、電話呼叫等，在升降機維護方面要求導軌自動潤滑，安全方面要求失電手動下放等等。

要實現客戶提出的所有功能，就必須做全新的施工升降機設計。因為除了實現升降機本身需要滿足技術要求的功能及安全標準的條例外，還必須和混凝土攪拌站相結合，解決基礎、附著和供電等方面的干涉問題和其他相關問題。但是鑒于設計及制作等各方面的成本及其他因素，對于此類升降機的參數化設計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混凝土攪拌站施工升降機為例，對這些設計做一些說明。

2.1 升降機方案及基礎布置

混凝土攪拌站配套施工升降機主要用于載人使用，兼用載貨。以安邁2臺比較典型的混凝土攪拌站施工升降機（圖1、圖2）和瑪連尼1臺典型混凝土攪拌站施工升降機（圖3）為例，其方案必須根據攪拌站的結構及設備參數要求（表1）采取完全不同的設計。

根據表1數據不難發現，3臺施工升降機主要工作參數比較相似，型號、驅動形式、額定載荷、額定人數、提升速度、減速機電機型號、防墜落安全器等這些參數基本一致，這是從最早期到現在混凝土攪拌站配套的各種型號、載荷、功率等不同參數的施工升降機在各種工況下經過試驗和使用以及用戶反饋所總結出的最合理和適用的參數。比如小型的SC40施工升降機可以在電廠煙氣監測和煙囪檢修中發揮巨大作用，但是用在攪拌站上就會顯得載荷和人數受到限制；如果使用大型的SC200施工升降機，其安裝空間又受到很大限制。所以必須根據攪拌站的工作參數與之匹配并進行優化設計，實現參數化和模塊化。

圖1　 安邁攪拌站配套升降機I

圖2　 安邁攪拌站配套升降機II

圖3　 瑪連尼攪拌站配套升降機

表1　 混凝土攪拌站配套圖施工升降機主要參數

攪拌站施工升降機最復雜的是轎廂形式和基礎布置，這兩項還直接影響導軌附著形式和升降機的供電方式。如圖4所示，升降機基礎必須繞開攪拌站的混凝土基礎臺，還必須避免與混凝土輸送車輛發生干涉，升降機進出門方位也不能處于車行通道或街道上。這種情況下必須設計不規則的底架來實現基礎的穩固及地面圍欄的安全可靠。

圖4　 某攪拌站施工升降機基礎布置

2.2 附著形式

升降機附著一般根據基礎布置和轎廂形式在攪拌站上設置可靠的附著點，一般情況下首選附著點設置在攪拌站結構件的立柱和橫梁上。

圖1（安邁I）和圖3（瑪連尼）的結構形式是以中心鋼桁架為主支的結構，這種形式的攪拌站升降機導軌可以隨中心鋼桁架橫梁位置設置附著即可。圖2（安邁II）攪拌站的結構形式是攪拌站周邊用型鋼作為立柱，中心設置橫梁的結構，這種形式的攪拌站給升降機導軌的附著帶來一定的麻煩，因為立柱不會一直升到頂部，達到某一高度后，攪拌站也是采用的模塊化設計，此時的附著點需要根據具體攪拌站模塊或者走臺布置進行設計。這種設計會造成升降機導軌懸臂過大，需要進行特殊的附著設計使導軌剛度達到要求，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，配套升降機一般選用帶滑車的電纜導向系統，解決施工升降機在風力較大或環境溫度較低的情況下使用，同時也減小動力電纜及通訊控制電纜本身的壓降以及解決電纜自身強度帶來的問題。電纜滑車系統采用中間供電方式，利用滑車系統存儲電纜。電纜滑車系統包括電纜滑車、電纜挑桿、電纜臂、電纜護架等。

電纜導向形式可使用獨立導軌形式（圖6）或標準節導軌形式（圖7），兩種形式的選用主要根據混凝土攪拌站的結構布置以及施工升降機相關參數來確定。

3 盾構工程配套升降機設計研究

在盾構工程施工中，施工人員從地面進入隧洞一般使用鋼爬梯或樓梯，較深豎井有的會使用傳統的簡易卷揚機式鋼絲繩升降機，作業效率低，安全系數低。由中國管道石油公司某項目部委托并合作研發的SC60盾構載人升降機成功解決了這一難題。

盾構升降機主要解決的是施工人員從地面出入升降機和從豎井底部出入升降機的平臺以及升降機在豎井井壁附著的問題。一般地下工程施工，在通道入口處均會設置桁車，桁車在升降機安裝和拆卸中能起到很大的作用，但同時由于桁車高度限制，對盾構升降機導軌高度也產生一定的限制。同時由于桁車及其他地面作業，對盾構升降機的周邊防護尤為重要。

圖5　 一種懸臂加固模式

圖6　 獨立導軌電纜導向形式圖

圖7　 標準節導軌式電纜導向形式

綜合考慮各種有利和不利因素，同時在機械和電氣方面設置安全鎖和安全開關。在升降機轎廂沒有到達指定層位置時，任何層門及升降機進出口門均無法正常打開，只有升降機轎廂到達指定層位置，相應層門及升降機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 高空造樓機配套升降機設計研究

高空造樓機是適用于現澆鋼筋混凝土高空自動化建造工法的全新產品，由于其施工頂升實現了全自動化的下加節型式，也使得施工升降機必須達到下加節自動化的要求，這對施工升降機的導軌型式和供電形式提出了全新的挑戰。

配套于高空造樓機的施工升降機完全按照造樓機相關尺寸設計。造樓機工作模式：主機就位后完成房間模塊及鋼筋模塊吊裝，澆筑完成后，主機連同模塊整體提升，完成一層的工作，進入下一層澆筑。由于整個提升是由底部8個支腿液壓缸同步頂升完成，且造樓機標準節由一套自動運送和定位裝置完成，施工升降機的導軌安裝也必須從底部隨造樓機標準節自動完成定位并牢固安裝。同時，由于整個提升動作均在底部實現，對于升降機供電和控制都提出了一些難題。

4.1 施工升降機導軌設計

根據對施工環境的分析，仍然采用齒輪齒條式的施工升降機。升降機導軌必須和造樓機導軌長度一致才能保證每節導軌安裝時的定位和精度滿足使用要求。按照常規設計，齒條模數一般選擇8或者6，造樓機標準節每節長度為2800mm，直接導致模數8或6的齒條無法直接使用，而采取配合截斷的工藝既落后也不好操作，根據這一特定參數和計算校核，使用第二系列模數5.5可實現長度匹配，并將齒條對接時齒向節距誤差控制在允許值范圍內。

常規施工升降機通過端部止口定位，用高強螺栓緊固，這種工藝雖然方便安裝但在造樓機內顯然不可取。為實現施工升降機導軌的定位和緊固，將定位止口設計為錐套形式。將施工升降機導軌與造樓機標準節做整體焊接，根據造樓機整體重量參數，在整機頂升過程中，在造樓機標準節定位并緊固的同時，通過重力將施工升降機導軌緊固，并使所有方向偏差都控制在誤差范圍內。

4.2 上供電方式研究

施工升降機的供電一般采用下供電，使用滑車導向系統時為中間供電。在造樓機這種底部頂升加節的工作模式中，施工升降機只能采用上供電形式，將造樓機頂部電源從升降機運行軌道正上方引入，并接入升降機電箱。

上供電唯一的難題是電纜在升降機頂部的儲存方式，由于空間限制，采用立式電纜儲筒顯然不可取。根據升降機運行參數及電纜的性能參數，選用匹配的力矩電機和橫式電纜卷筒并通過電氣控制，實現了施工升降機上供電的工作模式。

4.3 無線控制

無線控制在電子行業并不新鮮，引入到升降機控制也是很成熟的技術了，在造樓機的應用上也是不可或缺的手段。因為造樓機頂升前所有人員必須經過升降機從高處下到地面，而頂升完成后升降機轎廂也隨之上移，這就需要無線控制實現升降機的上下運動，以便升降機下降到首層位置進入升降機。

出于安全方面的要求，在轎廂控制和無線控制之間設置了優先權，以防止誤操作而導致事故。

5 結 語

不論是在混凝土攪拌站，還是盾構工程，還是高空造樓機上，施工升降機都屬于新興設備。目前混凝土攪拌站配套施工升降機更多的用在出口設備上（圖8），盾構工程配套升降機的使用僅限于大型深層輸油管道的施工，高空造樓機的研制僅處于剛成功階段（圖9）。隨著國內建筑和施工機械化程度的普及，對于這些大型工程機械施工配套工業升降機研制前景廣闊。在役的施工升降機極大程度上提高了這些大型工程機械施工作業效率，尤其在盾構工程中對施工人員的運送發揮了重大作用，受到用戶一致好評，將來在地鐵或其他盾構施工中會得到進一步應用。

圖8　 服役于混凝土攪拌站的施工升降機

圖9　 服役于高空造樓機的施工升降機

[參考文獻]

[1] 何 明，田國承，何勸云，等．mini施工升降機設計及應用[J]．建筑機械化，2010，（6）：46-48.

[2] 何勸云，楊國棟，鮑會麗，等．施工升降機惰輪安全器的降噪措施[J]．建筑機械化，2012，（5）：42-43.

（編輯 賈澤輝）

［中圖分類號］TH211+.6

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366（2015）02-0041-04

［收稿日期］2014-12-25

Research of supporting design of building hoist and construction machinery