SC型施工升降機振動原因與減振方法探討

謝裕民

（廣東 清遠 511518）

SC型施工升降機振動原因與減振方法探討

謝裕民

（廣東 清遠 511518）

本文SC型施工升降機振動的原因進行了簡要分析，并提出施工升降機減振方案。

施工升降機；振動；減振方法

1 引言

施工升降機是一種常用于載人、載物，吊籠沿導軌架作垂直運輸的施工機械，因其具有安裝使用方便、安全性高等特點，在高層建筑施工中被廣泛使用，為我國建筑事業發展發揮著重要的作用。但是，SC型施工升降機在施工運行中，吊籠均存在從輕微到嚴重的振動現象，不僅影響搭乘人員的舒適感和安全感，而且振動容易引起整機運動部件松動和加快運動部件磨損速度，降低整機使用壽命和安全性。有效降低或消除施工升降機吊籠振動問題，已經成為技術發展的必然趨勢。

2 施工升降機傳動振動原因分析

工程機械振動產生的主要因素是空氣動力、機械傳動、液壓三部分。從結構上可分為發動機振動，傳動系振動，液壓系統振動，車體振動，底盤各部件連接配合引起的振動，制動系統振動，工作裝置動作操作沖擊振動等，其中發動機及其相關件產生的振動占1/2以上。對于施工升降機來說，不存在空氣動力和液壓部分，其振動主要是由機械傳動產生，機械傳動中，又以發動機及其相關部件產生的振動為主。因此，研究其電動機及與電動機關聯的傳動部件，便可基本確定振動源，從而對其進行改進。

施工升降機按照電動機-聯軸器-減速器蝸桿-蝸輪-小齒輪-齒條的順序依次傳動。其中，施工升降機的齒條固定于機械標準節處，小齒輪固定于吊籠上與蝸輪蝸桿、電動機連成一體，小齒輪與齒條嚙合產生相對運動帶動吊籠滾輪沿導軌架向上或向下滾動。而蝸輪蝸桿傳動平穩、振動小，防墜器齒輪與齒條的嚙合振動極小，電動機和聯軸器工作中除非出現電動機定子偏心、轉子不平衡、聯軸器損壞或連接不良等故障，否則振動也很小。因此，正常工作下主要振動只能產生于齒輪齒條嚙合處，次要振動產生于吊籠滾輪與兩個標準節接觸連接處，標準節和齒輪齒條制造、安裝精度低是振動較大的主要原因。

一般來說，施工升降機剛出廠時的標準節和齒輪齒條及與其相關聯部件的各項制造加工技術指標基本能達到設計要求，經過廠家安裝調試后均能處于良好運行狀態，吊籠能夠安全穩定運行，即使存在振動也只是輕微的振動。但由于其使用的環境比較惡劣，轉場頻繁，當使用一段時間之后，齒條與齒條連接、標準節與標準節聯接受銹蝕、變形等因素影響，齒條錯位或磨損，標準節接口處的階差過大（如圖1所示），當施工升降機電動機帶動吊籠上下運行時，經過齒輪與齒條、滾輪與兩標準節接觸處接觸就會產生較大振動，這種振動經過傳遞與放大，就會在吊籠端產生較劇烈振動。

圖1 齒條磨損錯位與標準節錯位示意圖

3 遏制施工升降機傳動振動措施

3.1 降低振動輸出

3.1.1 提高安裝質量

為了確保達到齒輪齒條良好的嚙合效果和滾輪運行相對平穩，要按照規范要求進行安裝，確保齒輪齒條嚙合時接觸長度沿齒高方向應大于40%，沿齒長方向應大于30%，齒面側隙間于0.2～0.5mm（以0.3mm為最佳），靠背輪與齒條背面間隙間于0.2～2mm，標準節相鄰立管安裝錯位梯度應小于0.8mm。

3.1.2 提高齒輪齒條耐磨性

合格出廠的齒輪，其齒輪公法線長度、齒面徑向跳動、齒面硬度、基節變動、齒面粗糙度等指標一般均能達到標準要求，嚙合振動小。但當長時間的磨損后，齒面徑向跳動誤差超過0.3mm時，嚙合振動明顯增加。因此，合理提高齒輪與齒條的耐磨性很重要，可以采用高強度珩磨變位齒輪代替一般齒輪，雖然整機價格有所提高，但長久使用有利于施工升降機噪音和振動的降低。

3.1.3 加裝彈性壓輪

由于齒輪齒條嚙合產生的振動是施工升降機的主要振動源，其振動主要由齒輪齒條嚙合不緊密而產生，而靠背輪與齒條背面須留一定間隙，否則容易卡死。因此，在靠背輪側加裝1～2個彈性壓輪（如圖2），并適當調整好壓緊力，不僅不會導致吊籠卡死，反而能使齒輪與齒條時刻緊密嚙合，從而有效降低齒輪齒條嚙合間隙，減小振動。

圖2 齒輪齒條嚙合加裝彈性壓輪

3.2 減小振動傳遞擴散

3.2.1 采用柔性單元連接

施工升降機齒輪振動能量通過板框聯接件傳遞到吊籠，在振動能傳遞過程中進行抑制是減小振動的有效方式。因此，對于驅動電機在吊籠上端的施工升降機，可以在電機驅動框和吊籠之間設置柔性單位聯接，降低施工升降機在傳遞動力過程中收到的沖擊。如圖3，在電機驅動框和吊籠之間設置緩沖裝置進行聯接，緩沖彈簧規格可以根據吊籠載物后重量進行設計。

圖3 電動機驅動架與吊籠聯接

3.2.2 采取主動控制方法降振

施工升降機振動主要產生于齒輪齒條嚙合處，如果能在振動源附近添加一個控制力，就可以直接抑制內部激勵的產生，從而抵消、減少振動的傳遞。考慮到嚙合振動幅度相對較大，可以采用一種大位移壓電作動器進行主動控制，首先考慮將壓電作動器安裝在驅動架靠近齒輪位置附近，確保能夠滿足壓電作動器控制振動方向與齒輪嚙合線方向平行即可。安裝好作動器之后，應用C－MEXS函數編寫FxLMS自適應控制算法模塊，再由基于級聯自適應陷波器的技術提取施工升降機振動信號進而合成參考信號，利用自適應NLMS濾波器對包含壓電作動器的次級通道進行離線辨識，得到次級通道傳遞函數。最后將算法代碼下載到dSPACE中作為控制器，通過DS1103ADC－C18接收來自齒輪轉動的加速度傳感器信號，用于計算出齒輪齒條嚙合頻率并通過波形合成參考信號x（n），DS1103ADC－C17接收吊籠內的振動加速度信號輸入，用于得到主動控制后的誤差信號 e（n），DS1103ADC－C17 為控制輸出 y（n），連接作動器電壓源，控制壓電作動器動作。（如圖4）

圖4 simulink中搭建的FxLMS算法控制系統

4 結束語

對于非精密型、齒輪齒條傳動的施工升降機，振動已成為其固有特性，目前尚無徹底消除振動的技術措施，只能通過有效方式對其振動進行遏制，以此減少故障的發生和提高人員搭乘舒適性。要想從根本上消除施工升降機振動，只能從改變其傳動方式入手進行解決，這點希望引起重視。

[1]李以農，張鋒，丁慶中，王雷.齒輪嚙合振動的主動控制方法與實驗研究[J].振動工程學報，2014，27（2）：215～221.

[2]彭龍喜，徐士波.SC施工升降機振動噪聲分析[J].建筑安全，2012，6：57～59.

TH211.6

A

1004-7344（2016）18-0233-02

2016-6-1

謝裕民（1982-），男，廣東梅州人，工程師，大學本科，從事建筑起重機械管理、檢測工作。