SC型施工升降機(jī)振動(dòng)原因與減振方法探討

謝裕民

（廣東 清遠(yuǎn) 511518）

SC型施工升降機(jī)振動(dòng)原因與減振方法探討

謝裕民

（廣東 清遠(yuǎn) 511518）

本文SC型施工升降機(jī)振動(dòng)的原因進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并提出施工升降機(jī)減振方案。

施工升降機(jī)；振動(dòng)；減振方法

1 引言

施工升降機(jī)是一種常用于載人、載物，吊籠沿導(dǎo)軌架作垂直運(yùn)輸?shù)氖┕C(jī)械，因其具有安裝使用方便、安全性高等特點(diǎn)，在高層建筑施工中被廣泛使用，為我國(guó)建筑事業(yè)發(fā)展發(fā)揮著重要的作用。但是，SC型施工升降機(jī)在施工運(yùn)行中，吊籠均存在從輕微到嚴(yán)重的振動(dòng)現(xiàn)象，不僅影響搭乘人員的舒適感和安全感，而且振動(dòng)容易引起整機(jī)運(yùn)動(dòng)部件松動(dòng)和加快運(yùn)動(dòng)部件磨損速度，降低整機(jī)使用壽命和安全性。有效降低或消除施工升降機(jī)吊籠振動(dòng)問(wèn)題，已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 施工升降機(jī)傳動(dòng)振動(dòng)原因分析

工程機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的主要因素是空氣動(dòng)力、機(jī)械傳動(dòng)、液壓三部分。從結(jié)構(gòu)上可分為發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，傳動(dòng)系振動(dòng)，液壓系統(tǒng)振動(dòng)，車(chē)體振動(dòng)，底盤(pán)各部件連接配合引起的振動(dòng)，制動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)，工作裝置動(dòng)作操作沖擊振動(dòng)等，其中發(fā)動(dòng)機(jī)及其相關(guān)件產(chǎn)生的振動(dòng)占1/2以上。對(duì)于施工升降機(jī)來(lái)說(shuō)，不存在空氣動(dòng)力和液壓部分，其振動(dòng)主要是由機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)生，機(jī)械傳動(dòng)中，又以發(fā)動(dòng)機(jī)及其相關(guān)部件產(chǎn)生的振動(dòng)為主。因此，研究其電動(dòng)機(jī)及與電動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的傳動(dòng)部件，便可基本確定振動(dòng)源，從而對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

施工升降機(jī)按照電動(dòng)機(jī)-聯(lián)軸器-減速器蝸桿-蝸輪-小齒輪-齒條的順序依次傳動(dòng)。其中，施工升降機(jī)的齒條固定于機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)節(jié)處，小齒輪固定于吊籠上與蝸輪蝸桿、電動(dòng)機(jī)連成一體，小齒輪與齒條嚙合產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)吊籠滾輪沿導(dǎo)軌架向上或向下滾動(dòng)。而蝸輪蝸桿傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小，防墜器齒輪與齒條的嚙合振動(dòng)極小，電動(dòng)機(jī)和聯(lián)軸器工作中除非出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)定子偏心、轉(zhuǎn)子不平衡、聯(lián)軸器損壞或連接不良等故障，否則振動(dòng)也很小。因此，正常工作下主要振動(dòng)只能產(chǎn)生于齒輪齒條嚙合處，次要振動(dòng)產(chǎn)生于吊籠滾輪與兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)接觸連接處，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和齒輪齒條制造、安裝精度低是振動(dòng)較大的主要原因。

一般來(lái)說(shuō)，施工升降機(jī)剛出廠時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和齒輪齒條及與其相關(guān)聯(lián)部件的各項(xiàng)制造加工技術(shù)指標(biāo)基本能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)廠家安裝調(diào)試后均能處于良好運(yùn)行狀態(tài)，吊籠能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，即使存在振動(dòng)也只是輕微的振動(dòng)。但由于其使用的環(huán)境比較惡劣，轉(zhuǎn)場(chǎng)頻繁，當(dāng)使用一段時(shí)間之后，齒條與齒條連接、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)聯(lián)接受銹蝕、變形等因素影響，齒條錯(cuò)位或磨損，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)接口處的階差過(guò)大（如圖1所示），當(dāng)施工升降機(jī)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)吊籠上下運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)齒輪與齒條、滾輪與兩標(biāo)準(zhǔn)節(jié)接觸處接觸就會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，這種振動(dòng)經(jīng)過(guò)傳遞與放大，就會(huì)在吊籠端產(chǎn)生較劇烈振動(dòng)。

圖1 齒條磨損錯(cuò)位與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)錯(cuò)位示意圖

3 遏制施工升降機(jī)傳動(dòng)振動(dòng)措施

3.1 降低振動(dòng)輸出

3.1.1 提高安裝質(zhì)量

為了確保達(dá)到齒輪齒條良好的嚙合效果和滾輪運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn)，要按照規(guī)范要求進(jìn)行安裝，確保齒輪齒條嚙合時(shí)接觸長(zhǎng)度沿齒高方向應(yīng)大于40%，沿齒長(zhǎng)方向應(yīng)大于30%，齒面?zhèn)认堕g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(biāo)準(zhǔn)節(jié)相鄰立管安裝錯(cuò)位梯度應(yīng)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(zhǎng)度、齒面徑向跳動(dòng)、齒面硬度、基節(jié)變動(dòng)、齒面粗糙度等指標(biāo)一般均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，嚙合振動(dòng)小。但當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的磨損后，齒面徑向跳動(dòng)誤差超過(guò)0.3mm時(shí)，嚙合振動(dòng)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(qiáng)度珩磨變位齒輪代替一般齒輪，雖然整機(jī)價(jià)格有所提高，但長(zhǎng)久使用有利于施工升降機(jī)噪音和振動(dòng)的降低。

3.1.3 加裝彈性壓輪

由于齒輪齒條嚙合產(chǎn)生的振動(dòng)是施工升降機(jī)的主要振動(dòng)源，其振動(dòng)主要由齒輪齒條嚙合不緊密而產(chǎn)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(cè)加裝1～2個(gè)彈性壓輪（如圖2），并適當(dāng)調(diào)整好壓緊力，不僅不會(huì)導(dǎo)致吊籠卡死，反而能使齒輪與齒條時(shí)刻緊密?chē)Ш希瑥亩行Ы档妄X輪齒條嚙合間隙，減小振動(dòng)。

圖2 齒輪齒條嚙合加裝彈性壓輪

3.2 減小振動(dòng)傳遞擴(kuò)散

3.2.1 采用柔性單元連接

施工升降機(jī)齒輪振動(dòng)能量通過(guò)板框聯(lián)接件傳遞到吊籠，在振動(dòng)能傳遞過(guò)程中進(jìn)行抑制是減小振動(dòng)的有效方式。因此，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)在吊籠上端的施工升降機(jī)，可以在電機(jī)驅(qū)動(dòng)框和吊籠之間設(shè)置柔性單位聯(lián)接，降低施工升降機(jī)在傳遞動(dòng)力過(guò)程中收到的沖擊。如圖3，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)框和吊籠之間設(shè)置緩沖裝置進(jìn)行聯(lián)接，緩沖彈簧規(guī)格可以根據(jù)吊籠載物后重量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖3 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)架與吊籠聯(lián)接

3.2.2 采取主動(dòng)控制方法降振

施工升降機(jī)振動(dòng)主要產(chǎn)生于齒輪齒條嚙合處，如果能在振動(dòng)源附近添加一個(gè)控制力，就可以直接抑制內(nèi)部激勵(lì)的產(chǎn)生，從而抵消、減少振動(dòng)的傳遞。考慮到嚙合振動(dòng)幅度相對(duì)較大，可以采用一種大位移壓電作動(dòng)器進(jìn)行主動(dòng)控制，首先考慮將壓電作動(dòng)器安裝在驅(qū)動(dòng)架靠近齒輪位置附近，確保能夠滿足壓電作動(dòng)器控制振動(dòng)方向與齒輪嚙合線方向平行即可。安裝好作動(dòng)器之后，應(yīng)用C－MEXS函數(shù)編寫(xiě)FxLMS自適應(yīng)控制算法模塊，再由基于級(jí)聯(lián)自適應(yīng)陷波器的技術(shù)提取施工升降機(jī)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)而合成參考信號(hào)，利用自適應(yīng)NLMS濾波器對(duì)包含壓電作動(dòng)器的次級(jí)通道進(jìn)行離線辨識(shí)，得到次級(jí)通道傳遞函數(shù)。最后將算法代碼下載到dSPACE中作為控制器，通過(guò)DS1103ADC－C18接收來(lái)自齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度傳感器信號(hào)，用于計(jì)算出齒輪齒條嚙合頻率并通過(guò)波形合成參考信號(hào)x（n），DS1103ADC－C17接收吊籠內(nèi)的振動(dòng)加速度信號(hào)輸入，用于得到主動(dòng)控制后的誤差信號(hào) e（n），DS1103ADC－C17 為控制輸出 y（n），連接作動(dòng)器電壓源，控制壓電作動(dòng)器動(dòng)作。（如圖4）

圖4 simulink中搭建的FxLMS算法控制系統(tǒng)

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于非精密型、齒輪齒條傳動(dòng)的施工升降機(jī)，振動(dòng)已成為其固有特性，目前尚無(wú)徹底消除振動(dòng)的技術(shù)措施，只能通過(guò)有效方式對(duì)其振動(dòng)進(jìn)行遏制，以此減少故障的發(fā)生和提高人員搭乘舒適性。要想從根本上消除施工升降機(jī)振動(dòng)，只能從改變其傳動(dòng)方式入手進(jìn)行解決，這點(diǎn)希望引起重視。

[1]李以農(nóng)，張鋒，丁慶中，王雷.齒輪嚙合振動(dòng)的主動(dòng)控制方法與實(shí)驗(yàn)研究[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2014，27（2）：215～221.

[2]彭龍喜，徐士波.SC施工升降機(jī)振動(dòng)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(xué)本科，從事建筑起重機(jī)械管理、檢測(cè)工作。