一種雙導柱平臺的設計及研究

盧蘭蘭，陳 浩，石 有，劉 崗

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

伴隨現場施工機械化程度的提高、工業廠房內大型構件轉移需求的增加以及倉儲物流行業的發展，雙導柱平臺在這些領域得到了廣泛應用。雙導柱平臺具有作業面廣、額定起重量大、升降運行平穩的特點，能夠很好地滿足建筑施工中的物料提升、大型構件的轉移、以及倉儲物流領域內的貨物輸送等使用工況。新加坡波音飛機制造廠在物流生產線上需要一種結構體積大、額定提升載荷大的起重升降產品，雙導柱工作平臺能夠充分滿足其使用要求，協助其生產線完成固定工位移動貨物在不同層級中的有效轉移。

1 雙導柱平臺主要技術特點

1.1 工作原理及基本組成

雙導柱平臺根據現場環境、空間以及功能要求等因素進行特殊設計，具有很強的針對性和特殊性。為了便于模塊化組合和通用性，在設計過程中多采用齒輪、齒條嚙合傳動原理，以施工升降機常用標準節作為軌道節，通用性和安全可靠性較強，應用到物料的垂直運輸設備上具有很強的適應性。產品結構形式如圖1 所示。

圖1 雙導柱平臺整機示意圖

雙導柱平臺采用齒輪齒條驅動方式，通過兩側對稱布置的驅動機構提供驅動力實現平臺的升降動作，在兩側驅動之間設置一根同步軸進行同步控制，實現機械同步調平的同時，解決了設置一個安全器難以實現整機防墜落的難題，受力原理清晰、結構簡單可靠。設備整體有很好的安全保護措施，具有防墜落保護、限位保護、敦底和冒頂保護等，同時在停層位置還分別設置了防護圍欄，從結構上避免了人員在上下平臺的過程中危險的發生，安全可靠。雙導柱平臺采用變頻調速控制技術和可編程程序控制器，實現無級調速、手動/自動運行，啟動、制動平穩，緩解了機械上的沖擊，增加了運行平穩性，延長了整機使用壽命。

1.2 主要技術參數

雙導柱平臺的主要技術參數如下。

額定載荷（kg） 3 000

升降速度（m/min） 0～15

減速機速比 36.52

電機功率（kW） 2×11

有效行程（m） 5.4

平臺內空（m×m×m） 4.0×3.0×1.5

平臺重量（kg） 1 600

驅動系統自重（kg） 1 200

整機自重（kg） 6 500

2 雙導柱平臺設計計算

2.1 電機功率選擇

式中P——全部外載之和，P=P籠+P載+P驅=1600+3000+1200=5800kg；

η——傳動效率，η=0.81；

v——運行速度，v=0～15m/min。

計算可得，NK=17.55kW。

本機為兩套傳動系統，電機功率為P單=11kW。

P=2×P單=22kW＞17.55kW，電機功率能滿足要求。

2.2 導向傳動系統的設計計算

當平臺偏載時，平臺側滾輪受壓力，受力分析如圖2 所示。

圖2 平臺傳動系統與平臺主體結構示意圖

由平面正交力系平衡方程ΣX=0，ΣY=0 得

P驅=P載+P籠+驅

由力矩平衡方程ΣMO=0 得

P側L側上+P側L側下-KP載L-P驅L驅=0

圖2 中

P載——平臺額定載重量，為3 000kg；

P驅——驅動齒輪對平臺的力；

P籠+驅——平臺和驅動機構的自重，為2 800kg；

P側——側滾輪受力；

L——載荷重力作用線到標準節中心線的距離；

L驅——齒條中心線到標準節中心線的距離，為147mm；

L側上——上部側滾輪到0點的距離，為963mm；

L側下——下部側滾輪到0點的距離，為195mm；

K——動載系數，根據EN 12159-2012《帶立式引導罐籠的施工人員和物料升降機》，取K=1.1+0.264v=1.166。

即：P驅=3000+2800=5800kg

P側×（0.963+0.195)-1.166×3000L-5800×0.147=0。

此處考慮側滾輪最不利的受力，所以L取2m，則P側=6778kg。

本機采用雙導柱機構，且每個驅動上有4 個雙側滾輪，其中2 個受壓，2 個受拉，所以

此側滾輪偏心軸有兩個受剪面：A-A面和B-B面，如圖3 所示，只需驗算B-B面。

可見雙側滾輪安全。

圖3 偏心軸受力簡圖

2.3 主要受力結構件強度驗收

現場用地牛運送貨物，地牛的兩個底輪間距L-2a，底部橫梁受力如圖4 所示。

圖4 平臺底部橫梁受力簡圖

取C、D點的彎矩

P——平臺的額定載荷，為3 000kg；

a——載荷作用點到簡支點的距離，為1 593mm；

先對C-C，D-D截面進行強度校核

查手冊可知，W=129.560cm3。

可見，底部橫梁滿足要求。

2.4 雙導柱工作平臺在工程中的應用

雙導柱平臺的問世，滿足了很多特定工作場所和工況的使用要求，已在建筑施工、工業化生產、以及倉儲物流領域得到了廣泛的應用（圖5）。如菲律賓某賭場施工中為其在建筑主體施工中輸運大型構件；為重卡汽車生產線提供汽車駕駛室轉運方案；為煉化企業設計專門應用于惡劣環境中實現骨料轉移運輸環節的解決方案；在倉儲物流方面為波音公司提供的解決方案得到很高好評，在滿足客戶對技術性能需求基礎上、通過合理的設計計算實現了結構優化調整。

圖5 雙導柱平臺在各種工況中的應用

3 結語

雙導柱平臺在設計過程中，通過對驅動上的雙側輪的計算，保證了平臺偏載時的安全；通過對平臺底部方管的選型計算，保證了平臺結構強度的可靠。通過以上的設計計算，確保雙導柱平臺能夠滿足機械產品設計的各項指標，并能保證其在實際使用中安全可靠，解決了現場難于運輸的問題，提高了生產力。