施工升降机标准节磨损报废判断标准

王纲居/WANG Gang-ju

（上海市建筑科学研究院，上海 200032）

1 概 述

施工升降机在操作过程中，吊笼上的导轮在标准节立管上的滚动、摩擦与挤压，以及日晒雨淋等环境条件的影响下将造成立管的磨损与锈蚀。这在升降机的使用过程中是一个不可避免的现象。随着使用年限的增加，立管的磨损状况将成为影响正常使用的关键因素之一，对其进行研究将有助于准确评估磨损对标准节使用状况的影响，有利于用户及时采取降级、报废等措施。

GB/T 10054-2005《施工升降机》5.1.7条的规定，当立管壁厚最大减少量为出厂厚度的25%时，此标准节应予报废或按立管壁厚规格降级使用。应当说，该规定为升降机使用单位的安全检查与控制提供了一定的便利性，也有较好的操作性。但目前一些建筑起重机械的安全评估机构完全按该条内容对升降机标准节的适用性进行判断，存在着值得商榷之处。施工升降机型号众多，采用的标准节规格各不相同，具体到每一款升降机标准节立管的安全系数也不同，不考虑升降机的具体情况及设计安全裕度，统一规定一个相同的报废或降级处理判定条件，可能不够细致。

本文采用有限元法，对典型升降机的标准节立管进行磨损分析，探讨具体机型的立管临界磨损量，从而为升降机标准节的检测评估提供定量依据。

2 工况研究

标准节立管一定量的磨损对于施工升降机而言是局部的状况，经计算表明对于整体稳定性影响不大。但施工升降机在操作时若出现较大载荷，则可能出现立管局部结构损坏的情况。因此本文从立管局部结构研究其磨损对强度与稳定性的影响。为考虑立管正常工作状态下的最不利工况，取升降机满载且以额定提升速度进行操作时的工况为计算工况，此时立管具体受力分析如下。

1）垂直方向载荷 升降机立管的垂直方向载荷主要来自于两个部分：一部分是立管其上的标准节及其它部件的重量；另一部分是升降机吊笼的载荷最终传递到立管上，由立管承受。这里应注意的是，在计算升降机载荷时，按GB26557-2011《吊笼有垂直导向的施工升降机》中5.2.2.7条的要求，应将满载时与吊笼一起运动的所有部件自重与载荷乘以冲击系数（1.1+0.264v），其中v为额定提升速度。

2）长度方向偏载与宽度方向偏载 根据GB/T 10054-2005《施工升降机》的6.2.4.8.1.2条要求，吊笼载荷应在吊笼长度与宽度方向考虑偏心的影响，偏心距离取其偏离中心的1/6长度。长度方向的偏载可偏向于附墙架侧（称为内偏）或其反向（称为外偏），宽度方向的偏载方向为远离导轨架方向。由于载荷偏心的作用，吊笼侧导轮将对标准节立管产生横向作用力。此偏载作用力可按升降机吊笼尺寸、导轮间距、额定载荷等进行计算。

3）风载 吊笼承受的风载按GB/T 3811-2008《起重机设计规范》计算，且同时满足GB26557-2011中5.2.2.12.2条的规定，并将此载荷作为侧向力通过导轮施加到立管上。

3 有限元分析

立管磨损的计算采用有限元法进行分析。有限元法是现代工程设计中普遍采用的设计方法，具有分析精度高、适用范围广的特点，尤其适用于一些常规算法难以精确求解的场合。立管的有限元模型考虑1个标准节长度。当前普遍使用的标准节，1个标准节在其两端与中部由横腹杆与斜腹杆相连，标准节之间的连接通过螺栓与两端横腹杆连接实现。这样在建模时可以假定为标准节立管的两端面为固定约束，在中部1/2长度处与横梁焊接的大约1/4个圆弧面也为固定约束。

升降机吊笼的高度一般大于2.5m，而1个标准节的长度一般为1.508m，则吊笼上下两端主导轮与侧导轮在工作时要跨越2个标准节。这样在计算模型中，立管考虑承受一处主导轮与侧导轮的作用力即可。在升降机的设计中，由于主导轮承受的作用力较大，一般将主导轮设计为双导轮形式，通过中间的转动铰保持二轮受力均衡，而侧导轮设计为单轮承载。分析表明，当双导轮中心与立管两个支撑中间位置偏离1/4的双导轮间距时，立管所受的弯矩最大，而当载荷接近于支撑位置时，弯矩明显减小。因此在考虑立管受力时，取该位置作为计算位置，同时取侧导轮的作用位置为另一段的端面约束与中部约束中间，即大约3/4立管长度处。

立管的磨损分布及导轮对立管的压力在导轮宽度方向上的分布是非常重要的问题。经实际测量显示，立管在与导轮圆弧面中部接触部位的磨损量较大，而两侧的磨损量较小，立管的磨损量在导轮中心平面处最大，偏离中心平面后减小，根据对现场升降机的实测结果及应力分析，可以假定立管的磨损量为导轮宽度的二次函数，并在导轮宽度中间位置最大。这一假定与轴孔类零件受径向力后的应力分布状况类似，因此可以认为导轮对立管的压力也是导轮宽度的二次函数，如图1所示。

图1 立管磨损及导轮压力分布

关于磨损量的选取，根据GB/T 10054-2005《施工升降机》中5.1.7条的要求，立管的磨损按最薄处计，因此在计算时选定立管与导轮接触圆弧面中心处的磨损为计算磨损量，其余部位的磨损量按二次分布取值。

4 计算结果

在项目的研究中，对当前主流规格的升降机进行了考察，有SCQ150/150、SC200/200、SC270/270VA、SCE300V、SCD320/320VA五种机型。这些机型基本覆盖了轻载至重载、低速至高速的范围。

在进行有限元分析时，取管壁不同的磨损量，可计算得出立管的最大应力值。立管应力较大的部位一般出现在导轮接触圆弧面中心处，这与该部位受力最大的情况是一致的。

根据GB26557中5.2.3条的要求，结构的安全系数应取为1.5。施工升降机立管常用的材料为Q235，则许用应力约为156.7MPa。由立管的有限元分析，计算不同磨损状况下达到许用应力的相关数据如表1所示。

由表1可以看出，许可的立管磨损状况基本符合GB/T 10054-2005中的25%规定，但对于不同的机型个体仍有一些差别。特别是高速重载型施工升降机，如表中所示采用立管截面为76×10的SCE300V型升降机，由于使用工况较为严酷，其允许的磨损量仅为17%，与GB/T 10054-2005的规定有相当差距。因此，对于具体施工升降机机型的立管磨损检测，需要进行具体分析，以确定达到报废或降格使用的具体判断指标。

表1 考察升降机机型立管临界磨损量

5 结 论

鉴于以上原因，GB/T 10054-2005《施工升降机》中5.1.7条关于标准节立管磨损的判断依据只能作为参考，在施工升降机标准节的检测评估中，对于具体每台施工升降机立管允许磨损的范围，应该由施工升降机生产单位在使用说明书中规定，也可参考本文的方法作进一步的定量分析。同时GB26557-2011中未规定标准节允许磨损的范围是合理的。

[1] GB/T 10054-2005，施工升降机[S].

[2] GB26557-2011,吊笼有垂直导向的施工升降机[S].

[3] GB/T 3811-1983，起重机设计规范[S].