施工升降机与工程机械的配套设计研究

2015-08-01牛雅静王东红卢兰兰张晓云HEMingNIUYajingWANGDonghongLULanlanZHANGXiaoyun中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院河北廊坊065000廊坊凯博建设机械科技有限公司河北廊坊06500

建筑机械化 2015年2期

关键词：盾构设计

何明，牛雅静，王东红，卢兰兰，张晓云HE Ming, NIU Ya-jing, WANG Dong-hong, LU Lan-lan, ZHANG Xiao-yun（.中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院，河北廊坊 065000；.廊坊凯博建设机械科技有限公司，河北廊坊 06500）

设计研究 Design & Research

施工升降机与工程机械的配套设计研究

何明1，牛雅静2，王东红1，卢兰兰2，张晓云2
HE Ming, NIU Ya-jing, WANG Dong-hong, LU Lan-lan, ZHANG Xiao-yun
（1.中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院，河北廊坊 065000；2.廊坊凯博建设机械科技有限公司，河北廊坊 065001）

[摘要]根据不同大型工程机械的结构和形式，设计专用的配套施工升降机，以满足其各方面的技术需求，并以混凝土搅拌站工程、盾构工程和高空造楼机施工工程为例，介绍了工程机械配套专用升降机的设计研究及开发前景。

[关键词]施工升降机；配套；混凝土搅拌站；盾构；造楼机；设计

1 引言

常规施工升降机一般在高层楼宇建设中广泛使用，随着大型项目施工机械化程度的提高，也使得异形施工升降机在烟囱、水塔和输电跨越塔等电厂项目的施工和检修中越来越多地得到应用。而随着工程施工机械化的不断发展，专用异形施工升降机也在混凝土搅拌站、盾构工程、高空造楼机等项目中的运用越来越普及，这也使得异形施工升降机与大型工程机械的配套设计与研究及批量化生产得到更多重视。

2 混凝土搅拌站配套升降机设计研究

混凝土搅拌站的形式多变，给配套施工升降机的设计带来一定的难度。加上不同用户针对不同搅拌站的要求，对施工升降机也会提出各种各样的性能指标，主要体现在驱动机构、制作材料、升降机载荷、轿厢空间、控制维护及安全保障等方面。比如驱动机构要求选用高效电机，制作要求使用不锈钢或者阳极氧化铝制轿厢、防滑地板、花纹吊顶板等，控制方式要求笼内控制、笼顶控制、自动平层、层门呼梯、电话呼叫等，在升降机维护方面要求导轨自动润滑，安全方面要求失电手动下放等等。

要实现客户提出的所有功能，就必须做全新的施工升降机设计。因为除了实现升降机本身需要满足技术要求的功能及安全标准的条例外，还必须和混凝土搅拌站相结合，解决基础、附着和供电等方面的干涉问题和其他相关问题。但是鉴于设计及制作等各方面的成本及其他因素，对于此类升降机的参数化设计和模块化制作也显得尤为重要。以下以玛连尼和安迈的几个混凝土搅拌站施工升降机为例，对这些设计做一些说明。

2.1 升降机方案及基础布置

混凝土搅拌站配套施工升降机主要用于载人使用，兼用载货。以安迈2台比较典型的混凝土搅拌站施工升降机（图1、图2）和玛连尼1台典型混凝土搅拌站施工升降机（图3）为例，其方案必须根据搅拌站的结构及设备参数要求（表1）采取完全不同的设计。

根据表1数据不难发现，3台施工升降机主要工作参数比较相似，型号、驱动形式、额定载荷、额定人数、提升速度、减速机电机型号、防坠落安全器等这些参数基本一致，这是从最早期到现在混凝土搅拌站配套的各种型号、载荷、功率等不同参数的施工升降机在各种工况下经过试验和使用以及用户反馈所总结出的最合理和适用的参数。比如小型的SC40施工升降机可以在电厂烟气监测和烟囱检修中发挥巨大作用，但是用在搅拌站上就会显得载荷和人数受到限制；如果使用大型的SC200施工升降机，其安装空间又受到很大限制。所以必须根据搅拌站的工作参数与之匹配并进行优化设计，实现参数化和模块化。

图1　安迈搅拌站配套升降机I

图2　安迈搅拌站配套升降机II

图3　玛连尼搅拌站配套升降机

表1　混凝土搅拌站配套图施工升降机主要参数

搅拌站施工升降机最复杂的是轿厢形式和基础布置，这两项还直接影响导轨附着形式和升降机的供电方式。如图4所示，升降机基础必须绕开搅拌站的混凝土基础台，还必须避免与混凝土输送车辆发生干涉，升降机进出门方位也不能处于车行通道或街道上。这种情况下必须设计不规则的底架来实现基础的稳固及地面围栏的安全可靠。

图4　某搅拌站施工升降机基础布置

2.2 附着形式

升降机附着一般根据基础布置和轿厢形式在搅拌站上设置可靠的附着点，一般情况下首选附着点设置在搅拌站结构件的立柱和横梁上。

图1（安迈I）和图3（玛连尼）的结构形式是以中心钢桁架为主支的结构，这种形式的搅拌站升降机导轨可以随中心钢桁架横梁位置设置附着即可。图2（安迈II）搅拌站的结构形式是搅拌站周边用型钢作为立柱，中心设置横梁的结构，这种形式的搅拌站给升降机导轨的附着带来一定的麻烦，因为立柱不会一直升到顶部，达到某一高度后，搅拌站也是采用的模块化设计，此时的附着点需要根据具体搅拌站模块或者走台布置进行设计。这种设计会造成升降机导轨悬臂过大，需要进行特殊的附着设计使导轨刚度达到要求，如图5所示。

2.3 供电方式

鉴于混凝土搅拌站特定的工作模式，配套升降机一般选用带滑车的电缆导向系统，解决施工升降机在风力较大或环境温度较低的情况下使用，同时也减小动力电缆及通讯控制电缆本身的压降以及解决电缆自身强度带来的问题。电缆滑车系统采用中间供电方式，利用滑车系统存储电缆。电缆滑车系统包括电缆滑车、电缆挑杆、电缆臂、电缆护架等。

电缆导向形式可使用独立导轨形式（图6）或标准节导轨形式（图7），两种形式的选用主要根据混凝土搅拌站的结构布置以及施工升降机相关参数来确定。

3 盾构工程配套升降机设计研究

在盾构工程施工中，施工人员从地面进入隧洞一般使用钢爬梯或楼梯，较深竖井有的会使用传统的简易卷扬机式钢丝绳升降机，作业效率低，安全系数低。由中国管道石油公司某项目部委托并合作研发的SC60盾构载人升降机成功解决了这一难题。

盾构升降机主要解决的是施工人员从地面出入升降机和从竖井底部出入升降机的平台以及升降机在竖井井壁附着的问题。一般地下工程施工，在通道入口处均会设置桁车，桁车在升降机安装和拆卸中能起到很大的作用，但同时由于桁车高度限制，对盾构升降机导轨高度也产生一定的限制。同时由于桁车及其他地面作业，对盾构升降机的周边防护尤为重要。

图5　一种悬臂加固模式

图6　独立导轨电缆导向形式图

图7　标准节导轨式电缆导向形式

综合考虑各种有利和不利因素，同时在机械和电气方面设置安全锁和安全开关。在升降机轿厢没有到达指定层位置时，任何层门及升降机进出口门均无法正常打开，只有升降机轿厢到达指定层位置，相应层门及升降机轿厢门才能安全开启。在紧急状况下，可使用紧急措施打开轿厢及层门安全锁逃生。

4 高空造楼机配套升降机设计研究

高空造楼机是适用于现浇钢筋混凝土高空自动化建造工法的全新产品，由于其施工顶升实现了全自动化的下加节型式，也使得施工升降机必须达到下加节自动化的要求，这对施工升降机的导轨型式和供电形式提出了全新的挑战。

配套于高空造楼机的施工升降机完全按照造楼机相关尺寸设计。造楼机工作模式：主机就位后完成房间模块及钢筋模块吊装，浇筑完成后，主机连同模块整体提升，完成一层的工作，进入下一层浇筑。由于整个提升是由底部8个支腿液压缸同步顶升完成，且造楼机标准节由一套自动运送和定位装置完成，施工升降机的导轨安装也必须从底部随造楼机标准节自动完成定位并牢固安装。同时，由于整个提升动作均在底部实现，对于升降机供电和控制都提出了一些难题。

4.1 施工升降机导轨设计

根据对施工环境的分析，仍然采用齿轮齿条式的施工升降机。升降机导轨必须和造楼机导轨长度一致才能保证每节导轨安装时的定位和精度满足使用要求。按照常规设计，齿条模数一般选择8或者6，造楼机标准节每节长度为2800mm，直接导致模数8或6的齿条无法直接使用，而采取配合截断的工艺既落后也不好操作，根据这一特定参数和计算校核，使用第二系列模数5.5可实现长度匹配，并将齿条对接时齿向节距误差控制在允许值范围内。

常规施工升降机通过端部止口定位，用高强螺栓紧固，这种工艺虽然方便安装但在造楼机内显然不可取。为实现施工升降机导轨的定位和紧固，将定位止口设计为锥套形式。将施工升降机导轨与造楼机标准节做整体焊接，根据造楼机整体重量参数，在整机顶升过程中，在造楼机标准节定位并紧固的同时，通过重力将施工升降机导轨紧固，并使所有方向偏差都控制在误差范围内。

4.2 上供电方式研究

施工升降机的供电一般采用下供电，使用滑车导向系统时为中间供电。在造楼机这种底部顶升加节的工作模式中，施工升降机只能采用上供电形式，将造楼机顶部电源从升降机运行轨道正上方引入，并接入升降机电箱。

上供电唯一的难题是电缆在升降机顶部的储存方式，由于空间限制，采用立式电缆储筒显然不可取。根据升降机运行参数及电缆的性能参数，选用匹配的力矩电机和横式电缆卷筒并通过电气控制，实现了施工升降机上供电的工作模式。

4.3 无线控制

无线控制在电子行业并不新鲜，引入到升降机控制也是很成熟的技术了，在造楼机的应用上也是不可或缺的手段。因为造楼机顶升前所有人员必须经过升降机从高处下到地面，而顶升完成后升降机轿厢也随之上移，这就需要无线控制实现升降机的上下运动，以便升降机下降到首层位置进入升降机。

出于安全方面的要求，在轿厢控制和无线控制之间设置了优先权，以防止误操作而导致事故。

5 结语

不论是在混凝土搅拌站，还是盾构工程，还是高空造楼机上，施工升降机都属于新兴设备。目前混凝土搅拌站配套施工升降机更多的用在出口设备上（图8），盾构工程配套升降机的使用仅限于大型深层输油管道的施工，高空造楼机的研制仅处于刚成功阶段（图9）。随着国内建筑和施工机械化程度的普及，对于这些大型工程机械施工配套工业升降机研制前景广阔。在役的施工升降机极大程度上提高了这些大型工程机械施工作业效率，尤其在盾构工程中对施工人员的运送发挥了重大作用，受到用户一致好评，将来在地铁或其他盾构施工中会得到进一步应用。