一种新型可折叠吊篮的设计与应用

2015-08-02任仲贺张学东苏逸婷王训堂谢家学谢家安田常录RENZhongheZHANGXuedongSUYitingZHANGChengWANGXuntangXIEJiaxueXIEJiaanTIANChanglu江南大学机械工程学院江苏无锡江苏雄宇重工科技股份有限公司江苏无锡45

建筑机械化 2015年5期

关键词：受力分析工作原理设计方案

任仲贺，张学东，苏逸婷，章程，王训堂，谢家学，谢家安，田常录REN Zhong-he, ZHANG Xue-dong, SU Yi-ting, ZHANG Cheng, WANG Xun-tang, XIE Jia-xue, XIE Jia-an, TIAN Chang-lu（.江南大学机械工程学院，江苏无锡 4；.江苏雄宇重工科技股份有限公司，江苏无锡 45）

一种新型可折叠吊篮的设计与应用

任仲贺1，张学东1，苏逸婷1，章程1，王训堂1，谢家学2，谢家安2，田常录1
REN Zhong-he, ZHANG Xue-dong, SU Yi-ting, ZHANG Cheng, WANG Xun-tang, XIE Jia-xue, XIE Jia-an, TIAN Chang-lu
（1.江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122；2.江苏雄宇重工科技股份有限公司，江苏无锡 214125）

[摘要]研制了一种新型可折叠吊篮，篮体采用仿马扎交叉斜杆原理，其结构巧妙，能灵活地展开和折叠，不仅减少了空间的占用，而且使其搬运方便快捷，具有质量轻、结构稳定、操作灵活和可靠性高等特点。该新型吊篮可应用于建筑工程，也适用于家庭用高楼逃生类装置。

[关键词]可折叠吊篮；设计方案；工作原理；受力分析；应用

1 引言

目前工程上应用的吊篮，一般由悬挂机构、轨道、爬轨器、篮体和安全系统组成，篮体可沿轨道水平行走和垂直移动，工作人员能够到达建筑物的各个立面，主要应用于轮船、建筑物或构筑物外窗和外墙清洗、维修等作业[1]。吊篮能提高工作效率、减轻劳动强度，适应各种建筑施工环境，在建筑物维修业务中显现出其优越性[2]。另外，随着城市化进程的加快，一旦高楼内突发火灾等灾难，人们的生命会受到严重的威胁，如何及时有效地进行高楼紧急脱险，这是一个世界关注的重要话题。遇到险情时最有效的救援措施往往是人员的自救[3]。目前国内外自救式高楼逃生装置或多或少存在着结构复杂、操作繁琐、成本高、效率低等问题，部分装置还须电力控制，局限性大，且一般用于单人逃生，儿童和老人不便操作。所以，设计一种能够同时搭载多人、安全稳定的逃生装置成为一个亟待解决的问题。把吊篮应用于高楼逃生，可满足多人同时逃生的要求，能够大大提高逃生效率，并且增强了可靠性和安全性。但现有吊篮篮体大多采用焊接结构，体积庞大，无法进行收缩，给搬运存放等带来诸多不便，因而研究和设计出一种可折叠吊篮具有重要的意义。

2 可折叠吊篮的设计方案和工作原理

根据市场上现有吊篮的结构特点，从可折叠的要求出发，仿照中国传统木工业马扎子的结构造型特点，设计了一种可折叠吊篮，受力合理，结构稳定，可靠性高。可折叠吊篮的结构如图1、图2所示。

图1 可折叠吊篮展开状态结构示意图

图2 可折叠吊篮折叠状态结构示意图

该可折叠吊篮的底部采用两块底板，两底板的连接可以绕中间轴旋转；两底板连接处的2个凸台可以相互卡住，保证吊篮展开时底板不会向下反向折叠。可折叠吊篮的左右两侧分别是栏片，栏片通过销与底板连接，可以旋转；栏片上设有升降机构固定板，用以固定升降电机、缓降器等升降机构。可折叠吊篮的前后面分别是4根交叉的斜杆，由中心的斜杆连接销连接，可以旋转。为进一步提高吊篮结构的稳定性，吊篮前后面的上部还各设有一根横杆，吊篮折叠时横杆能够对折。

将展开状态的吊篮进行折叠，操作如下：将两根横杆的右端从栏片连接梁上拆下，左、右栏片分别从栏片连接梁上拆下，左、右底板向上折起；同时，吊篮下部4根斜杆绕吊篮底部的斜杆连接销旋转靠拢，吊篮上部4根斜杆绕中心的斜杆连接销旋转与下部四根斜杆靠拢，最终八根斜杆与左、右底板合拢在一起；将左、右栏片分别与左、右底板合拢，横杆对折后，绕销钉旋转与斜杆合拢，吊篮呈图2所示的折叠状态，操作过程如图3所示。将折叠状态的吊篮进行展开，其过程与折叠操作相反，这里不再赘述。

图3 吊篮折叠过程示意图

根据使用场所的不同，可折叠吊篮的升降机构有2种：一是用于建筑工地上的施工，选用传统的电动爬升式提升机，以满足吊篮的垂直升降运动；二是用于高楼火灾逃生的应急抢险，仅需满足吊篮的垂直下降，可选用无须电力控制的纯机械缓降器，缓降器可预先安装在吊篮升降机构固定板上。

3 可折叠吊篮的结构受力分析

可折叠吊篮整体受两个竖直向上的拉力Ft1、Ft2和吊篮总载重mg的作用，根据其受力特点可以得出，前后侧面中的8根交叉斜杆和上面的横杆均为零力杆，即不受力。吊篮整体受力分析如图4所示。

图4 吊篮整体受力分析图

其中，左右两侧的吊绳对吊篮的拉力分别为

式中，mg为吊篮的总载重。

吊篮底板为结构的危险部位，下面校核左右两块底板连接轴的强度。以承载5人左右的逃生装置常用吊篮尺寸为例，假定吊篮总重量m=200kg，左右底板长度均为L=600mm，两底板连接处凸台厚度h=50mm。以左底板为例进行受力分析，如图5所示。

图5 左底板受力分析图

其中，左底板上表面所受载荷可以近似为均布载荷，于是得

由力矩平衡方程

∑M(O)=0 （3）

求解可得两底板连接处下表面所受拉力为

拉力F2由左、右底板的连接轴承担。下面对连接轴进行受力分析，如图6所示。（取该轴的横截面积为A=80mm2，材料45钢的许用切应力取为[τ]=145MPa。）

图6 左右底板连接轴受力分析图

连接轴上共有8处集中受剪切力作用，其剪切力大小相等，取其中一处进行计算。由受力分析可得其中一处的剪切力为

求得切应力为

即轴的强度符合要求。

综上分析，该吊篮的可靠性符合要求。

4 可折叠吊篮的应用

吊篮主要应用于轮船、建筑物或构筑物外窗和外墙清洗、维修等作业，它具有结构简单、使用方便等优点。近年来，随着高层和超高层建筑外立面检查和维修作业的增多，市场对吊篮的需求量越来越大，但与此同时，对吊篮的要求也越来越高。为此，本文提出的可折叠吊篮，可使吊篮在搬运和闲置时折叠起来，以满足用户的特殊要求。

根据吊篮能够同时转移多人的特点，把吊篮应用于高楼逃生装置，满足了多人同时逃生的要求，能够大大提高逃生的效率，并且可以增强逃生装置的可靠性和安全性。本文所述可折叠吊篮的设计，很好地解决了现有吊篮体积庞大、无法收缩、存放和搬运困难等问题，且应急状况下组装更加便捷。该可折叠吊篮应用于家用高楼逃生具有广阔的前景。