一种建筑用液压式升降机的设计

承德石油高等专科学校　　田野

一种建筑用液压式升降机的设计

承德石油高等专科学校田野

本设计从实际需求出发设计了一种建筑用液压式升降机，通过液压油路及液压元件作为控制系统，电机带动液压泵作为系统的动力源，行程开关作为定位元件来实现对吊笼位置的精确定位。为实现操作的自动化要求，采用了PLC作为电器装置的控制元件，从而实现了系统的自动化控制。同时为增加系统的安全性，在钢丝绳末端加入防坠落装置，加强了系统的可靠性。该装置的制动部分由制动油缸拉动带式制动器完成。

液压升降机；液压系统；设计；可编程控制器

引言

建筑用液压式升降机是一种用吊笼（或平台、料斗等）垂直运送人员或物料的提升机械，通常由导轨架、吊笼、外笼、传动装置和安全装置等组成，主要应用于建筑工程的施工或维修。近年来，我国建筑业蓬勃发展，建筑物高度逐步增高，为更高效地运送施工用料、机具和作业人员，对升降机性能的要求也相应提高，各种新型升降机不断涌现。［1］

当前的建筑用液压式升降机的不足主要表现在：工作可靠性低；安全系数不高；定位精度不准确；吊笼自重过大而影响额定起升载重量。但因成本低，占地面积小，使用广泛。［2-5］为此，我们改进设计了一种机构简单、安全可靠、定位精准的建筑用液压式升降机。

1　系统设计方案

该建筑用液压式升降机总负载为1500 kg，吊笼升速为13.3 m/min，升降机机架总高为25 m，刚好与国内中小城市六层楼建筑相对应。该机械室外工作，只须用遮盖液压部分即可。该升降机主要包括液压系统、机械结构和电气装置三大部分。工作原理如下：通过控制液压油路进而控制机械部分从而达到负载的运送要求，通过液压传动实现升降机的起落定位精确、系统安全和过载保护［3、4］。

1.1液压系统

图1　液压系统组成图

该建筑用液压式升降机液压系统［3-7］的组成如图1所示。

作者介绍：田野，1989年出生，吉林四平人，助教，研究方向：机械制造技术实践教学、研究和生产性实训工作。

液压系统由液压泵、液压马达、换向阀、溢流阀、辅助组件等组成。液压泵是整个液压系统的动力源，采用恒功率控制轴向柱塞泵，由JD2—51—4型异步电机驱动，传动功率为52.7 KW。液压马达是液压系统的执行元件，它将液压泵提供的液体压力能转变为输出轴的机械能，采用径向柱塞式，额定压力为2.5 MPa，额定转速为0.5～425 r/min。换向阀采用电液换向阀34DYM—B20H—2Z，流量为75 L/min，辅助实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制。通过调节液压油路中溢流阀的使用压力，实现系统的过载保护和安全保护。

（1）升降机上升。按下启动开关，液压泵3工作，将液压油液从油箱9中吸出，形成压力油打入电液换向阀10。按上升开关，电液换向阀10左位接入系统，压力油经过平衡阀11中的单向阀推动液压马达12，带动卷筒卷起钢丝绳，吊起负载，回油通过阀10和阀11中的溢流阀（低压）回到油箱9。

（2）升降机停车卸载。负载被提升到预定位置时，机械安全保护装置——YS型防坠器的支点触动行程开关，再经电路将信号传回动力装置的电液换向阀10，引发其左位断点，中位接入。通过低压的溢流阀泄荷，液压马达12停止转动，伴随钢丝绳以及吊笼停止运动，负载离开吊笼。

（3）升降机下降。卸载后，按下降开关，电液换向阀10右位接入系统，液压油经过液压马达12，通过平衡阀11中的溢流阀回到阀10，经过低压溢流阀回油箱9。马达12反向旋转，将吊笼返回地面。此时由于吊笼受重力的作用，受反负载。为避免马达12旋转过快和吊笼快速下降，安装控制压力为5～7 MPa的平衡阀11，防止造成事故。

（4）升降机停止。当吊笼行至地面时，吊笼中的触点将行程开关打开，通过电路系统将电液换向阀10的右位断开，中位接入。于是泵出的液压油通过低压溢流阀泄荷，液压马达12反向转动停止，吊笼停止下行，避免了冲击。

1.2机械结构

该升降机的机械传动系统由制动器、变速箱、卷筒、吊笼、辅助组件等组成，如图2所示。通过控制液压泵的流量，从而调节液压马达的速度。在变速箱高速轴一端安装带式制动器，制动带一端固定，一端活动，利用包于制动轮外侧的挠性制动带，增大制动力矩，人工释放。借助液压马达、制动器和齿轮变速结构将主动力传递给卷筒进而带动钢丝绳对吊笼实现缓慢匀速上升和下降操作，运输负载。［7］

图2　机械传动示意图

图3　电气装置外部接线图

1.3电气装置

升降机采用的PLC的外部接线图如图3所示，PLC采用F—40M型号，共设置7个输入点和3个输出点。输入点分别与操作按钮和行程开关相连。输出点与外部继电器相连。主控制继电器KM控制三项异步电动机的启动与停止；其他两个继电器Y1与Y2均为电液换向阀10的两端控制。它们控制吊笼的上升与下降。整个外部电路中加入了过载保护装置和热保护装置，从而保证了电路的安全性。［8］

2　总结

（1）动力结构部分完全由液压元件来实现。由电机带动油泵提供动力，经过一系列液压元件将动力传给液压马达和制动油缸。

（2）引入防坠落装置，对因绳索的突然断裂引起的吊笼坠落，起到保护作用，从而提高升降机的安全可靠性。

（3）应用了机电一体化产品PLC和一些电器控制元件，升降位置由行程开关控制，定位精确有保证，同时也增添了升降机的自动控制功能。

［1］张宇琛，赵继云，卢宁等.剪叉式液压升降台［J］.机床与液压，2011，（5）：71-73.

［2］王洪波.船用新型液压货用升降机的应用设计［J］.机床与液压，2013，41（14）：83、62.

［3］侯波，何贤超.高工效、低能耗剪叉式液压升降机设计研究［J］.液压与气动，2012，（1）：39-40

［4］高希功.剪叉式液压升降机的结构设计与优化［D］.济南：济南大学，2014.

［5］郭松，姚丁琦，朱玉川等.基于Recurdyn的新型剪叉式液压升降台的动力学仿真及分析 ［J］.机床与液压，2015，（1）：172-174.

［6］程志.低速重载液压升降系统设计及其特性研究［D］.杭州：浙江大学，2013.

［7］王洪波.一种液压绞缆机的设计 ［J］.液压与气动，2011，（10）：71-72

［8］刘祖其.机床电气控制与PLC［M］.北京：高等教育出版社，2014.