一种双导柱平台的设计及研究

2020-06-14卢兰兰

建筑机械化 2020年2期

卢兰兰，陈浩，石有，刘岗

（1.廊坊凯博建设机械科技有限公司，河北廊坊 065001；2.中国建筑科学研究院有限公司建筑机械化研究分院，河北廊坊 065000）

伴随现场施工机械化程度的提高、工业厂房内大型构件转移需求的增加以及仓储物流行业的发展，双导柱平台在这些领域得到了广泛应用。双导柱平台具有作业面广、额定起重量大、升降运行平稳的特点，能够很好地满足建筑施工中的物料提升、大型构件的转移、以及仓储物流领域内的货物输送等使用工况。新加坡波音飞机制造厂在物流生产线上需要一种结构体积大、额定提升载荷大的起重升降产品，双导柱工作平台能够充分满足其使用要求，协助其生产线完成固定工位移动货物在不同层级中的有效转移。

1 双导柱平台主要技术特点

1.1 工作原理及基本组成

双导柱平台根据现场环境、空间以及功能要求等因素进行特殊设计，具有很强的针对性和特殊性。为了便于模块化组合和通用性，在设计过程中多采用齿轮、齿条啮合传动原理，以施工升降机常用标准节作为轨道节，通用性和安全可靠性较强，应用到物料的垂直运输设备上具有很强的适应性。产品结构形式如图1 所示。

图1 双导柱平台整机示意图

双导柱平台采用齿轮齿条驱动方式，通过两侧对称布置的驱动机构提供驱动力实现平台的升降动作，在两侧驱动之间设置一根同步轴进行同步控制，实现机械同步调平的同时，解决了设置一个安全器难以实现整机防坠落的难题，受力原理清晰、结构简单可靠。设备整体有很好的安全保护措施，具有防坠落保护、限位保护、敦底和冒顶保护等，同时在停层位置还分别设置了防护围栏，从结构上避免了人员在上下平台的过程中危险的发生，安全可靠。双导柱平台采用变频调速控制技术和可编程程序控制器，实现无级调速、手动/自动运行，启动、制动平稳，缓解了机械上的冲击，增加了运行平稳性，延长了整机使用寿命。

1.2 主要技术参数

双导柱平台的主要技术参数如下。

额定载荷（kg） 3 000

升降速度（m/min） 0～15

减速机速比 36.52

电机功率（kW） 2×11

有效行程（m） 5.4

平台内空（m×m×m） 4.0×3.0×1.5

平台重量（kg） 1 600

驱动系统自重（kg） 1 200

整机自重（kg） 6 500

2 双导柱平台设计计算

2.1 电机功率选择

式中P——全部外载之和，P=P笼+P载+P驱=1600+3000+1200=5800kg；

η——传动效率，η=0.81；

v——运行速度，v=0～15m/min。

计算可得，NK=17.55kW。

本机为两套传动系统，电机功率为P单=11kW。

P=2×P单=22kW＞17.55kW，电机功率能满足要求。

2.2 导向传动系统的设计计算

当平台偏载时，平台侧滚轮受压力，受力分析如图2 所示。

图2 平台传动系统与平台主体结构示意图

由平面正交力系平衡方程ΣX=0，ΣY=0 得

P驱=P载+P笼+驱

由力矩平衡方程ΣMO=0 得

P侧L侧上+P侧L侧下-KP载L-P驱L驱=0

图2 中

P载——平台额定载重量，为3 000kg；

P驱——驱动齿轮对平台的力；

P笼+驱——平台和驱动机构的自重，为2 800kg；

P侧——侧滚轮受力；

L——载荷重力作用线到标准节中心线的距离；

L驱——齿条中心线到标准节中心线的距离，为147mm；

L侧上——上部侧滚轮到0点的距离，为963mm；

L侧下——下部侧滚轮到0点的距离，为195mm；

K——动载系数，根据EN 12159-2012《带立式引导罐笼的施工人员和物料升降机》，取K=1.1+0.264v=1.166。

即：P驱=3000+2800=5800kg

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

此处考虑侧滚轮最不利的受力，所以L取2m，则P侧=6778kg。

本机采用双导柱机构，且每个驱动上有4 个双侧滚轮，其中2 个受压，2 个受拉，所以

此侧滚轮偏心轴有两个受剪面：A-A面和B-B面，如图3 所示，只需验算B-B面。

可见双侧滚轮安全。

图3 偏心轴受力简图

2.3 主要受力结构件强度验收

现场用地牛运送货物，地牛的两个底轮间距L-2a，底部横梁受力如图4 所示。

图4 平台底部横梁受力简图

取C、D点的弯矩

P——平台的额定载荷，为3 000kg；

a——载荷作用点到简支点的距离，为1 593mm；

先对C-C，D-D截面进行强度校核

查手册可知，W=129.560cm3。

可见，底部横梁满足要求。

2.4 双导柱工作平台在工程中的应用

双导柱平台的问世，满足了很多特定工作场所和工况的使用要求，已在建筑施工、工业化生产、以及仓储物流领域得到了广泛的应用（图5）。如菲律宾某赌场施工中为其在建筑主体施工中输运大型构件；为重卡汽车生产线提供汽车驾驶室转运方案；为炼化企业设计专门应用于恶劣环境中实现骨料转移运输环节的解决方案；在仓储物流方面为波音公司提供的解决方案得到很高好评，在满足客户对技术性能需求基础上、通过合理的设计计算实现了结构优化调整。