一种新型曳引式施工升降机的设计

第８期
４ 曳引式施工升降机驱动系统的设计
４．１ 电机功率的选择
建筑施工升降机中的驱动电机的总功率， 按其机型不同， 可 根 据 空 载 、满 载 和 标 准 节 安 装 等 工 况 中 的 最 大 载 荷 来 确 定 。由 于 电梯是曳引驱动， 因此我们参考电梯标准， 功率可按下式计算：
Ｐ＝ １－ Ｋ 平 ＱＶ（ ｋＷ） １０２η
笼位于最高层站的两种情况下， 曳引轮两边的曳引绳较大
静拉力与较小静拉力之比。
Ｃ１—与加速度、减速度及施工升降机特殊安装情况有关的系
数， 一般称为动力系数或加速系数。（
Ｃ１＝
ｇｎ＋ａ ｇｎ－ ａ
； ｇｎ： 重力加速度
ａ， ： 吊笼制动减速度） 。
Ｃ２—由于磨损导致曳引轮槽断面变化的影响系数（ 对半圆或切 口槽： Ｃ２＝１， 对 Ｖ 型槽： Ｃ２＝１．２） 。 ｅｆα中， ｆ 为曳引绳在曳引槽中的当量摩擦系数 ， α 为曳引绳 在 曳 引 导 轮 上 的 包 角 ， ｅｆα称 为 曳 引 系 数 。 它 限 定 了 Ｔ１／Ｔ２ 的 比
式 中 ： Ｈ—系 数 ， 异 步 电 动 机 Ｈ＝２．１； λ—基 准 持 续 率 时 ， 电 动 机
! 的超载倍数； Ｚ—驱动电机数； Ｇ—驱动机构提升的最大
载荷， Ｎ； Ｖ—工作速度， ｍ／ｍｉｎ； η—传动总效率。
此处我们可做以下比较， 现在要设计一台 １０００ｋｇ 运载能力，
０．７ｍ／ｓ 运行速度的升降机。一般情况下， 吊笼自重 ４５０ｋｇ（ 实取资
国内目前使用的基本都是齿轮齿条式施工升降机（ ＳＣ 型施
力。为使井架中的吊笼与配重各自沿井架中导轨运行而不相蹭， 曳 引机上放置一导向轮使二者分开。吊笼与配重装置的重力使曳引钢 丝绳压紧在曳引轮绳槽内产生摩擦力。这样， 电动机转动带动曳引 轮转动， 驱动钢丝绳， 拖动吊笼和配重作相对运动。即吊笼上升， 配 重下降； 配重上升， 吊笼下降。于是， 吊笼在井架中沿导轨上、下往复 运行而执行垂直运送任务。
３
３．２ 有效防止断绳事故的发生
２
９
曳引轮采用多绳槽结构， 如图 ２ 所示， 此处我们设计了四绳
１
槽 结 构［３］， 由 于 四 根 钢 丝 绳 同 时 断 裂 的 几 率 几 乎 为 ０， 所 以 采 用
曳引轮可有效地防止断绳事故的发生。
图 １ 曳引式施工升降机驱动系统 １．吊笼 ２．绳头组合 ３．曳引绳 ４．主曳引轮 ５．从曳引轮
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 要】针对目前普遍使用的齿轮齿条式施工升降机（ 施工电梯） 的缺点， 提出了一种耗能低、 噪音小的曳引式施工升降机的设计方法。经过多次实际工况实验， 证明该设计方法是可行的。
关键词： 曳引式施工升降机； 曳引机； 设计 【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】 Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｐｒｅｓｅｎｔ ｒａｃｋ ａｎｄ ｐｉｎｉｏｎ ｈｏｉｓｔｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｕｎｉｖｅｒｓａｌｌｙ， ａ ｎｅｗ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｒａｃｔｉｖｅ ｂｕｉｌｄｅｒ’ｓ ｈｏｉｓｔ ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｕｍｅｓ ｌｏｗｌｙ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｅｓ ｓｍａｌｌ ｎｏｉｓｅ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｍａｎｙ ｔｉｍｅｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｔｈａｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ， ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｔｒ ａｃｔｉｖｅ ｂｕｉｌｄｅｒ ’ｓ ｈｏｉｓｔ； Ｔｒ ａｃｔｏｒ ； Ｄｅｓｉｇｎ
值 ， ｅｆα越大， 则表明了 Ｔ１／Ｔ２ 允许值和 Ｔ１－ Ｔ２ 允 许 值 越 大 ， 也 就 表 明施工升降机曳引能力越大。因此， 一台施工升降机的曳引系数 代表了该台施工升降机的曳引能力。可以看出， 曳引力与下述几 个因素有关：
（ １） 吊笼与配重的重量平衡系数。 （ ２） 曳引轮绳槽形状与曳引轮材料当量摩擦系数。 （ ３） 曳引绳在曳引轮上的包角。
６ 结语
（ １） 该曳引式施工升降机在江阴经过多次实际工况实验， 均 取得了成功， 以实际行动证明了该设计的可行性。
（ ２）“十一五”规 划 指 出 ， 节 能 减 排 是 建 设 资 源 节 约 型 、环 境 友好型社会的必然选择。曳引式施工升降机节能显著， 噪音小， 正是响应了温家宝总理在节能减排工作会议上的号召。此施工 升降机在不久的将来必定能够普及， 甚至代替现在普遍使用的 齿轮齿条式施工升降机。 参考文献 １ 俞启灏．国产施工升降机今后的发展．北京建筑工程学院学报， ２００５， ２１ （ ４） ： ３５￣３７ ２ Ｇｒａｙ， Ｌｅｅ．Ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｅｌｅｖａｔｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ． Ｅｌｅｖａｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ， ２００６， ５４ （ ４） ： １３４～１４０ ３ 喻钢．曳引轮绳槽的设计与计算．建设机械技术与管理， １９９４（ ２） ： ２５～２８ ４ 方圆集团编写组．建设机械设计制造与应用．北京： 人民交通出版社， ２００１
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中图分类号： ＴＨ１２２ 文献标识码： Ａ
１ 引言
施工升降机（ 施 工 电 梯） 是 建 筑 施 工 中 必 不 可 少 的 人 、货 垂 直运输机械。从 １９７３ 年第一台国产齿轮齿条式施工升降机生产 以来， 历经 ３０ 多年的 发 展 ， 国 产 升 降 机 在 结 构 形 式 、功 能 用 途 、 性 能 质 量 、安 全 装 置 等 多 个 方 面 都 有 了 很 大 的 变 化 和 发 展 。施 工 升 降 机 已 成 为 各 行 业 建 筑 中 一 种 必 不 可 少 的 建 筑 机 械 ［１］。
料） 。如果采用曳引驱动， 根据公式求得 Ｐ＝６．２９ｋＷ， 则所选电机为
７．５ｋＷ， 如果采用齿轮、齿条驱动， 根据公式求得 Ｐ＝２７．８ｋＷ， 则所选
电机为 ３０ｋＷ。曳引驱动所需电机功率仅为齿轮齿条驱动的 １／４， 其
节能效果十分明显。
４．２ 配重的选择
我们根据电梯技术公式计算所需要配置的配重重量：
这是一组连杆系统， 限速器动作时夹住限速器绳， 通过此连 杆系统操纵安全钳使吊笼置停。安全钳及其操纵机构一般均安 装在吊笼架上。安全钳座装设在吊笼架下梁上， 锲块在安全钳动 作 时 夹 紧 导 轨 使 吊 笼 置 停 。吊 笼 架 上 梁 的 两 侧 各 装 有 一 根 转 轴 ， 操纵机构的一组杠杆均固定在这两根轴上。主动杠杆 １ 的绳部 通过绳头与限速器绳连接。４ 个从动杠杆分别安装在两侧的转 轴 上 。横 拉 杆 连 接 两 侧 的 转 轴 以 保 证 两 侧 的 从 动 杠 杆 同 步 摆 动 ， 横拉杆上正反扣螺母可调节从动杠杆的位置。从动杠杆的端部 各连接一条垂直拉杆， 通过它带动安全钳的锲块。垂直拉杆上的 防幌架起定位导引作用， 并防止垂直拉杆幌动。横拉杆上的压簧 使拉杆系统复位。垂直拉杆上的压簧促使安全钳锲块在正常情 况下处于松开状态。
式中： Ｐ—电动机功率（ ｋＷ） ； Ｋ 平—电梯平衡系数， 国标规定平衡 系 数 Ｋ 平＝ ０．４～０．５； Ｑ—电 梯 额 定 载 重 量（ ｋｇ） ； Ｖ—电 梯 额 定速度（ ｍ／ｓ） ； η—机械传动总效率。 而国际制式的齿轮齿条式施工升降机的功率计算公式：
Ｈ!Ｇ·Ｖ
Ｐ＝
（ ｋＷ）
λＺ６００００η
６．天梁 ７．导向轮 ８．减速电机 ９．配重 减速电机与曳引轮组成曳引机， 是曳引驱动的动力。曳引钢丝 绳通过曳引轮一端连接吊笼， 一端连接配重装置。主曳引轮的两边 的两个从曳引轮增大了钢丝绳对主曳引轮的包角， 从而增大了摩擦
＊ 来稿日期： ２００７－ １０－ ２６
图 ２ 曳引轮结构
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吴晓冬等： 一种新型曳引式施工升降机的设计
Ｇ 配 ＝Ｇ＋ＱＫ 平 式 中 ： Ｇ 配—配 重 的 重 量（ ｋｇ） ； Ｇ—吊 笼 的 自 重（ ｋｇ） ； Ｑ—吊 笼 额
定载重量； Ｋ 平—平衡系数。 此处， 平衡系数的选择是为了使施工电梯在满载和空载的情
况下， 其负载转矩绝对值基本相等， 让施工电梯工作在最佳状态， 减
少能量消耗， 降低曳引机的负担。
３ 曳引式施工升降机的特点
工 升 降 机） ， 但 ＳＣ 型 施 工 升 降 机 存 在 耗 能 大 ， 噪 音 大［２］的 缺 点 。 ３．１ 有效防止冲顶事故的发生
为了解决这些问题， 我们经过多年的努力， 探讨出一种耗能小并
曳引驱动是利用曳引轮与钢丝绳之间的摩擦力进行牵引吊
且安全有效的曳引式施工升降机的设计方法。
５ 安全系统的设计
根 据 施 工 升 降 机 标 准 ＧＢ／Ｔ １００５４－ ２００５， 人 货 两 用 施 工 升 降 机 每 个 吊 笼 应 设 置 兼 有 防 坠 、限 速 双 重 功 能 的 防 坠 安 全 装 置 。 当吊笼超速下行或其悬挂装置断裂时， 该装置应能将吊笼置停 并保持在静止状态。此设计采用了安全可靠的杠杆联动机构， 其 原理图略。
当吊笼超速达到使限速器动作时， 限速器绳被夹住不动， 随 着吊笼继续向下运动， 主动杠杆被限速器绳带动向上摆动， 通过 转轴使 ４ 个从动杠杆同时向上摆动， 带动 ４ 根垂直拉杆提起安 全锲块， 使锲块与吊笼导轨发生接触， 接着依靠自锁锲紧作用使 安全钳夹紧在导轨上， 吊笼被置停。一旦接触之后， 将靠自锁锲 紧作用而产生制动力， 不再依赖于操纵机构。锲块在自锁夹紧过 程中， 将继续抬起垂直拉杆， 压缩压簧， 从动杠杆不再起作用。
Ａ ｎｅ ｗ ｄｅ ｓ ｉｇｎ ｏｆ ｔｒａ ｃｔｉｖｅ ｂｕｉｌｄｅ ｒ＇ ｓ ｈｏｉｓ ｔ
ＷＵ Ｘｉａｏ－ ｄｏｎｇ， ＹＩＮ Ｃｈｅｎ－ ｂｏ （ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ