有效消除施工升降机振动的研究

胡 浪1，黄 威1，吴学松2，张均保1，覃勤智1

（1.广西建工集团建筑机械制造有限责任公司，广西 南宁 530001；

2.中国建筑科学研究院 建筑机械化研究分院，河北 廊坊 065000）

1 研究背景

众所周知，振动问题一直都是影响SC型施工升降机（以下简称升降机）正常运行的主要因素，成为困扰设备使用的一大难题。国内专业期刊曾发表过多篇针对性文章，对不同的随机性振动现象进行了持续的分析与探讨，提出了一些对应性完善措施,观点不一而足，各执一词，探讨方向偏重于制造工艺、产品及安装调试质量等方面，鲜有涉及设计源头及原理性分析。

既往的探讨当中已涉及的环节有相邻输出轴中心距是π的整倍数或非整倍数、传动架与吊笼的联接方式、传动装置及导向系统的制造质量、导轨架的制造精度、电机的实际转速差额、主要受力结构的系统刚度、梅花联轴节的安装质量、电机或梅花联轴节的动平衡、对重钢丝绳受风载影响等因素，但影响最大的因素尚未见提及，振动现象依然未能得到根本性的遏制。为了便于更客观、合理、清晰地理解，从而使影响升降机振动的主要问题得到切实有效的解决，本文通过分析升降机节律性的振动现象，以振动源、振动能量及约束条件作为关注对象，找出其影响的主要矛盾，制定改善措施并予以实施。经验证，收到了良好的效果。

2 影响振动的主要因素

振动分为共振和机械振动两种型式，前者是指一个物理系统在特定频率下，以其最大振幅做振动的情形，该现象在升降机上表现不太明显。而后者则是由一种以上的因素叠加作用的结果，在升降机上表现尤为突出。产生节律性机械振动（以下简称振动）的主要因素有振动源、振动能量及约束条件。振动强烈时会影响到设备运行的舒适性和平稳性，剧烈时甚至还会影响其安全度和可靠度。因此，必须引起从业者足够的重视。

研究振动一般都会涉及振动源、振动能量和约束条件。凡是振动都必须有能量的不连续性施加与释放过程，该过程亦可称之为振动源的形成过程，此外，对振动源的约束条件亦是一个至关重要的环节，它是限制振幅的一种非常重要的手段。从某种意义来说，找到了振动源并通过改善其约束条件从而达到对振动源进行有效的“管控”，也就意味着振动问题将会得到妥善解决。

3 振动产生的分析

3.1 传动装置受力分析

振动节奏与齿轮齿条的过齿频率是相一致的，如果产生，则运行全程都会出现。振动是其产生的主要因素之间相互影响、共同作用的综合结果，频率的高低、能量及振幅的大小与振动效果有着密不可分的联系，决定了振动当量的强弱。于升降机而言，传动机构“力的传递链（即起始以及中途所经过的路径）”属于单向受力体系，如果在某个链节当中能寻找到一个及以上的逆向载荷或其约束条件的不合理“管控”等因素，则振动问题自然就会迎刃而解。

以常规的正齿传动为例，传动装置“力的传递链”如图1所示。所有垂直向下的力，包含提升载荷、吊笼自重、传动装置自重及运行阻力通过减速机集中作用在齿轮齿条啮合处，这些力施加于齿条上最终传递给导轨架，形成一个明晰的闭环式“力的传递链”。

图1 传动装置“力的传递链”示意图

以输出轴垂线作为参照，所有反力均为逆时针方向，其传递路径为：A处输出小齿轮逆时针反力→B处3个减速机安装面逆时针转矩Mn1→传动板上逆时针方向合成转矩Mn2通过C处板架各连接点传递给传动架→D处导轨架上侧向导轮在逆时针方向总转矩的作用下产生一对反力F。

传动装置的自重Q对输出轴垂线取矩同时也产生了另一个顺时针方向的力矩Mn3，在上述“力的传递链”里生成了一个逆向载荷（力矩），两个相向的转矩（3Mn1与Mn3）共同作用在安装板之上，抵消后形成的逆时针方向的合成转矩Mn2（Mn2=3Mn1-Mn3）并施加于传动架之上，最终，整个架体上的总转矩通过架体的侧向导轮传递给导轨架。

3.2 振动源的形成

一方面，传动板需要的是有基准、有约束的安装状态。为便于调整，板架螺栓连接处通常都会保留一定的径向间隙（一般为2mm即可），而板架超大间隙3D连接的出发点是设计者试图通过较大的浮动量（自动）调节从而使A处啮合达到一个较为理想的状态，以弥补制造精度粗糙的不足，如果这一间隙得不到有效的“管控”，恰好就会成为导致振动的诱因。另一方面，设备使用一段时间，齿轮经过磨损而出现了过大的间隙或压轮松动时，齿轮副原来调定的配合状态就可能会变成随机状态，“力的传递链”里的该链节同时也会出现一个周而复始的筛动状态。研究结果表明，如果板架连接采用的是普通紧固方式，逆向载荷直接由传动架上的导轮系统传递给导轨架，则“力的传递链”属于连续传递状态，即使是螺栓连接处松动，其较小间隙所造成的轻微振动也能通过传动板顶部的缓冲橡胶条自我吸收掉，不会出现不舒适的振动现象。若板架之间采用超大间隙的3D悬浮连接（图2），并且约束条件得不到有效的“管控”时，板架连接处的螺栓套单边径向间隙必然就会走过由“最大减至零再从零增至最大”的过程，3Mn1必须克服Mn3后方可传递给传动架，每转动一个齿，传动板都必须消除一次最大间隙，由于逆向载荷Mn3的实时跟进式存在，板架连接处的单边间隙在瞬时之间再从零增至最大值，转矩Mn2的传递数值永远在“Mn2～0”与“0～Mn2”之间循环交替，周而复始，能量的施加与释放的不连续就形成了振动源，从而产生了节律性的机械振动。

图2 板架3D连接局部图

根据在传动板与传动架的紧固螺栓垫圈处的月牙偏心筛痕（图3）不难推断，板架3D悬浮连接使传动板既可以在其紧固螺栓的直径方向筛动，也可以朝螺栓轴线方向窜动，筛动的方向不可确定，与A、C、D处的间隙以及传动板紧固螺栓的松紧程度有关。换言之，板架之间的连接永远处于一个具有较大自由度的悬浮状态，这样的情形势必会导致传动板在运行过程中产生高频舂米或高频电动筛效应。

图3 月牙偏心筛痕

4 消除振动的措施

板架3D连接通过安装调试后使A处啮合达到一个较为理想的状态，一旦调整并达到理想状态之后就加以锁定（图4、图5），人为给定一个能克服逆向载荷Mn3的预紧力并予以保持，即可消除振动，这与侧向导轮系统的偏心锁定道理是一样的。在传动板与架的右下方设置螺栓顶紧或偏心套顶紧，同时可在传动板与架的侧面设置碟簧辅助约束装置，以防止齿轮因磨损或压轮间隙过大时远离齿条。预紧力调定后均应锁紧并保持所要求的状态，达到进一步改善传动机构所需要的工作技术条件之目的。

图4 “侧向碟簧+底部螺栓顶紧”锁定

图5 “侧向碟簧+底部偏心套顶紧”锁定

实践证实，在振动比较剧烈的升降机上采用了上述两种锁定措施之后，其振动现象就会得到根治性的消除。

5 结 论

经综合定性分析，升降机振动效应取决于振动能量以及振幅的大小，A、C、D处的间隙调整越粗放以及传动板紧固螺栓越松动，则振动效应就越明显，“管控”并约束好振动能量及其振幅是有效消除升降机振动的灵验措施。 O