胡 浪1，黃 威1，吳學(xué)松2，張均保1，覃勤智1

（1.廣西建工集團(tuán)建筑機(jī)械制造有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530001；

2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000）

1 研究背景

眾所周知，振動(dòng)問題一直都是影響SC型施工升降機(jī)（以下簡(jiǎn)稱升降機(jī)）正常運(yùn)行的主要因素，成為困擾設(shè)備使用的一大難題。國(guó)內(nèi)專業(yè)期刊曾發(fā)表過多篇針對(duì)性文章，對(duì)不同的隨機(jī)性振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了持續(xù)的分析與探討，提出了一些對(duì)應(yīng)性完善措施,觀點(diǎn)不一而足，各執(zhí)一詞，探討方向偏重于制造工藝、產(chǎn)品及安裝調(diào)試質(zhì)量等方面，鮮有涉及設(shè)計(jì)源頭及原理性分析。

既往的探討當(dāng)中已涉及的環(huán)節(jié)有相鄰輸出軸中心距是π的整倍數(shù)或非整倍數(shù)、傳動(dòng)架與吊籠的聯(lián)接方式、傳動(dòng)裝置及導(dǎo)向系統(tǒng)的制造質(zhì)量、導(dǎo)軌架的制造精度、電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速差額、主要受力結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)剛度、梅花聯(lián)軸節(jié)的安裝質(zhì)量、電機(jī)或梅花聯(lián)軸節(jié)的動(dòng)平衡、對(duì)重鋼絲繩受風(fēng)載影響等因素，但影響最大的因素尚未見提及，振動(dòng)現(xiàn)象依然未能得到根本性的遏制。為了便于更客觀、合理、清晰地理解，從而使影響升降機(jī)振動(dòng)的主要問題得到切實(shí)有效的解決，本文通過分析升降機(jī)節(jié)律性的振動(dòng)現(xiàn)象，以振動(dòng)源、振動(dòng)能量及約束條件作為關(guān)注對(duì)象，找出其影響的主要矛盾，制定改善措施并予以實(shí)施。經(jīng)驗(yàn)證，收到了良好的效果。

2 影響振動(dòng)的主要因素

振動(dòng)分為共振和機(jī)械振動(dòng)兩種型式，前者是指一個(gè)物理系統(tǒng)在特定頻率下，以其最大振幅做振動(dòng)的情形，該現(xiàn)象在升降機(jī)上表現(xiàn)不太明顯。而后者則是由一種以上的因素疊加作用的結(jié)果，在升降機(jī)上表現(xiàn)尤為突出。產(chǎn)生節(jié)律性機(jī)械振動(dòng)（以下簡(jiǎn)稱振動(dòng)）的主要因素有振動(dòng)源、振動(dòng)能量及約束條件。振動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)會(huì)影響到設(shè)備運(yùn)行的舒適性和平穩(wěn)性，劇烈時(shí)甚至還會(huì)影響其安全度和可靠度。因此，必須引起從業(yè)者足夠的重視。

研究振動(dòng)一般都會(huì)涉及振動(dòng)源、振動(dòng)能量和約束條件。凡是振動(dòng)都必須有能量的不連續(xù)性施加與釋放過程，該過程亦可稱之為振動(dòng)源的形成過程，此外，對(duì)振動(dòng)源的約束條件亦是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它是限制振幅的一種非常重要的手段。從某種意義來說，找到了振動(dòng)源并通過改善其約束條件從而達(dá)到對(duì)振動(dòng)源進(jìn)行有效的“管控”，也就意味著振動(dòng)問題將會(huì)得到妥善解決。

3 振動(dòng)產(chǎn)生的分析

3.1 傳動(dòng)裝置受力分析

振動(dòng)節(jié)奏與齒輪齒條的過齒頻率是相一致的，如果產(chǎn)生，則運(yùn)行全程都會(huì)出現(xiàn)。振動(dòng)是其產(chǎn)生的主要因素之間相互影響、共同作用的綜合結(jié)果，頻率的高低、能量及振幅的大小與振動(dòng)效果有著密不可分的聯(lián)系，決定了振動(dòng)當(dāng)量的強(qiáng)弱。于升降機(jī)而言，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)“力的傳遞鏈（即起始以及中途所經(jīng)過的路徑）”屬于單向受力體系，如果在某個(gè)鏈節(jié)當(dāng)中能尋找到一個(gè)及以上的逆向載荷或其約束條件的不合理“管控”等因素，則振動(dòng)問題自然就會(huì)迎刃而解。

以常規(guī)的正齒傳動(dòng)為例，傳動(dòng)裝置“力的傳遞鏈”如圖1所示。所有垂直向下的力，包含提升載荷、吊籠自重、傳動(dòng)裝置自重及運(yùn)行阻力通過減速機(jī)集中作用在齒輪齒條嚙合處，這些力施加于齒條上最終傳遞給導(dǎo)軌架，形成一個(gè)明晰的閉環(huán)式“力的傳遞鏈”。

圖1 傳動(dòng)裝置“力的傳遞鏈”示意圖

以輸出軸垂線作為參照，所有反力均為逆時(shí)針方向，其傳遞路徑為：A處輸出小齒輪逆時(shí)針反力→B處3個(gè)減速機(jī)安裝面逆時(shí)針轉(zhuǎn)矩Mn1→傳動(dòng)板上逆時(shí)針方向合成轉(zhuǎn)矩Mn2通過C處板架各連接點(diǎn)傳遞給傳動(dòng)架→D處導(dǎo)軌架上側(cè)向?qū)л喸谀鏁r(shí)針方向總轉(zhuǎn)矩的作用下產(chǎn)生一對(duì)反力F。

傳動(dòng)裝置的自重Q對(duì)輸出軸垂線取矩同時(shí)也產(chǎn)生了另一個(gè)順時(shí)針方向的力矩Mn3，在上述“力的傳遞鏈”里生成了一個(gè)逆向載荷（力矩），兩個(gè)相向的轉(zhuǎn)矩（3Mn1與Mn3）共同作用在安裝板之上，抵消后形成的逆時(shí)針方向的合成轉(zhuǎn)矩Mn2（Mn2=3Mn1-Mn3）并施加于傳動(dòng)架之上，最終，整個(gè)架體上的總轉(zhuǎn)矩通過架體的側(cè)向?qū)л唫鬟f給導(dǎo)軌架。

3.2 振動(dòng)源的形成

一方面，傳動(dòng)板需要的是有基準(zhǔn)、有約束的安裝狀態(tài)。為便于調(diào)整，板架螺栓連接處通常都會(huì)保留一定的徑向間隙（一般為2mm即可），而板架超大間隙3D連接的出發(fā)點(diǎn)是設(shè)計(jì)者試圖通過較大的浮動(dòng)量（自動(dòng)）調(diào)節(jié)從而使A處嚙合達(dá)到一個(gè)較為理想的狀態(tài)，以彌補(bǔ)制造精度粗糙的不足，如果這一間隙得不到有效的“管控”，恰好就會(huì)成為導(dǎo)致振動(dòng)的誘因。另一方面，設(shè)備使用一段時(shí)間，齒輪經(jīng)過磨損而出現(xiàn)了過大的間隙或壓輪松動(dòng)時(shí)，齒輪副原來調(diào)定的配合狀態(tài)就可能會(huì)變成隨機(jī)狀態(tài)，“力的傳遞鏈”里的該鏈節(jié)同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)周而復(fù)始的篩動(dòng)狀態(tài)。研究結(jié)果表明，如果板架連接采用的是普通緊固方式，逆向載荷直接由傳動(dòng)架上的導(dǎo)輪系統(tǒng)傳遞給導(dǎo)軌架，則“力的傳遞鏈”屬于連續(xù)傳遞狀態(tài)，即使是螺栓連接處松動(dòng)，其較小間隙所造成的輕微振動(dòng)也能通過傳動(dòng)板頂部的緩沖橡膠條自我吸收掉，不會(huì)出現(xiàn)不舒適的振動(dòng)現(xiàn)象。若板架之間采用超大間隙的3D懸浮連接（圖2），并且約束條件得不到有效的“管控”時(shí)，板架連接處的螺栓套單邊徑向間隙必然就會(huì)走過由“最大減至零再?gòu)牧阍鲋磷畲蟆钡倪^程，3Mn1必須克服Mn3后方可傳遞給傳動(dòng)架，每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，傳動(dòng)板都必須消除一次最大間隙，由于逆向載荷Mn3的實(shí)時(shí)跟進(jìn)式存在，板架連接處的單邊間隙在瞬時(shí)之間再?gòu)牧阍鲋磷畲笾担D(zhuǎn)矩Mn2的傳遞數(shù)值永遠(yuǎn)在“Mn2～0”與“0～Mn2”之間循環(huán)交替，周而復(fù)始，能量的施加與釋放的不連續(xù)就形成了振動(dòng)源，從而產(chǎn)生了節(jié)律性的機(jī)械振動(dòng)。

圖2 板架3D連接局部圖

根據(jù)在傳動(dòng)板與傳動(dòng)架的緊固螺栓墊圈處的月牙偏心篩痕（圖3）不難推斷，板架3D懸浮連接使傳動(dòng)板既可以在其緊固螺栓的直徑方向篩動(dòng)，也可以朝螺栓軸線方向竄動(dòng)，篩動(dòng)的方向不可確定，與A、C、D處的間隙以及傳動(dòng)板緊固螺栓的松緊程度有關(guān)。換言之，板架之間的連接永遠(yuǎn)處于一個(gè)具有較大自由度的懸浮狀態(tài)，這樣的情形勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)板在運(yùn)行過程中產(chǎn)生高頻舂米或高頻電動(dòng)篩效應(yīng)。

圖3 月牙偏心篩痕

4 消除振動(dòng)的措施

板架3D連接通過安裝調(diào)試后使A處嚙合達(dá)到一個(gè)較為理想的狀態(tài)，一旦調(diào)整并達(dá)到理想狀態(tài)之后就加以鎖定（圖4、圖5），人為給定一個(gè)能克服逆向載荷Mn3的預(yù)緊力并予以保持，即可消除振動(dòng)，這與側(cè)向?qū)л喯到y(tǒng)的偏心鎖定道理是一樣的。在傳動(dòng)板與架的右下方設(shè)置螺栓頂緊或偏心套頂緊，同時(shí)可在傳動(dòng)板與架的側(cè)面設(shè)置碟簧輔助約束裝置，以防止齒輪因磨損或壓輪間隙過大時(shí)遠(yuǎn)離齒條。預(yù)緊力調(diào)定后均應(yīng)鎖緊并保持所要求的狀態(tài)，達(dá)到進(jìn)一步改善傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需要的工作技術(shù)條件之目的。

圖4 “側(cè)向碟簧+底部螺栓頂緊”鎖定

圖5 “側(cè)向碟簧+底部偏心套頂緊”鎖定

實(shí)踐證實(shí)，在振動(dòng)比較劇烈的升降機(jī)上采用了上述兩種鎖定措施之后，其振動(dòng)現(xiàn)象就會(huì)得到根治性的消除。

5 結(jié) 論

經(jīng)綜合定性分析，升降機(jī)振動(dòng)效應(yīng)取決于振動(dòng)能量以及振幅的大小，A、C、D處的間隙調(diào)整越粗放以及傳動(dòng)板緊固螺栓越松動(dòng)，則振動(dòng)效應(yīng)就越明顯，“管控”并約束好振動(dòng)能量及其振幅是有效消除升降機(jī)振動(dòng)的靈驗(yàn)措施。 O