一種施工升降機分體式吊籠的設計及研究

田國承，盧宏偉，王 鑫，白云飛，楊 靜

（廊坊凱博建設機械科技有限公司，河北 廊坊 065000）

施工升降機是建筑施工中不可或缺的人員和物料運輸機械。由于建筑設計差異，井道等內部施工地點尺寸多變且相對狹小，而外部用升降機往往需要用來運送大體積物料，為提高施工效率，降低施工成本，需要能夠靈活適應各種場合并且安全高效的施工升降機。

通過對國內施工升降機現(xiàn)狀調研發(fā)現(xiàn)：目前施工升降機吊籠多以整體式焊接結構為主，這種吊籠結構過于龐大，安裝、拆卸時需要吊車配合；除常用規(guī)格吊籠，井道等狹小空間或大尺寸物料運輸用吊籠往往需要定制，設備造價、使用成本高，且周期較長，不適合建筑施工中需改變吊籠結構大小等靈活多變的使用工況。

針對這些問題，本文旨在研發(fā)一種結構簡單、成本低、模塊體積質量小、便于組裝運輸?shù)氖┕ど禉C分體式吊籠（圖1），以彌補傳統(tǒng)施工升降機的不足，方便工程施工。

圖1 升降機吊籠示例

1 施工升降機分體式吊籠

1.1 基本組成和工作原理

本文主要介紹一種結構簡單、成本低、模塊體積質量小、便于運輸?shù)氖┕ど禉C分體式吊籠，其組合后的整體結構狀態(tài)示意圖如圖2 所示，分體結構狀態(tài)示意圖如圖3 所示。

圖2 施工升降機分體式吊籠整體結構狀態(tài)示意圖

圖3 施工升降機分體式吊籠分體結構狀態(tài)示意圖

該分體式吊籠主要包括：入口籠架、主籠架、過渡籠架、出口籠架。主籠架的4 個邊柱均為主籠架連接框，其左右兩側下面的連接橫梁上各設有2 個托架。過渡籠架的4 個邊柱均為籠架連接框，其中籠架連接框一側下面的連接橫梁上設有2 個托架。出口籠架右側的2 個邊柱均為出口連接框。入口籠架左側的2 個邊柱均為入口連接框。入口籠架、主籠架、過渡籠架、出口籠架通過各自的連接框由螺栓螺母連接件依次連接成整體吊籠。主籠架兩側的托架分別豎向承載連接過渡籠架或者入口籠架或出口籠架，過渡籠架的托架豎向承載連接入口籠架或者出口籠架。本文涉及的結構形式，可將主籠架兩端的載荷依次傳遞到主籠架上。

根據(jù)現(xiàn)場對吊籠大小的需求，主籠架可與入口籠架和出口籠架連接組合成施工升降機分體式吊籠，或者與入口籠架、若干過渡籠架和出口籠架連接組合構成多種長度規(guī)格的施工升降機分體式吊籠。

1.2 主要技術參數(shù)

額定載重量P載：2 000kg；

吊籠建模重量m：858.27kg；

工作風壓：q=250N/m2；

外形尺寸：3.2m×2.5m×1.5m(長(L)×高(H)×寬(W)）；

額定速度：1m/s。

2 設計計算及強度校核

2.1 吊籠正常裝載

2.1.1 風載計算

根據(jù)國家標準GB 26557-2011《吊籠有垂直導向的人貨兩用施工升降機》，得

長度方向風載荷：F1=qLH=2000N；

寬度方向風載荷：F2=qWH=937.5N；

長度方向等效加速度：a1=F1/m=2.33m/s2；

寬度方向等效加速度：a2=F2/m=1.09m/s2。

2.1.2 動載荷計算

根據(jù)國家標準GB 26557-2011《吊籠有垂直導向的人貨兩用施工升降機》，得

沖擊系數(shù)：μ=1.1+0.264v；其中：v——額定速度，取v=1m/s，得出：μ=1.364。

立柱、鋼絲繩、門、門配置等與吊籠框架得總重P=P載μ=2728kg。

分析時應施加慣性加速度a使吊籠出現(xiàn)等效重力的效果，得

2.1.3 額定載重量對吊籠受力的影響計算

吊籠的額定載重量設計值為P載=2000kg，為方便計算，取F=20kN。

根據(jù)國家標準GB 26557-2011《吊籠有垂直導向的人貨兩用施工升降機》中5.2.2.4 得

吊籠底面積：A=LW=4.8m2；

Fμ/(A×0.8)=7.10kN/m2>4.0kN/m2

假定額定載重量分布在減小的面積上，其大小為吊籠底板面積的80%，其長、寬之比與吊籠底板的長、寬之比相同。

即長、寬分別為

2.2 異常情況下安全裝置作用

2.2.1 風載計算

計算結果同2.1.1。

2.2.2 動載荷計算

根據(jù)國家標準GB 26557-2011《吊籠有垂直導向的人貨兩用施工升降機》中5.2.2.8：超速安全裝置動作引起的力為運動載荷的總和乘以系數(shù)2.5。分析時應施加慣性加速度a使吊籠出現(xiàn)等效重力的效果，取μ=2.5，得

2.2.3 額定載重量對吊籠受力的影響計算

Fμ/(A×0.8)=13.02kN/m2>4.0kN/m2

依GB 26557-2021《吊籠有垂直導向的人貨兩用施工升降機》中5.2.2.4.3，假定額定載重量分布在減小的面積上，其大小為吊籠底板面積的80%，其長、寬之比與吊籠底板的長、寬之比相同。

即長、寬分別為

因此模型加載時，將載荷均布在減小的吊籠底板面積上。

利用有限元分析軟件對吊籠架構進行校核，通過計算，使用Q235 材質制作的吊籠結構強度即可符合設計條件。

3 分體式吊籠的優(yōu)點

分體式吊籠可拆卸為體積小、質量輕的單元模塊，通過人工或推車等簡易工具便可將模塊搬運至施工現(xiàn)場組裝為完整吊籠，安裝過程方便快捷，無需借助大型起重設備。

在井道等狹小空間施工時，分體式吊籠可通過模塊分段組裝與拆卸，降低了吊籠對建筑物開口結構的要求，避免了施工結束后整體式吊籠無法正常拆解只能破壞性拆除造成的經(jīng)濟損失。

分體式吊籠模塊單元損壞后僅需對相應模塊進行維修更換，設備維護成本低。

4 結語

針對傳統(tǒng)施工升降機吊籠一般為整體式焊接結構這一情況，本文提出一種新型的分體式吊籠結構設計，通過對兩種工況的受力分析，分別得出其最大變形和最大應力，均符合設計要求。該種吊籠結構簡單、成本低、單元模塊體積質量小、便于組裝、運輸，可靈活適用于各種場合，提高了施工效率，降低了設備采購成本。