§4.2简单起重机械

§4.2　简单起重机械

4.2.1　卷扬机

卷扬机是建筑工程机械中最常用的、构造最简单的起重设备之一，卷扬机既可以单独使用，亦可以作为其他起重机械上的主要工作机构。如塔式起重机上的起升机构和变幅机构、施工现场用于装修工程的高车架(吊篮)的动力装置、一些简易起重设备(独脚杆、人字杆等)的动力装置等，都是单独使用卷扬机将材料、机具或重物垂直运送到一定高度或水平运送到指定的地点。

1.卷扬机的分类

卷扬机的种类很多，一般分为:

(1)按钢丝绳牵引速度分，有快速卷扬机、慢速卷扬机、调速卷扬机三种。

(2)按卷筒数量分，有单筒卷扬机、双筒卷扬机、三筒卷扬机三种。

(3)按机械传动形式分，有直齿轮传动卷扬机、斜齿轮传动卷扬机、行星齿轮传动卷扬机、内胀离合器传动卷扬机、蜗轮蜗杆传动卷扬机等多种。

(4)按传动方式分，有手动卷扬机、电动卷扬机、液压卷扬机、气动卷扬机等多种。

(5)按使用行业分，有用于建筑卷扬机、林业卷扬机、矿山卷扬机、船舶卷扬机等多种。

2.卷扬机的性能指标

各类卷扬机的技术性能指标如表4.2.1～表4.2.4所示。

表4.2.1　单筒快速卷扬机的技术性能指标表

表4.2.2　双筒快速卷扬机的技术性能指标表

表4.2.3　单筒中速卷扬机的技术性能指标表

表4.2.4　单筒慢速卷扬机的技术性能指标表

3.卷扬机的构造

快速卷扬机通常采用单筒式。图4.2.1为JJKX1型单卷筒快速卷扬机，采用行星齿轮传动，牵引力为10kN。传动系统安装在卷筒内部和端部，采用带式离合器和制动器进行操纵。主要由电动机、传动装置、离合器、制动器、基座等组成。

1—电动机;2—制动手柄;3—卷筒;4—起动手柄;5—轴承支架;6—机座;

7—电动机托架;8—带式制动器;9—带式离合器

图4.2.1　JJKX1型单卷筒快速卷扬机简图

图4.2.2为该型卷扬机的传动系统简图。电动机通过第一级内齿轮，传动第二级内齿轮，再通过连轴齿轮(太阳齿轮)传动两个行星齿轮绕齿轮公转，并与大内齿轮相啮合，因行星齿轮的轴与卷筒9紧固连接，故可以带动卷筒旋转。

1—电动机;2—圆柱齿轮;3、4—偏内齿圈;5、6—连轴齿轮;

7—行星齿轮;8—大内齿轮;9—卷筒;10—轴承架;11—带式离合器;

12—带式制动器;13～18—滚动轴承

图4.2.2　传动系统简图

带式离合器11(起动器)安装在大内齿轮8的外缘，由起动手柄操纵，按下起动手柄，使带式离合器接合，大齿轮停止转动，行星齿轮7沿大齿轮滚动，带动卷筒旋转。当按下另一端的带式制动器手柄(同时须松开起动手柄)时，卷筒被制动停转，与卷筒相连接的行星齿轮不能再绕太阳齿轮作公转运动，这时电动机的动力通过行星齿轮的自转而驱动大内齿圈仅作空转运动。

由于传动系统全部布置在卷筒内部和端面，电动机又伸入卷筒的另一端，使卷扬机体积小，结构紧凑，运转灵活，操作简便。

单筒慢速卷扬机的传动系统与快速卷扬机在构造上的主要不同之处是使用了蜗轮—蜗杆减速箱，而不是普通的齿轮减速箱，并增设了一对开式齿轮传动。因此其传动系统可以获得很大的传动比，使卷扬机的卷扬速度变慢。

4.卷扬机主要技术性能参数计算

(1)卷筒转速(n筒)

式中:n_电——电动机的转速，r/min;

i_总——卷扬机传动系统总传动

其中，蜗杆件的齿数系指蜗杆的头数或线数。

(2)卷扬速度(v)

式中:v——卷筒上钢丝绳的运行速度，m/s;

D——卷筒直径，m;

n筒——卷筒转速，r/min。

(3)卷扬力(F)

式中:F——钢丝绳所受拉力，N;

P——电动机功率，kW;

η₀——卷扬机的机械效率，当卷扬机为齿轮传动时，η₀=0.80;为涡轮—涡杆传动时，η₀=0.52。

(4)卷筒的容绳量(L)

式中:L——卷筒上所绕钢丝绳的总长度，m;

c——卷筒的有效长度内钢丝绳所绕圈数，，其中，l为卷筒的有效长度，cm; b为钢丝绳缠绕的节距，cm，一般光面卷筒b=1.1d;

d——钢丝绳直径，cm;

n——钢丝绳在卷筒上缠绕的层数;

3πD——3圈安全圈钢丝绳的长度。

4.2.2　施工升降机

1.井架升降机

井架升降机是施工中最常用也是最为简便的垂直运输设施。井架升降机的稳定性好，运输量大，除可以采用型钢或钢管加工而成的定型井字架之外，还可以采用多种脚手架材料搭设，从而使井字架的应用更加广泛和便捷。井字架的搭设高度一般可以达50m以上，目前附着式高层井字架的搭设高度已经超过了100m。

一般井字架多为单孔，也可以组装成两孔或三孔。单孔井字架内设置吊盘或在吊盘下加设混凝土斗;两孔或三孔井字架内可以分设吊盘和料斗。井字架上也可以根据需要设置扒杆，其起重量一般为0.5～1.5t，回转半径可以达10m。

如图4.2.3所示是普通型钢井字架的构造。

1—立柱;2—平撑;3—斜撑;

4—钢丝绳;5—缆风绳;6—天轮;

7—导轨;8—吊盘;9—地轮;

10—垫木;11—摇臂拔杆;12—滑轮组

图4.2.3　普通型钢井字架构造简图

2.施工电梯

施工电梯是一种施工工地用的沿垂直导轨架上下运移的载物乘人电梯，其升降速度快、起升高度大，是高层建筑施工的垂直输送设备，用来运送建筑材料、构件、设备和施工人员。

(1)施工电梯的分类与结构特点

施工电梯按传动形式可以分为齿轮齿条式(SC型)电梯，钢丝绳式(SG型)电梯和混合式(SH型)电梯。

①齿轮齿条式电梯

如图4.2.4所示是齿轮齿条式施工电梯，布置在吊笼上的传动装置中的齿轮与布置在导轨架上的齿条相啮合，吊笼沿导轨架运动，进而完成人员和物料的输送。

其结构特点是:传动装置驱动齿轮，使吊笼沿导轨架的齿条运动;导轨架为标准拼接组成，截面形式分为矩形和三角形，导轨架由附墙架与建筑物相连，增加其刚性，导轨架加节接高由自身辅助系统完成。吊笼分为双笼和单笼，吊笼上配有对重来平衡吊笼重量，提高其运行平衡性。

1—吊笼;2—导轨架;3—平衡重箱;4—天轮;5—底笼;

6—吊笼传动装置

图4.2.4　施工电梯示意图

②钢丝绳牵引式电梯

如图4.2.5所示，钢丝绳牵引式电梯用设置在地面的卷扬机提升钢丝绳，通过布置在导轨架上的导向滑轮使吊笼沿导轨架作上下运动。导轨架分单导、双导和复式井架等形式。单导和双导轨架由标准节组成，类似塔式起重机的塔身机构。复式井架为组合式拼接形式，无标准节，整体拼接，一次性达到架设高度。吊笼可以分为单笼、双笼和三笼等。导轨架可以由附墙架与建筑物相连接，也可以采用缆风绳形式固定。

1—底笼;2—导轨架;3—吊笼;

4—外套架;5—工作平台

图4.2.5　钢丝绳式施工电梯结构简图

③混合式电梯

混合式电梯是一种把齿轮齿条式电梯和钢丝绳式电梯组合为一体的施工电梯。一个吊笼由齿轮齿条驱动，另一个吊笼采用钢丝绳提升。这种结构的特点是:其工作范围大，速度快，由单根导轨架、矩形截面的标准节组成，有附墙架。

(2)施工电梯的金属结构及主要零部件

1)导轨架

施工电梯的导轨架是该机的承载系统，一般由型钢和无缝钢管组合焊接形成格构式桁架结构。截面形式分为矩形和三角形。导轨架由顶架(顶节)、底架(基节)和标准节组成。顶架上布置有导向滑轮，底架上也布置有导向滑轮，并与基础连接。标准节具有互换性，节与节之间采用销轴连接或螺栓连接。导轨架的主弦杆用做吊笼的导轨。SC型施工电梯的齿条布置在导轨架的一个侧面上。

为了保证施工电梯正常工作以及导轨架的强度、刚度和稳定性，当导轨架达到较大高度时，每隔一定距离要设置横向附墙架或锚固绳。附墙架的间隔一般约为8～9m，导轨架顶部悬臂的自由高度为10～11m。

2)SC型施工电梯的传动装置

①传动形式

SC型施工电梯上的传动装置即是驱动工作机钩，一般由机架、电动机、减速机、制动器、弹性联轴器、齿轮、靠轮等组成。随着液压技术的不断发展，在施工电梯中也出现了原动机—液压传动方式的传动装置。液压传动系统具有可无级调速、起动制动平稳的特点。

②布置方式

传动装置在吊笼上的布置方式分为:内布置式、侧布置式、顶布置式和顶布置内布置混合式四种。

③传动装置的工作原理

如图4.2.6所示，动力由主电动机，经联轴器、涡杆、涡轮、齿轮传到齿条上。由于齿条固定在导轨架上，导轨架固定在施工电梯的底架和基础上，齿轮的转动带动吊笼上下移动。

1—主电动机;2—联轴器;3—涡杆;4—齿条;

5—导轨架;6—涡轮;7—齿轮

图4.2.6　施工电梯传动系统简图

④制动器

制动器采用摩擦片式制动器，安装在电动机尾部，也有用电磁式制动器。摩擦片式制动器，如图4.2.7所示。内摩擦片与齿轮联轴器用键连接，外摩擦片经过导柱与蜗轮减速箱连接。失电时，线圈无电流，电磁铁与衔铁脱离，弹簧使内外摩擦片压紧，联轴器停止转动，传动装置处于制动状态。通电时，线圈有电流，电磁铁与衔铁吸紧，弹簧被压缩，外摩擦片在小弹簧作用下与内摩擦片分离，联轴器处于放开状态，传动装置处于非制动状态，吊笼可以运行。

3)吊笼

吊笼是施工电梯中用以载人和载物的部件，为封闭式结构。吊笼顶部及门之外的侧面应设有护围，进料和出料两侧设有翻板门，其他侧面由钢丝网围成。SC型施工电梯在吊笼外挂有司机室，司机室为全封闭结构。吊笼与导轨架的主弦杆一般有四组导向轮连接，如图4.2.8所示，保证吊笼沿导轨架运行。

4)对重

1—联轴器;2—衔候;3、6—弹簧;

4—磁线圈;5—电磁铁;7—螺栓;8—螺母;

9—内摩擦片;10—外摩擦片;11—端板;

12—罩壳;13—涡轮减速

图4.2.7　摩擦片式制动器结构简图

1—两侧导向轮;2—后导向轮支点;

3—导轨架主弦杆;4—前导向轮支点

图4.2.8　吊笼与导轨的连接示意图

在齿轮齿条驱动的施工电梯中，一般均装有对重，用来平衡吊笼的重量，降低主电动机的功率，节省能源。对重也起到改善导轨架的受力状态，提高施工电梯运行平稳性的作用。

5)附墙架

为保证施工电梯的稳定性和垂直度，每隔一定距离用附墙架将导轨架和建筑物连接起来。附墙架一般由连接环、附着桁架和附着支座组成。附着桁架常见的是两支点式和三支点式附着桁架。

6)导轨架拆装系统

施工电梯一般都具有自身接高加节和拆装系统，常见的是类似自升式塔机的自升加节机构，主要由外套架、工作平台、自升动力装置、电动葫芦等组成。另一种是简易拆装系统(如图4.2.9所示)，由滑动套架和套架上设置的手摇吊杆组成，其工作原理是:转动卷扬机收放钢丝绳，即可以吊装标准节;吊杆的立柱在套架中既可以转动，也可以上下滑动，以保证标准节方便就位;待标准节安装后，通过吊笼将吊杆和套架一起顶升到新的安装工作位置，以准备下一个标准节的安装;安装工作完毕，利用销轴将其固定在导轨架上部。

1—卷扬机;2—钢丝绳;3—销轴;4—立柱;5—套架

图4.2.9　简易拆装系统简图

7)基础围栏

基础围栏设置在施工电梯的基础上，用来防护吊笼和对重。在进料口上部设有坚固的顶棚，能承受重物打击。围栏门装有机械或电气联锁装置，围栏内有电缆回收筒，施工电梯的附件和地面操作箱置于围栏内部。