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高度机械化的新型附着式升降脚手架研究

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徐宏伟++陈林林+刘帮力

摘要：本文提出了以丝杠传动机构为提升系统核心的新型的附着式升降脚手架。通过对丝杠强度的计算，以及对控制电路的分析说明新型的附着式升降脚手架具有防过载能力强，强度高、同步性好，机械化程度高的优点，是未来附着式升降脚手架的发展方向。

关键词：高层建筑；附着式升降脚手架；丝杠传动机构；机械化

1前言

国家住房和城乡建设部于2011年8月18日正式公布的《建筑业“十二五”发展规划》中明确指出，要提高建筑施工的机械化水平，实现高效节能环保的建筑施工。

脚手架安全是建筑施工安全的重要组成部分，脚手架的失效会导致建筑工人遭受严重的伤害和生命危险。美国劳动统计局统计显示在建筑施工过程中所造成的建筑工人人身伤害事故大约有12%与脚手架有关[1]，而且建筑越高，脚手架失效造成的伤害越大。

当前普通的附着式升降脚手架的升降系统驱动主要是环链电葫芦，通过环链电葫芦以及钢丝绳实现对附着式脚手架主体部分的提升。

但是环链电葫芦属于检点吊装设备，无法防止过载，对于多点位的附着式升降脚手架来说很难保证各点位之间提升的同步性[2]。而且如果过载，容易造成钢丝绳的断裂失效。

随着技术的不断发展以及国家相关部门对建筑施工安全的重视，附着式升降脚手架技术也在不断的发展和创新。

2新型附着式升降脚手架结构分析

西安理工大学和陕西百斯特工程技术有限公司合作开发新型附着式升降脚手架。采用丝杠传动来提升主架体。采用三相异步电动机来驱动减速机。通过减速机中的丝母转动，实现丝杠传动。由于丝杠被固定在附墙座上，使得丝母连同架体上下运动，实现对整个脚手架的提升和下放，图1为新型附着式升降脚手架传动系统。

对新型附着式升降脚手架来说，其关键零件是.丝杠，丝杠的机械性能直接影响着整个脚手架的安全。该机构采用矩形丝杠，其相应的强度核算如下：

已知丝杠的载荷M为5t，升程为10mm，摩擦角。

由最小直径的计算公式[3]，可得：

式中，是载荷寿命系数，载荷较大，要求寿命较长，选取=4，[p]是螺旋运动的许用压强，选[p]=7MPa则：

选丝杠直径为40mm，螺距为10mm。

根据第四强度理论可求出危险截面的计算应力，则

式中：F为丝杠所受的轴向力，F=34.27KN；A为截面面积：

，T为丝杠所受的扭矩：

，则

丝杠采用45钢，取600MPa，则满足强度要求。

另外对罗纹进行强度计算，螺纹牙危险截面的剪切强度为

其中F为轴向受的力，D为螺母的大径，b=0.5x螺距，u为丝母工作圈数，因为45钢的抗剪切强度为，则满足剪切强度要求。

螺纹牙弯曲强度为

，故满足弯曲强度要求。

通过计算可以看出，采用丝杠丝母传动可以保证提升系统有较大的强度。虽然新型附着式升降脚手架具有良好的强度，另外在传动机构中采用三角带传动，具有防过载能力。另外，由于附着式升降脚手架点位多，一组有时有5-6个点位，而三角带的打滑可对各点位的同步起到有益的作用。

3结论

本文通过分析普通附着式升降脚手架存在的问题，提出了利用丝杠传动来实现脚手架体的升降的新型附着式升降脚手架。新型附着式升降脚手架采用三相异步电机驱动，通过三角带传动和减速机实现丝杠丝母传动，进而实现脚手架的升降。三角带传动所具有的防过载能力不但实现了新型附着式升降脚手架的防过载性能，同时也提高了多点位提升的附着式升降脚手架各点位的同步问题。通过对丝杠进行强度校核分析，可以看到新型附着式升降脚手架提升系统强度更高，可以更好地保证附着式升降脚手架的安全运行。

参考文献：

[1]A.S.Yassin，J.F.Martonik.Theeffectivenessoftherevisedscaffoldsafetystandardintheconstructionindustry[J].SafetyScience42（2004）：921-931

[2]GuangxiangYang，ArdiantoNotodirdjo.Attachedself-liftingscaffoldssynchronousmovementsmeasuringmethodanddevicebasedontransmittedlightofoptoelectronic[J].Measurement44（2011）1564-1571

[3]成大先主编.机械设计手册“机械传动”[M].化学工业出版社，2004

基金项目：本研究得到西安市城乡建设委员会建筑科技计划项目基金的支持，基金号：SJW2014013。

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-全文完-