王綱居/WANG Gang-ju

（上海市建筑科學研究院，上海 200032）

1 概 述

施工升降機在操作過程中，吊籠上的導輪在標準節(jié)立管上的滾動、摩擦與擠壓，以及日曬雨淋等環(huán)境條件的影響下將造成立管的磨損與銹蝕。這在升降機的使用過程中是一個不可避免的現(xiàn)象。隨著使用年限的增加，立管的磨損狀況將成為影響正常使用的關(guān)鍵因素之一，對其進行研究將有助于準確評估磨損對標準節(jié)使用狀況的影響，有利于用戶及時采取降級、報廢等措施。

GB/T 10054-2005《施工升降機》5.1.7條的規(guī)定，當立管壁厚最大減少量為出廠厚度的25%時，此標準節(jié)應予報廢或按立管壁厚規(guī)格降級使用。應當說，該規(guī)定為升降機使用單位的安全檢查與控制提供了一定的便利性，也有較好的操作性。但目前一些建筑起重機械的安全評估機構(gòu)完全按該條內(nèi)容對升降機標準節(jié)的適用性進行判斷，存在著值得商榷之處。施工升降機型號眾多，采用的標準節(jié)規(guī)格各不相同，具體到每一款升降機標準節(jié)立管的安全系數(shù)也不同，不考慮升降機的具體情況及設(shè)計安全裕度，統(tǒng)一規(guī)定一個相同的報廢或降級處理判定條件，可能不夠細致。

本文采用有限元法，對典型升降機的標準節(jié)立管進行磨損分析，探討具體機型的立管臨界磨損量，從而為升降機標準節(jié)的檢測評估提供定量依據(jù)。

2 工況研究

標準節(jié)立管一定量的磨損對于施工升降機而言是局部的狀況，經(jīng)計算表明對于整體穩(wěn)定性影響不大。但施工升降機在操作時若出現(xiàn)較大載荷，則可能出現(xiàn)立管局部結(jié)構(gòu)損壞的情況。因此本文從立管局部結(jié)構(gòu)研究其磨損對強度與穩(wěn)定性的影響。為考慮立管正常工作狀態(tài)下的最不利工況，取升降機滿載且以額定提升速度進行操作時的工況為計算工況，此時立管具體受力分析如下。

1）垂直方向載荷 升降機立管的垂直方向載荷主要來自于兩個部分：一部分是立管其上的標準節(jié)及其它部件的重量；另一部分是升降機吊籠的載荷最終傳遞到立管上，由立管承受。這里應注意的是，在計算升降機載荷時，按GB26557-2011《吊籠有垂直導向的施工升降機》中5.2.2.7條的要求，應將滿載時與吊籠一起運動的所有部件自重與載荷乘以沖擊系數(shù)（1.1+0.264v），其中v為額定提升速度。

2）長度方向偏載與寬度方向偏載 根據(jù)GB/T 10054-2005《施工升降機》的6.2.4.8.1.2條要求，吊籠載荷應在吊籠長度與寬度方向考慮偏心的影響，偏心距離取其偏離中心的1/6長度。長度方向的偏載可偏向于附墻架側(cè)（稱為內(nèi)偏）或其反向（稱為外偏），寬度方向的偏載方向為遠離導軌架方向。由于載荷偏心的作用，吊籠側(cè)導輪將對標準節(jié)立管產(chǎn)生橫向作用力。此偏載作用力可按升降機吊籠尺寸、導輪間距、額定載荷等進行計算。

3）風載 吊籠承受的風載按GB/T 3811-2008《起重機設(shè)計規(guī)范》計算，且同時滿足GB26557-2011中5.2.2.12.2條的規(guī)定，并將此載荷作為側(cè)向力通過導輪施加到立管上。

3 有限元分析

立管磨損的計算采用有限元法進行分析。有限元法是現(xiàn)代工程設(shè)計中普遍采用的設(shè)計方法，具有分析精度高、適用范圍廣的特點，尤其適用于一些常規(guī)算法難以精確求解的場合。立管的有限元模型考慮1個標準節(jié)長度。當前普遍使用的標準節(jié)，1個標準節(jié)在其兩端與中部由橫腹桿與斜腹桿相連，標準節(jié)之間的連接通過螺栓與兩端橫腹桿連接實現(xiàn)。這樣在建模時可以假定為標準節(jié)立管的兩端面為固定約束，在中部1/2長度處與橫梁焊接的大約1/4個圓弧面也為固定約束。

升降機吊籠的高度一般大于2.5m，而1個標準節(jié)的長度一般為1.508m，則吊籠上下兩端主導輪與側(cè)導輪在工作時要跨越2個標準節(jié)。這樣在計算模型中，立管考慮承受一處主導輪與側(cè)導輪的作用力即可。在升降機的設(shè)計中，由于主導輪承受的作用力較大，一般將主導輪設(shè)計為雙導輪形式，通過中間的轉(zhuǎn)動鉸保持二輪受力均衡，而側(cè)導輪設(shè)計為單輪承載。分析表明，當雙導輪中心與立管兩個支撐中間位置偏離1/4的雙導輪間距時，立管所受的彎矩最大，而當載荷接近于支撐位置時，彎矩明顯減小。因此在考慮立管受力時，取該位置作為計算位置，同時取側(cè)導輪的作用位置為另一段的端面約束與中部約束中間，即大約3/4立管長度處。

立管的磨損分布及導輪對立管的壓力在導輪寬度方向上的分布是非常重要的問題。經(jīng)實際測量顯示，立管在與導輪圓弧面中部接觸部位的磨損量較大，而兩側(cè)的磨損量較小，立管的磨損量在導輪中心平面處最大，偏離中心平面后減小，根據(jù)對現(xiàn)場升降機的實測結(jié)果及應力分析，可以假定立管的磨損量為導輪寬度的二次函數(shù)，并在導輪寬度中間位置最大。這一假定與軸孔類零件受徑向力后的應力分布狀況類似，因此可以認為導輪對立管的壓力也是導輪寬度的二次函數(shù)，如圖1所示。

圖1 立管磨損及導輪壓力分布

關(guān)于磨損量的選取，根據(jù)GB/T 10054-2005《施工升降機》中5.1.7條的要求，立管的磨損按最薄處計，因此在計算時選定立管與導輪接觸圓弧面中心處的磨損為計算磨損量，其余部位的磨損量按二次分布取值。

4 計算結(jié)果

在項目的研究中，對當前主流規(guī)格的升降機進行了考察，有SCQ150/150、SC200/200、SC270/270VA、SCE300V、SCD320/320VA五種機型。這些機型基本覆蓋了輕載至重載、低速至高速的范圍。

在進行有限元分析時，取管壁不同的磨損量，可計算得出立管的最大應力值。立管應力較大的部位一般出現(xiàn)在導輪接觸圓弧面中心處，這與該部位受力最大的情況是一致的。

根據(jù)GB26557中5.2.3條的要求，結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)應取為1.5。施工升降機立管常用的材料為Q235，則許用應力約為156.7MPa。由立管的有限元分析，計算不同磨損狀況下達到許用應力的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可以看出，許可的立管磨損狀況基本符合GB/T 10054-2005中的25%規(guī)定，但對于不同的機型個體仍有一些差別。特別是高速重載型施工升降機，如表中所示采用立管截面為76×10的SCE300V型升降機，由于使用工況較為嚴酷，其允許的磨損量僅為17%，與GB/T 10054-2005的規(guī)定有相當差距。因此，對于具體施工升降機機型的立管磨損檢測，需要進行具體分析，以確定達到報廢或降格使用的具體判斷指標。

表1 考察升降機機型立管臨界磨損量

5 結(jié) 論

鑒于以上原因，GB/T 10054-2005《施工升降機》中5.1.7條關(guān)于標準節(jié)立管磨損的判斷依據(jù)只能作為參考，在施工升降機標準節(jié)的檢測評估中，對于具體每臺施工升降機立管允許磨損的范圍，應該由施工升降機生產(chǎn)單位在使用說明書中規(guī)定，也可參考本文的方法作進一步的定量分析。同時GB26557-2011中未規(guī)定標準節(jié)允許磨損的范圍是合理的。

[1] GB/T 10054-2005，施工升降機[S].

[2] GB26557-2011,吊籠有垂直導向的施工升降機[S].

[3] GB/T 3811-1983，起重機設(shè)計規(guī)范[S].