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液壓施工升降機總體及液壓系統(tǒng)設(shè)計

文檔作者：王菲菲		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月31日
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西南交通大學(xué)
碩士學(xué)位論文
液壓施工升降機總體及液壓系統(tǒng)設(shè)計
姓名：王菲菲
申請學(xué)位級別：碩士
專業(yè)：機械制造及自動化
指導(dǎo)教師：龔邦明
20090501
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第l頁
摘要
施工升降機是一種用吊籠(或平臺、料斗等)載人、載物沿導(dǎo)軌作上下運
輸?shù)氖┕C械。它主要應(yīng)用于建筑工程施工時使用，尤其是高層建筑工程的施
工或維修時使用更為廣泛。改革開放以來，我國建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展，尤其是近
年來高層、超高層建筑的增多，對施工升降機性能的要求也相應(yīng)的提高，各種
新型施工升降機的研制事在必行。隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，國外也開始出現(xiàn)了以
原動機(電機式內(nèi)燃機)——液壓(靜壓)為傳動形式的液壓施工升降機。液壓傳
動系統(tǒng)具有無級調(diào)速、起制動平穩(wěn)的特點，其運行速度可高達96m／min，當使
用內(nèi)燃機作為動力時就可不受電纜的約束，因此可用于無電源地區(qū)和超高層建
筑物施工和維修。國內(nèi)在液壓施工升降機的研制方面不如國外的先進，因此研制
出應(yīng)用先進控制技術(shù)的機、電、液一體化的液壓施工升降機迫在眉睫。
本課題在現(xiàn)有機型的基礎(chǔ)上通過優(yōu)化和改進，設(shè)計出的一臺提升高度高、
綜合使用性能好的液壓施工升降機，其提升形式采用鋼絲繩式，額定起重量為
1噸，提升高度為200米，綜合性能上要更加適合施工作業(yè)。
本課題所設(shè)計的液壓施工升降機是在綜合各方面因素及用戶需求的基礎(chǔ)
上，完成總體方案的設(shè)計以及起升機構(gòu)的設(shè)計。在總體設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，完
成液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計，具體有液壓執(zhí)行元件——液壓馬達載荷力矩的組成與
計算、馬達排量和流量的計算與馬達選型；制定液壓系統(tǒng)基本方案和繪制液壓
系統(tǒng)圖；液壓元件——液壓泵、液壓閥、管道以及油箱容量的計算與選擇；液
壓系統(tǒng)性能驗算等。
關(guān)鍵詞：液壓；施工升降機；控制系統(tǒng)；AMESim仿真
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 I頁
Abstract
A construction hoist is a construction machine which iS used to carry man or
objects，moving up and down along the rail．It is mainly used in the building
construction，especially widely used in high．rise building construction or repair．
Since the reform and opening up．China’S construction industry is booming，
especially the number of high．．1evel or ultra．high．．rise building is increasing；the
requirements for the performance of the construction hoist is enhanced
correspondingly，SO it is necessary to develop various kinds of new type
construction hoist．With the development of hydraulic technology．a(chǎn) hydraulic
construction hoist which use combustion engine—-hydraulic power as itS driving
system emerged abroad．The character of Hydraulic drive system is its stepless
speed regulation and smooth braking and startup。its speed Call be as high as 96m|
min．when using the intemal combustion engme as a power．you will not be
bounded by cables．SO it can be used in areas without power or ultra—high—rise
building construction and maintenance．The development of construction hoist
inland iS not good as foreign countries．SO the development of construction hoist
with advanced control technology which iS integrated by mechanical．electrical and
hydraulic technology．
By optimizing and improving the existing models．a(chǎn) new construction hoist iS
designed in this task，which Can elevate higher and has a good synthesis
performance．The new construction hoist uses steel wires．rating lifting weight iS 1
ton．a(chǎn)nd lifting height iS 200 In which iS more suitable for construction work in the
aspect of synthesis performance．
The design of the hydraulic construction hoist is based on the user’S needs and
synthesizing variOUS factors．the task completes the overall program design as well
as the design of hoisting mechanism．Based on the overall design scheme．
finishing the design of hydraulic contr01 system。the makeup and calculating of
hydraulic executing components．hydraulic motor torque load．the volume and flux
of the motor．
Instituting the basic program of the hydraulic system and plot the drawing；
Calculating and selecting hydraulic components．hydraulic pump，hydraulic valve，
the capacity of fuel tank and pipelines．checked the performance of the hydraulic
system and SO on．
Keywords：Hydraulic；Construction hoist；Control system；AMESim Simulation
西曲南交父通迥大學(xué)罕
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意
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編本學(xué)位論文。
本學(xué)位論文屬于
1．保密口，在年解密后適用本授權(quán)書；
2．不保密“使用本授權(quán)書。
(請在以上方框內(nèi)打“4”)
學(xué)位論文作者簽名：獬
日期： 州．孓。f籮
指刪幣虢李押明
日期：娜羅．5．如
西南交通大學(xué)學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明
本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨立進行研究工
作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個
人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和
集體，均已在文中作了明確的說明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由
本人承擔。
本學(xué)位論文的主要創(chuàng)新點如下：
1、在對升降機總體設(shè)計時，提出了三種可選擇方案并進行了論證，
從而選出一種最佳方案。
2、在對液壓施工升降機液壓系統(tǒng)簡化的基礎(chǔ)上采用AMESim軟件建
立了液壓控制系統(tǒng)模型，并對液壓控制系統(tǒng)進行了仿真，仿真結(jié)果表明該
系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)壓力的實時可調(diào)。
學(xué)位論文作者簽名：王菲菲糯拜
日期： 2009—5—15≥咿t孓。lr
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1頁
1．1升降機發(fā)展歷史
第1章緒論
升降機同電梯、起重機一樣，是完成輸送和起重任務(wù)中不可缺少的機電
設(shè)備，但是它們的種類和承擔的具體任務(wù)并不相同。
從人類使用升降機械的歷史來看，最先使用的是簡單機械——絞車；后
來是復(fù)雜一點的機械——升降機；再后來出現(xiàn)了機電一體化的設(shè)備——電梯
和起重機?，F(xiàn)在已發(fā)展到使用計算機、應(yīng)用智能控制的現(xiàn)代電梯和起重機階
段了。升降機械發(fā)展史大體上可分為四個階段：13世紀前的絞車階段，19世
紀末葉以前的升降機階段，19世紀末葉以后的電梯和起重機階段，現(xiàn)代電梯
和起重機階段。
1．2課題研究的目的和意義
施工升降機是利用吊籠或平臺等將人、物沿導(dǎo)軌上下運輸?shù)氖┕C械，
它在建筑施工中是不可缺少的，同塔式起重機共同承擔著建筑施工中載人、
載物的任務(wù)。它主要應(yīng)用于建筑施工與維修，還可以作為倉庫、碼頭、船塢、
高塔等長期使用的垂直運輸機械。
自1973年第一臺國產(chǎn)齒輪齒條式施工升降機誕生以來，歷經(jīng)30多年的
不斷發(fā)展，升降機在結(jié)構(gòu)形式、功能、用途、安全裝置等多個方面都有了很
大的變化和發(fā)展。
施工升降機主要用于城市高層和超高層的各類建筑中，這主要因為這樣
的建筑高度對于使用井字架、龍門架來完成作業(yè)是十分困難的。近年來，隨
著建筑高度的不斷增加，架設(shè)高度大的施工升降機的需求量也在不斷增加。
建筑施工升降機除了應(yīng)用在高層建筑中還可以應(yīng)用在大橋的建設(shè)中，此外，
它還可以應(yīng)用在大型化工廠冷卻塔、發(fā)電廠的煙囪、廣播電視塔以及煤礦等
多種施工場合下，施工升降機己成為建筑行業(yè)中一種必不可少的機械設(shè)備。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2頁
本課題的最終目的是研制出一臺高性能、高效率、低成本的新型機、電、
液一體化的液壓施工升降機，以彌補國內(nèi)施工升降機市場的不足。同時，為
該施工升降機設(shè)計出一套符合規(guī)范要求、安全可靠、反應(yīng)靈敏的液壓系統(tǒng)，
為施工升降機的快速安全運行提供保障。液壓施工升降機運行速度快，可實
現(xiàn)無級調(diào)速，起、制動平穩(wěn)，起動時對電網(wǎng)的要求和沖擊均很小，是200m
以上高層建筑施工理想的垂直運輸機械。
1．3施工升降機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
近年來，國產(chǎn)施工升降機的發(fā)展比較迅速，國際市場上瑞典ALIMAK公
司的產(chǎn)品也不能獨占鰲頭了。國產(chǎn)施工升降機以其先進的技術(shù)性能，過硬的
產(chǎn)品質(zhì)量，價格上的明顯優(yōu)勢等諸多因素的迅速發(fā)展極大程度地沖擊了它的
市場。
現(xiàn)代設(shè)計理論是施工升降機發(fā)展的基礎(chǔ)。近些年來，隨著各種理論的迅
速發(fā)展，給國產(chǎn)施工升降機的迅速崛起奠定了強大的理論基礎(chǔ)，特別是結(jié)構(gòu)
動力分析、有限元模型計算、優(yōu)化方法、機械振動與模態(tài)分析、計算機輔助
設(shè)計等。人們把這些理論應(yīng)用到施工升降機的研究與開發(fā)上，給施工升降機
的發(fā)展帶來巨大變化，利用這些理論人們可以全面掌握任何高度位置上標準
節(jié)的任何部位的應(yīng)力狀態(tài)，可以得到施工升降機懸臂部分的動態(tài)特性以及由
吊籠提升速度的加大給施工升降機帶來的影響?？偠灾眠@些理論，
可以完全掌握施工升降機各方面的結(jié)構(gòu)特性和工作狀態(tài)。
施工升降機作為垂直運送人員及物料的提升機械，它主要是由導(dǎo)軌架、
吊籠、起升機構(gòu)和附墻結(jié)構(gòu)組成，當然施工升降機還包括控制系統(tǒng)和安全裝
置。這些年來，施工升降機的標準節(jié)一直沒有大的變化，并且不論多大的架
設(shè)高度，采用的基本都是從上到下規(guī)格相同的鋼材。吊籠雖然有多種型式，
但都是型鋼焊接而成。近年來，國外施工升降機的提升速度已由40m／rain提
高到了60rn／min、80m／min甚至高達96m／min，單籠額定載重量在3噸以上，
而國產(chǎn)施工升降機的提升速度在24--一36m／min之間，單籠額定載重量基本上
不超過2噸。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3頁
1．3．1我國施工升降機發(fā)展中存在的不足
目前，雖然國產(chǎn)施工升降機已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但是仍然存在著許
多不足之處。
首先，沒有應(yīng)用不同公稱尺寸的材料作為標準節(jié)來分段架設(shè)。根據(jù)現(xiàn)代
設(shè)計理論可以全面地掌握施工升降機在每個架設(shè)高度任何截面上的應(yīng)力狀
態(tài)，從結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分析，無論架設(shè)高度是多高的施工升降機其底部的標準
節(jié)都是承受應(yīng)力最大的部分，而隨著施工升降機架設(shè)高度的增加其應(yīng)力狀態(tài)
更加惡劣。而當架設(shè)高度一定時，施工升降機上部標準節(jié)的應(yīng)力狀態(tài)要比下
部的標準節(jié)理想的多，通過對施工升降機結(jié)構(gòu)的有限元模型計算和模態(tài)分析
也同樣可以驗證這一結(jié)論。因此，將施工升降機按架設(shè)高度分段，選取不同
截面形式的材料作為標準節(jié)，可以大大減少施工升降機的鋼材消耗量、減輕
自重、降低生產(chǎn)成本。
其次，產(chǎn)品形式較為單一，沒有根據(jù)建筑工程與架設(shè)高度的需要而采用
不同結(jié)構(gòu)的施工升降機。三角型截面的標準節(jié)，由于少了一根主弦桿，在成
本、鋼材消耗量、安裝的便利等方面有著很大優(yōu)勢，對于架設(shè)高度為100米
以下的建筑，使用該種施工升降機有著巨大的價格優(yōu)勢?？梢?，根據(jù)各種不
同的建筑需要，采用不同截面形狀的標準節(jié)，能夠真正提高性價比。根據(jù)建
筑工程與架設(shè)高度的需求，可采用大額定提升起重量的施工升降機，目前國
內(nèi)絕大多數(shù)的廠家生產(chǎn)的施工升降機的最大額定起重量是2噸／每籠，從提高
工作效率的角度考慮，可以選擇單籠的最大額定起重量為3噸或以上的機型。
大額定起重量產(chǎn)品的需求已經(jīng)受到了施工升降機廠家的重視，瑞典ALIMAK
公司生產(chǎn)的SCAND0650施工升降機的額定起重量已經(jīng)達到了3．2噸。
再次，升降機沒有廣泛地采用變頻器來改善施工升降機的速度特性。變
頻器在改善速度特性方面是起著極其重要的作用。過去，變頻器由于技術(shù)還
不成熟，而且價格較高，大多數(shù)施工升降機廠家是不會考慮安裝變頻器作為
主要改變速度特性的裝置。這些年來變頻器已廣泛使用在各種改變速度特性
的場合，而且技術(shù)成熟了，體積減小了，價格降低了，這些都為施工升降機
在改變提升速度的同時改善起、制動特性帶來了可能。正因為使用變頻器，
對施工升降機可以實現(xiàn)理想的自動平層功能，而且大大提高了施工升降機的
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4頁
檔次以及整機的安全性和舒適性，產(chǎn)品性能、可靠性和壽命也進一步提高。
最后，吊籠自重過大，影響了額定起升載重量。施工升降機作為垂直運
送人員和物料的提升機械，其吊籠是完成提升任務(wù)的具體執(zhí)行裝置。目前吊
籠多是兩根主立柱焊接的鋼結(jié)構(gòu)，周圍有鋼絲保護網(wǎng)，吊籠前后分別安裝著
單、雙開吊籠門，頂部有活動板門，配備的專用梯可作為緊急出口，也可以
在頂部進行架設(shè)、維修和保養(yǎng)等工作。目前吊籠的最主要缺陷是自重過大帶
來的不良影響，特別是應(yīng)用在高層或超高層建筑物上時影響尤其顯著。
1．3．2我國施工升降機今后的發(fā)展方向
1．施工升降機是以各類鋼材為主結(jié)構(gòu)的組件，因此它的利潤空間是很小
的。對于施工升降機，其利潤是隨其架設(shè)高度的增加而增加的。如果在整個
架設(shè)高度上都使用同樣規(guī)格的標準節(jié)和主弦桿，經(jīng)濟投入勢必較大，同時從
整個結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)來說，它也是不理想的。而如果能夠根據(jù)載荷、危險截面
位置、架設(shè)高度將結(jié)構(gòu)分成幾段為其分別選取不同公稱尺寸的標準節(jié)和主弦
桿，則可大大地降低施工升降機的生產(chǎn)成本。將整個架設(shè)高度簡單的分成二
段或三段，按受力狀態(tài)為各段的標準節(jié)和主弦桿選擇合理的公稱尺寸，則可
達到這個目標。
2．改進施工升降機的速度特性是改善其產(chǎn)品綜合性能的一個主要方面，
它可以提高施工效率。隨著高層和超高層的建筑量的不斷增加，改進施工升
降機的速度特性顯得尤為重要。而速度特性的改進，絕不能以影響其產(chǎn)品性
能為代價，提升速度增加的同時，還要具備良好的運行性能、安全性和可靠
性。因此，變頻器在現(xiàn)代施工升降機上應(yīng)用得越來越廣泛。
3．提高額定起重量對國產(chǎn)施工升降機來說，是在今后發(fā)展中需要解決的
主要問題之一。施工升降機經(jīng)過了多年的發(fā)展，仍然基本上沿用原來的機型
模式，真正意義上的突破還不多見，目前對大額定起重量施工升降機的需求
已初現(xiàn)端倪，提高額定載重量將是今后施工升降機的發(fā)展方向。
4．根據(jù)GB／T10054--1996《施工升降機技術(shù)條件》要求施工升降機必須
具備安全防墜器，同時對安全防墜器的各種性能指標也做出了規(guī)定。
升降機古代就有，一個絞盤、一根繩子加上滑輪，就能夠組成升降機了。
但是，如果要用升降機載人，就必須解決安全防墜落問題，這是相當復(fù)雜的
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5頁
事情，業(yè)內(nèi)人士稱安全防墜落問題是升降機發(fā)展道路上的世界難題。
150年前，美國人奧的斯發(fā)明了安全鉗，從此開創(chuàng)了升降機載客時代，他
的名字也就是當今全球最大的電梯廠商的廠名。高樓里的電梯，運行自如，
由電腦控制，運行的平穩(wěn)程度遠遠超過施工升降機，主要是使用鋼絲繩傳動
的原因。但是100多年來，用鋼絲繩傳動的升降機在室外露天作業(yè)的安全防
墜落問題未能解決。室內(nèi)電梯上的安全鉗不能在環(huán)境惡劣的室外露天可靠工
作，原因是這種安全鉗在露天作業(yè)時容易失靈，不能可靠地防止吊籠墜落。
曾有許多業(yè)內(nèi)人士制造過鋼絲繩傳動式的施工升降機，但都沒有成功，失敗
的主要原因在于不能十分有效地解決安全防墜落問題。
近20年來，隨著施工升降機行業(yè)的迅速發(fā)展，安全防墜落問題已經(jīng)變得
非常嚴峻，引起了廣泛的重視，所以業(yè)內(nèi)人士加大了對該問題的研究力度。
經(jīng)過不斷努力，終于研制出幾種性能相對較好的安全防墜器，如偏心輪式、
銷式、楔塊式等。但是由于技術(shù)條件的原因普遍也都存在著一定的弊端，所
以就要求對安全防墜器進行不斷的改進。傳統(tǒng)的安全防墜器由于可靠性差、
靈敏度低等諸多缺點，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被淘汰。隨著科技的不斷進步，各式各
樣新型式的安全防墜器的出現(xiàn)，必將為施工升降機提供更可靠的安全保障。
1．3．3我國液壓施工升降機的發(fā)展
我國自行設(shè)計制造的第一臺液壓施工升降機是上海寶達工程機械有限公
司與建設(shè)部長沙建設(shè)機械研究院聯(lián)合研制的SCD200／200Y型液壓施工升降
機，它于1996年5月問世，樣機經(jīng)國家建筑與城建機械質(zhì)量監(jiān)督檢測中心進
行了全面的性能測試、結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試和可靠性試驗，確認該機在使用性能、
結(jié)構(gòu)強度和安全可靠性等方面均符合計劃任務(wù)書的要求和有關(guān)國家標準的規(guī)
定。
SCD200／200Y型液壓施工升降機的傳動鏈為：電機——變量柱塞泵——
變量液壓馬達——圓弧圓柱蝸桿減速器——齒輪齒條嚙合傳動。通過電、液
比例放大的操縱手柄控制變量柱塞泵的流量，實現(xiàn)無級調(diào)速；又通過兩點式
開關(guān)控制，使變量液壓馬達具有兩種最高轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)正
常運行和安裝加節(jié)兩種不同的工況。
通過對SCD200／200Y型液壓施工升降機主要技術(shù)性能參數(shù)與國際先進的
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第6頁
瑞典ALIMAK同類產(chǎn)品的比較可知，SCD200／200Y的參數(shù)與SCAND020／40C
很接近，這主要是由于SCD200／200Y采用了更小的功率；SCD200／200Y的吊
籠底面積略小，但若將對重質(zhì)量提高，則吊籠底面積也可做大。至于標準節(jié)
截面尺寸，SCD200／200Y若采用650X650截面也完全可行，但因我們的升降
機比國外多設(shè)了駕駛室，同時考慮為今后系列產(chǎn)品生產(chǎn)更大的吊籠留有余地，
所以采用了800X800截面。
SCD200／200Y型液壓施工升降機經(jīng)過工業(yè)考核顯示出設(shè)計先進、性能優(yōu)
越、安全可靠，耐用性和可維修性強。尤其該機調(diào)速性能優(yōu)良、起制動平穩(wěn)。
考核期內(nèi)未發(fā)現(xiàn)任何影響安全使用的情況，易損件的磨損周期均在設(shè)計范圍
內(nèi)，整機工作效率高、檢修維護十分方便。與鄰近工地使用的瑞典ALIMAK
進口液壓升降機相比，SCD200／200Y的運行平穩(wěn)性更好、噪音更低、齒條更
耐磨，在當時該機達到了世界上同種產(chǎn)品的先進水平。
1．4電液比例技術(shù)的發(fā)展概況
第二次世界大戰(zhàn)后期，由于噴氣式飛機的提速，對飛機液壓控制系統(tǒng)的
快速性、動態(tài)精度和功率——重量比都提出了更高的要求。1940年底，在飛
機上首先出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)。經(jīng)過20余年的發(fā)展，到了60年代，各種結(jié)
構(gòu)的電液伺服閥相繼問世，電液伺服技術(shù)日臻成熟。60年代后期，各類民用
工程對電液控制技術(shù)的需求，顯得更加迫切與廣泛。但是，由于傳統(tǒng)的電液
伺服閥對流體介質(zhì)的清潔度要求苛刻，制造成本和維護費用昂貴，系統(tǒng)能耗
也比較大，難以為各工業(yè)用戶所接受。而傳統(tǒng)的電液開關(guān)控制(斷通控制)又
不能滿足高質(zhì)量控制系統(tǒng)的要求。電液比例控制技術(shù)的提出，就是要開發(fā)一
種可靠、廉價、控制精度和響應(yīng)特性均能滿足工程技術(shù)實際需要的電液控制
技術(shù)。自70年代初以來，電液比例技術(shù)得以迅速發(fā)展，與此同時，也出現(xiàn)了
工業(yè)伺服控制技術(shù)。
隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展和普及，為實現(xiàn)
各類工藝過程的最佳控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。因此，工程控制理論的應(yīng)用已逐
步從航天、航空和軍事工程領(lǐng)域，普及到廣泛的民用工程部門。電液比例技
術(shù)作為連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和大功率工程控制設(shè)備之間的橋梁，己經(jīng)成為現(xiàn)
代控制工程的基本技術(shù)形式之一。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7頁
在應(yīng)用液壓傳動與控制和氣壓傳動與控制的工程系統(tǒng)中，凡是系統(tǒng)的輸
出量，如壓力、流量、位移、轉(zhuǎn)速、速度、加速度、力、力矩等，能隨著輸
入控制信號連續(xù)成比例地得到控制的，都可稱為比例控制系統(tǒng)。在實際應(yīng)用
中往往根據(jù)信號的不同，和系統(tǒng)構(gòu)成的特點等，將廣義的比例控制系統(tǒng)作出
區(qū)分：根據(jù)輸入信號的方式，區(qū)分為手動(比例)控制和電液控制；根據(jù)控制
系統(tǒng)構(gòu)成特點和技術(shù)特性，進一步將廣義概念上的電液控制，區(qū)分為一般概
念上的電液比例控制和電液伺服控制。
除了模擬式電液比例元件外，早在60年代人們就開始注意數(shù)字式或脈沖
式比例元件的開發(fā)。這類元件的優(yōu)點是對介質(zhì)污染不敏感，工作可靠，重復(fù)
精度高，成批產(chǎn)品的性能一致性好。其主要缺點是由于按載頻原理實現(xiàn)控制，
故控制信號頻寬比模擬器件低。數(shù)字式電液比例元件的電——機械轉(zhuǎn)換器主
要是步進馬達和按脈沖形式工作的動鐵式或動圈式力馬達。數(shù)字式電液比例
系統(tǒng)實質(zhì)上是一種電液數(shù)／模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)或載頻調(diào)制系統(tǒng)。其控制分辨精度取決
于每一脈沖的當量步長或調(diào)制精度。
從整體看，電液比例控制技術(shù)的開發(fā)與普及，使工程系統(tǒng)的控制技術(shù)進
入了現(xiàn)代控制工程的新行列，不同程度地確立了機電一體化的技術(shù)優(yōu)勢。而
構(gòu)成電液比例技術(shù)的液壓元件，卻是在傳統(tǒng)開關(guān)型和伺服型元件基礎(chǔ)上的進
一步發(fā)展。它們所依據(jù)的基礎(chǔ)理論是一脈相承的，基本結(jié)構(gòu)也是相同或相近
的。另外，電液比例控制器件的基本控制物理量，與開關(guān)型和伺服型器件_
樣，都是壓力P和流量Q。如果撇開采用電液比例技術(shù)帶來的能綜合發(fā)揮微
電子技術(shù)、計算機技術(shù)和液壓技術(shù)優(yōu)勢，但從器件控制輸入信號角度來看，
電液比例控制僅是諸多控制信號方式，如手動、液動、機動、電動、電液等
當中的一種，特殊性存在于共性之中?？刂破骷l(fā)展到80年代的一個重要特
征，就是應(yīng)用于多種控制輸入方式，使器件能滿足不同場合、不同技術(shù)層次
的需要。
比例技術(shù)的發(fā)展大概可以分為三個階段：
從1967年瑞士Beringer公司生產(chǎn)KL比例復(fù)合閥起，到70年代初日本
油研公司申請了壓力和流量兩項比例閥專利為止，標志著比例技術(shù)的誕生時
期。這一階段的比例閥，僅僅將比例型的電——機械轉(zhuǎn)換器(如比例電磁鐵)
用于工業(yè)液壓閥，以代替開關(guān)電磁鐵或調(diào)節(jié)手柄。閥的結(jié)構(gòu)和設(shè)計準則幾乎
沒有變化，一般不含受控參數(shù)的反饋閉環(huán)。其工作頻率僅在l'--5Hz之間，穩(wěn)
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態(tài)滯環(huán)在4～7％之間，多用于開環(huán)控制。
1975年到1980年間，可以認為比例技術(shù)的發(fā)展進入了第二階段。采用各
種內(nèi)反饋原理的比例元件大量問世，耐高壓比例電磁鐵和比例放大器在技術(shù)
上日趨成熟。比例元件的工作頻率已達到5～15Hz，穩(wěn)態(tài)滯環(huán)亦減小到3％左
右。其應(yīng)用領(lǐng)域日漸擴大，不僅用于開環(huán)控制，也應(yīng)用于閉環(huán)控制。
80年代，比例技術(shù)的發(fā)展進入第三個階段。比例元件的設(shè)計原理進一步
完善，采用了壓力、流量、位移內(nèi)反饋和動壓反饋及電校正等手段，使閥的
穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)性都有了進一步的提高。除了因制造成本所限，
比例閥在中位仍保留死區(qū)外，它的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性均已和工業(yè)伺服閥無異。
另一項重大進展是，比例技術(shù)開始和插裝閥相結(jié)合，開發(fā)出各種不同功能和
規(guī)格的二通、三通型比例插裝閥，形成了80年代電液比例插裝技術(shù)。同時，
由于傳感器和電子器件的小型化，還出現(xiàn)了電液一體化的比例元件，電液比
例技術(shù)逐步形成了80年代的集成化趨勢。第三個值得指出的進展是電液比例
容積元件，各類比例控制泵和執(zhí)行元件相繼出現(xiàn)，為大功率工程控制系統(tǒng)的
節(jié)能提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
1．5本課題的主要研究內(nèi)容
本課題的主要研究內(nèi)容包括：
1、總體設(shè)計綜合各方面因素及用戶需求，完成液壓施工升降機總體方
案的設(shè)計以及起升機構(gòu)的設(shè)計。
2、機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計在總體設(shè)計方案的基礎(chǔ)，完成吊籠和導(dǎo)軌架結(jié)
構(gòu)的設(shè)計。應(yīng)用有限元方法分析施工升降機在工作過程中吊籠和塔身的變形
及應(yīng)力情況。
3、液壓系統(tǒng)的設(shè)計在總體設(shè)計方案的基礎(chǔ)，完成液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計，
具體有液壓執(zhí)行元件——液壓馬達載荷力矩的組成與計算、馬達排量和流量
的計算與馬達選型；制定液壓系統(tǒng)基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖；液壓元件——
液壓泵、液壓閥、管道以及油箱容量的計算與選擇；液壓系統(tǒng)性能驗算等。
4、液壓系統(tǒng)安全裝置的設(shè)計本課題研制的液壓施工升降機，除了具
備GBfl"10054《施工升降機技術(shù)條件》和GBl0055《施工升降機安全規(guī)則》
中所規(guī)定應(yīng)有的安全裝置外，因其具有液壓系統(tǒng)，在安全裝置方面相應(yīng)作了
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特殊考慮，增設(shè)安全裝置。
5、液壓系統(tǒng)仿真在總體方案和液壓系統(tǒng)的設(shè)計完成以后，用軟件
AMESim對液壓系統(tǒng)進行仿真。
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2．1概述
第2章液壓施工升降機的總體設(shè)計
施工升降機主要應(yīng)用于高層和超高層建筑的施工中，隨著建筑行業(yè)的迅
猛發(fā)展，施工升降機在建筑施工中發(fā)揮著非常重要的作用，主要承擔著垂直
運輸施工人員及貨物的工作。
施工升降機使用用途廣泛且有著比較復(fù)雜的機、電整合機構(gòu)，又由于建
筑環(huán)境的不同而具有零碎、分散的特點，因此較難全面掌握，國內(nèi)外的分類
方法不同，一般常以升降機驅(qū)動方式、使用用途、升降速度、牽引電動機供
電電源、傳動機械位置、控制方式等進行分類。
2．1。1國外施工升降機的分類方法
1．按驅(qū)動升降方式分類(目前最普遍的分類)
(1)齒條齒輪式升降機：電動機在兼具齒條的導(dǎo)軌上，轉(zhuǎn)動齒輪，帶動吊
籠作上下運行。
(2)鋼索式升降機，曳引電動機通過蝸桿、蝸輪、曳引繩輪、驅(qū)動曳引鋼
絲兩端的吊籠和對重裝置作上下運行。
(3)油壓式升降機：電動油泵以流體壓力驅(qū)動油壓缸，使柱塞伸縮直接或
間接帶動吊籠作上下運行。
2．按使用用途分類
(1)客貨雙用升降機：為運送工作人員及搬運建材機具等小型貨物而設(shè)計
的升降機，其吊籠無內(nèi)部裝飾，井架導(dǎo)軌機構(gòu)簡易，目前最為普遍使用于高
樓建筑工地中。
(2)載人用升降機：此為運送人員而設(shè)計的升降機，主要用于超高大樓、
高架道路橋梁、水壩等載人流量大或底層完工的建筑場所，它和客貨雙用升
降機最大的不同在于運送對象僅以人為主，吊籠內(nèi)部裝飾及圍欄防護構(gòu)造不
同，安全裝置須較為完備且符合法規(guī)。
(3)載貨用升降機：僅為搬運建材機具等貨物而設(shè)計的升降機，大容量者
可連同卡車、堆高機等一起搬運。
(4)特殊用途升降機：此為特殊建筑環(huán)境、特殊條件用途而設(shè)計的升降機，
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如小型或較低建筑物施工時，所采用的油壓驅(qū)動形式升降工作臺，及建筑物
外部裝修時，簡易升降的吊籠等。
3．按升降速度分類
由于建筑高度及荷載質(zhì)量需求的不同，升降機升降速度也有所差異。
(1)低速升降機：吊籠升降速度小于或等于0．1m／s。
(2)快速升降機：吊籠升降速度介于0．1～2m／s之間。
(3)高速升降機：吊籠升降速度大于或等于2m／s。
4．按牽引電動機供電電源分類
(1)交流電源供電：大都使用于須具備較大調(diào)速范圍和升降速度小于lm／s
的升降機。
(2)直流電源供電：一般用于高速升降機。
5．按傳動機械裝設(shè)位置分類
(1)傳動機械裝設(shè)于升降機上部。
(2)傳動機械裝設(shè)于升降機下部。
(3)傳動機械裝設(shè)于吊籠內(nèi)部，如齒條齒輪式升降機。
2．1．2國內(nèi)施工升降機的分類方法
中華人民共和國國家標準GBl0052對施工升降機的允類方法是按其傳動
形式分為三大類型：
(1)齒輪齒條式。此類型升降機的電動機在兼具齒條的導(dǎo)軌上轉(zhuǎn)動齒輪，
帶動吊籠作上下運行。
(2)鋼絲繩式。由曳引電動機通過蝸桿、蝸輪、曳引繩輪、驅(qū)動曳引鋼絲
兩端的吊籠和對重裝置作上下運行。具有結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)制造，性價比
高的特點，在建筑行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。同時，鋼絲繩具有強度高、彈性
大、韌性好、耐磨并能承受沖擊荷載等特點，它破斷前有斷絲現(xiàn)象的預(yù)兆，
容易檢查、便于預(yù)防事故。
(3)混合式。一般采用雙吊籠，一個吊籠采用齒輪齒條驅(qū)動，另一個吊籠
采用鋼絲繩驅(qū)動。
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圖2-1齒輪齒條施工升降機
卜天輪2一天輪架3一鋼絲繩4一附墻架
5一齒條6一導(dǎo)軌架7一吊籠8一司機室
9一對重10-底籠1卜混凝j{：基礎(chǔ)
圖2-2鋼絲繩式施T升降機
卜底籠2一導(dǎo)軌架3一吊籠
4一外套架5一工作平臺
本課題所研制的施工升降機為液壓驅(qū)動的雙籠鋼絲繩提升式施工升降
機，可以載人載貨兩用。施工升降機系統(tǒng)組成包括機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安
全裝置。機械系統(tǒng)主要由吊籠、導(dǎo)軌架、液壓傳動起升機構(gòu)組成?？刂葡到y(tǒng)
用來控制升降機運行、啟停、調(diào)速等。安全裝置用來保證升降機的運行安全，
避免事故的發(fā)生。
2．2總體方案的設(shè)計
在同樣的提升能力、剛性、強度、穩(wěn)定性的前提下，升降機能否用料更
合理些、提升功率更小些?總體方案的設(shè)計選擇，起了關(guān)鍵的作用。
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施工升降機主要由導(dǎo)軌架、驅(qū)動裝置、吊籠、安全裝置、電氣系統(tǒng)、地
面圍欄等部件組成。影響料耗、功耗的，。主要是驅(qū)動、吊籠、導(dǎo)軌架的組合
形式。按導(dǎo)軌架與吊籠的不同組合提出以下方案：單導(dǎo)軌架單吊籠式，單導(dǎo)
軌架雙吊籠式，雙柱龍門架式。如圖2-3所示。
(a) (b) (c)
圖2．3方案
不同的方案對驅(qū)動裝置的功率消耗、輸出軸的徑向受力有很大差異。導(dǎo)
軌架的頂部彎矩、頂部軸向壓力、頂架滑輪的用量、鋼絲繩的張力和用量、
風(fēng)載也大小不一，因此導(dǎo)軌架受力也不同。各類不同設(shè)計方案，導(dǎo)軌架結(jié)構(gòu)
的受力大小可以用最大獨立高度，在工作狀態(tài)下的受力情況作分析比較。圖
2-4為最大獨立高度時的受力簡圖：載荷、吊籠、對重、頂架、鋼絲繩等的自
重共同作用，可簡化成頂部軸向壓力Q，、頂部彎矩M，，項架的風(fēng)載形成的側(cè)
向力f，吊籠和載荷在最高工作位置時的風(fēng)載形成側(cè)向力E，吊籠和載荷形
成的偏載彎矩M，，導(dǎo)軌架風(fēng)載形成風(fēng)載集度g，。
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圖2-4最大獨立高度時的受力簡圖
通過對各個方案的比較分析，在提升能力相同時6個外載荷中，弓，M，
在不同方案中相差不多。影響力較大的是Q，M，，q，。綜合比較得出適合
本課題的是方案(C)，即鋼絲繩提升式液壓施工升降機，其工作原理是：起
升機構(gòu)的電動機通電以后，液壓泵帶動液壓馬達轉(zhuǎn)動，通過起升鋼絲繩提升
吊籠，使吊籠沿導(dǎo)軌架上的導(dǎo)軌上下運動，完成運輸施工人員及貨物的工作。
2．2．1技術(shù)指標
根據(jù)施工升降機的命名規(guī)則，本課題所設(shè)計的液壓施工升降機被命名為
SSDl00／100型。其基本的技術(shù)指標如下表2-1所示。
表2-1升降機技術(shù)指標
參數(shù)名稱單位指標
額定載重量kg 1000
額定提升速度n1／mln O～60
最大起升高度m 200
標準節(jié)尺寸(長術(shù)寬冰高) m 0．8×0．8×1．508
對重重量kg l 000
防墜安全器型號SAJ40—1．95
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2 2 2導(dǎo)軌架的結(jié)構(gòu)型式
施工升降機的導(dǎo)軌架是該機的承載系統(tǒng)，一般由型鋼和無縫鋼管組合焊
接形成格構(gòu)式桁架結(jié)構(gòu)，截面形式分為矩形和三角面。導(dǎo)軌架由項架、底架
和標準節(jié)組成。項架上布置有導(dǎo)向滑輪，底架上有的也布置有導(dǎo)向滑輪，并
與基礎(chǔ)連接。標準節(jié)多采用沖壓工藝，依靠胎膜進行焊接，具有互換性。節(jié)
與節(jié)之間采用銷軸連接或螺栓連接，鋼材多采用A3或20號鋼。標準節(jié)的截
面型式有正方形、矩形和三角形。標準節(jié)的長度一般為】．5m左右，導(dǎo)軌架
的主弦桿、腹桿多選用等邊角鋼制造而成。標準節(jié)如圖2-5所示。
按照導(dǎo)軌架的結(jié)構(gòu)施工升降機可分為單柱和雙柱兩種，本課題所研制的
施工升降機采用單柱雙吊籠，每個吊籠各有自己的驅(qū)動裝置，并可以獨立的
上、下移動，可以提高運送客、貨的能力．效率遠遠超過雙柱式施工升降機。
標準節(jié)的截面型式為正方形，使其具有更高的承載能力。
2 2 3吊籠的結(jié)構(gòu)型式
圖2—5標準節(jié)
吊籠是施工升降機中用以載人和載物的部件。一般要求為封閉式結(jié)構(gòu)，
吊籠項部及門之外的側(cè)面有圍護。吊籠的框架結(jié)構(gòu)一般為型鋼組焊而成。進
料和出料兩側(cè)設(shè)有翻板門，其他側(cè)面由鋼絲網(wǎng)圍成。吊籠的～般形式如下圖
2 6所示。
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圖2 6吊籠
導(dǎo)軌架的主弦桿用作吊籠的導(dǎo)軌，吊籠與導(dǎo)軌架的主弦桿一般由四組導(dǎo)
向輪連接，如圖2—7所示。導(dǎo)向輪保證吊籠不脫離導(dǎo)軌，并保證吊籠沿導(dǎo)軌
架平穩(wěn)升降。前后導(dǎo)向輪和兩側(cè)導(dǎo)向輪承受吊籠自重及載荷，對導(dǎo)軌架產(chǎn)生
偏心彎矩。吊籠的自重對施工升降機的性能影響較大，設(shè)計時應(yīng)力求使其自’
重最輕。
礴
1重i毯一J幽
圖2—7吊籠與導(dǎo)軌的連接
一兩側(cè)導(dǎo)向輪2一后導(dǎo)向輪支點3一導(dǎo)軌架主弦桿4一前導(dǎo)向輪支點
，4；
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2．2．4對重
本課題所設(shè)計的液壓施工升降機裝有對重，用來平衡吊籠的重量，以減
少吊籠下降過程中液壓泵輸出功率，節(jié)省能源，同時也改善了導(dǎo)軌架的受力
狀態(tài)，提高了施工升降機運行的平穩(wěn)性。對重應(yīng)在導(dǎo)軌架上運行，不可懸浮
放置。對重一般應(yīng)使用金屬填充物。對重由鋼絲繩通過導(dǎo)軌架頂部的天輪和
吊籠對稱懸掛。當?shù)趸\運行時，對重裝置沿吊籠對面的導(dǎo)軌架的主柱管反向
運行。對重的安裝位置如圖2—8所示。
圖2-8對重的安裝位置
卜天輪2一天輪架3一鋼絲繩4一吊籠5一對重6一導(dǎo)軌架
2．2．5傳動裝置
l、傳動形式
傳動裝置是驅(qū)動工作機構(gòu)，隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，在施工升降機上
出現(xiàn)了原動機——液壓傳動方式的傳動裝置。本課題所設(shè)計的升降機即是采
用這種形式。液壓傳動系統(tǒng)主要由原動機、軸向柱塞泵和馬達、冷卻器、油
箱、濾油器和若干閥組成，所有的操作手柄、儀器儀表和控制燈集中在一塊
控制板上，并有功能標記。操作手柄能控制油泵的流量，從而改變液壓馬達
的速度，其速度調(diào)節(jié)范圍可從O"-'96m_／min。在液壓馬達和蝸桿副減速器間配
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了多盤液壓制動器，能用人工釋放。如果液壓馬達失效，借助于施工升降機
內(nèi)的操縱桿，升降機就能在自重的作用下，以～定的速度(如24m／min)下降，
液壓系統(tǒng)允許升降機緩慢滑下。液壓傳動系統(tǒng)具有無級調(diào)速、啟、制動平穩(wěn)
的特點，當使用內(nèi)燃機作為動力時就可不受電纜的約束，因此可用于無電源
地區(qū)和超高層建筑物施工和維修。如ALIMAK公司的SCANDO
SUPER32／40C，其最大提升高度為250m，而SC．ANDOMINICD則可高達
645m，是世界上迄今提升最高的機種。
2、布置方式
根據(jù)傳動副的不同，傳動裝置的布置方式在吊籠上的布置，分為內(nèi)布置
式、側(cè)布置式、頂布置式和頂布置內(nèi)布置混合式四種。液壓傳動裝置一般采
用頂布置方式。
2．3安全保護裝置
對于客貨兩用的施工升降機，對其工作的可靠性要求較高，因此，除從
結(jié)構(gòu)設(shè)計上提高安全系數(shù)來保障機械安全運行外，還要設(shè)置多種安全保護裝
置，包括機械安全保護裝置和電氣安全保護裝置。
2．3．1機械安全保護裝置
機械安全保護裝置有防墜安全器、限速器及斷繩保護、制動器、緩沖器、
籠門連鎖等。
1．防墜安全器當驅(qū)動吊籠的鋼絲繩松弛或斷裂時，防墜安全器的制動楔
塊在彈簧的作用下向上托起，與導(dǎo)軌架摩擦而實現(xiàn)制動，將吊籠停止在導(dǎo)軌
架上。當驅(qū)動吊籠的鋼絲繩張緊并向上拉時，制動楔塊對導(dǎo)軌產(chǎn)生的壓力消
除，回到原位。制動楔塊與導(dǎo)軌間平時應(yīng)保持一定的間隙，保證吊籠可以上、
下自由運動。制動楔塊與滑道間要定期加潤滑油以防止生銹，保證動作的靈
活性。防墜安全器是施工升降機最為重要的安全保護裝置，其性能好壞決定
著吊籠發(fā)生墜落事故時施工人員及貨物的安全，所以對其性能有比較高的要
求。
2．限速器及斷繩保護吊籠應(yīng)設(shè)有斷繩保護和限速器，以便在懸掛或支撐
裝置工作時失去作用以及吊籠失控或超速的情況下，安全裝置能發(fā)揮作用，
能將吊籠制停。一旦升降機出現(xiàn)非正常加速運行，使吊籠運行的瞬時速度達
到限速器調(diào)定的動作速度時，即產(chǎn)生制動動作，將吊籠剎在導(dǎo)軌架上或使吊
籠緩慢下降；與此同時，其行程開關(guān)動作，將傳動系統(tǒng)的電控網(wǎng)絡(luò)斷開。斷
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繩保護裝置是當?shù)趸\的提升鋼絲繩或?qū)χ貞覓熹摻z繩斷開時，即產(chǎn)生制動動
作，將吊籠或?qū)χ貏x在導(dǎo)軌架上。
3．制動器在吊籠上裝有手動制動裝置，當扳動制動手柄時，制動楔塊與
導(dǎo)軌架的無縫鋼管之間產(chǎn)生摩擦力，實現(xiàn)制動。
4．緩沖器它是設(shè)在圍欄內(nèi)，在吊籠和對重底部對應(yīng)的位置上，當下限位
開關(guān)失靈，吊籠下行撞底時起緩沖作用。
2．3．2電氣安全保護裝置
1．上、下限位開關(guān)施工升降機均設(shè)置了上、下限位開關(guān)，其作用是當?shù)?
籠運行超出限位開關(guān)位置時，限位裝置將切斷總電源而使施工升降機停止工
作。限位開關(guān)為自動復(fù)位型，安裝在導(dǎo)軌架和吊籠上。
2．極限開關(guān)吊籠運行超過限位開關(guān)并達到越程最終點時，使吊籠停止運
行的一種緊急開關(guān)。極限開關(guān)是非自動復(fù)位型。動作時，切斷總電源開關(guān)；
動作后，只能手動復(fù)位才能使吊籠重新啟動，安裝在導(dǎo)軌架或吊籠上。
3．防松繩開關(guān)和斷繩開關(guān)升降機在鋼絲繩組的一端設(shè)置張力均衡裝置，
并裝有由相對伸長量控制的非自行復(fù)位型的松繩開關(guān)，如果其中一條鋼絲繩
出現(xiàn)的相對伸長量超過允許值或斷繩時，該開關(guān)將切斷控制電路，吊籠停車。
升降機的對重鋼絲繩設(shè)置斷繩開關(guān)，當斷繩時，該開關(guān)切斷控制電路，
制動器抱閘。
4．吊籠門連鎖裝置吊籠門有電氣或機械聯(lián)鎖裝置，只有當?shù)趸\門完全關(guān)
閉后，吊籠才能啟動。基礎(chǔ)防護圍欄門(底籠)上設(shè)有聯(lián)鎖開關(guān)，只有當?shù)?
籠位于底部所規(guī)定的位置時，基礎(chǔ)圍欄門才能開啟；吊籠頂部的安全出口設(shè)
有聯(lián)鎖開關(guān)，當安全出口門打開時，吊籠不能啟動；限速器和斷繩保護裝置
上設(shè)有聯(lián)鎖開關(guān)，當限速器和斷繩保護裝置動作時，聯(lián)鎖開關(guān)動作，切斷運
行控制回路。
2．4本章小結(jié)
根據(jù)預(yù)定的技術(shù)指標要求，提出了幾種施工升降機的方案，通過對各種
方案的綜合分析比較，確定了液壓施工升降機總體方案的設(shè)計，為進一步的
設(shè)計做好了充分的準備工作。在此基礎(chǔ)上，對施工升降機的機械系統(tǒng)的各部
分進行了闡述。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第20頁
第3章施工升降機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
本課題所設(shè)計的施工升降機為不經(jīng)常繁忙使用，故確定其工作級別為A5
級。
結(jié)構(gòu)是機械系統(tǒng)的重要組成部分，是各種機構(gòu)的承載部件，它對保證機
械系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行起到至關(guān)重要的作用。施工升降機機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
主要包括吊籠和導(dǎo)軌架兩部分，它們都是由型鋼焊接而成的格構(gòu)式部件，具
有重量輕、承載能力大的優(yōu)點。
本章在使用結(jié)構(gòu)力學(xué)和有限元方法對吊籠和導(dǎo)軌架進行力學(xué)分析基礎(chǔ)
上，進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確定了吊籠的尺寸和材料，導(dǎo)軌架由基礎(chǔ)到架設(shè)到最
高處的主弦桿的直徑，保證其自重最輕、安全可靠。
3．1吊籠的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算
吊籠作為提升物品的承重部件，是施工升降機工作過程中運送施工人員
及貨物的載體，其上還作用有多種安全、導(dǎo)向裝置，在工作過程中承受很大
的載荷，‘所以對其承載能力必須嚴格要求，必須保證具有一定的強度，同時
還應(yīng)盡量減少其重量，以便最大限度的提高提升有效載荷的能力。吊籠為整
體框架結(jié)構(gòu)，如圖3-1所示。根據(jù)施工升降機安全規(guī)則(GBl0055—1996)中
對吊籠設(shè)計的要求及本課題的額定載荷，設(shè)計出符合本文的吊籠尺寸。
圖3-1吊籠的整體框架結(jié)構(gòu)
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第21頁
3．1．1吊籠結(jié)構(gòu)受力計算
吊籠結(jié)構(gòu)的主要受力桿件有主立柱，上、下縱梁；上、下邊框以及斜拉
桿。
吊籠底面的四根槽鋼受力計算如下：
M：Fo×一B：4250N．m(3-1)
2 2
式中M一底面單根槽鋼所受彎矩(N·m)；
Fo一起重載荷(N)；
B一吊籠的寬度(m)。
茄(糾=170MPa(3-2)
式中形一截面系數(shù)(cm3)；
b卜一許用應(yīng)力(MPa)。
由式(3—2)得，W>6．25 cm3。主要受力構(gòu)件選擇C6．3#，其截面系數(shù)
形=16．1 cm3>6．25 cm3，其余構(gòu)件采用L40×40×5，頂板采用厚度為6mm
的鋼板。
3．1．2吊籠總重量的計算
吊籠自重為：
G=m+ + m=368．943kt．／Lml m2 m3 kg = + 2 ·
式中甌一吊籠自重(蠔)；
m。一6．3號槽鋼的總質(zhì)量(kg)；
m2—-L40×40×5的總質(zhì)量(埏)；
m，一項板的質(zhì)量(kg)。
(3-3)
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第22頁
安全防墜器自重G，≤50kg，其它部件為G’≤180kg。
吊籠總重為：
G=G工+GF+GI (3—4)
式中G一吊籠總重量(kg)。
將甌、GF、G’帶入式(3—4)得G≤600kg。
3．2導(dǎo)軌架結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算
導(dǎo)軌架是施工升降機最重要的承載部件，吊籠在其上做上下運動，實現(xiàn)
施工人員和物品的垂直輸送，其在承受吊籠作用力的同時還受到風(fēng)載的影響，
此外，導(dǎo)軌架還必須具有承受起升鋼繩斷裂時安全防墜器對其的瞬時沖擊的
能力，為了保證施工升降機的正常工作，導(dǎo)軌架必須有足夠的強度、剛度和
穩(wěn)定性。
起重載荷為：
忍=ro+G=16000N (3—5)
式中尼一起重載荷(N)；
Vo一裝載量(N)。
導(dǎo)軌架的風(fēng)載為：
％=C·k^。q·A=8722．5 N
式中嘞一塔身風(fēng)載(N)；
C一風(fēng)力系數(shù)；
屯一風(fēng)力高度變化系數(shù)；
日一計算風(fēng)壓(N／m2)；
A一導(dǎo)軌架垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積(m2)。
吊籠風(fēng)載為：
(3-6)
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第23頁
‰=C·q·k^·A￡=2205N
式中嘞～吊籠風(fēng)載(N)；
4～吊籠迎風(fēng)面積(m2)。
風(fēng)力產(chǎn)生的剪力為：
Q∥=嘞+‰=10927．5 N
式中Q彤～風(fēng)力產(chǎn)生的剪力(N)。
風(fēng)力產(chǎn)生的彎矩為：
M∥=％‘10+嘞‘20=131325N‘m
式中M彤一風(fēng)力產(chǎn)生的彎矩(N·m)。
(3—7)
(3-8)
(3-9)
主弦桿為塔身的主要承載構(gòu)件，合理地選用主弦桿的材料可以避免塔身
出現(xiàn)問題。主弦桿單肢受力如圖3-2所示。
主弦桿所受合力為：
只=魚4+
圖3-2主弦桿單肢受力
+鏨=98578N (3_10)
2／ 掣
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第24頁
式中只一主弦桿所受合力(N)；
，一兩肢間距離(m)。
魯≤糾(3-11)
式中A一材料的截面積(cm2)；
防]一許用應(yīng)力(MPa)。
根據(jù)式(3_11)得彳≥高=5．799cm2，查機械設(shè)計手冊，初選主弦桿8。
X6的角鋼。
腹桿所受合力為：
‘=Q∥。cos45。=7726．9N (3一12)
式中乃一腹桿所受合力(N)。
F
仃2云≤糾(3_13)
式中妒一穩(wěn)定系數(shù)。
由上式得：
彳彳≥≥而=3牟·79-f=3．79cm2(3-14) cm2
初詵腹桿為I，40×40X6的角鋼。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第25頁
4
3
2
圖3—3導(dǎo)軌架的標準節(jié)
一卜主弦桿．2一導(dǎo)向輪座3一橫腹桿4一斜腹桿
導(dǎo)軌架還包括頂架(頂節(jié))、底架(基節(jié))和撐桿。底架是整個導(dǎo)軌架的
基礎(chǔ)，它通過地腳螺栓固定在事先打好的地基上。頂架為導(dǎo)軌架的上蓋在施
工升降機工作承受載荷比較大，上布置有導(dǎo)向滑輪。撐桿對整個導(dǎo)軌架起到
支撐作用。
3．3導(dǎo)軌架結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析
當導(dǎo)軌架達到最大高度時，為了保證其穩(wěn)定性和垂直度，應(yīng)每隔一定距
離用一套附墻架把導(dǎo)軌架和建筑物連接起來。附墻架一般由連接環(huán)附著桁架
和附著支座組成，連接環(huán)由兩個對開的半環(huán)構(gòu)成，套裝在導(dǎo)軌架的主弦桿上，
通過一些構(gòu)造與導(dǎo)軌架箍緊。附墻架的間隔一般為兩層樓的間距，約為8～
9m，導(dǎo)軌架頂部懸臂自由高度為10一．-1lm。附墻裝置能夠有效地增加導(dǎo)軌架
的剛度，改善導(dǎo)軌架的受力狀況，從而增加使用高度，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。
施工升降機在安裝工況時，吊籠升至最高一個附著架以上進行接節(jié)，這
時頂部懸臂部份對最上面的附著架是一種懸臂工況。上面標準節(jié)部份相當于
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第26頁
一個懸臂梁，此時懸臂部份標準節(jié)下部截面是危險截面之一。升降機在最大
額定載荷下工作，并且此時整個導(dǎo)軌架已架設(shè)到一定高度，導(dǎo)軌架底部標準
節(jié)不但受到額定載荷，籠重，風(fēng)載對它的影響，上部巨大自重也將對它產(chǎn)生
一個相當大的垂直載荷作用。此工況下導(dǎo)軌架標準節(jié)底部截面也是另一個危
險截面。滿載吊籠在上、下運行時，在它經(jīng)過的標準節(jié)的主弦桿上將隨機地
作用一個載荷，這時的工況不如上面討論的工況惡劣。
當施工升降機導(dǎo)軌架高度達到200m時，這時整個主導(dǎo)軌桁架結(jié)構(gòu)的危
險截面僅在基礎(chǔ)節(jié)與頂端懸臂段，其結(jié)構(gòu)分析模型如圖3-4所示。
3．4本章小結(jié)
‘：
200
圖3—4 導(dǎo)軌架高度200m時結(jié)構(gòu)模型
初步完成了SCDl00／100型施工升降機吊籠的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對導(dǎo)軌架的整
體穩(wěn)定性只做了初步的分析，為后續(xù)進行施工升降機導(dǎo)軌架的有限——優(yōu)化
設(shè)計打下了基礎(chǔ)。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第27頁
第4章施工升降機液壓系統(tǒng)的設(shè)計
本課題所設(shè)計的升降機其傳動系統(tǒng)采用液壓傳動，液壓傳動使升降機運
行速度快，可實行無級調(diào)速，起制動平穩(wěn)，起動時對電網(wǎng)的要求和沖擊均很
小，液壓施工升降機是200m以上高層建筑施工理想的垂直運輸機械。
4．1液壓傳動的主要優(yōu)、缺點
4．1．1優(yōu)點
1．能夠方便地實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。
2．與機械傳動和電氣傳動相比，在相同功率情況下，液壓傳動系統(tǒng)的體積小，
重量較輕。
3．工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向。
4．便于實現(xiàn)過載保護，而且工作油液能夠使傳動零件實現(xiàn)自潤滑，因此使用
壽命較長。
5．操縱簡單，便于實現(xiàn)自動化，特別是與電氣控制聯(lián)合使用，易于實現(xiàn)復(fù)雜
的自動工作循環(huán)。
6．液壓元件實現(xiàn)了系列化、標準化和通用化，易于設(shè)計、制造和推廣使用。
4．1．2缺點
1．液壓傳動中不可避免地會出現(xiàn)泄漏，液體也不可能絕對不可壓縮，故無法
保證嚴格的傳動比。
2．液壓傳動有較多的能量損失(泄漏損失、摩擦損失等)，故傳動效率不高，
不宜作遠距離傳動。
3．液壓傳動對油溫的變化比較敏感，不宜在很高和很低的溫度下工作。
4．液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第28頁
4．2升降機對液壓傳動系統(tǒng)的要求
本課題所設(shè)計的升降機液壓傳動系統(tǒng)的主要任務(wù)是通過對液壓馬達的
控制，以足夠的功率來實現(xiàn)對載人載物的吊籠升和降的控制。本設(shè)計的液壓
系統(tǒng)應(yīng)該滿足下面的條件：
1、執(zhí)行元件液壓馬達必須實現(xiàn)自身的工作循環(huán)，被驅(qū)動輪應(yīng)該使吊籠
的工作速度和工作時間滿足設(shè)計的要求，且整個目標的實現(xiàn)必須在機械系統(tǒng)
的輔助及電氣控制系統(tǒng)的操作下來完成。
2、整個液壓系統(tǒng)能在建筑施工的環(huán)境條件下隨時實現(xiàn)升降機載人載物
的要求，基本上達到自動化，有完善的循環(huán)過程。在吊籠運行過程中應(yīng)該保
證其運行的平穩(wěn)可靠。
3、液壓系統(tǒng)能滿足泄漏、防塵、噪聲、安全可靠性的要求。
4．3液壓施工升降機的速度曲線
由于本課題所設(shè)計的升降機是人貨兩用升降機，在運行時，伴隨著頻繁
的起動加速和制動減速過程，對升降機的動力系統(tǒng)首先要考慮運行效率。其
次，升降機是垂直升降的運輸設(shè)備，與乘坐水平方向運動的交通工具相比，
人對升降機運行速度的變化顯得更為敏感。因此對升降機動力系統(tǒng)的控制必
須考慮乘坐舒適感。
由此可知，對升降機的運行，需要選擇恰當?shù)募铀俣萢和加速度變化率P
的數(shù)值，使其既能滿足乘坐舒適感的要求，又能使升降機運行時間盡可能地
縮短，從而提高運行效率。這樣，升降機在啟動時，應(yīng)該是逐漸加速的過程，
并要逐漸地過渡到穩(wěn)定運行階段，而在減速時，也應(yīng)該是逐漸減速，直至停
層的過程。
本液壓升降機系統(tǒng)采用的速度曲線如圖4—1所示，為拋物線形速度曲線。
V
Vm
0
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第29頁
t 3
職
＼／_ ——————————————————．．．．y
P
Pm
O
‘pm
t
O～t1段：
t1～t2段：
圖4—1升降機系統(tǒng)的速度曲線
{va：=v2。a,+”-2口p。m．：：．』}．，：
(4—1)
(4-2)
f
，
m
基I'_ 辦幾一2
=
lI
口
V
，●J、【
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第30頁
本設(shè)計額定速度值為1，。=l m／s，單層運行距離3m，起、制動時間1s，
由以上的方程得出最大加加速度p。=1．6 m／s3，最大加速度口。=0．8 m／s2，基
本上滿足人體對舒適度的要求。
4．4液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計
本設(shè)計的液壓系統(tǒng)主要由油源供給部分、控制調(diào)節(jié)部分、輔助部分和執(zhí)
行部分組成。每一部分的形式和相互關(guān)系都通過整個系統(tǒng)回路的動作來實現(xiàn)
而完成的。
4．4．1液壓執(zhí)行元件的形式
液壓執(zhí)行元件大體可分為液壓缸和液壓馬達。液壓缸是把液體的液壓能
轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，主要用于實現(xiàn)機構(gòu)的直線往復(fù)運動或擺動。按結(jié)構(gòu)特點，液
壓缸可分為活塞式、柱塞式和擺動式三種類型。液壓馬達是將液體的壓力能
轉(zhuǎn)換為輸出軸轉(zhuǎn)動的機械能來驅(qū)動工作機構(gòu)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動，按其結(jié)構(gòu)形式可
分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類，每一類還有多種不同形式。本設(shè)計所
采用的是柱塞式液壓馬達，驅(qū)動纏繞了鋼絲繩的繩輪使吊籠作上下運動。
4．4．2液壓起升機構(gòu)的總體形式
液壓起升機構(gòu)如圖4．2所示。
4．4．3液壓馬達載荷力矩的組成與計算
(一)力矩的組成
(1)工作載荷力矩氣
(2)軸頸摩擦力矩弓=llGr
式中G一旋轉(zhuǎn)部件施加于軸頸上的徑向力(N)；
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第31頁
∥一摩擦系數(shù)；
，．一旋轉(zhuǎn)軸的半徑(m)。
圖4-2起升機構(gòu)
卜電動機2、6一彈性柱銷聯(lián)軸器3-{IilJ動器4一液壓泵
5一液壓馬達7一齒輪箱8一安全防墜器
(3)慣性力矩r．=如=／竽一
At
式中￡一角加速度(rad／s2)；
△彩一角速度變化量(rad／s)；
垃一起動或制動時間(s)；
‘，一回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量(kg·m)。
(二)力矩的計算
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第32頁
(1)吊籠滿載上升起動段受力，如圖4．3所示
吊籠輪1
；／G2
天輪(輪3) 對重
輪2
圖4．3吊籠滿載上升起動段受力
對于吊籠：
(M1+M2)‘象=鼻一／一(M-+M2)g (4-3)
． 對于輪1：
，，粵：(丘一F)x‘ (4_4)
對于輪2：
，：等=(E一最慨(4-5)
對于天輪：
以警=(c一孫％ (4-6)
對于對重：
。
M3罟叫39．‘ (4-7)
武中，一代表各輪的轉(zhuǎn)動慣量，單位是N-m．s2／rad；下標是各輪的代號。
M一代表各部分質(zhì)量，單位是kg；下標是代號。
，一代表各施力物體作用于受力物體的力，單位是N；下標是各段鋼
絲繩的代號。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第33頁
廠一代表的是摩擦力，單位是N。
g一重力加速度，單位是N·m／s2。
由以上各式得出
t=f‘，．=3642．5N‘m
弓=lxGr=108．55N‘聊
r：如：a aco：1 8．15N．聊
” 址
L=t+乃+ro=3769．2N。聊
(2)吊籠滿載上升勻速段
對于吊籠：
互=／+(M1+M2)g
I t=f’r=3355．52N’聊
由上式得出{乃=／．1Gr=35．23N‘聊
l瓦=t+弓2 3390·75N‘朋
對于吊籠：
吊籠
I正
』口
圖4．4吊籠滿載上升制動段受力
(4-8)
(4-9)
(4—10)
(M。+M：)害=一f+／+(M。+M：)g(4-1 1)
由上式得出
t=f‘r=3380．48N·m
0=pGr=91．27N·m
乞：are=，譬=1 8．15Ⅳ．肌
心-12’
△f
L=疋+乃一e=3453．6N．聊
(4)吊籠滿載下降起動段受力，如圖4．5所示
． 吊籠
對于吊籠：
0口
圖4．5吊籠滿載下降起動段受力
(Ml+M。)d衍v=一曩一／+(M+鳩)g (4一13)
ft=f·，_=2251．52N．聊
l 0=pGr=60．79N．m
由上式得出k：}a￡re==J絲t．=—．—，L=g】J-8】．8．1515N．． m
} ＆
【0=I+乃+￡=2330．46N·m
(5)吊籠滿載下降勻速段
對于吊籠：
ft=f+r=291 6．48N·聊
由上式得出{弓=ltGr=30．62N．所
lL．=疋+乃=2947．1N·m
(4-14)
(4—15)
(4-16)
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第35頁
對于吊籠：
由上式得出
吊籠
』l f
’Gl
V G2
圖4．6吊籠滿載下降制動段受力
(肘，+M：)殺=鼻+廠一(肘。+M：)g
t=Ft’，=2891．52N。m
0=gGr=78．07Ⅳ’m
廠。=Je：／絲：18．15N．所“ 血
瓦=疋+乃一￡=2951．44N‘m
由以上各工況得出瓦m缸=3769．2 N·m
液壓馬達載荷轉(zhuǎn)矩：
?。宏?3967．6N．m
77。
式中鞏一機械效率，本課題中取r／。=0．95。
4．4．4初選系統(tǒng)工作壓力
(4一17)
(4-18)
(4一19)
根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型以及執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件等，本課
題的液壓系統(tǒng)工作壓力初步定為16MPa。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第36頁
4．4．5液壓馬達的排量和流量
馬達排量：
V=—2n—7"=1．607×10-3m3／r
卸
(4-20)
式中卸一液壓馬達的進出口壓差(Pa)，卸=P。一P2。
馬達流量：
q。=Vn。=O．00128m3／S=76．79L／min (4—21)
式中y一液壓馬達排量(m3／r)：
n。一液壓馬達的轉(zhuǎn)速(r／s)。
選擇液壓馬達：前已求出馬達的排量為1．607L／r，正常工作時，輸出轉(zhuǎn)矩
3967．6 N·m，系統(tǒng)工作壓力為16MPa。
選1JMD．80型徑向柱塞式液壓馬達。其理論排量1．608 L／r，額定壓力
16 MPa，額定轉(zhuǎn)速為10"--100r／rain，最高轉(zhuǎn)矩5．16 kN·m，機械效率大于91．5％。
4．4．6液壓系統(tǒng)圖
(1)升降機向上運行
當接到升降機向上運行的指令信號后，PLC向電動機發(fā)出正轉(zhuǎn)指令和零
轉(zhuǎn)速指令，此時電動機——液壓泵軸系上基本沒有力矩輸出，升降機基本靜
止不動。同時，控制器還向換向閥5的電磁鐵發(fā)出通電信號，閥5的電磁鐵
得電后，閥5由截止狀態(tài)變?yōu)橥耆珜?dǎo)通狀態(tài)。之后，PLC控制器根據(jù)檢測到
的升降機位置信息(由導(dǎo)軌架和吊籠上的各類位置檢測裝置進行檢測)輸出
與期望速度曲線相對應(yīng)的速度指令信號，于是電動機帶動液壓泵按照此給定
的速度指令轉(zhuǎn)動，于是液壓馬達轉(zhuǎn)動，帶動吊籠按照理想的速度曲線依次完
成加速，勻速，減速幾個運行階段。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第37頁
曳引輪
圖4—7液壓系統(tǒng)圖
卜過濾器2一電液比例變量泵3一單向閥4一溢流閥5一電磁換向閥
6一節(jié)流閥7一平衡閥8一馬達9-錯1J動液壓缸10-單向節(jié)流閥
當?shù)趸\到達指定樓層后，PLC控制器接收到?？啃盘柡?，給出閥5的電
磁鐵斷電信號，電磁鐵斷電，閥5由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)，期間控制器停
止向電動機輸出轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速指令，停止向電動機供電，電動機停轉(zhuǎn)，液壓馬
達停轉(zhuǎn)使吊籠停留在指定位置，整個上行過程完畢。
(2)升降機向下運行
當接到升降機向下運行的指令信號后，PLC向電動機發(fā)出反轉(zhuǎn)指令和零
轉(zhuǎn)速指令，此時電動機——液壓泵軸系上基本沒有力矩輸出，升降機基本靜
止不動。同時，控制器還向換向閥5的電磁鐵發(fā)出通電信號，閥5的電磁鐵
得電后，閥5由截止狀態(tài)變?yōu)橥耆珜?dǎo)通狀態(tài)。之后，PLC控制器根據(jù)檢測到
的升降機位置信息(由導(dǎo)軌架和吊籠上的各類位置檢測裝置進行檢測)輸出
與期望速度相對應(yīng)的速度指令信號，于是電動機帶動液壓泵按照此給定的速
度指令轉(zhuǎn)動，液壓油通過閥5，閥7進入液壓馬達，使馬達轉(zhuǎn)動，帶動吊籠按
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第38頁
照理想的速度曲線依次完成加速，勻速，減速幾個運行階段。在下行過程中，
系統(tǒng)圖中的平衡閥7對整個系統(tǒng)起到平衡作用，用調(diào)整節(jié)流閥6的方法可在
一定程度上避免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。
當?shù)趸\到達指定樓層后，PLC控制器接收到?？啃盘柡螅o出閥5的電
磁鐵斷電信號，電磁鐵斷電，閥5由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)，期間控制器停
止向電動機輸出轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速指令，停止向電動機供電，電動機停轉(zhuǎn)，液壓馬
達停轉(zhuǎn)使吊籠停留在指定位置，整個下行過程完畢。
4．4．7液壓元件的選擇
(一)液壓泵的選擇
1、液壓泵工作壓力的確定
壓力：
P．1，=P1+yap (4—22)
式中P。一液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力，對于本系統(tǒng)，最高壓力是液壓馬
達的入口壓力P1=16MPa
Zap--泵至U執(zhí)行元件間總的管路損失。由系統(tǒng)圖可見，從泵到馬達之間
串聯(lián)有單向閥和一個換向閥，取Σ△p=O．5MPa。
液壓泵的工作壓力為Pp=16．5 MPa
2、液壓泵流量的確定
流量：
g場≥K(ΣQ一) (4-23)
系統(tǒng)的最大流量即為馬達的流量Q。。=1．28L／s。取泄露系數(shù)K為1．2，
求得液壓泵流量為q場=1．536 L／s
選用63．BCYl4—1B型柱塞泵。
(二)電動機功率的確定
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第39頁
升降機在整個動作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變
化較大，為滿足整個工作循環(huán)的需要，按較大功率段來確定電動機功率。
從整個工況上看，升降機在起動加速階段系統(tǒng)的壓力和流量均較大，此
時，泵的供油壓力為P，=16．5MPa，取泵的總效率77，=O．8，因此，按此工況
求出系統(tǒng)的功率為：
尸：生生=31．68kW (4—24)
r／P
考慮到起動時間較短，而電動機一般允許短時間超載25％，這樣電動機功
率還可以降低一些。
P：31．68×塑：25．35kW
125
選取電動機為三相籠型異步電動機，額定功率30kW。
(三)液壓閥的選擇
選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量。本系統(tǒng)的工作壓力
在16．5Mpa左右，所以液壓閥都選用高壓閥。系統(tǒng)中所選各閥參見表4—1。
表4—1液壓系統(tǒng)巾的閥
序號名稱實際流量選用規(guī)格
／(L／s)
1 溢流閥1．575 YF．B20H
2 單向閥】．575 DF．B20H
3 三位四通電磁換向閥1．575 34DYjB20H．T
4 平衡閥1．575 FDl6FB
—a 節(jié)流閥 1．575 LF—B32C
●
6 單向閥0．3 DF．B10H
7 單向閥0．3 DF．B10H
安全輔助液壓閥：
(1)安全溢流閥
安全溢流閥是液壓系統(tǒng)中所必需的過載保護元件。本系統(tǒng)中安全溢流閥
并聯(lián)安裝在液壓泵出油口上，用以限制液壓泵出油口的最大工作壓力。當液
壓泵出油口壓力因故障而急劇升高時(例如控制閥未正常開啟)，高壓油可通
過安全閥卸荷至油箱。
(2)防吸空單向閥
與安全溢流閥類似，在液壓泵出口安裝防吸空單向閥。當電動機帶動液
壓泵運轉(zhuǎn)，而控制閥未能正常開啟時，液壓泵可以從該控制閥側(cè)的防吸空單
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第40頁
一l液壓泵吸油管道’，=0．5～1．5m／s
d-J魯2雕蓁簍盞鎏蒜豪三淼，s
式中qv一通過管道內(nèi)的流量(m3／s)；
肚為2pJ
陟】一管道材料的許用應(yīng)力(Pa)，糾：旦；
表4—2系統(tǒng)所選管道內(nèi)徑
(4-25)
(4-26)
管路名稱通過流量允許流速管路內(nèi)徑實際取值官追壁厚
／(L／s) ／(m／s) ／(m) ／(m) ／(mm)
泵吸油管1．536 v=O．9 0．047 0．050 6
泵排油管1．536 v=4．5 0．021 0．025 3
馬達進油管1．28 v=4．5 0．019 0．025 3
馬達回油管1．28 v--2．0 0．028 0．032 4
(五)油箱容量的確定
一般郵箱容積按照經(jīng)驗公式確定，即
V=aq．，=0．553m3
式中qv一液壓泵每分鐘排出壓力油的容積(m3)；
口一經(jīng)驗系數(shù)，口=5～7。
(4—27)
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第41頁
這里根據(jù)工作條件比較惡劣，故采用閉式油箱，又考慮到有關(guān)部件要裝
于油箱之上，為安裝、檢修方便，設(shè)計油箱尺寸為：1100×800×800；
選擇液壓油：考慮工作環(huán)境溫度的影響，選用32號抗磨液壓油。
4．4．8液壓系統(tǒng)性能驗算
(一)液壓管路系統(tǒng)壓力損失的計算
1．沿程壓力損失
本系統(tǒng)較為簡單，可按照最大工作流量紼積=1．28 L／s及最小管徑
d=25 mill來判斷流動類型。系統(tǒng)使用32號液壓油，其運動粘度y=32mm2／s。
油在管路中的實際流速為：
v=旦：2．608rn／s (4—28)
至d2
4
雷諾數(shù)：
Re=一vd=2037．5<2300 (4—29)
y
故油在管路中呈層流狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為：
力：竺：0．0314
Re
則沿程壓力損失為：
卸，=五三生=19．22×103Pa (4—30)
‘‘d 2
2．局部壓力損失
局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失
卸：，以及通過控制閥的局部壓力損失卸。。其中卸：現(xiàn)對來說小得多，故主
要計算通過控制閥的局部壓力損失卸，。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第42頁
表4-3局部壓力損失的計算
項目計算式結(jié)果
單向閥卸，，。蚣卸。斟0．18Mpa
電磁換向閥卸，，： 蚣卸。㈢0．27Mpa
平衡閥卸，，， 蚣卸。蝌0．09Mpa
0．54Mpa 總局部損失卸， ap3=卸3．1+ap3．2+卸3，3
(二)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算
液壓系統(tǒng)工作時，除執(zhí)行元件驅(qū)動外載荷輸出有效功率外，其余功率損
失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。
1．計算發(fā)熱功率
泵驅(qū)動功率：
只：絲：28．25KW
77，
液壓馬達有效功率：
只=丟喜碭劬ti"-16．95Kw
系統(tǒng)發(fā)熱功率：
只，=P一尸=1 1．3KW
2．計算散熱功率
(4-31)
(4-32)
(4-33)
只，=K，A，AT=3．78KW (4—34)
式中K，一油箱散熱系數(shù)：
么，一油箱散熱面積；
△丁一油溫與環(huán)境溫度之差。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第43頁
由此可見，油箱的散熱遠遠滿足不了系統(tǒng)散熱的要求，管路散熱是極小
的，需要另設(shè)冷卻器。
冷卻面積：
4=墨：二益：2．4m2 (4—35)
KAt。
式中K一傳熱系數(shù)，用管式冷卻。
&amp;amp;。一平均溫升。
考慮到冷卻器長時期使用時，設(shè)備腐蝕和油垢、水垢對傳熱的影響，冷
卻面積應(yīng)比計算值大30％，實際選用冷卻器散熱面積為：
A=1．3×2．4=3．1m‘
1
(三)計算液壓系統(tǒng)沖擊壓力
液壓系統(tǒng)在啟動或在壓力調(diào)節(jié)時存在一定的液壓沖擊，其計算如表4-4
所示。
表4—4系統(tǒng)沖擊壓力的計算
項目計算式結(jié)果
管道內(nèi)液流中沖擊波鏟焉870m／s
的傳播速度a。
沖擊波往返時間7 0．0115s
2，
g-=——
af
管道內(nèi)壓力增大值卸卸弘肚V手4．696×101Pa
式中E。一液壓油的體積彈性模量(Pa)；
及d一管道的壁厚和內(nèi)徑(m)；
￡一管道材料的彈性模量(Pa)；
p一液體密度(kg／m2)；
Av一關(guān)閉或開啟液流通道前后管道內(nèi)流速之差(m／s)；
f一關(guān)閉或開啟液流通道的時間(s)。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第44頁
4．4．9液壓系統(tǒng)的總體布局
本課題設(shè)計的升降機液壓系統(tǒng)的控制閥采用集成化布置，其安裝控制見
液壓系統(tǒng)總體方案圖，運動部件的方向控制由換向閥來控制。其中各閥都處
于安裝板的中央位置，這樣組成的系統(tǒng)標準化、通用化、集成化程度非常高，
設(shè)計加工、裝配周期短，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，占地面積小。當系統(tǒng)
改變或者增減元件時，將其重新組裝方便迅速。
4．5起升機構(gòu)其他部件的計算
起升機構(gòu)是建筑施工中不可缺少的提升設(shè)備。它是以電動機為動力源，
通過一定的傳動形式，帶動齒輪轉(zhuǎn)動收放鋼絲繩來傳遞牽引力，從而將施工
人員、貨物提升到一定高度或返回指定地點的重要設(shè)備。
本課題所設(shè)計的施工升降機采用交流電動機驅(qū)動，工作級別A6級。該施
工升降機的起升機構(gòu)主要由電動機——聯(lián)軸器——制動器——變量柱塞泵一
一變量柱塞馬達——齒輪箱等部件組成。
起升機構(gòu)其工作原理為：電動機通過彈性柱銷聯(lián)軸器和變量柱塞泵連接，
通過給泵供油驅(qū)動液壓馬達轉(zhuǎn)動，帶動與馬達相連接的齒輪轉(zhuǎn)動，以達到傳
遞轉(zhuǎn)矩的作用，使纏繞在齒輪上的鋼絲繩收放，從而使吊籠沿導(dǎo)軌上下運行，
最終實現(xiàn)提升貨物的目的。
4．5．1電動機
電動機為起升機構(gòu)的主要元件，在系統(tǒng)中的作用非常重要，良好的電氣
性能，會改善起升機構(gòu)的性能，提高系統(tǒng)可靠性，降低制造成本。
電動機功率前己求出P=25．35 kW，根據(jù)此功率選擇電動機為三相籠型異
步電動機。
4．5．2聯(lián)軸器
聯(lián)軸器是聯(lián)接兩軸或軸和回轉(zhuǎn)件，在傳遞運動和動力過程中一同回轉(zhuǎn)而
不脫開的一種裝置。此外，聯(lián)軸器還可能具有補償兩軸相對位移、緩沖和減
振以及安全防護等功能。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第45頁
聯(lián)軸器最大扭矩：
P
￡=TKK。．KzK，=9550衛(wèi)KK。．KzK，≤L (4—36)
式中r一理論轉(zhuǎn)矩(N·m)；
只、胛一分別為驅(qū)動功率(kW)和轉(zhuǎn)速(rrgmin)
K一工作情況系數(shù)；
K。一動力機系數(shù)。
經(jīng)計算得出：
疋--305．76≤￡
選擇聯(lián)軸器型號為TLL4型帶制動輪彈性套柱銷聯(lián)軸器。
4．5．3制動器
制動器是用于機構(gòu)或機器減速或使其停止的裝置。有時也用作調(diào)節(jié)或限
制機構(gòu)或機器的運行速度。它是保證機構(gòu)或機器正常安全工作的重要部件。
制動轉(zhuǎn)矩：
T>S尸Z：Sv_QDorl：376．3 N．m (4—37)
么Z口
式中丁一制動器制動轉(zhuǎn)矩(N．m)；
S。一制動安全系數(shù)；
Q一額定起升載荷(N)；
刀一機械總效率；
選擇制動器的型號為YW315．500。
啟、制動時間驗算：
鏟高尚蚺，? 限38，
式中tq一啟動時間(s)；
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第46頁
乙一電動機平均啟動轉(zhuǎn)矩(N·m)；
乃一電動機靜阻力矩(N·m)；
tq J一推薦啟動時間(s)。
啟動加速度驗算：
％=÷≤k，】．0．24～o．37m／s2 (4—39)
Z口
式中口。一啟動平均加速度(m／s2)；
b。J一平均升降加速度推薦值(m／s2)。
4．5．4鋼絲繩
鋼絲繩工作靜拉力：
B=16000N
式中只一鋼絲繩的最大工作靜拉力(N)。
鋼絲繩破斷拉力：
Fo≥峨=96000N
式中R一鋼絲繩的破斷拉力(N)；
刀一安全系數(shù)。
鋼絲繩直徑：
dm抽=c√B
式中drain一鋼絲繩的許用最小直徑(nun)；
C一安全系數(shù)。
由式(4-42)，取d=14mm，滿足使用要求。
(4-40)
(4-41)
(4-42)
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第47頁
4．5．5天輪
天輪直徑：
DJ≥exd=280mm
式中B一天輪直徑(mm)；
P一天輪與鋼絲繩直徑比系數(shù)。
由式(4—43)，取D=300mm滿足要求。
4．6本章小結(jié)
(4-43)
根據(jù)預(yù)定的技術(shù)指標要求，確定了液壓施工升降機液壓系統(tǒng)的設(shè)計，完
成了起升機構(gòu)的設(shè)計，為進一步的設(shè)計做好了充分的準備工作。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第48頁
第5章液壓系統(tǒng)的仿真
5．1液壓系統(tǒng)仿真的意義
一個較完善的液壓系統(tǒng)不僅應(yīng)有良好的靜態(tài)性能而且還應(yīng)具有良好的動
態(tài)性能。以前人們在研究和設(shè)計時，常常憑借設(shè)計者的知識和經(jīng)驗用真實的
元部件構(gòu)成一個動態(tài)系統(tǒng)，然后在這個系統(tǒng)上進行實驗，研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對系
統(tǒng)動態(tài)特性的影響。用這種方法進行參數(shù)調(diào)節(jié)比較困難，要花費大量的人力、
物力和時間，而且～次成功的把握很小。隨著計算機技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，計
算機仿真技術(shù)為預(yù)測流體動力系統(tǒng)的動態(tài)特性提供了良好的工具。應(yīng)用數(shù)字
仿真方法，可以在液壓系統(tǒng)或液壓元件的設(shè)計階段預(yù)測其動態(tài)性能，在未達
到動態(tài)性能要求時，可對設(shè)計進行修改，以保證設(shè)計質(zhì)量。對于己有的液壓
系統(tǒng)或液壓元件要進行改進設(shè)計時，也可以先進行數(shù)字仿真，以了解系統(tǒng)或
元件的薄弱環(huán)節(jié)，為改進設(shè)計提供理論分析依據(jù)，并可對改進后的設(shè)計進一
步進行數(shù)字仿真，以檢查所采用的改進措施是否己達到預(yù)期目的。在仿真結(jié)
果的輸出曲線中也可以看出系統(tǒng)在動態(tài)過程中的穩(wěn)定性情況。進行動態(tài)仿真
時，系統(tǒng)中不同參量對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，可以用不同參量下的仿真曲線來
對比分析。采用計算機仿真技術(shù)能夠使得我們在設(shè)計過程中預(yù)測系統(tǒng)性能，
且優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，既省時又省力。仿真技術(shù)作為液壓系統(tǒng)或元件設(shè)計階段的
必要手段，已被業(yè)界廣泛認識。
液壓仿真技術(shù)，從誕生到今天，已經(jīng)有多年的歷史，在我國也有多年的
發(fā)展歷史。隨著流體力學(xué)、現(xiàn)代控制理論、算法理論、可靠性理論等相關(guān)學(xué)
科的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的突飛猛進，液壓仿真技術(shù)也日益成熟，越來
越成為液壓系統(tǒng)設(shè)計人員的有力工具。
5．2仿真軟件AMES i m簡介
AMESim(Advanced Modeling Enviroment for Simulation of engneering
systems)是法國IMAGINE公司自1995年開始推出的基于鍵和圖的液壓、機
械系統(tǒng)建模、仿真及動力學(xué)分析軟件。
AMESim為用戶提供了一個時域仿真建模環(huán)境，可使用已有模型和建立
新的子模型元件，來構(gòu)建優(yōu)化設(shè)計所需的實際原型，采用易于識別的標準ISO
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第49頁
圖標和簡單直觀的多端口框圖，方便用戶簡化復(fù)雜系統(tǒng)及用戶所需的特定應(yīng)
用實例，可修改模型和仿真參數(shù)進行穩(wěn)態(tài)及動態(tài)仿真、繪制曲線并分析仿真
結(jié)果，界面比較友好、操作方便。AMESim的積分運算器自動判斷系統(tǒng)方程
的剛性及其剛性度，切換不同的數(shù)值算法，包括12種針對非剛性的亞當姆斯
算法和5種針對剛性的吉爾算法，從而使仿真速度和精度滿足要求。
AMESim為流體動力(流體及氣體)、機械、熱流體和控制系統(tǒng)提供一個
完善、優(yōu)越的仿真環(huán)境及最靈活的解決方案。
AMESim使用戶能夠借助其友好的、面向?qū)嶋H應(yīng)用的方案，研究任何元
件或回路動力學(xué)特性。這可通過模型庫的概念來實現(xiàn)，而模型庫可通過客戶
化不斷升級和改進。
5．2．1 AMES i m軟件的特點
(1)圖形化物理建模方式使得用戶可以從繁瑣的數(shù)學(xué)建模中解放出來從而專
注于物理系統(tǒng)本身的設(shè)計。建模的語言是工程技術(shù)語言，仿真模型的擴充或
改變都是通過圖形用戶界面(GUI)來進行，不需要編寫任何程序代碼
(2)智能求解器能夠根據(jù)用戶所建模型的數(shù)學(xué)特性自動地在17種算法中選
擇最佳的積分算法，并在不同的仿真時刻根據(jù)系統(tǒng)的特點動態(tài)地切換積分算
法和調(diào)整積分步長，以縮短仿真時間和提高仿真精度，而內(nèi)嵌式數(shù)學(xué)不連續(xù)
性處理工具有效地解決了數(shù)值仿真的“間斷點”問題。
(3)仿真范圍廣，實現(xiàn)了多學(xué)科的機械、液壓、氣動、熱、電和磁等領(lǐng)域的
建模和仿真，且不同領(lǐng)域的模塊之間可直接進行物理連接。
(4)基本元素確保用戶用盡可能少的單元構(gòu)建盡可能多的系統(tǒng)，這種理念的
巨大優(yōu)越性在于工程師只需要掌握較少的系統(tǒng)建?！白帜浮本涂梢越?，從
而通過減少學(xué)習(xí)時間和避免數(shù)學(xué)建模來提高工作效率。
(5)AMESet為用戶提供了一個標準化、規(guī)范化和圖形化的二次開發(fā)平臺，
用戶不僅可以直接調(diào)用AMESim種所有模型的原代碼，而且還可以把用戶自
己的C或FORTRAN代碼模型以圖形化模塊的方式綜合進AMESim軟件包。
(6)保留了數(shù)學(xué)方程級、方塊圖級、基本元素級和元件級4個層次的建模方
式，不同的用戶可以根據(jù)自己的特點和專長選擇合適自己的建模方式或多種
方式的綜合運用。
(7)提供了線性化分析工具(如系統(tǒng)特征值求解、Bode圖、Nichols圖、根
軌跡分析)、模態(tài)分析工具、頻譜分析工具(如快速傅立葉轉(zhuǎn)換FFT、階次分
析OrderAnalysis、頻譜圖Spectral maps)以及模型簡化工具，以方便用戶分
析和優(yōu)化自己的系統(tǒng)。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第50頁
(8)具有動態(tài)仿真、穩(wěn)態(tài)仿真、間斷連續(xù)仿真以及批處理仿真多種仿真運行
模式。
(9)提供了豐富的和其他軟件的接El，如控制軟件接口(Matlab，Simulink，
MaW,xX)、多維軟件接口(Adams，Simpack，V1Motion，F(xiàn)lux)、實時仿真軟件接
口(xPC，dSPACE)、優(yōu)化軟件接El(Isight，OPTIMUS)。
雖然AMESim是一個比較成熟的軟件，但它目前也有部分缺點：
(1)元件模型也是需要設(shè)置許多參數(shù)。
(2)仿真元件比較固定，當系統(tǒng)仿真人員需要一個比較特殊的元件的時候，
就需要擁有非常專業(yè)的編程技巧和經(jīng)驗，不利于普通技術(shù)人員的使用。目前
還不能應(yīng)用于更為廣泛的領(lǐng)域。
(3)最后對信號的處理方面還是不夠靈活，比如對某幾個信號進行對比或進
行簡單的操作就不那么簡單。
5 2 2 AIDES i ra軟件在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用
AMESim專門為液壓系統(tǒng)建立了一個標準仿真模型庫，如圖5-1所示
圖5-1 AMESim液壓庫
從圖5-1所示可以看出，AMESirn為建立液壓系統(tǒng)提供了幾乎所有的的
元件，采用這些元件建立液壓系統(tǒng)模型根本不需要推導(dǎo)公式，需要做的只是
輸入一些特性參數(shù)。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第51頁
鑒于液壓元件多種多樣，AMESim提供的液壓元件有可能難于滿足設(shè)計者的
需要，AMESim提供的一個HCD(HydraulicComponentDesign)庫，采用該
庫中的元件，設(shè)計者可以建立自己需要的液壓元件，HCD庫如圖5-2所示：
圖5-2 AMESimHCD庫
5 3液壓控制系統(tǒng)模型
液壓系統(tǒng)工作時，液壓油經(jīng)三位四通電磁換向閥進八液壓馬達的一腔，
另一腔液壓油經(jīng)換向閥流回油箱，整個系統(tǒng)的壓力由溢流閥4調(diào)節(jié)。在
AMESim軟件中建立液壓系統(tǒng)模型時，對液壓系統(tǒng)進行一定的簡化，通過仿
真元件中的流量信號代替了液壓系統(tǒng)供油系統(tǒng)。并且，液壓系統(tǒng)中的手動泵，
手動下降閥在系統(tǒng)正常工作時處于不工作狀態(tài)，所以在建立模型時也予以省
略。液壓控制系統(tǒng)AMESim模型如下圖5-3所示。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第52頁
圖5-3液壓控制系統(tǒng)AMESim模型
5．4液壓控制系統(tǒng)仿真
建立完系統(tǒng)的模型后，現(xiàn)在按照要求將液壓系統(tǒng)中元件的主要參數(shù)設(shè)置
如下：
液壓系統(tǒng)流量：90L／min
液壓系統(tǒng)調(diào)定壓力：16．5MPa
單向閥的開啟壓力：0．2MPa
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第53頁
1——M0003-1 pre．ssure at port 1 fbafl
0 2 4 6 8 10
×：Time【s1
圖5-4馬達的壓力曲線
仿真結(jié)果分析：
圖5-4是馬達的壓力曲線，此曲線是在升降機只有起動和勻速運行的情
況下產(chǎn)生的，由此可以看出，O和1s是馬達的起動階段，壓力是一點點升高，
等到升降機處于勻速階段，馬達的輸出壓力保持定值。
∞
∞
蚰
加
∞
∞
∞
柏加
O
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第54頁
論文結(jié)論
結(jié)論與展望
經(jīng)過查閱大量的相關(guān)資料和技術(shù)文件，在對國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品消化吸收和
認真分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套液壓控制系統(tǒng)。論文以施工升降機總體與液
壓控制系統(tǒng)為研究對象，根據(jù)實際工況對系統(tǒng)的要求，介紹了液壓系統(tǒng)原理，
對液壓系統(tǒng)進行了仿真研究，得出以下結(jié)論。
(1)基于對施工升降機的了解及用戶需求，設(shè)計了升降機的總體形式及
其性能參數(shù)。
(2)施工升降機的吊籠和導(dǎo)軌架是主要承力部件，在計算各種載荷的基
礎(chǔ)上，對吊籠和導(dǎo)軌架的結(jié)構(gòu)和選材進行了設(shè)計。
(3)在對施工升降機液壓控制系統(tǒng)簡化的基礎(chǔ)上采用ANESim軟件建立
了液壓控制系統(tǒng)模型，并對液壓控制系統(tǒng)的流量及壓力進行了仿真研究，仿
真結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)壓力流量的實時可調(diào)，并得出最佳的系統(tǒng)調(diào)
節(jié)壓力。
論文展望
雖然本文設(shè)計的控制系統(tǒng)解決了一些工程問題，但是由于工期問題、實
驗條件和本人能力有限，使我不能對課題進行更深入的研究，我認為課題在
以下方面還需做進一步研究和完善：
(1)在對吊籠和導(dǎo)軌架結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，由于本人的能力有限，不能夠
完成基于有限元——優(yōu)化的方法對吊籠和導(dǎo)軌架的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，這需
要在今后的研究中進一步完善。
(2)因為有些液壓元件的參數(shù)難以確定，因此采用AMESim軟件默認的
元件，仿真效果有誤差?？梢钥紤]根據(jù)液壓元件參數(shù)自己建立元件模型。
(3)所設(shè)計系統(tǒng)主要是針對現(xiàn)場設(shè)備的功能和操作性能而設(shè)計的，它對
企業(yè)經(jīng)營管理層的幫助不是很大，因為管理人員需要了解現(xiàn)場情況還需要到
生產(chǎn)現(xiàn)場了解。系統(tǒng)的研究有待于在基于現(xiàn)場實驗的基礎(chǔ)上進～步深入，以
完成功能更完善、經(jīng)濟意義更大的控制系統(tǒng)。
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第55頁
致謝
本文是在導(dǎo)師龔幫明老師的精心指導(dǎo)下完成的。龔老師淵博的知識、富
有遠見的眼光、嚴謹?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、勤懇的工作態(tài)度和平易近人的待人引領(lǐng)我
走過了我人生中最重要的科研過程，并深深的影響著我。在三年的研究生生
活中，龔老師在學(xué)習(xí)給與方向性的指導(dǎo)，在生活和思想等方面給與我極大的
關(guān)心和幫助，我將銘記在心，在此謹向龔老師致以深深的敬意。
黃雀群同學(xué)在我論文完成過程中給與極大的幫助，與她一起討論問題的
過程中也讓我收益匪淺，在此表示感謝。
在兩年多的科研過程中得到了張細剛、劉懷文、華保祥、陳仁杰等先進
設(shè)計與制造技術(shù)研究所全體研究生的大力支持與幫助，在此也表示感謝!
感謝我的父母，是他們在我的學(xué)習(xí)和生活中不斷給與理解、支持和幫助，
正是由于他們的無私奉獻才使我得以順利我的課題研究和整個學(xué)業(yè)。
感謝所有關(guān)心、支持、幫助過我的老師、同學(xué)和朋友。
感謝母校西南交通大學(xué)的培養(yǎng)!
王菲菲
西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第56頁
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西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第59頁
攻讀碩士期間發(fā)表的論文
1．發(fā)表論文
王菲菲，龔邦明，鋼軌淬火機床的控制系統(tǒng)設(shè)計，機械設(shè)計與制造，2009
2．參加科研項目
(1)2006"-'2007：鋼軌淬火機床的研制
(2)2007～2009：液壓施工升降機的研
液壓施工升降機總體及液壓系統(tǒng)設(shè)計
作者： 王菲菲
學(xué)位授予單位： 西南交通大學(xué)
相似文獻(7條)
1.期刊論文孫文遷.王波無線收發(fā)芯片nRF401在施工升降機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 -微計算機信息2004,20(10)
nRF401為單片無線收發(fā)芯片,施工升降機是高層建筑施工必備的運輸設(shè)備之一,施工升降機自動控制系統(tǒng)包括樓層呼叫信號系統(tǒng)和吊籠主控系統(tǒng).利用
nRF401芯片很好地解決了施工升降機樓層呼叫信號系統(tǒng)與吊籠主控系統(tǒng)之間的信號傳輸及兩吊籠主控系統(tǒng)之間運輸協(xié)調(diào),提高了施工升降機的運輸效率.
2.期刊論文孫文遷.王波施工升降機自動控制系統(tǒng)設(shè)計 -微計算機信息2004,20(10)
施工升降機是高層建筑施工中不可缺少的垂直運輸工具,它主要擔負著運送施工人員和施工設(shè)備及施工物料的任務(wù).本文對施工升降機自動控制系統(tǒng)
的原理及硬、軟件進行介紹,并對控制系統(tǒng)的特色部分作了進一步的分析.
3.期刊論文多功能 SC 200/200無級調(diào)速高速施工升降機通過部級鑒定 -建筑技術(shù)2001,32(6)
中國建筑科學(xué)研究院機械化研究分院等單位研制的多功能 SC 200/200無級調(diào)速高速施工升降機已通過鑒定。該項成果將高新技術(shù)應(yīng)用于升降機拖動
和控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了無級調(diào)速高速運行，減小了啟制動沖擊，提高了運行平穩(wěn)性和可靠性，使齒輪、齒條、制動器、滾輪、電氣元件等機電易損件使
用壽命成倍提高，使用維護成本大大降低。該機在多項國家重點建設(shè)項目中應(yīng)用，最大高度達 260 m，經(jīng)歷了斜線運行、直線運行、長距離不規(guī)則附著
支撐等多種工況考驗，其整機技術(shù)水平達到國際先進水平。
4.學(xué)位論文黃雀群 基于PLC及觸摸屏的液壓施工升降機控制系統(tǒng)設(shè)計 2009
施工升降機是建筑施工中不可缺少的垂直運輸機械，然而目前國內(nèi)普遍生產(chǎn)電機一機械傳動式施工升降機，由于其控制方式是通過接觸器控制來實
現(xiàn)，其自動化控制水平較低，在施工運行過程中，存在大量問題，而且速度單一、啟制動沖擊大、乘員感覺不適等缺點，不能滿足中高層、超高層建筑
項目的施工要求。因此研究施工升降機的控制系統(tǒng)是一個很有意義的工作，不但提高工作效率，消除安全隱患，還能產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。
而液壓升降機運行速度快，可實現(xiàn)無級調(diào)速，起動、制動平穩(wěn)，因此本文以液壓施工升降機為背景，對其控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。在全面了解施工升
降機基本工作原理的基礎(chǔ)之上，設(shè)計了30層的液壓驅(qū)動型施工升降機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由兩部分組成：主控制系統(tǒng)和顯示監(jiān)控系統(tǒng)。主控制系統(tǒng)和
顯示監(jiān)控系統(tǒng)采用串行通信的方式完成施工升降機控制的全過程。
主控系統(tǒng)采用FX2N48MR-001PLC為控制核心，結(jié)合模擬量輸出模塊FX2N-2DA，并設(shè)計了施工升降的理想速度曲線。PLC系統(tǒng)完成了所有I/O信號和上位
機串口通信信號的接收，根據(jù)其內(nèi)部設(shè)計程序進行集中運算處理，實現(xiàn)了對液壓施工升降機的控制系統(tǒng)的邏輯信號及速度控制。另外，還根據(jù)控制系統(tǒng)
要求，設(shè)計了控制系統(tǒng)主回路、安全運行電路、電液比例控制回路等。
顯示監(jiān)控系統(tǒng)選用的是觸摸屏PWS1711-STN可編程控制終端，采用其帶的人機交互界面編輯軟件HITECH_ADP，設(shè)計友好的選層參數(shù)的輸入和運行狀態(tài)
監(jiān)控界面。實現(xiàn)了施工升降機運行過程的良好人性化。
通過對本施工升降機控制系統(tǒng)的設(shè)計，可大大提高施工升降機控制系統(tǒng)自動化控制水平。PLC和觸摸屏的優(yōu)勢互補，提高控制系統(tǒng)的可操作性及安全
性。
5.期刊論文沈剛.黃其濤.呂廣明.孟強.韓俊偉.SHEN Gang.HUANG Qi-tao.LV Guang-ming.MENG Qiang.HAN Junwei
升降機自動平層控制中的語音報站研究 -建筑機械化2008,29(5)
針對升降機平層控制器的語音錄放系統(tǒng)進行分析并結(jié)合已經(jīng)研制的升降機平層控制器的軟硬件設(shè)計,提出了把ISD4004語音芯片應(yīng)用于升降機平層控
制器進行錄放音的方案,從而使該平層控制系統(tǒng)的功能更加完善.
6.期刊論文余志凌.翁惠輝.YU Zhi-ling.WENG Hui-hui 施工升降機智能控制系統(tǒng)化設(shè)計 -山西建筑2008,34(34)
指出施工升降機是高層建筑施工中不可缺少的垂直運輸工具,它主要擔負著運送施工人員和施工設(shè)備及施工物料的任務(wù),對施工升降機自動控制系統(tǒng)
的原理及硬件進行了介紹,并對控制系統(tǒng)的特色部分作了進一步的描述.
7.期刊論文張樹生.晁魯強.程林.朱新軍基于單片機的施工升降機自動控制系統(tǒng) -建筑機械2004,""(3)
在中高層建筑施工中,施工升降機是不可缺少的垂直運輸工具,它主要擔負著運送施工人員、工具、設(shè)備及物料的任務(wù).目前施工升降機自動化控制水
平較低,一般沒有超載限制,只能靠控制人數(shù)或估計物料的重量,也沒有樓層的呼叫及顯示,沒有自動選層、平層,因此目前施工升降機在工作中不能預(yù)知哪
個樓層需要停站,其運行是被動的,不能確定載荷率,使施工升降機的運輸能力得不到充分發(fā)揮,很多的能量及時間浪費在空車往返運行上.
本文鏈接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1573497.aspx
授權(quán)使用：上海海事大學(xué)(wflshyxy)，授權(quán)號：4d63ea27-665c-4bf0-8fb9-9dd600e3f821
下載時間：2010年8月18日

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