施工升降机吊笼坠落事故原因分析与对策
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摘 要：作为施工升降机最重要的安全部件，防坠安全器的定期检测尤为重要。基于Android平台设计了SAJ30/40型齿轮渐进式防坠安全器嵌入式检测系统，分别采用角度传感器和速度传感器测量防坠安全器锥毂旋转角度和升降机实时运行速度，通过上位机分析软件进行数据处理，输出防坠安全器的制动距离和动作速度。
关键词：施工升降机;吊笼坠落;防坠安全器
1 前言
由于近几年以来建筑行业的快速发展，建筑项目逐渐增多，所以工地上对于施工设备的安全性和可靠性要求也越来越严格。在另一方面，国家也为运输安全设备制定了相关的规定和标准，以保证施工设备能够高效、安全地运行。
2 施工升降机基础方案设计
2.1 基础定位
本工程地下室4层，考虑现场实际情况，在7#筒内电梯基坑位置设置2部施工升降机，其中1#施工升降机为双笼，2#施工升降机为单笼。这样可以有效利用筒内空间且升降机基础箱形梁可以放置在结构梁上，结构梁下部采用钢管柱支撑结构形式。
2.2 基础承力支顶设计
结合塔楼地下室施工情况，1#、2#施工升降机基础选择布置在地下1层，选用箱形梁基础，箱形梁基础一端支承在结构梁上，另一端与预埋件焊接。箱形梁材质为Q235，长度为2.9m，截面尺寸为250mm×500mm×20mm×26mm。上部荷载通过箱形梁传递至地下1层结构梁上。考虑到上部荷载较大，因此，在结构梁下部使用截面为φ299mm×16mm的钢管柱（材质为Q235）进行支顶，直至将竖向荷载传递到塔楼地下室基础底板上。
2.3 安装工艺
2.3.1 放线定位
准确放线定位出施工升降机基础箱形梁的位置以及支顶钢管柱在各结构层的位置，确保支顶钢管柱上下对齐、对准。
2.3.2 下部支顶钢管柱安装
支顶钢管柱安装按照从基础底板向上逐层安装的顺序进行，确保下一层钢管柱支顶牢固后方再进行上一层钢管柱的就位安装。根据钢管柱位置在结构梁上下添加600mm×400mm×16mm的垫板，垫板固定方式为在结构板上钻孔并用高强螺杆连接，螺杆直径16mm。垫板上开设的螺栓孔必须准确定位，由责任工程师及项目测量工程师复核。垫板与结构梁之间的缝隙用灌浆料填实，确保传力均匀。钢管柱与垫板焊接采用坡口焊，必须保证焊缝饱满;地下室施工阶段环境较为潮湿，为防止钢管柱锈蚀，应对钢管柱进行防腐处理。地下3层结构梁边线与地下2层结构梁边线相差160mm，为了解决钢管柱支顶面积不足的问题，采用22#槽钢进行对抱焊接，端头加焊厚16mm钢板加固处理。
2.3.3 上部箱形梁安装
上部箱形梁安装时，一端与剪力墙埋件焊接固定，另一端搭接于结构梁上。为增强施工升降机基础两箱形梁的整体性，以便更好地保证安全，在两箱形梁之间用20#槽钢进行桁架式焊接连接。
2.3.4 基础范围防油污措施
升降机运行期间产生较多润滑油油污，需防止污染主体结构，采用铺设防水卷材、定期清理油污等方式处理。施工升降机基础覆盖范围梁板结构表面铺设1层膨润土防水毯并浇筑厚50mm的C20保护层，靠近核心筒剪力墙一侧膨润土防水毯上卷1m固定。
2.3.5 检查验收
检查钢管柱中心位置误差，将其控制在20mm以内，垂直度也控制在20mm以内;箱形梁水平度控制在10mm以内;箱形梁与剪力墙埋件、箱形梁间加固槽钢、钢管柱与垫板间焊缝均应满足规范要求。
3 施工升降机防坠安全器嵌入式检测
3.1 检测原理
3.1.1 齿轮渐进式防坠安全器工作原理
施工升降機运行时通过齿条齿轮带动防坠安全器离心制动块旋转，当升降机下行速度达到动作速度时，防坠安全器启动制动过程。防坠安全器齿轮与离心制动块共轴，达到动作速度时，离心制动块甩开嵌入锥毂内侧的凹槽并带动锥毂转动，齿轮、离心制动块和锥毂三者同角度共轴旋转，锥毂外侧与摩擦板之间的摩擦力是防坠安全器的最终制动力，并通过齿轮齿条制停升降机。制动距离是制动过程中升降机的运行距离，与制动过程中齿轮旋转角度对应的分度圆弧长成线性关系。
3.1.2 制动距离测量原理
施工升降机制动过程中，防坠安全器齿轮、离心制动块和锥毂三者同角度共轴旋转，齿轮和锥毂旋转的角度值相同，根据GB/T34025-2017《施工升降机用齿轮渐进式防坠安全器》，防坠安全器制动距离的计算公式如式所示。
式中L为防坠安全器的制动距离;d1为齿轮分度圆直径，本文采用的齿轮d1=120mm;β为锥毂旋转角度。制动过程中防坠安全器卸载螺栓与锥毂以相同角度旋转，防坠安全器检测系统采用角度传感器直接测量卸载螺栓在制动过程中的旋转角度。
3.1.3 速度测量原理
防坠安全器检测系统通过速度传感器测量施工升降机的运行速度。测速系统采用结构齿轮
与升降机的齿条啮合，速度传感器测量结构齿轮的转速，根据齿轮转速和分度圆直径计算升降机的运行速度：
式中V为升降机运行速度（m/s）;d[2]为齿轮分度圆直径，本文采用的齿轮d[2]=120mm;n为齿轮转速（r/min）。防坠安全器的动作速度是防坠安全器开始动作时升降机的运行速度，防坠安全器动作时角度传感器测量角度的变化，故动作速度近似为角度传感器角度值开始变化时升降机的运行速度。利用角度传感器和速度传感器采集的实时数据描绘参数-时间曲线，由角度-时间曲线可得角度开始变化的时刻t1，由速度-时间曲线可得t1时刻升降机的运行速度，即防坠安全器的动作速度。
3.2 检测系统硬件结构
防坠安全器检测系统主要由工业平板PC、角度传感器和速度传感器组成，配备微型打印机实现检测结果的在线打印。
3.2.1 工业平板PC
工业平板PC是检测系统中实现传感器采集数据分析、显示和存储的核心设备，工业平板PC内部采用三星S5P4418核心板、四核Cortex-A9架构，操作系统为Android4.4.2，具有2路RS485和2路RS232工业接口。
3.2.2 角度传感器
角度传感器采用绝对值编码器，分辨率为1024脉冲/转，支持RS485MODBUSRTU工作方式，以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰能力。MODBUS协议是工业上常用的通信协议，其标准如下：[地址码][功能码][数据区][校验码]MODBUS协议RTU工作模式下，每个报文须以连续字符流进行传送且采用CRC校验，具有较高的数据密度，并且传输稳定，通信效率高。
3.2.3 速度传感器
速度传感器由增量编码器和测速模块组成。增量编码器分辨率1200脉冲/转，推挽输出方式。测速模块以STM32F103控制器为核心，将增量编码器输出的脉冲信号处理为转速，通过RS232接口与上位机实现通信。
4 结束语
施工升降机防坠安全器嵌入式检测系统是以传感器器件作为检测基础的嵌入式检测设备，基于Android平台及Java编程语言设计了上位机分析软件，以串口通信的方式实现传感器和上位机的数据传输。本检测系统对于制动距离的理论测量精度约为±1mm，完全可以满足施工升降机防坠安全器的检测要求。
参考文献：
[1] 冯功斌，段红莉.施工升降机防坠试验方式探讨[J].建筑机械，2016（4）：85～86.
[2] 卢立东，马俊.便携式施工升降机防坠安全器检测装置[J].建筑机械，2017（21）：113～114
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