毕业设计（论文）-导轨式附着升降脚手架动力及防坠落系统设计.docx

全套图纸加扣 3012250582编号： 毕业设计(论文)说明书题 目： 导轨式附着升降脚手架 动力及防坠落系统设计院 （系）： 机电工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2016年06月03日摘 要附着式升降脚手架是一种可以进行升降的的脚手架，通过附着在建筑物上的支撑结构，然后经过固定在脚手架上的动力装置，进行提升。在设计附着式升降脚手架时不仅需要设计架体的结构，还要有动力提升装置装置和防坠装置以及张力传感器，同时还要考虑支撑结构的固定方式及强度，最后整个系统的运作流程。附着升降脚手架具有搭设一定高度并通过附着支撑结构支撑在高层超高层工程结构上，并具有防倾覆和防坠落功能，并通过脚手架的升降设备及装置，跟随着建筑工程施工逐层爬升直到建筑结构封顶，从而满足建筑外墙的装饰工作要求，同时实现逐层下降更有效的辅助施工外脚手架，它不仅可以满足建筑的结构施工、安装作业和装修作业等施工，在这些施工阶段中施工人员可以在建筑物外侧进行工作时可以得到施工工艺和安全防护需要。传统的脚手架现在不能满足高层建筑，由于施工量大、耗费施工材料多，而且随着建筑物的增高脚手架也要跟随增高，大大增加了危险性。与之相比附着式升降脚手架这是一种符合现代高层建筑的施工设备，不仅施工效率高、节省施工材料，而且还灵活、安全。关键词：动力提升装置；防坠落装置；张力传感器Abstract Attached type lifting scaffolding is a kind of can be lifting scaffold, attached to the building through the support structure, and then pass on the scaffold with power plant, to ascend.Adhesive lifting scaffolding design not only in the design of the frame body structure, and dynamic lifting device device and for device and tension sensor, should also consider fixed way and strength of the support structure, the operation process of the whole system.Adhesive lifting scaffolding is built for a certain height and through the attached support structure in high-rise tall engineering structural support, and have capsized and fall prevention function, and through the rise and fall of scaffolding equipment and device, follow the building engineering construction can climb step by step until the top of building structures, so as to satisfy the requirement of the building external wall decoration work and implement step by step down has more effect of the auxiliary construction scaffolding, it can not only meet the structure of the building construction, installation, operation and repair operations such as construction, construction personnel in the construction stage can be at work on the outside of building construction technology and safety protection needs can be obtained.Traditional scaffolding can not satisfy the high-rise building construction, not only cost of construction materials, but also increased as the structure of the scaffold to follow up, greatly increases the risk.Compared with adhesive lifting scaffolding a conforms to the modern high-rise building construction equipment, construction of high efficiency, not only save construction materials, but also flexible, safe.Key words: Dynamic lifting device; Fall prevention device; Tension sensor目 录引言 11附着式升降脚手架的概述21.1附着式升降脚手架的背景介绍21.2升降脚手架的原理21.3附着式升降脚手架的设计的内容及要求31.3.1设计的主要内容包括：31.3.2设计的要求与数据32附着式升降脚手架方案设计32.1方案的概述32.2方案的设计42.3方案的比选52.3.1方案的比较52.3.2可用的方案52.4总体的方案63电机和减速器的确定63.1电机的选择63.2减速器的选择73.3滚筒的设计84滚筒轴的设计94.1轴的强度计算94.2按弯扭合成强度计算轴的直径104.3按疲劳强度精确校核135提升臂和防坠臂固定螺栓的计算及校核155.1螺栓受力分析165.2确定螺栓的直径175.3校核螺栓组链接接合面185.4校核螺栓所需要的预紧力196防坠器207附着式升降脚手架的控制系统217.1控制的流程217.2控制系统各个部件的功能217.2.1位移传感器217.2.2张力传感器227.2.3信息收集器237.2.4PC控制机237.2.5强电控制柜248附着式升降脚手架的其他部件248.1桁架立杆248.2底桁架258.3底桁架夹板链接件268.4导向轮278.5附着式升降脚手的安全工艺278.5.1搭设注意事项：278.5.2附着式升降脚手架的搭设顺序288.5.3危险的因素及措施289总结29谢辞31参考文献32全套图纸加扣 3012250582引言改革开放后中国经济快速发展，商业及住宅高楼也逐渐兴起，由于传统脚手架无法适应高层及超高层建筑的需要，为了能更好的满足需求，于是人们开始研发新的脚手架。附着升降式脚手架是在传统脚手架的基础上不断的进行研发，为了适应高层建筑发展起来的新型脚手架。附着升降式脚手架的快速发展，得到建筑行业的认可，许多工厂也开始设计研发附着式升降脚手架，于是附着式升降脚手架类型也越来越多，在现实生活中应用附着式升降脚手架在高层建筑也越来越普遍。附着式升降脚手架由于使用便捷、安全可靠、省材等突出优点，逐渐取代传统的脚手架，但是还是有许多不足之处，所以需要不断地改进并完善。1 附着式升降脚手架的概述1.1 附着式升降脚手架的背景介绍改革开放后我国经济快速发展，建筑行业也迅速发展起来，高层和超高层建筑物大量的兴起，如再搭设继续沿用传统的落地式脚手架，不但施工成本高，劳动力强度大，而且存在许多的安全隐患，这些安全隐患会在施工的过程中发生，一旦发生事故是非常严重的。由于对当时高层建筑外架施工工具急需改革的迫切需要, 于是，就有人开始研发并使用附着升降脚手架。其中，广西一位叫叶曾绍祥的工程师，研发了利用钢管扣件搭设的整体提升脚手架（即为曾式挑梁式爬架）;到九十年代初期，又有中建六局的、北京星河等多个单位开发生产了“导轨框架式附着升降脚手架”。之后国内的许多地区阿的厂家也相继改进及研发不同类型机构的附着式升降脚手架。例如导轨式互、爬式等结构类型。在高层建筑中，传统脚手架的使用数量是非常大的，这样就增加了施工时间，管理检查起来是非常麻烦，而且很容易出现检查疏漏。这不符合使用安全、经济的发展趋势。所以随着建筑行业形式发展的多样化，脚手架组装和拆卸也需要更加便捷，朝着安全可靠的方向进行发展。在高层建筑的施工中，附着升降脚手架的优势非常明显，它主要是使用材料少、经济而且操作简单，正常情况只需要安装和拆卸一次，是一种很实用于高层建筑的外脚手架。附着式升降脚手架改变了传统的搭架方式，利用更加灵活的方式，更节省材料的方法，并且更安全的结构以及更高的施工效率。这是一个突破、一个创新，它的出现使高层建筑搭设更加方便、安全、经济、效率更高，这适应了现代正在快速发展的社会，附着式升降脚手架也逐渐开始发展，并不断改善。附着升降脚手架主要由由架体结构、提升系统、动力系统及控制系统、防坠装置、防倾装置等组成。所以组装起来是一个非常大的工程，不便于运输而且材料占地面积是非常大的，根据发展趋势要注重的简化附着升降脚手架，提高它的运行效率。这可以从设计架体的结构入手，简化架体同时满足使用要求；使用新型的材料：重量轻、强度高又经济的材料；可以从改变升降的方式，利于工作的效率方向发展；也可以优化及改变控制方式，使其控制更加方便更加智能化。1.2 升降脚手架的原理附着升降脚手架是通过固定在脚手架上的动力系统提供动力，然后依靠附着在建筑物上的提升臂，使脚手架能相对于建筑物进行运动。并随着建筑物施工的增高而逐渐提升，直到建筑施工完。当建筑物装修外墙时，脚手架可以逐渐下降，外墙施工可以由上而下完成。当在脚手架在升降过程中提升系统发生事故，脚手架的防坠装置就会及时的启动，使架体能及时的停止下坠。依靠架体的结构及设备，施工人员能安全的进行施工。 1.3 附着式升降脚手架的设计的内容及要求1.3.1 设计的主要内容包括：（1）熟悉国家、行业相关标准及实施规范；了解导轨式附着升降脚手架工作原理；考察国内外现阶段各型同类产品结构及设计思想； （2）结合我国现代高层建筑施工环境条件，制定标准化导轨式组装脚手架总体设计方案；（3）以满足实际功能、生产效率为前提，综合考虑操作方便、经济成本等因素制定总体方案；运用计算机辅助设计软件，完成装配图及部分关键件零件图。1.3.2 设计的要求与数据（1）该型脚手架单元提升最大重量5吨；提升速度250mm/min； （2）提升动力采用普通三相减速电机，设计配套的8吨张力传感器，为智能控制系统实时提供张力信号；采用提升臂、防坠臂两套独立系统；防坠器选用建设部制定专利产品； （3）脚手架过桥高度1800mm；过桥外形总宽度700mm；架体底桁架标准单元长度2200mm；主立柱横截面尺寸700700mm；（4）成果中设计的专用件结构、配合满足标准化要求，选购的电气件、通用件、标准件等皆符合相关国家标准、行业标准要求； （5）提交的所有图纸应表达方式简洁，尺寸标注完整、清晰、规范。2 附着式升降脚手架方案设计2.1 方案的概述附着升降脚手架因其占用材料少、耗费低、施工效率高、施工人员的劳动强度低、使用安全可靠、安装卸载方便等优点，于是被很多建筑公司所采纳。但是在附着式升降脚手架的研发初期，由于缺乏经验，设计不够完善，致使脚手架在使用过程中出现一些重大事故，造成财产的损失及人员的伤亡。所以脚手架的设计技术核心在于升降过程中如何更好地进行脚手架的防坠。所以要如何确保脚手架不坠落，是附着式脚手架的重点，特别是脚手架在提升的过程中最容易发生坠落，而且也是在提升过程中防脚手架坠落是最难得，并且还要确保在一定范围内使脚手架停住，确保设备及工作人员的安全，这是非常难的。所以设计一个好的防坠系统是非常重要的，可以说防坠系统在附着式脚手架中的设计是核心技术。防坠器系统的设计方案及布局是相当重要的，它影响整个施工安全及工作效率，所以要选择合适的方案，这样才能更好地确保施工的安全及施工效率。2.2 方案的设计方案一：图2-1双电机方案一个电机用于提升，一个电机用于防坠，并且两个电机的型号大小一样。脚手架的提升臂固定在建筑物上，利用固定在脚手架的电机的旋转，通过滚筒可以与建筑物进行相对运动，实现脚手架的升降。由于在升降的过程中脚手架的其他固定都要进行卸掉，如果只存在提升臂承受脚手架的全部重力，如果这一提升系统发生故障，那么脚手架会直接坠落。所以可以设一套动力用于防坠，可以在提升的过程中防止坠落。在提升系统部分提的电机提供动力时，防坠系统部分的电机也同时提供动力，并且动力与提升电机是相反的。这样就可以升降的时候进行防坠，并且能时刻进行防坠。张力传感器可以提供张力数据，操作人员可以根据数据，判断脚手架的上升情况，如果在安全值范围内波动则正常，当张力传感器提供的数据一直增大时，则要停下电机，检查脚手架是否被卡住了或者其他固定部件还没有卸载完。滚筒如图2-1所示。方案二：一个电动机用于提升，一个防坠器用于防坠单电机方案。电机用于提供升降动力并固定在脚手架，提升臂固定建筑物上用于提吊脚手架，防坠臂也是固定在建筑物上，防坠器是固定在脚手架上并跟随脚手架进行升降。当脚手架在升降的过程中发生坠落时，张力传感器的受的拉力会瞬间变小，根据这数据的变化控制系统启动防坠器，防坠器能及时的进行锁住，使脚手架停止坠落，实现防坠功能。在如图2-2所示。图2-2单电机方案2.3 方案的比选2.3.1 方案的比较方案一：优点：比较简单，两台电机是同时启动，同时关闭。启动时一个用于提升脚手架，另一个用于防坠，两台同时工作，当提升电机那边发生问题时，另一台防坠电机可以快速起到防坠作用，能更好的保证脚手架不坠落，确保施工设备完整和工作人员的安全。缺点：电机的用量要多一倍，并且不能很好的保证两台电机提升的工作是同步的，这样会导致架体在提升或下降的时候不能保持一个很好的水平，致使架体倾斜，从而影响提升效果和提升效率，甚至有可能使提升臂受力过大而发生断裂，导致要的损失。在建设过程中要从新安装防坠电机的位置，这样又要从新调整防坠电机，影响施工效率。方案二：优点：相比较方案一能更好的节省电机数量，并且在提升过程中能保持架体先对平稳的提升，这样能更好的保证提升的效果和效率。在发生提升绳或提升臂发生断裂导致架体坠落时，还有防醉器能及时的进行锁住，使架体停止下落，这样起到一个有效的防坠，保证设备及员工的安全。并且相对于从新安装防坠电机的效率，安装防坠器效率更快更方便。缺点：防坠器的使用次数有限，在发生几次防坠后，要及时的更换防坠器，以达到防坠效果，保证设施完整和人员的安全。2.3.2 可用的方案最终方案确定：方案二：在建筑行业的庞大的工程中方案二相对方案一较实际，如果实行方案一在实际中需要电机的数量是非常多的，不仅要比方案二的电机数量多一倍，即增加了大量的成本，安装工作也变得困难，使施工效率大大降低；方案二即便在防坠效果上不急方案二，但是也能起到安全的防护，标准防坠器的防坠效果也符合防坠标准，结合实际一般情况发生坠落的是很少有的，而防坠器可以在发生几次防坠后进行更换就可以，而且防坠器的成本很低。这样通过比较方案二比较经济实用，操作性强，所以最终选择方案二来实施。2.4 总体的方案方案二的主要结构有起重电机、减速器、滚筒、提升臂、防坠臂、防坠器、张力传感器。起重电机用于提供提升动力；减速器的作用主要是降低电动机的转速，并且能自行产生自锁状态以及输出巨大的扭矩；转动滚筒，主要是用于卷钢绳，并且滚筒的轴的直径大小需要校核，因为滚筒的轴不仅受到扭矩还受到弯矩，需要校核后才可以使用；提升臂的固定螺栓需要校核，由于受到脚手架重量施加给提升臂，使提升臂产生转矩和作用力，并且这些作用都施加在固定提升臂的螺栓上，这就需要计算所选的螺栓是否符合要求；防坠臂的固定螺栓的计算及校核和提升臂的固定螺栓的一样；防坠器的选择是选择专利产品，主要是当提升系统发生故障时，能及时的产生自锁，使架体停止下落，起到紧急防坠的作用；张力传感器，主要是提供提供提升过程中提供的张力数据，根据这些数据判断架体的运动情况，防坠器可以根据张力数据的变化进行防坠。3 电机和减速器的确定由于脚手架的提升需要需要提升动力，并且根据要求需要选择普通三相减速电机。脚手架的提升速度比较慢，而电机的转速较快，为了实现脚手架的提升速度，需要有合理的减速器与电机相配合。电机通过减速器能降低转速，并且使输出的扭矩变大，根据要求需要选择合理的电机以及与之相适应的减速器，最后能满足设计的要求。3.1 电机的选择已知该型脚手架单元提升最大重量5吨；提升速度250mm/min； 提升动力采用普通三相减速电机。可以知道需要的电机是起重电机，减速器是低速级减速器。需要电机的功率P=FV （1-3）由公式3-1可计算需要电机的功率P=FV=500000.004166W=208.3W=0.208KW由于提升的重量大，选择YZ系列起重及冶金用电动机能更好的满足要求，并且体积小能更好的安装在竖立柱里由表3-1得表3-1 YZ系列起重电动机型号功率（KW）定子电流(A)转速(r/min)转速(kg)YZ112M-61.54.25100058YZ132M1-62.25.993580YZ132M2-63.78.891292YZ160M1-65.512.5933120YZ160M2-67.515.9948132YZ160L-61124.6954152YZ160L-87.518705152YZ180L-81125.8694205YZ200L-81533.1710276YZ225M-82245.8712347YZ250M1-83063.3694462由于是起重所以在选择功率上要大于所需的功率，并且为了更保险选择的功率要大于所需功率几倍。由需要的的功率P=0.208KW确定所选YZ系列起重及冶金用电动机的型号为YZ112M-6,功率为1.5KW0.208KW,满足需求。3.2 减速器的选择要求脚手架提升速度为250mm/min，已知已选电机的转速为1000 r/min，并且提升时是要通过滚筒的周长，这需要很大的转动比，一般的减速电机是无法瞒住要求，并且不能自行进行自锁。综合以上考虑选择蜗轮蜗杆减速机，蜗轮蜗杆减速机的作用主要有:降速、能自锁，并且输出巨大的扭矩。这些都满足起重环境所需要的条件，所以最终选择型低速级蜗杆在蜗轮之侧的双级蜗杆减速器，传动比能最终满足要求。表3-2输入功率输出转矩称传动比i输入转速n1/rmin-1低速级中心距a/mm100125160200315355额定输入功率P1/kW；额定输出转矩T2/Nm20001000P52.02.12.3T215000260004600088000155000270000根据实际的的要求和已经选好的电机可以选择传动比和减速机的型号,由经过计算和接合实际为选着的滚筒大小，传动比确定为1600，由表3-2可知道需要输入的功率及转矩大小，由表3-3，知道所选减速器的型号及尺寸。表3-3减速器的型号及尺寸选择减速器的型号为CCWS100，传动比i=2000，输入功率为P=1.5KW，输出转矩T=15000Nm。3.3 滚筒的设计已知选的电机的的型号为YZ112M-6，转速为1000 r/min；减速器的型号为CCWS100，传动比i=2000，输入功率为P=1.5KW，输出转矩T=1500Nm。公式 n2=n1i (3-2) n2D=V (3-3)i：为传动比，大小为2000。n2 ：减速器输出转速。n1 ：电机输入的转速。V：移动的速度，任务书要求的数值为250mm/min。D:滚筒卷绳的直径大小。由公式3-2和3-3计算 可得需要滚筒的直径大小n2=n1i=10002000 =0.5r/min n2D=V =0.5D =250mm/min 计算得滚筒的直径D=159mm，取滚筒的直径值为D=160mm。设电机运行一个小时，理论移动距离为S1=Vt=25060mm=15000mm=15m实际移动的距离为S2=n2Dt=0.516060=15072mm=15.072m理论移动距离和实际移动距离的差值为0.072m实际移动距离相对理论移动距离的偏差率为0.07215=0.0048=0.48%即滚筒的直径为D=160mm是可取的。校核经过减速器的扭矩由公式T=9550Pn2 （3-4）经公式3-4计算T=9550Pn2=95500.2080.5=3972Nm经过减速器速出的扭矩可以达15000Nm,即所选的减速器是满足要求的。由于在选择电机与减速器时是不知道滚筒直径的大小，只知道要求移动的速度为250mm/min，所以只能先计算提升脚手架所需要的电机的功率大小，然后再选一之匹配的减速器，然后大概估算滚筒的直径，选择传动比，尽量留有余量，这样可以改变滚筒的直径。选择好电机和减速器后，根据提升速度，计算滚筒直径大小，如果与之前的估算的滚筒直径相近，经过计算后实际移动偏量可以忽略不计时，则可以采用之前的估算值。确定滚筒后需要校核减速器提供的扭矩是否满足提升所需要的值，如果满足则可以使用若不满足，则需要从新选取，然后再校核，直到满足为止。电机的功率选择非常重要，由于是用于起重，而且提升的是大型的施工设备，所以选择的电机功率要远大于所需要的理论功率，因为实际施工的环境是变动很大的。选择的减速器输出的扭矩也是需要远大于理论需要的扭矩，这样才能保证实际运行时动力足够。4 滚筒轴的设计4.1 轴的强度计算由于滚筒受到向上的拉力，及电机提供的动力，所以滚筒的轴受到电机的旋转产生的扭矩和向上拉力产生的弯矩。按扭转强度条件初步估算轴的直径 轴的功率P和扭矩n是已知，由于轴的结构还未确定，所以先计算滚筒轴的最小直径dmin，通过承受的扭矩大小来计算，因为滚筒轴所受的弯矩是未知的。所以只能按扭矩初步估算滚筒轴的直径， dmin作为轴端直径。由已选定的减速器型号给出的额定输出转矩T=15000NM 。由扭转强度计算轴的最小直径为： dmin=39550000p0.2Tn=A03Pn （4-1） =395500000.2080.2450.5=56.14mm式中：n为轴的转速（r/min），Ao为计算系数，P为轴所传递的功率（KW）查表4-1选择dmin=60mm表4-1 轴常用几种材料的T和A0值轴的材料 Q235 1Cr18Ni9Ti 35 45 40Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi T 1220 1225 2030 3040 4052 A0 160135 148125 135118 118107 10798 此时可以将计算所得的直径适当增大，同时还要考虑轴的其他装配等因素，然后根据这些因素作出轴的结构设计，在设计轴的结构具体化再后进行轴的强度校核。4.2 按弯扭合成强度计算轴的直径轴的结构设计图图4-1轴的结构设计图轴的剪力弯矩图及扭矩图图4-2轴的剪力弯矩图及扭矩图由弯矩图可以知道轴的最大弯矩 Mmax=L2F (4-2)由计算得Mmax=12050000=6000000Nmm按第三强度理论计算当量弯矩：Mca=M2+(T)2 （4-3）式中：为将扭矩折合为当量弯矩的折合系数，按扭切应力的循环特性取值:扭切应力理论上为静应力时，取=0.3。考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素，假定为脉动循环应力，取 =0.59。对于经常正、反转的轴，把扭剪应力视为对称循环应力，取 =1（因为在弯矩作用下，转轴产生的弯曲应力属于对称循环应力）。校核危险断面的当量弯曲应力（计算应力）：ca=M2+(T)2W=McaW-1 （4-4） 由公式4-3可计算得ca=M2+(T)2W=60000002+15000002249762.5=42.7MPa由表4-3可得40Cr的-1为70 MPa，即ca10025037539021545正火回火1017021759029522514055应用最广泛100300 162217 570 285 245 135 调质 200 217255 640 355 275 155 60 40Cr调质10010030024128673568554049035535520018570用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴40CrNi调质10010030027030024027090078573557043037026021075用于很重要的轴38SiMnMo调质10010030022928621726973568559054036534521019570用于重要的轴，性能近于40CrNi如果计算应力超出许用值，应增大轴危险断面的直径。如计算应力比许用值小很多，一般不改小轴的直径。因为轴的直径还受结构因素的影响。一般的转轴，强度计算到此为止。还需要对轴的按疲劳强度进行精确校核。由于这里计算得的应力小于许用应力的值，所以不用增大轴的直径，并且为了安全起见轴的危险断面增加了20mm，使原来60mm直径就能满足的轴径增大到了80mm，主要是为了考虑实际施工过程中轴的受力很可能会变大，所以增加了轴的直径大小，使滚筒偶尔在超载荷的条件下也能正常的工作，而不会因为轴的强度不够而受到限制。4.3 按疲劳强度精确校核为了确定轴的安全程度，需要分析确定危险截面，这需要根据轴的具体结构取分析。（这时不仅要考虑弯曲应力和扭转切应力的大小，而且还需要考虑应力集中和绝对尺寸等因素的影响）需要求出安全系数Sca并应使其大于或至少等于设计的安全系数S。即安全系数条件为： Sca=SSS2+S2S (4-5)S=-1Ka+ms (4-6)S=-1Ka+mS (4-7)式中：Sca为计算安全系数； S、S为受弯矩和扭矩作用时安全系数； -1为弯曲，-1为扭转疲劳极限； K、K为弯曲和扭转的有效应力集中系数； 为弯曲和扭转时的表面质量系数； 、为弯曲和扭转的绝对尺寸系数； 、为弯曲和扭转时平均应力折合应力幅的等效系数； a、a为弯曲和扭转的应力幅； m、m为弯曲和扭转平均应力。S为最小许用安全系数： S=1.31.5用于材料均匀，载荷与应力计算精确时； S=1.51.8用于材料不够均匀，载荷与应力计算精确度较低时； S=1.82.5用于材料均匀性及载荷与应力计算精确度很低时或轴径200mm时。 由公式4-5，4-6，4-7可计算的安全系数为由表4-3查得， -1=355Mpa,b= 735Mpa, -1=200Mpa。轴肩而形成的的理论应力集中系数，由机械设计3-2表查得=2.0，=1.54。由机械设计附图3-1查得轴的材料敏感系数为：q=0.82,q=0.85。即有效应力集中系数按公式 k=1+q(-1) (4-8) k=1+q(-1) (4-9)通过公式4-8,4-9，并带入公式可得 k=1+q-1=1+0.822-1=1.82 ，k=1+q-1=1+0.851.54-1=1.495 。由机械设计附图3-2的尺寸系数=0.65；由机械设计附图3-3的扭转尺寸系数=0.85。由机械设计的附图3-4得表面质量系数=0.76，取q=1。综合系数可由公式 K=k+1-1 (4-10) K=k+1-1 (4-11)通过带入数值进公式4-10,4-11可得，K=k+1-1=1.820.65+10.76-1=1.57 K=k+1-1=1.490.85+10.76-1=2.06 。钢的特性系数=0.10.2，取0.1=0.1；=0.050.1，取=0.05。计算安全系数 S=-1Ka+m=3551.574.65+0.10=48.62S=-1Ka+m=2002.068.32+0.058.32=11.39Sca=SSS2+S2=48.6211.3948.622+11.392=11.08S=1.8故可以知道是安全的。表4-4 零件倒角C与圆角半径R的推荐值直径d610101818303050508080120120180C或R1.02.53.0滚筒轴的设计主要计算需要某材料轴的最小直径，根据设计轴的结构，分析轴所受的力。这里所设计的轴受到扭矩和弯矩，这需要分别计算所需要的轴的直径大小，最后选择最大值的轴径作为设计轴最小轴径的尺寸来设计。由于滚筒轴在整个脚手架的升降的过程中都在受力，如果轴的强度不够就会发生扭断或变弯，这种情况下是没办法进行工作的，所以为了保证滚筒能正常工作，就需要对滚筒轴进行校核，只有滚筒轴的强度满足了要求，才能使用，才能保证滚筒的正常工作，才能保证整个升降过程正常工作。5 提升臂和防坠臂固定螺栓的计算及校核提升臂和防坠臂的作用是承受架体的重量，保证脚手架在提升的过程有一个依附，在这些过程中最容易出现问题的不是提升臂或防坠臂发生断裂，而是固定提升臂或防坠臂的螺栓发生松动和断裂。由于吊臂的固定方式不同，螺栓受到力的方向不同。所以需要分析固定螺栓的的受力情况，然后进行计算及校核螺栓的强度。由于防坠臂和提升臂设计是相同的，只是臂的长度不一样，以相对长的防坠臂的长度进行计算。根据实物图简化防坠臂的受力，以便能更加的进行分析计算及校核。5-1防坠臂的受力简图5.1 螺栓受力分析在总F的作用力下，螺栓组受到以下各力和倾覆力矩的作用：轴向力 （F的水平分力Fh分，作用在螺栓组总想，水平向左）Fh=F(sin60sin30+cos60cos60) =5000sin60sin30+cos60cos60N=4330N横向力（F的垂直分力FV垂，作用在接合面上，垂直向下）FV=Fsin60cos30+cos60sin60 =5000sin60cos30+cos60sin60N=2500N倾覆力矩（顺时针方向）M= FV10cm+Fh110cm=501300Ncm在轴向力的作用下，通过分析各螺栓所受的力为拉力Fa=Fhz （5-1）由公式5-1可计算得Fa=Fhz=43304=1082.5N 由于在倾覆力矩M的作用下，固定吊臂的最上面的两螺栓受到加载作用，而下面两螺栓受到减载作用，所以上面的螺栓受力较大，即所受的力大小为Fmax=MLmaxi=0zLi2 （5-2）由公式5-2可计算得Fmax=MLmaxi=0zLi2=501300102(102+102)N=12532.5N故上面的螺栓所受的轴向工作载荷为F=Fa+Fmax=1082.5N+12532.5N=13515N由于存在横向力，在横向力的作用下，会使底板链接接合面可能产生滑移。根据底板接合面不滑移条件可得f(zF0-CmCb+CmF)ksFV （5-3）5-1连接接合面的摩擦系数被连接件接合面的表面状态f钢或铸铁零件干燥加工表面0.100.16有油加工表面0.060.10钢结构件轧制表面，钢丝刷清理浮锈0.300.35涂富锌漆0.350.40喷砂处理0.450.55铸铁对砖料、混凝土或木材干燥表面0.400.45由表5-1查得集合面间的摩擦系数f=0.42,并取CbCb+Cm=0.2，则CmCb+Cm=1-CbCb+Cm=0.8,取防滑系数ks=0.2，各螺栓所需要的预紧力为F01z(ksFVf+CmCb+CmF)=141.225000.42+0.84330N=4242.7N上面每个螺栓受的总压力，由公式F2+CmCb+CmF （5-4）由公式5-4，并带入数值计算的F2+CmCb+CmF=4242.7N+0.213515=6945N5.2 确定螺栓的直径选择螺栓的材料为40Cr优质合金结构钢性能等级为12.9的螺栓，由表5-2查得材料的屈服极限s=1080MPa，由表5-3查得安全系数S=3，故螺栓材料的需用应=sS=10803=360MPa。由螺栓危险截面的直径（螺纹小径d1）为d141.3F2 (5-5) 由公式5-5可计算得d141.3F2=41.36945360mm=5.65mm5-2螺栓、螺钉和螺柱的性能等级性能等级8.89.810.912.9抗拉强度极限B/MPa30040050060080090010001200屈服极限s/MPa1802403203004004806407209001080硬度/HBS(mi n)90114124147152181238276304366推荐材料低碳钢低碳钢或中碳钢低碳合金钢、中碳钢，淬火并回火中碳钢，低、中碳合金钢、合金钢，淬火并回火合金钢，淬火并回火按粗牙普通螺纹标准（GT/T1962003），选用螺纹公称直径d=27（螺纹小径d1=25.376mm5.65mm）。5.3 校核螺栓组链接接合面(1)为了防止接合面被压碎，对接合面产生的挤压应力不能超过许用值。由表5-6查得pmax=1AzF0-CmCb+CmFh+MW （5-6）通过带入各个数值进公式5-6，得pmax=1AzF0-CmCb+CmFh+MW 1404044242.7N-0.84330+5013001104040403N/cm2=122.37N/cm2122.37N/cm2=1.22MPa由表5-4查得p=2.03.0MPa1.22MPa,故连接面不会压坏。5-3螺纹连接的安全系数受载类型静载荷变载荷松螺栓连接1.22.7紧螺栓连接受轴向横向载荷的普通螺栓连接不控制预紧力计算M6 M16M16 M30M30 M60M6 M16M16 M30M30 M60碳钢5 44 2.52.5 2碳钢12.5 12.5控制预紧力计算合金钢5.7 55 3.43.4 3合金钢10 101.2 1.51.2 1.5(Sa=2.5 4)铰制孔用螺栓链接钢：Sr=2.5,Sp=2.5铸铁：Sp=2.02.5钢：Sr=3.55.0,Sp=1.5铸铁：Sp=2.53.05-4连接接合面材料的许用挤压应力材料钢铸铁混凝土砖（水泥浆）木材p/MPa08s(0.40.5)B2.03.01.52.02.04.05.4 校核螺栓所需要的预紧力要求对合金钢螺栓，要求 F0(0.50.6)sA1 已知s=1080MPa, A1=4d12=425.3762mm2=505.49mm2,取预紧力的下限0.5sA1=0.51080505.49N=272966.7N要求的预紧力F0=4242.7N，小于上限值，所以满足要求预支相配套的螺母等级为，由表5-5可查的，等级为12。5-5螺母的性能等级性能等级456891012螺母保证最小应力min/MPa51052060080090010401150推荐材料易切削钢，低碳钢低碳钢或中碳钢中碳钢中碳钢，低、中碳合金钢、淬火并回火相配螺栓的性能等级3.6,4.6,4.8（d16）3.6,4.6,4.8(d16);5.6,8.8(d1639)9.6(d)10.912.9这里的固定吊臂的方式使吊臂产生倾覆力矩，受倾覆力矩的螺栓组，在受倾覆力矩前，已经拧紧，螺栓受预紧力，有均匀的伸长，当受到倾覆力矩时，底板上位置高的两个螺栓受到拉伸，墙面被放松，底板上位置低的螺栓被放松，墙面被压缩。又由于螺栓受到轴向载荷，所受到的力是压力。选择合适的螺栓大小和螺栓材料，还有螺栓的固定方式，这都是非常重要。只有螺栓的强度满足了，才能固住吊臂，保证架体升降正常。6 防坠器图6-6防止器图防坠器：主要是在架体发生坠落的时候，紧急的使架体停止坠落的一个装置。防坠器固定在主立柱的底节上，当吊绳发生断绳时，张力传感器受的拉力极具变小，通过系统的设定好的程序，自行的进行控制电控的开关，启动防坠器进行夹紧，防坠器通过夹紧防坠臂的实心吊管，使架体停止下坠。由于防坠器的启动时依靠电子控制的，所以一旦控制系统发生故障可能会导致防坠器的失效，所以在平时时候要时刻检查控制系统的正常。7 附着式升降脚手架的控制系统7.1 控制的流程图6-1控制的流程图控制方式分为同步控制和异步控制。由于施工重地要时刻关注现实的情况并且同步反馈显示，所以在附着式升降脚手架中使用同步控制方式，选择PLC控制系统，通过系统中各个