CN108049625A - 一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，包括吊篮本体、滑轨、滑块和阻尼弹簧，滑轨、滑块和阻尼弹簧构成防振体系；吊篮本体的底部设置与吊篮本体长边平行的滑轨，滑块能够在滑轨上滑动；滑块的两端分别通过阻尼弹簧固定在吊篮本体的端部，且阻尼弹簧与滑轨平行；当防振吊篮振动振幅较小时，即对应于无风状态的施工荷载作用时，滑块在阻尼弹簧的作用下保持在滑轨中央附近往复振动；当防振吊篮振动振幅较大时，即对应较大风荷载作用时，滑块在阻尼弹簧的作用下开始缓慢滑动，从而起到耗散能量，减少吊篮本体振动振幅的作用。经此设计的吊篮，可以有效的减少吊篮在高层外墙装修施工中由于施工荷载或风造成的振动。
Description
技术领域
本发明涉及高层建筑外墙装修施工安全领域，特别是涉及一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮。
背景技术
随着国民经济的飞速发展，我国出现了越来越多的高层或超高层建筑，所有的高层建筑或者超高层建筑都要进行外墙的装饰装修。在外墙装修的施工过程中，经常会出现由于施工荷载特别是风荷载引起的吊篮振动，可能会引起吊篮中的物品掉落，甚至引起吊篮的破坏，发生伤亡事故。目前常见的施工吊篮中还没有简单易行、造价低廉、耐久性好、效果显著的防振装置。
发明内容
本发明的目的在于针对现有高层建筑外墙装修施工的吊篮防振效果不好的缺点，提供一种防振效果好、简单易行、耐久性好且经济的适用于高层建筑外墙装修施工的防振吊篮。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，包括吊篮本体、滑轨、滑块和阻尼弹簧；所述吊篮本体的底部设置与吊篮本体长边平行的滑轨，滑块能够在滑轨上滑动；所述滑块的两端分别通过阻尼弹簧固定在吊篮本体的端部，且阻尼弹簧与滑轨平行；当防振吊篮振动振幅较小时，滑块在阻尼弹簧的作用下保持在滑轨中央，当防振吊篮振动振幅较大时，经过特殊设计的滑块可以在风荷载作用下发生共振而具有较大的振幅，从而使滑块带动阻尼弹簧耗散吊篮本体的能量，起到减少吊篮本体振动振幅的作用。
进一步地，所述滑块的形状为圆柱形，两端设有圆环状凸起；防振吊篮具有两个横截面为C形的滑轨；圆环状凸起嵌入滑轨的C形槽内，滑块能够通过两端的圆环状凸起在滑轨上滑动。
进一步地，所述吊篮本体的底部设有上下平行的上挡板和下挡板；滑轨置于上挡板和下挡板之间。
进一步地，所述阻尼弹簧由一个阻尼器和一根弹簧并联组成，阻尼弹簧一端与滑块连接，另一端与所在测吊篮本体的端部连接。
进一步地，所述阻尼器采用速度型封闭式的液压阻尼器。
进一步地，所述滑轨长度与吊篮本体长度一致。
进一步地，所述阻尼弹簧的***包裹一层尼龙布。
进一步地，滑块的质量需要根据共振原理和当地的气候条件设计计算后确定。
进一步地，所述吊篮本体由高强钢材制成，具有足够的承载力；所述滑轨由具有足够承载力的钢材制成；所述滑块的材料为铸铁或混凝土块。
本发明的有益效果是：本发明防振吊篮中的滑轨、滑块、阻尼弹簧构成了一个简单、经济的防振体系，具有突出的防振效果；无风状态的施工荷载作用在吊篮上时，吊篮振动振幅较小，滑块在阻尼弹簧的作用下保持在滑轨中央附近往复振动，在振动的过程中，借助阻尼器耗散整个吊篮振动的能量，有效的减小吊篮振动的振幅。当吊篮振动振幅较大时，即对应于有风状态的施工荷载作用时，经过特殊设计的滑块可以在风荷载的作用下发生共振而产生较大振幅，从而使滑块带动阻尼弹簧中的阻尼器耗散吊篮本体的能量，减少吊篮本体振动振幅。本发明所用的滑块的质量需要根据共振原理和当地的气候设计计算后确定，在不明显增加吊篮负重的情况下，可以显著的防止吊篮在施工过程中的振动，保障施工人员的安全。经此设计的高层建筑外墙装修施工的防振吊篮可以有效的减少振动平面平行于外墙的振动，起到良好的防振效果，造价低廉，安装简单，防振效果突出，可靠性好。
附图说明
图1是本发明的正视图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明的剖视图；
图4是本发明的滑轨和滑块的剖视图；
图5是本发明的阻尼弹簧的设计图；
图6是本发明吊篮偏离平衡位置时的状态示意图；
其中，吊篮1、滑轨2、滑块3、阻尼弹簧4、阻尼器5、弹簧6、上挡板7、下挡板8、尼龙布9、圆环状凸起10。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-3所示，本实施例提供的一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，包括吊篮本体1、滑轨2、滑块3和阻尼弹簧4，滑轨2、滑块3和阻尼弹簧4构成了一个简单、经济的防振体系，具有突出的防振效果；所述吊篮本体1的底部设置与吊篮本体1长边平行的滑轨2，滑块3能够在滑轨2上滑动，所述滑轨2长度优选为与吊篮本体1长度一致，滑块3的质量需要根据共振原理和当地的气候设计；所述滑块3的两端分别通过阻尼弹簧4固定在吊篮本体1的端部，且阻尼弹簧4与滑轨2平行，阻尼弹簧4的刚度适中，可以使滑块3在无风施工条件时保持在滑轨2的中央；阻尼弹簧4可以采用由一个阻尼器5和一根弹簧6 并联组成；所述吊篮本体1由高强钢材制成，具有足够的承载力；所述滑轨2由具有足够承载力的钢材制成；所述滑块4是由一定质量的材料制成，例如铸铁、混凝土块等。当防振吊篮振动振幅较小时，即对应于无风状态的施工荷载作用时，滑块3在阻尼弹簧4的作用下保持在滑轨3中央附近往复振动；当防振吊篮振幅较大时，即对应于有风状态的施工荷载作用时，经过特殊设计的滑块3可以在风荷载作用下发生共振，从而使得滑块3的振幅变得很大，因为阻尼器5消耗的能量与滑块3振幅的平方成正比，所以通过这样设计的滑块3可以带动阻尼器5大大的耗散防振吊篮的能量，从而起到减小防振吊篮振幅的作用。本实施例中，所用的滑块3的质量为18-22kg，在不明显增加吊篮负重的情况下，可以显著的防止吊篮在施工过程中的振动，保障施工人员的安全。
如图4所示，滑块3的形状为圆柱形，两端设有圆环状凸起10；防振吊篮具有两个横截面为C形的滑轨2；圆环状凸起10嵌入滑轨2的C形槽内，滑块3能够通过两端的圆环状凸起10在滑轨2上滑动。
如图5所示，阻尼弹簧4由一个阻尼器5和一根弹簧6并联组成，阻尼弹簧4一端与滑块3连接，另一端与所在测吊篮本体1的端部连接；阻尼器5可采用速度型封闭式的液压阻尼器；所述阻尼弹簧4的***可包裹一层尼龙布9。
如图6所示，当防振吊篮偏离平衡位置的时候，滑块3在重力的作用下向与振动相反的方向滑动，使阻尼器5做负功，起到了耗散整个防振吊篮能量的作用，从而可以起到减少吊篮振幅的作用。
本发明防振吊篮的减振原理如下：
基本原理是利用滑块在振动时带动阻尼器耗能，从而减少吊篮的振幅，在设计时，考虑让与阻尼弹簧连接的滑块产生共振，根据阻尼器的做功公式知阻尼器耗散的能量与振幅的平方成正比，为了使滑块产生最大的振幅，优化了弹簧，阻尼器，滑块质量的选择。
增设的弹簧可以使滑块在整个吊篮静止的时候能保持在吊篮的中央，这样可以使得吊篮在未晃动时，重心始终保持在中轴线上，使得吊篮不会产生偏斜。同时加入一个弹簧后，可以通过特殊的设计使得滑块发生共振，增大阻尼器耗散的能量，从而起到突出的减振效果，具体原理如下所述。
基本原理：
在上下滑板之间的滑块做有阻尼的强迫振动，由于动力学知识，得其运动方程有：
令
其中cc为临界阻尼，ζ为阻尼比，c为阻尼器阻尼，x为滑块位移随时间t变化的函数， 为x对时间t的一阶导数和二阶导数，m为滑块的质量，ω为外界激振力的圆频率，ωd为自振圆频率，k为弹簧刚度，F0为外界激振力的振幅，t为时间。
从而方程变形为：
这是一个非齐次二阶常系数微分方程，根据微分方程理论，得通解有：
B,A是与初始条件有关的常数，γ＝ω/ωd
因为是强迫振动，当时间较长时，滑块的振动方程退化为下式：
在此过程中阻尼器所做的功为：
式中为滑块做强迫振动时的振幅，F为阻尼力，因为采用速度型阻尼器，所以
也就是说滑块在振动时，阻尼力所做的功与滑块的振幅的平方成正比的，为了使得减振装置具有突出的减振效果，应该使得滑块振动的振幅足够的大，即滑块尽可能的发生共振。这样阻尼器所做的功最大，能最大限度的耗散外界(风)施加给吊篮的能量，即减少吊篮的振幅。
通过前面的推导，要使得滑块的振幅达到最大，必有：
取最大值
其中γ＝ω/ωd＝，ζ＝c/(2mω)，
式中ω与风振动的频率有关，c与阻尼器有关，m是滑块的质量，ωd与弹簧的刚度有关。
实例
为了使得滑块有最大的振幅，ω，c，m，k之间必须有一个关系式。根据常遇的工况，风荷载的振动频率取8Hz，根据常用的阻尼器和弹簧的刚度取c＝2500N/mm，k＝500N/mm。为了求得滑块的最佳质量，ω，c，m，k之间的关系式如下：
有取最小值
代入求解可以得到m＝15.6kg，考虑到滑轨可能存在的摩擦，滑块如果太轻，不容易滑动，因此在该工况下，可以取m＝18kg～22kg。此时滑块在自然风的作用下，可以产生较大的振动，从而起到良好的隔振效果。
根据不同的区域，可以取不同的自然风频率，根据现有的工艺制造情况，选择合适的阻尼器和弹簧，从而求得在不同工况下滑块的最优质量。
Claims (9)
1.一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，其特征在于，包括吊篮本体(1)、滑轨(2)、滑块(3)和阻尼弹簧(4)；所述吊篮本体(1)的底部设置与吊篮本体(1)长边平行的滑轨(2)，滑块(3)能够在滑轨(2)上滑动；所述滑块(3)的两端分别通过阻尼弹簧(4)固定在吊篮本体(1)的端部，且阻尼弹簧(4)与滑轨(2)平行；当防振吊篮振动振幅较小时，滑块(3)在阻尼弹簧(4)的作用下保持在滑轨(3)中央，当防振吊篮振动振幅较大时，滑块(3)可以在风荷载作用下发生共振而具有较大的振幅，从而使滑块(3)带动阻尼弹簧(4)耗散吊篮本体(1)的能量，起到减少吊篮本体(1)振动振幅的作用。
2.根据权利要求1所述的一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，其特征在于，所述滑块(3)的形状为圆柱形，两端设有圆环状凸起(10)；防振吊篮具有两个横截面为C形的滑轨(2)；圆环状凸起(10)嵌入滑轨(2)的C形槽内，滑块(3)能够通过两端的圆环状凸起(10)在滑轨(2)上滑动。
3.根据权利要求1所述的一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，其特征在于，所述吊篮本体(1)的底部设有上下平行的上挡板(7)和下挡板(8)；滑轨(2)置于上挡板(7)和下挡板(8)之间。
4.根据权利要求1所述的一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，其特征在于，所述阻尼弹簧(4)由一个阻尼器(5)和一根弹簧(6)并联组成，阻尼弹簧(4)一端与滑块(3)连接，另一端与所在测吊篮本体(1)的端部连接。
5.根据权利要求4所述的一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，其特征在于，所述阻尼器(5)采用速度型封闭式的液压阻尼器。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，其特征在于，所述滑轨(2)长度与吊篮本体(1)长度一致。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，其特征在于，所述阻尼弹簧(4)的***包裹一层尼龙布(9)。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，其特征在于，所述滑块(3)的质量需要根据共振原理和当地的气候条件确定。
9.根据权利要求1-5任一项所述的一种能够自平衡的高层外墙装修施工用防风振吊篮，其特征在于，所述吊篮本体(1)材料为钢材；所述滑轨(2)的材料为钢材；所述滑块(4)的材料为铸铁或混凝土块。
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