【正文】 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 所在學(xué)院： 機械與動力工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設(shè)計 (論文 )題目： 插桿式擦窗機設(shè)計 2020 年 6 月 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 插桿式擦窗機設(shè)計計算 摘要 如今社會經(jīng)濟迅猛發(fā)展，城市也越來越多，伴隨著城市的產(chǎn)生，高樓大廈也 如雨后春筍般矗立起來，擦窗機便在這個背景下誕生了。擦窗機可以分為軌道式、 輪載式、插桿式、懸掛式、滑梯式。 本課題是關(guān)于擦窗機裝置的設(shè)計計算，主要研究計算了以下幾個方面的內(nèi)容： 。 ，地腳螺栓，工字鋼吊臂進行了校核。 。國外發(fā)達國家的擦窗機產(chǎn)品發(fā)展較早 ,如德國、日本、比利時、挪威等國家 ,相繼從 60 年代初就逐步形成了自己的產(chǎn)品系列。 1995 年前后 ,國內(nèi)開始進入興建高層建筑熱潮 ,國內(nèi)專業(yè)擦窗機公司也相繼發(fā)展起來。 2020 年 ,我國頒布了 GB19154 2020《擦窗機》國家標(biāo)準(zhǔn)。但在國內(nèi)也還有相當(dāng)一部分高層高檔建筑 ,由于建筑設(shè)計時未考慮擦 窗機的配套設(shè)計 ,無法安裝擦窗機設(shè)備 ,給以后的清洗和維護帶來了很大的不便。對于造型復(fù)雜的大樓 ,人工就無法清洗 ,更談不上進行其它作業(yè)。大繩吊板人工清洗終將被取締 ,擦窗機則是完成高空作業(yè)最安全、實用、高效的專用設(shè)備。 的結(jié)構(gòu)和類型。 GB191542020 和機械設(shè)計手冊對擦窗機各部件進行設(shè)計選型 。 、維護、保養(yǎng)。 擦窗機的作用： (1) 維護 —— 可以承載兩名工作人員對建筑物外飾面進行 檢查和維護 ； (2) 清潔 可以承載兩名工作人員 定期 對建筑物外飾面進行保潔、 維修，可以使建筑物的外觀保持整潔并風(fēng)貌常新 ； (3) 應(yīng)急 在火災(zāi)等特殊情況下，可以垂直運送被困人員； (4) 運輸 可以垂直吊運一些電梯無法運送的物品和設(shè)備。 擦窗機最大的特點是非標(biāo)準(zhǔn)性機電設(shè)備。針對每一棟大樓的獨特建筑形式和功能，在選用擦窗機時，應(yīng)從安全性、經(jīng)濟性、實用性這三大原則的基礎(chǔ)上，按以下幾點進行考慮： （ 1）優(yōu)先選用軌道式，自動化程度高，安全可靠； （ 2）樓頂空間通道、立面結(jié)構(gòu)等是否適合所選擇的擦窗機型式； （ 3）選用的擦窗機是否滿足結(jié)構(gòu)承載要求； （ 4）選用的擦窗機盡量不影響建筑物的美觀； （ 5）擦窗機的造價業(yè)主能否承受； （ 6）能否選用最少臺數(shù)，完成整個大廈的作業(yè)。 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 GB191542020 標(biāo)準(zhǔn) 對擦窗機 編號方法如圖 21。179。179。179。179。179。179。179。179。179。179。該電動吊船與軌道式吊船不同 ,它自身配置有升降的提升機、安全鎖、收繩 器等。但其價格便宜 ,業(yè)主以造價為首選條件時 ,常采用此方案。吊船自重 約 200 kg。 H 179。 m) (1. 25 為動載系數(shù) ) 。其座地插桿、附墻插桿和插座布置圖見圖 22 ,產(chǎn)品主要尺寸變化范圍見表 21。例如一些 擦窗機在使用時發(fā)現(xiàn)套筒不圓整，導(dǎo)致在組裝時難以將插桿裝入其中，這是由于在運輸途中不注意套筒的碰撞變形 。 擦窗機 的安裝 （ 1）、插桿式吊臂 由吊臂、吊臂桿、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、可變懸掛點和 鋼絲繩回收機構(gòu)組成。吊臂懸掛吊籃的水平距離可以按固定預(yù)留位置調(diào)節(jié)，以便調(diào)節(jié)吊籃與幕墻之間的距離有一最佳位置。 （ 2）、插座 A．屋面固定 采用特殊型鋼制造成插桿底座，將用高強無縫鋼管與鋼板組焊成套筒插入底座，將吊臂主架插入套筒內(nèi)組成插桿式吊臂。 （ 1） 、 卷揚型吊籃：合金鋁制作，四周圍有防護金屬板網(wǎng)。吊籃下端裝有 4 個行走輪。主剎車是盤式電磁制動器直接作用于電機上；副剎車是采用無動力機械式后備限速制動器直接裝置在卷筒上。該制動器靈敏度高、動作平穩(wěn)、安全可靠。 （ 2）、安全機構(gòu)：緊急停車裝置、超載安全裝置、吊籃高、低位限位裝置、行程終止限位裝置、卷筒上鋼絲繩長度限位裝置、鋼絲繩松繩裝置等。 （ 3）、救生安全機構(gòu)：配備特制尼龍繩及安全卡，此安全系統(tǒng)完全獨立于擦窗機，單獨發(fā)揮其安全作用。 （ 5）、雙吸盤臨時定位裝置：配備兩套雙吸盤，在刮風(fēng)期間起臨時定位作用。 安裝后需要注意： 、完整，有連接牢固可靠，裝配質(zhì)量應(yīng)符合JG/ 的規(guī)定。 吊船在建筑物表面正常運行，當(dāng)作業(yè)高度超過 30m 時宜配置固定的導(dǎo)向裝置。該插座應(yīng)防雨、安全、可靠。 插桿式擦窗機 的使用 插桿式擦窗機 的使用中注意的問題 ??1 ： ： a）環(huán)境溫度： 20℃～ +40℃； b）環(huán)境相對濕度不大于 90％（ 25℃）； c）電源電壓偏離額定值177。 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 ： a）電氣 系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)功能正常、動作靈敏、可靠； b）安全保護裝置、限位裝置、各控制元件動作準(zhǔn)確安全可靠； c）升降、變幅、回轉(zhuǎn)、行走等各傳動機構(gòu)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不得有過熱、異常聲響或振動，運動部位不應(yīng)有滲漏油現(xiàn)象。 ： a）工作人員可以方便地進出吊船，不允許工作人員爬墻或從樓面護欄進出吊船； b）插桿宜設(shè)置輪子或搬運小車，以便插桿作業(yè)位置的移動； c）插桿應(yīng)有足夠高度，以防止吊船收回樓面時與建筑物相碰； d）插桿與插座間應(yīng)安裝 定位裝置，使插桿在懸掛工作位置不能轉(zhuǎn)動； e）應(yīng)保證拆卸時，插桿不能倒向女兒墻外側(cè)。 本次擦窗機的技術(shù)參數(shù)： 吊籃：尺寸： 2020179。 1200mm(高 ) 自重 : 4kN 安全載荷 : 2kN 限乘人數(shù) : 2 人 升降速度 : 10m/min 抗傾覆安全系數(shù) : 〉 2 工作高度 : 40m 插桿式擦窗機的控制系統(tǒng)設(shè)計 隨著我國城市市容環(huán)衛(wèi)意識的提高，高層建筑物外墻的定期清洗及檢修維護已逐漸引起人們的重視，高層建筑擦窗機正是完成這一高空作業(yè)最安全、實用、高效的專用設(shè)備。擦窗機可分為主機和操作平臺兩部分 主機部分設(shè)于大廈屋頂，通過鋼絲繩將操作平臺送至大廈 需清洗的各個外墻立面位置 擦窗機的動作包括主機行走、回轉(zhuǎn)，仰臂變幅和平臺升降等，所有動作全部采用點動操作。 控制系統(tǒng) 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 一般控制系統(tǒng)可以分為繼電器控制系統(tǒng)和可編程序控制器控制系統(tǒng)。但由于擦窗機的每一個動作都需要一套控制電路與之配合，中間繼電器和時間繼電器較多，觸點也較多，且動作之間的互鎖關(guān)系又增加了硬件電路的投入，使整個控制系統(tǒng)的體積相對較大。 （ 2）可編程序控制器控制系統(tǒng) 圖 31 可編程序控制器控制系統(tǒng)原理圖 可編程序控制器是由 編程來實現(xiàn)邏輯控制，可最大限度地滿足工程需要。這種控制系統(tǒng)體積較小、線路相對簡單、可靠性較高、維修方便，近年來逐漸被生產(chǎn)廠采用。 主機操作盤 平臺操作臺 可編程序控制器 接觸器 接觸器 接觸器 第三章 插桿式擦窗機設(shè)計計算 10 綜上，由于插桿式擦窗機結(jié)構(gòu)較為簡單以及考慮成本等，我們選擇繼電器控制系統(tǒng)。前者控制電機的正反轉(zhuǎn)，后者控制電機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)正轉(zhuǎn)起動時，按下起動按鈕 SB2， KM1 線圈通電吸合并自鎖，同時另一條支路 SB2斷開防止了電機短路，電動機正向起動并運轉(zhuǎn)；當(dāng)反向起動時，按下反轉(zhuǎn)起動按鈕 SB3， KM4 線圈通電吸合并自鎖，電動機比恩反向起動并運轉(zhuǎn)。起動前，首先將主令控制器 SA手柄置到“ 0”位，則觸點 SA0 接通。起動時，見 SA 有“ 0” 位推向“ 3”位， SA 的觸點 SA SA SA3 閉合， KM1 線圈通電，主觸點閉合，電動機在轉(zhuǎn)子每相串兩段電阻情況下起動， KM1 的動斷輔助觸點斷開， KT1線圈斷電開始延時。當(dāng) KT2 延時結(jié)束時，其動斷延時閉合的觸點閉合， KM3 線圈通電，主觸點閉合，切除電阻 R2，電動機進入全速運轉(zhuǎn)。當(dāng)要求調(diào)速時，可將主令控制器手柄推向“ 1”位或“ 2” 位。當(dāng)要求電動機停車時，將主令控制器手柄撥回到“ 0”位，接觸器 KM KM KM3 均斷電，電動機斷電停車。 表 31 零件選擇 信號傳輸和鋼絲繩選擇 擦窗機都采用主機和平臺兩地操作，主機處控制擦窗機的運行和停止動作；在平臺處一般只控制平臺的升降，也可有選擇地控制其它動作，因此將平臺內(nèi)的操作信號準(zhǔn)確有效地傳送給主機非常重要。 （ 1） 獨立電纜傳送方式 采用電纜作為主機和平臺的信號 傳送是較常見的方式。但這種方式存在很多弊 端，一是受到擦窗機工作高度的限制，當(dāng)平臺工作高度超過 100m時電纜的自重可能導(dǎo)致斷纜發(fā)生，而且由于電纜自垂于主機和平臺之間，其自身的擺動將引起操作平臺的搖晃，大數(shù)字編碼控制系統(tǒng) 日本歐姆龍 接近開關(guān) 日本歐姆龍 按鈕開關(guān) 日本和泉 接觸器 日本富士 相控開關(guān) 法國梅蘭日蘭 第三章 插桿式擦窗機設(shè)計計算 12 大降低了擦窗機的安全性；二是這種方式與繼電器控制系統(tǒng)配合時每個動作信號都需占用一根導(dǎo)線，平臺內(nèi)操作信號的數(shù)量由于受到電纜芯數(shù)的限制而降 低了平臺內(nèi)的操作功能，當(dāng)這種方式與可編程序控制器控制系統(tǒng)配合時因電纜自然懸垂沒有屏蔽弱電干擾，易造成誤動作。一般一根鋼絲繩內(nèi)藏兩根電纜芯，而擦窗機太都采用四根鋼絲繩同步工作，因此主機和平臺的信號線最多為 8 根．最適合配合專用串行通訊模塊使用。但因其成本較高、實用性低，所以國內(nèi)擦窗機工程中很少采用。 WOLF 公司生產(chǎn)的擦窗機專用鍍鋅鋼纜； ≥ 10 倍； 毫米； 、帶有絕緣層的銅芯； 80%； 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 。 插桿式擦窗機結(jié)構(gòu)件設(shè)計 地腳螺栓的選擇及校核 分析擦窗機可知道地腳螺栓 ??9 同時承受預(yù)緊力和工作拉力的緊連接，這種受力形式在緊螺栓連接中比較常見，因而也是最重要的一種。根據(jù)理論分析，螺栓的總拉力除預(yù)緊力 F0、工作拉力 F 有關(guān)外，還受到螺栓剛度 Cb 及被連接件剛度 Cm等因素的影響。 計算簡略圖如下： 圖 34 螺栓計算簡略圖 采用如圖所示的結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù) z=4,對稱布置。 145＋ F3179。 145+2020179。 表 35連接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力 ??p? 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 材料 鋼 鑄鐵 混凝土 磚（水泥漿縫） 木材 ??p? /Mpa S? (~)B? ~ ~ ~ (2)連接接合面上端應(yīng)保持一定的殘余預(yù)緊力，以防止托架受力時接合面間產(chǎn)生間隙，即 0min?P? ，有 2N /.34WM)FCC C( z F1 2mb m0m i n ????? M pacmAp 豎直? （ 37） 故接合面上端受壓最小處不會產(chǎn)生間隙。 吊臂 吊臂的計算簡圖如下： 圖 35 吊臂計算簡圖 第三章 插桿式擦窗機設(shè)計計算 18 已知 G=6000N， W=2020N 由靜力平衡等條件得出： 021 4 5 01 4 5 0 0 ????? yFWG （ 38） 得出 F0y=10150 N xyF 00F3130tan ??? 00F2130sin F y??? 得出 F0x=17580N， F0=20300N 再由靜力平衡條件可得 Fx=F0x=17580N ， Fy=— 2150N 由此求得吊臂橫截面上的應(yīng)力為 M p aAFx 58 0 ???? （ 39） 查表知道 Q235 的許用應(yīng)力 ??? 為 100Mpa ? ???? 可見吊臂滿足了強度條件。從剪力圖看出，當(dāng)在 AB段時最大剪力為 Fsmax=6000N。只要確定線上的兩點，就可以確 定這條直線。在 CB 段內(nèi)積分時，對含有（ x2a）的項就以（ x2a）為自變量，這可使定積分常數(shù)的運算得到簡化。39。39。39。39。39。39。由于撓曲線應(yīng)該是一條刮花連續(xù)的曲線，因此，在 AC 和 BC 兩段的交接截面 C 處，由（ 1）式確定的轉(zhuǎn)角應(yīng) 該等于由（ 3）式確定的轉(zhuǎn)角；而且由（ 2）式確定的撓度應(yīng)該等于由（ 4）式確定的撓度，即 X1=x2=a 時， 39。 21 ww? 21 ww? 在各式中， 令 x1=x2=a,并應(yīng)用在連續(xù)性條件得 22212 2 )(. CaaFalFbCa