插桿式擦窗機設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(論文)

1、畢業(yè)設(shè)計(論文) 所在學院： 機械與動力工程學院 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 2013年6月插桿式擦窗機設(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。由于擦窗機需要人來操作，因此安全將置于首位，設(shè)計時各個部件都必須具有絕對的安全可靠性能。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：1. 介紹了擦窗機產(chǎn)生的背景及其在高樓大廈上的廣泛應用。2. 用電磁繼電器組成控制電路，實現(xiàn)了擦窗機吊籃的上升、下降、制

2、動以及多檔位速度控制，并選擇了電纜內(nèi)置的鋼絲繩的型號。3. 對擦窗機的結(jié)構(gòu)件，地腳螺栓，工字鋼吊臂進行了校核。4. 分析了擦窗機安全裝置中的安全鎖、卷筒后備制動等。5. 選擇了擦窗機提升機的型號以及卷筒的布置形式。關(guān)鍵詞：建筑機械 吊籃 擦窗機 外墻清洗the design of rod-type window wiping machine abstract today, social economy has been rapidly developing , the number of cities is also increasing, in the same time, many-sto

3、ried building are also built. window cleaning machine was born in this background. window cleaning machine can be divided for track-type, load-type, plunger-type, suspension-type, slide-type. as a result of window cleaning machine need to human operate, so the safety will be put in the first place,

4、when all parts must be absolutely safe and reliable performance.this topic is about wipe window machine device design calculation, the main research content are as follows:1. the background of window cleaning machine and the application of tall building are introduced. 2. control circuit is consist

5、of electromagnetic which make the window cleaning machine rise, decline, basket braking and different speed control, and we select cable built-in wire rope model.3. the window cleaning machine structure, anchor bolts, steel boom is checked.4. window cleaning machine safety device, safety lock and ba

6、ck-up brake drum, is analysed.5. the type of window cleaning machine hoist is selected and drum is arranged.key words: building machinery；hanging basket；window cleaning equipment； external cleaning； 目錄摘要iabstractii第一章 緒論11.1擦窗機發(fā)展概況11.2本文研究內(nèi)容1第二章 擦窗機22.1擦窗機的定義及作用22.2擦窗機的分類與選型考慮因數(shù)22.2.1插桿式擦窗機42.3擦窗機的安

7、裝與維護42.3.1擦窗機的安裝52.3.2插桿式擦窗機的使用6第三章 插桿式擦窗機設(shè)計計算83.1 插桿式擦窗機的控制系統(tǒng)設(shè)計83.1.1 控制系統(tǒng)83.1.2 信號傳輸和鋼絲繩選擇113.2 插桿式擦窗機結(jié)構(gòu)件設(shè)計133.2.1 地腳螺栓的選擇及校核133.2.2 吊臂173.3 安全系統(tǒng)設(shè)計233.3.1 高處吊籃安全鎖制動性能233.3.2 卷筒制動器（后備制動器）293.4 插桿式擦窗機動力系統(tǒng)設(shè)計333.4.1 電動機的選擇333.4.2 卷筒的選擇36第四章 結(jié)語41參考文獻42致謝44 第一章 緒論1.1擦窗機發(fā)展概況擦窗機是在高處作業(yè)吊籃基礎(chǔ)上發(fā)展起來的產(chǎn)品。國外發(fā)達國家的擦

8、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。我國在8090 年代新建的一批高層高檔建筑,大部分是由國外建筑師設(shè)計,并在建筑設(shè)計時已考慮了擦窗機的安裝,均選用了國外的擦窗機產(chǎn)品,為大廈以后外墻的清洗和維護等作業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。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。目前,擦窗機產(chǎn)品在我國已得到迅速發(fā)展,已成為一種高新技術(shù)含量的機電一體化設(shè)備。2003 年,我國頒布了gb19154- 2003擦窗機國家標準。北京、上海、廣州等大城市中的高檔建筑,大部分都安裝了擦窗機設(shè)備。但在國內(nèi)也還有相當一部分高層高

9、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。有些造型簡單的大樓,采用大繩吊板進行人工清洗,即不安全又不文明,也無法進行更換幕墻玻璃、補膠等作業(yè);對于造型復雜的大樓,人工就無法清洗,更談不上進行其它作業(yè)。隨著我國法律、法規(guī)的不斷健全,文明程度的提高,大廈物業(yè)管理的建立,對其外墻的定期安全清洗及檢修維護,已越來越引起人們的高度重視。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。安裝擦窗機的必要性已得到了普遍認可。 1.2本文研究內(nèi)容1.擦窗機的結(jié)構(gòu)和類型。2.擦窗機的工作原理。3.根據(jù)擦窗機gb19154-

10、2003和機械設(shè)計手冊對擦窗機各部件進行設(shè)計選型。4.對設(shè)計出的擦窗機進行安全分析并對一些關(guān)鍵安全部件進行強度校核。5.擦窗機的安裝、維護、保養(yǎng)。第二章 擦窗機2.1擦窗機的定義及作用擦窗機（permanently installed suspended access equipment): 用于建筑物或構(gòu)筑物窗戶和外墻清洗、維修等作業(yè)的常設(shè)懸吊接近設(shè)備。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貌常新；(3) 應急-在火災等特殊情況下，可以垂直運送被困人員；(

11、4) 運輸-可以垂直吊運一些電梯無法運送的物品和設(shè)備。2.2擦窗機的分類與選型考慮因數(shù) 按照擦窗機標準，擦窗機可分為：屋面軌道式（簡稱軌道式）、輪載式、懸掛軌道式（簡稱懸掛式）、滑車式和插桿式、滑梯式。擦窗機最大的特點是非標準性機電設(shè)備。建筑物的高度、外觀、立面結(jié)構(gòu)形式、樓頂空間尺寸都不相同，因此也很難找到二臺一樣的擦窗機。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

12、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)。擦窗機型號由組、型、特性代號、主參數(shù)代號和變型更新代號組成。gb19154-2003標準對擦窗機編號方法如圖2-1。圖2-1擦窗機編號方法標記示例a） 額定載重量200kg，屋面軌道式伸縮臂變幅擦窗機；擦窗機 cwgs200 gbb） 額定載重量300kg，屋面軌道式小車變幅擦窗機；擦窗機 cwgc300 gbc） 額定載重量250kg，輪載式動臂變幅擦窗機第一次變型產(chǎn)品；擦窗機 clzd250a gbd） 額定載重量150kg，懸掛軌道式擦窗機；擦窗機 cug150 gbe） 額定載重量

13、200kg，插桿式擦窗機；擦窗機 ccg200 gb2.2.1插桿式擦窗機 該機型為小型擦窗機設(shè)備,由插桿、電動吊船組成。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。該擦窗機就位操作麻煩、常布置于裙房和樓頂?shù)木植课恢?。但其價格便宜,業(yè)主以造價為首選條件時,常采用此方案。主要技術(shù)參數(shù):額定載荷200300kg ,升降速度10m/ min。吊船自重約200 kg。（1） 滑車式擦窗機滑車式擦窗機自重較輕,自重加額載1000kg ,其受力主要為女兒墻承受彎矩,m = 650 h 1. 25 ( kgm) (1. 25 為動載系數(shù)) 。 2) 插桿式擦窗機插桿式擦窗機的結(jié)構(gòu)

14、受力可參照滑車式擦窗機計算。其座地插桿、附墻插桿和插座布置圖見圖2-2 ,產(chǎn)品主要尺寸變化范圍見表2-1。 圖2-2 插桿式擦窗機 表2-1插桿式擦窗機產(chǎn)品主要尺寸變化范圍abdef35040020005008003502.3擦窗機的安裝與維護擦窗機在使用過程中的一些損壞原因是沒有注意擦窗機的運輸、存放、安裝和維護等細節(jié)造成的。例如一些擦窗機在使用時發(fā)現(xiàn)套筒不圓整，導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。又如一臺擦窗機使用很久后，出現(xiàn)銹蝕，這與后期的維護有關(guān)，需要多注意定期檢查和涂漆保養(yǎng)。2.3.1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

15、點和鋼絲繩回收機構(gòu)組成。調(diào)節(jié)插桿式吊臂的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，將吊籃回收到屋頂（cwy2221型和cqy2221型插桿式吊臂）。吊臂懸掛吊籃的水平距離可以按固定預留位置調(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。插桿式吊臂的外表面全部熱噴鋁，保25年不生銹。（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。b女兒墻固定采用20槽鋼駐焊成方面柱（高800mm），它的兩個立面上各有一對孔與吊臂立柱的u型立桿的兩孔對應，當?shù)醣圪N緊吊臂座后插入兩個銷栓，將吊臂與吊座牢固結(jié)合成一個整體。 c.卷揚型吊籃擦窗機及相關(guān)部件 （1）、卷揚型

16、吊籃：合金鋁制作，四周圍有防護金屬板網(wǎng)。吊籃配卷筒式提升器1套、排繩機構(gòu)、制動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)及各種安全裝置、電控系統(tǒng)、防撞系統(tǒng)。吊籃下端裝有4個行走輪。該動力系統(tǒng)的制動系統(tǒng)采用主副剎車裝置。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。在吊籃正常工作時，限速制動器不工作；當傳動系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生故障而引起吊籃超速墜落時（額定速度的140%），由于齒輪速度的變化而產(chǎn)生的離心力，迫使限速器動作，即時停止卷筒運轉(zhuǎn)。該制動器靈敏度高、動作平穩(wěn)、安全可靠。該吊籃是用同一個電機帶動兩個卷筒同時工作的，使兩個卷筒同步，因此吊籃始終保持平衡的；又因為吊籃的鋼

17、絲繩的升降機構(gòu)和鋼絲繩收放機構(gòu)是同一套機構(gòu)執(zhí)行的，因此該吊籃的提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、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。每個安全裝置在控制箱里都連接有報警指示燈與蜂鳴器，當安全裝置啟動時，報警指示燈啟明并發(fā)出蜂鳴聲。（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。（4）、電力故障與事故的人工降落裝置：該裝置在停電或發(fā)生意外故障時，可手放機構(gòu)將吊籃緩慢降到安全位置。（5）、雙吸盤臨時定位裝置：配備兩套雙吸盤，在刮風期間起臨時定位作用。（6）、吊籃外表面

18、全部熱噴鋅，保25年不生銹。安裝后需要注意： 1.所有零部件的安裝應正確、完整，有連接牢固可靠，裝配質(zhì)量應符合jg/t5011.11的規(guī)定。2. 安裝擦窗機用的預埋螺栓直徑不應小于16mm。3. 為保證吊船在建筑物表面正常運行，當作業(yè)高度超過30m時宜配置固定的導向裝置。 4.在建筑物的適當位置，應設(shè)置供擦窗機使用的電源插座。該插座應防雨、安全、可靠。緊急情況能方便切斷電源。2.3.2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.擦窗機應能在下列環(huán)境下正常工作：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5；d）工作處陣風風速不大于8.3m/

19、s（相當于5級風力）。 2.擦窗機的各機構(gòu)作業(yè)時應保證：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，運動部位不應有滲漏油現(xiàn)象。3. 吊船上應設(shè)有系安全帶的掛鉤或其它可靠連接點。4.對于可使吊船收回樓頂?shù)牟鍡U裝置需符合以下條件：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）插桿與插座間應安裝定位裝置，使插桿在懸掛工作位置不能

20、轉(zhuǎn)動；e）應保證拆卸時，插桿不能倒向女兒墻外側(cè)。第三章 插桿式擦窗機設(shè)計計算擦窗機必須滿足下列規(guī)范要求：擦窗機gb19154-2003；高處作業(yè)吊籃gb19155-2 0 0 3 ； 擦窗機安裝工程質(zhì)量驗收規(guī)程jgj1502008；進口或出口設(shè)備時，還應符合歐洲標準en1808的要求。本次擦窗機的技術(shù)參數(shù)：吊籃：尺寸：20006001200mm(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: 40m3.1 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

21、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。擦窗機作為高空載人的機電一體化設(shè)備，安全性和可靠性要求很高，其電氣控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接反映了整機的性能水平。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。擦窗機的電氣控制系統(tǒng)由主機控制和平臺控制兩部分組成，兩套控制互鎖，以免發(fā)生危險，一般選擇平臺控制系統(tǒng)為優(yōu)先控制 現(xiàn)就目前國內(nèi)外擦窗機所采用的控制方式、信號傳送方式等作一簡要介紹及分析。3.1.1 控制系統(tǒng)一般控制系統(tǒng)可以分為繼電器控制系統(tǒng)和可編

22、程序控制器控制系統(tǒng)。（1） 繼電器控制系統(tǒng) 目前國內(nèi)外擦窗機生產(chǎn)廠大都采用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，其原理相對簡單，技術(shù)比較成熟。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。同時較多的電氣元件及引線又降低了系統(tǒng)的可靠性，增加了維修難度，因此該系統(tǒng)有較大的局限性。 （2）可編程序控制器控制系統(tǒng)接觸器可編程序控制器主機操作盤接觸器平臺操作臺接觸器 圖3-1 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。采用可編程序控制器可以節(jié)省所有中

23、問繼電器、時間繼電器等硬件的投入，還可以利用可編程序控制器本身的功能來滿足用戶對擦窗機提出的特殊要求，例如利用其高速計數(shù)器來檢測擦窗機卷筒的速度等。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。其原理見圖3-1。 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)。電路控制原理圖如下： 圖 3-2 繼電器控制原理圖 電路原理：該電路由雙重互鎖電路和串接電阻起動控制電路串接而成。前者控制電機的正反轉(zhuǎn)，后者控制電機的轉(zhuǎn)速。主電路的正反轉(zhuǎn)由接觸器km1、km4的主觸頭來實現(xiàn)電動機三相電源任意兩相的換相，從而實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)。當正轉(zhuǎn)起動時，按下

24、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)。在調(diào)速電路中，起動、停止和調(diào)速采用主令控制器sa控制，ka1、ka2、ka3為過電流繼電器，kt1、kt2 為斷電延時型時間繼電器。起動前，首先將主令控制器sa手柄置到“0”位，則觸點sa0接通。然后合上斷路器qf、qf1，于是時間繼電器kt1、kt2線圈通電，它們的動斷延時閉合觸點瞬時打開；零位繼電器kv線圈通電自鎖，為km1、km2、km3線圈的通電做好準備。起動時，見sa有“0” 位推向“3”位，

25、sa的觸點sa1、sa2、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kt1延時結(jié)束時，其動斷延時閉合的觸點閉合，km2線圈通電，一方面km2的動合觸點閉合，切除電阻r1 ；另一方面km2動斷輔助觸點斷開，kt2線圈開始延時。當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)。本電路在起動過程中，通過時間繼電器的控制，將轉(zhuǎn)子電路中的電阻分段切除，達到限制起動電流的目的。當要求調(diào)速時，可將主令控制器手柄推向“1”位或“2” 位。當主令控制器的手柄推向“1”

26、位時，由圖可以看出，主令控制器的觸點只有sa1接通，接觸器km2、km3均不能得電，電阻r1、r2 將接入轉(zhuǎn)子電路中，電動機便在低速下運行；當主令控制器的手柄推向“2”位時，電動機將在轉(zhuǎn)子接入一段電阻的情況下運行，這樣就實現(xiàn)了調(diào)速控制。當要求電動機停車時，將主令控制器手柄撥回到“0”位，接觸器km1、km2、km3均斷電，電動機斷電停車。 由于控制系統(tǒng)對設(shè)備的安全運行具有至關(guān)重要的作用，因此控制系統(tǒng)的相關(guān)零件多選用國外產(chǎn)品。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 表 3-1 零件選擇3.1.2 信號傳輸和鋼絲繩選擇 擦窗機都采用主機和平臺

27、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)的操作信號準確有效地傳送給主機非常重要。目前有以下3種傳送方式。（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。其方法很簡單，利用一根多芯電纜由主機直接垂入操作平臺，將平臺的控制信號傳送回主機，從而實現(xiàn)操作人員在平臺內(nèi)對擦窗機的控制。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，當平臺工作高度超過100m時電纜的自重可能導致斷纜發(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，大大降低了擦窗機的安全性；二是這種方式與繼電器控制系

28、統(tǒng)配合時每個動作信號都需占用一根導線，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。（2） 鋼絲繩內(nèi)藏電纜傳送方式 這種方式既避免了斷纜又可以將傳送的信號有效地被鋼絲繩屏蔽起來，大大增強擦窗機的安全性和可靠性。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。其中4根電線分別連接于主機和平臺的輸人輸出模塊，另4根實現(xiàn)對主機主接觸器的控制，將平臺的多種信號傳送給主機，實現(xiàn)對擦窗機的多項控制，見圖3-3這種是比較

29、理想的擦窗機信號傳送方式，但其特別鋼絲繩成本高 圖3-3 鋼絲繩內(nèi)藏電纜傳送信號線路圖 1、藏于鋼絲繩內(nèi)的銅線 2、碳刷 3、鋼絲繩卷筒（3） 無線遙控方式 隨著無線遙控技術(shù)的發(fā)展，這種技術(shù)也開始應用在擦窗機的控制中。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。比較3種方式及國際、行業(yè)標準選用鋼絲繩內(nèi)藏電纜較為合適。1.鋼絲繩為德國wolf公司生產(chǎn)的擦窗機專用鍍鋅鋼纜；2.鋼絲繩的承載安全系數(shù) 10倍；3.每根鋼絲繩直徑為7.0毫米；4.鋼絲繩內(nèi)需設(shè)置傳導控制信號用的、帶有絕緣層的銅芯；5.繩頭強度不低于最小斷裂荷載的80%；6.鋼絲繩轉(zhuǎn)彎處裝有滑輪。所有滑輪都裝有自潤滑式軸承；7

30、.滑輪直徑與所用鋼絲相匹配，并可防止繩索滑出滑輪。3.2 插桿式擦窗機結(jié)構(gòu)件設(shè)計3.2.1 地腳螺栓的選擇及校核分析擦窗機可知道地腳螺栓同時承受預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。這種緊螺栓連接承受軸向拉伸工作載荷后，由于螺栓和被連接件的彈性變形，螺栓所受的總拉力并不等于預緊力和工作拉力之和。根據(jù)理論分析，螺栓的總拉力除預緊力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。因此，應從螺栓連接的受力和變形的關(guān)系入手，找出螺栓總拉力的大小。計算簡略圖如下： 圖3-4 螺栓計算簡略圖1.螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計采用如圖所示的結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù)

31、z=4,對稱布置。2.螺栓受力分析從左到右受力依次為：吊籃自重f1=4000n，額定載荷f2=2000n，吊臂自重f3=2000n，套筒自重f4=2000n（1） 在f1、f2、f3、f4的作用下，螺栓組連接承受以下各力和傾覆力矩的作用：螺栓軸向力f豎直=f1+f2+f3+f4=4000+2000+2000+2000=10000 n螺栓水平力f水平=0 n 傾覆力矩（逆時針方向）m=（f1+f2）145f372.5=6000145+200072.5=1015000n.cm（2） 在軸向力f豎直的作用下，各螺栓所受的工作拉力為 （3-1）（3） 在傾覆力矩m的作用下，右面兩螺栓收到加載作用，而左

32、面兩螺栓收到減載作用，故右面的螺栓受力較大，所受的載荷確定為 （3-2） 故上面的螺栓軸向工作載荷為f=fa+fmax= 2500+16916.67= 19416.67n（4） 在水平力f水平 作用下，地板連接接合面可能產(chǎn)生滑移，根據(jù)地板接合面不滑移的條件 （3-3）由表3-2可查得接合面的摩擦系數(shù)f=0.16，并取，則，則個螺栓所需要的預緊力為 表3-2 連接接合面的摩擦系數(shù)被連接件接合面的表面狀態(tài)摩擦系數(shù)f鋼或鑄鐵零件干燥的加工表面0.100.16有油的加工表面0.060.10鋼結(jié)構(gòu)件軋制表面0.300.35涂富鋅漆0.350.40噴砂處理0.400.55鑄鐵對磚料、混凝土干燥表面0.40

33、0.45（5） 上面每個螺栓所受的總拉力f總 3. 確定螺栓直徑選擇螺栓材料為q235、性能等級為4.6的螺栓，由表3-3查得材料屈服極限 ，由表3-4查得安全系數(shù)s=1.5，故螺栓材料的許用應力 （3-4）求得螺栓危險截面的直徑（螺紋小徑d1）為 （3-5）按粗牙普通螺紋標準（gb/t 196-2003)及考慮到擦窗機安全性所以取螺紋公稱直徑d=16mm 表3-3 螺栓、螺釘和螺柱的性能等級性能等級（標記）3.64.64.85.65.86.88.89.810.912.9抗拉強度極限30040050060080090010001200屈服極限/mpa1802403203004004806407

34、209001080硬度/hbs90114124147152181238276304366推薦材料低碳鋼低碳鋼或中碳鋼低碳合金鋼中碳鋼，合金鋼，淬火并回火合金鋼，淬火并回火 表 3-4 螺紋連接的安全系數(shù)s受載類型靜載荷變載荷松螺栓連接 1.21.7緊螺栓連接受軸向及橫向載荷的普通螺栓連接不控制預緊力的計算m6m16m16m30m30m60m6m16m16m30m30m60碳鋼5442.52.52碳鋼12.58.58.58.512.5合金鋼5.7553.43.43合金鋼106.86.86.810控制預緊力的計算 1.21.5 1.21.5鉸制孔用螺栓連接鋼：st=2.5，sp=1.25鑄鐵：sp

35、=2.02.5鋼：st=3.55.0，sp=1.5鑄鐵：sp=2.53.04. 校核螺栓組連接接合面的工作能力（1） 連接接合面下端的擠壓應力不超過許用值，以防接合面壓碎，有 （3-6） = 95.2=0.95mpa由表3-5查得，故連接接合面下端不致壓碎。 表 3-5連接接合面材料的許用擠壓應力材料鋼鑄鐵混凝土磚（水泥漿縫）木材/mpa0.8(0.40.5)2.03.01.52.02.04.0(2)連接接合面上端應保持一定的殘余預緊力，以防止托架受力時接合面間產(chǎn)生間隙，即，有 （3-7）故接合面上端受壓最小處不會產(chǎn)生間隙。5. 校核螺栓所需的預緊力是否合適對碳素鋼螺栓，要求已知，取預緊力下限

36、即要求的預緊力f0=2000n，小于上值，滿足要求。3.2.2 吊臂吊臂的計算簡圖如下： 圖3-5 吊臂計算簡圖1. 分析吊臂橫截面上的應力已知g=6000n，w=2000n由靜力平衡等條件得出： （3-8）得出f0y=10150 n 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力為 （3-9）2. 強度驗算查表知道q235的許用應力為100mpa可見吊臂滿足了強度條件。3. 吊臂的剪力和彎矩分析靜力平衡方程 得各個力為g=6000n 方向垂直向下f0y=10150n 方向垂直向上w=2000n 方向垂

37、直向下fy=2150n 方向垂直向下由上述已知條件可得到其剪力和彎矩圖如下： 圖3-6 剪力彎矩圖 由圖可知，在ab，bc，cd段內(nèi)的吊臂任意橫截面上的剪力皆為常數(shù)，且符號在ab段內(nèi)為負，在bc、cd段內(nèi)為正，剪力圖是平行x軸的直線。從剪力圖看出，當在ab段時最大剪力為fsmax=6000n。由彎矩圖可知，在各段上彎矩都是一次函數(shù)，所以彎矩圖是一條斜直線。只要確定線上的兩點，就可以確定這條直線。同時可以從彎矩圖上看出，最大彎矩在截面b上，且mmax=2700n.m4. 吊臂彎曲變形分析將吊臂受力化為參數(shù)，如圖所示： 圖3-7 吊臂彎曲變形 （3-10） 分段列出彎矩方程ac段 （3-11）cb

38、段 （3-12）由于ac和bc兩段內(nèi)彎矩方程不同，撓曲線的微分方程也就不同，所以應分成兩段進行積分。在cb段內(nèi)積分時，對含有（x2-a）的項就以（x2-a）為自變量，這可使定積分常數(shù)的運算得到簡化。積分結(jié)果如下：ac段cb段 (1) (2) (3)(4) 積分出現(xiàn)的四個積分常數(shù)，需要四個條件來確定。由于撓曲線應該是一條刮花連續(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)角應該等于由（3）式確定的轉(zhuǎn)角；而且由（2）式確定的撓度應該等于由（4）式確定的撓度，即 x1=x2=a時， 在各式中，令x1=x2=a,并應用在連續(xù)性條件得 （3-13）由以上兩式即可求得此外，在a，b兩端

39、皆為支座，邊界條件為d1=d2=0由上面可得轉(zhuǎn)角和撓度方程如下：ac段cb段 （o） （p）（q）（r）最大轉(zhuǎn)角：在（o）式中令x1=0，在（q）式中令x2=l,得在a,b兩端的截面轉(zhuǎn)角分別為 （3-14） （3-15）當ab時，可以斷定為最大轉(zhuǎn)角。最大撓度：當時，w為極值。所以應首先確定轉(zhuǎn)角為零的截面的位置。由式值端截面a的轉(zhuǎn)角為負。此外，諾在（q）式中令x2=a，又可求得截面c的轉(zhuǎn)角為 （3-16）如ab,則為正。可見從截面a到截面c，轉(zhuǎn)角由負變?yōu)檎淖兞朔?。撓曲線幾位光滑連續(xù)曲線，=0的截面必然在ac段內(nèi)。令（o）式等于零，得x0即為撓度為最大值的截面的橫坐標。以x0代入（p）式，求

40、得最大撓度為 （3-17）當集中力f作用于跨度中點時，a=b=，得，即最大撓度發(fā)生于跨度中點。這也可由撓度曲線的對稱性直接看出。另一種極端情況是集中力f無限接近右端支座，以致與相比可以省略，于是得 （3-18） （3-19）可見即使在這種極端情況下，發(fā)生最大撓度的截面仍然在跨度中點附近。也就是說撓度為最大值的截面總是靠近跨度中點，所以可以用跨度中點的撓度近似的代替最大撓度。在（p）式中令，求出跨度中點的撓度為 （3-20）在上述極端情況下，集中力f無限靠近支座b，這是用代替所引起的誤差為 （3-20）可見撓曲線上午拐點，總可用跨度中點的撓度代替最大撓度，并且不會引起很大誤差?？偨Y(jié)上面的分析可知

41、道，吊臂的撓度滿足實際使用的要求！3.3 安全系統(tǒng)設(shè)計3.3.1 高處吊籃安全鎖制動性能 根據(jù)鎖繩原理的不同，安全鎖分擺臂式和離心甩塊式兩種前者是當工作繩發(fā)生斷裂或吊籃傾斜到一定角度時鎖繩；后者是當提升機運行速度超過某一極限值時鎖繩基于靜力學分析，討論幾何參數(shù)和安裝尺寸等對擺臂式安全鎖鎖繩性能的影響，分析出安全鎖在工作時 的可靠性。 鎖繩機構(gòu)由鎖芯、琵琶板和安裝銷等組成, 如圖所示圖中實線為工作狀態(tài)，即鎖定鋼絲繩狀態(tài)；雙點劃線為非工作狀態(tài)，即鋼絲繩可從中自由通過其工作原理是當工作繩發(fā)生斷裂或吊籃傾斜到一定角度時，由于琵琶板位置的變化，琵琶板帶動鎖芯迅速合攏，鎖住安全鋼絲繩1. 幾何尺寸和安裝尺

42、寸對鎖繩性能的影響鎖緊力為鎖芯與鋼絲繩之間的摩擦力由于夾槽與鋼絲繩接觸弧上任一點的垂直方向的損耗是不變的，則比壓的垂直分量保持不變，如圖所示故有 （3-21）由圖可知，夾槽與鋼絲繩間的徑向比壓沿接觸弧是變化的取一微弧，設(shè)夾槽與鋼絲繩接觸長度為，則 （3-22）對式積分得 （3-23）式中為夾槽所張圓心角。聯(lián)立解得接觸面上某一微面積所產(chǎn)生的摩擦力為 （3-24）對其積分得因此當量摩擦系數(shù)為式中： 為鋼絲繩與夾槽之間的摩擦系數(shù)圖3-7給出了= 0.5時夾槽所張圓心角與當量摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線不難看出，夾槽所張圓心角越大，當量摩擦系數(shù)越大但為了防止鎖繩時兩鎖芯互相干涉，一般使夾槽所張圓心角小于180

43、圖3-6 接觸面任意一點比壓 圖3-7 夾槽比壓分布圖圖3-8 夾槽所張圓心角與當量摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線2. 琵琶板的幾何尺寸對鎖緊力的影響 如上所述，安全鎖工作時，依靠鎖芯和安全鋼絲繩之間的摩擦力實現(xiàn)制動下面通過分析安全鎖琵琶板和鎖芯的受力說明鋼絲繩和鎖芯之間的工作摩擦系數(shù)與安全鎖結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。 琵琶板的幾何形狀如圖3-9所示安全鎖鎖緊時，琵琶板和鎖芯的受力情況分別如圖3-9、圖3-10 所示，其中n和f分別為鎖芯對琵琶板的水平和豎直方向正壓力，w 為重力， f1 和f2 分別為琵琶板與銷軸、琵琶板與鎖芯之間的摩擦系數(shù)， f為鎖芯與鋼絲繩之間的摩擦系數(shù)。根據(jù)豎直方向的力平衡方程，得由雙月

44、牙孔幾何中心的力矩平衡方程得 圖 3-9 琵琶板的受力分析 圖3-10 鎖芯的受力圖根據(jù)圖鎖芯的受力分析可得， 所以 （3-25） 該式確定了鎖芯和鋼絲繩之間摩擦系數(shù)的理論值，它與琵琶板的幾何尺寸有關(guān)若不計琵琶板與銷軸、鎖芯之間的摩擦力矩，則有 這表明， t越小， l越大，所需的鎖芯和鋼絲繩之間摩擦系數(shù)越小由于鎖芯和鋼絲繩之間的摩擦系數(shù)基本不變，所以對于確定的工作負荷而言，相當于只需較小的夾緊力t 越小，l 越大，安全鎖能夠承受的最大負荷越大3. 安裝尺寸對鎖繩角度的影響 就擺臂式安全鎖而言，工作鋼絲繩斷裂和吊籃傾斜角度過大是兩個最基本的鎖繩情況國家標準規(guī)定，吊籃安全鎖的鎖繩角度不能超過8 ，

45、一般控制在4 7 因為吊籃傾斜角度太大，對保證高處作業(yè)人員的安全不利但是如果鎖繩角度太小，安全鎖太敏感，吊籃稍有傾斜就頻繁鎖繩，隨后的開鎖程序必然降低工作效率下面分析安全鎖的安裝位置對鎖繩角度的影響圖3-10 為吊籃水平時安全鎖的安裝位置示意圖，其中o點為工作鋼絲繩在提升機出口的位置，a 、b為安裝位置尺寸，為安全鎖擺臂的工作角度圖3-10 為鎖繩角度為，即吊籃傾斜角時，安全鎖的位置示意圖，其中1為安全鎖擺臂的鎖緊角度根據(jù)圖中的幾何關(guān)系有故又所以在式中令得則圖3-10 吊籃水平時安全鎖的安裝 圖3-11 鎖繩角度為時安全鎖示意圖 位置示意圖圖3-12 b=64時鎖繩角度與參數(shù)a的關(guān)系曲線 圖3

46、-13 a=300 與參數(shù)b的關(guān)系結(jié)論： （1）安全鎖的制動力是由鎖芯與鋼絲繩之間的摩擦力提供的，而此摩擦力又與琵琶板和鎖芯兩者之間的沖擊力成正比，所以必須保證鎖芯和琵琶板的耐沖擊性否則，一旦由于金屬組織缺陷或外形結(jié)構(gòu)缺陷等而導致鎖芯斷裂或琵琶半半圓孔變形過大，安全鎖的安全性能就不能保證。 （2）國家標準要求，安全鋼絲繩和工作鋼絲繩應采用相同的型號和規(guī)格，但實踐表明，同樣直徑的鋼絲繩，股數(shù)越多，所能提供的摩擦力越大，所以為進一步保證安全鎖的安全性能，可選擇安全鋼絲繩的股數(shù)比工作鋼絲繩的股數(shù)多 （3）琵琶板和鎖芯夾槽的幾何參數(shù)、安全鎖的安裝尺寸對安全鎖的制動性能有重要影響夾槽所張圓心角越大，鎖繩

47、性能越好；琵琶板月牙孔的幾何中心到銷軸幾何中心的距離以及琵琶板二月牙孔的幾何中心之間的距離越大，鎖繩性能越好；擺臂的旋轉(zhuǎn)中心到工作鋼絲繩出繩口的豎直距離以及到工作鋼絲繩的水平距離越大，鎖繩性能越好3.3.2 卷筒制動器（后備制動器） 卷筒制動器一般分為兩種：棘輪、棘爪制動器和塊式制動器。（1） 棘爪式制動器 棘輪安裝于卷筒側(cè)端隨卷筒一起轉(zhuǎn)動, 超速后通過連桿觸發(fā)機構(gòu)牽引棘爪作用進行制動。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝調(diào)整方便、制動準確,缺點是制動時產(chǎn)生的沖擊和振動較大。（2） 塊式制動器 塊式制動器克服了棘爪制動器的固有缺點。該制動器由觸發(fā)機構(gòu)和制動機構(gòu)兩部分組成, 觸發(fā)機構(gòu)包括擺動桿、偏心座

48、、配重塊、梅花輪等, 制動機構(gòu)包括制動臂、搖臂、連桿、彈簧座等, 見圖3-14。 圖3-14 塊式制動器結(jié)構(gòu)圖1-制動臂；2-制動塊；3-搖臂；4-梅花輪；5-連桿；6-擺動桿；7-彈簧座；8-偏心座；9-配重塊；10-制動轂 該制動器工作過程: 制動轂和梅花輪連接在卷揚機構(gòu)的一端, 當卷揚機構(gòu)在電機減速機的帶動下勻速轉(zhuǎn)動時制動轂和梅花輪隨卷揚機構(gòu)一起勻速轉(zhuǎn)動, 這時擺動桿上的壓輪壓在梅花輪上平穩(wěn)轉(zhuǎn)動；當卷揚機構(gòu)超速運轉(zhuǎn)時擺動桿擺幅增大, 其底部撞擊偏心座, 偏心座逆轉(zhuǎn), 在彈簧力的作用下制動塊抱緊制動轂, 對卷揚機構(gòu)起到超速保護作用。下面對這種制動器進行機構(gòu)分析和設(shè)計計算, 機構(gòu)原理圖見圖3

49、-15。 圖3-15 制動器機構(gòu)原理圖 1-制動轂；2-制動臂；3-搖臂； 4-制動彈簧；5-擺架；6-制動塊計算制動力矩 式中 d卷筒直徑； g單個卷筒承受的載荷。制動彈簧力式中 k彈簧剛度； g彈簧絲的減變模量； d彈簧絲直徑； d彈簧中徑； n彈簧有效圈數(shù)； 制動時彈簧預調(diào)變形量。制動器機構(gòu)受力分析（1） 搖臂受力分析，見圖3-16 圖3-16 搖臂受力示意圖 （2） 擺架受力分析，見圖3-17 （3-27）（3） 制動臂受力分析，見圖3-18。 （3-28）式中為摩擦片的摩擦系數(shù)。通過以上算式可算出制動器各零件的受力，從而可計算出制動片上的壓力及制動力矩。圖3-17 擺架受力示意圖 圖3-18 制動臂受力示意圖 這種塊式制動器結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、觸發(fā)機構(gòu)靈敏度高、制動力矩大、工作可靠、制動沖擊小, 能夠容易地實現(xiàn)卷揚式擦窗機工作吊籃超速后的安全保護作用, 確保操作人員的人身安全, 是目前高層建筑擦窗機上較先進的一種超速保護裝置。3.4 插桿式擦窗機動力系統(tǒng)設(shè)計3.4.1 電動機的選擇1.電動機類型本減速機將用于擦窗機吊籃的提升和下降，首先減速機具有一定的轉(zhuǎn)矩，能帶動一定的載荷做垂直上下運動。根據(jù)工作要求選用yzr系列繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機，電源電壓為380v