高層建筑外墻清洗機的設計(畢業(yè)設計)

1、 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 65 頁 共 65 頁學科門類： 單位代碼 ： 畢業(yè)設計說明書（論文）高樓清洗機設計學生姓名所學專業(yè) 班 級 學 號 指導教師 xxxxxxxxx系二*年xx月目錄1. 引言42. 課題任務52.1 主要內容52.2 技術要求52.3成果要求52.4 其他要求53. 同類課題考察63.1 高層建筑外墻清洗機現(xiàn)狀63.2高層建筑外墻清洗機發(fā)展趨勢84. 總體方案擬訂94.1 對樓頂樓面的實際考察94.1.1 樓面結構考察94.1.2 樓頂結構考察104.2方案選擇與原理114.2.1總體方案的確定114.2.2總體方案內容144.2.3材料選擇144.2.4輪的

2、潤滑問題154.2.5軸承的潤滑問題155 重要零部件的設計與計算155.1刷洗部分設計155.1.1清洗速度的確定155.1.2 盤刷部分155.1.3電機的選擇175.1.4刷洗部分所用彈簧的設計計算185.2內空心軸的設計185.3 清洗機主機滾輪的設計計算195.4 主機上傳感器及行程開關的選擇195.5復合纜的結構設計205.6風壓系統(tǒng)的設計計算215.6.1采用風壓的意義215.6.2 基本原理215.6.3氣動計算的原始數(shù)據(jù)與技術要求215.6.4結構設計及相關數(shù)據(jù)計算225.6.5拋物線中線245.7齒輪副的確定和檢驗255.7.1直齒輪的計算255.7.2錐齒輪副的設計計算3

3、16 設備的使用與維護3561 使用方法3562 使用注意事項3663 日常維護與維修367 cad使用體會37參考文獻40謝謝朋友對我文章的賞識，充值后就可以下載說明書。我這里還有一個壓縮包，里面有相應的word說明書（附帶：外文翻譯）和cad圖紙。需要壓縮包的朋友請聯(lián)系qq客服：1459919609。下載后我可以將壓縮包免費送給你。需要其他設計題目直接聯(lián)系！1. 引言隨著社會進步，經(jīng)濟與科技的發(fā)展，城市規(guī)模越來越大，建筑越來越高，以至摩天大廈比比皆是。高層建筑更是成了一個城市面貌的核心內容，但是由此導致的城市形象問題也日趨嚴重，尤其是在工業(yè)城市，這種問題更是突出。靚麗的新大樓，不用多久，外

4、表便成為灰暗一片，嚴重影響了城市的面貌。因此為了保持良好的城市形象，城市高層建筑的清洗工作在各大城市尤其是首都、省會等國際性大都市已經(jīng)成為直接影響城市形象的問題。高層建筑由于高空作業(yè)，給清洗工作帶來了極大的不方便。目前，我國大多數(shù)高層建筑清洗工作還是由人力完成，這類清洗工作主要由工人搭乘吊籃進行高空作業(yè)來完成，工人的環(huán)境惡劣，且有一定的危險性，工作效率低，成本高，耗時長，隨著機器人技術的出現(xiàn)和發(fā)展以及人們自我保護意識的增強，人們迫切希望能用機器人代替人進行這些高空極危險的作業(yè)，從而把人類從惡劣的環(huán)境和繁重的勞動中解脫出來。針對這種種問題，本清洗機采用無人化清洗，自動清洗，自動供水，供清洗液。單

5、片機系統(tǒng)控制，操作人員只需通過鍵盤即可操縱清洗機工作，而且在清洗過程中，清洗機能夠自動進行邊緣識別，可根據(jù)建筑樓層的具體情況選擇為縱洗或橫洗。本機的清洗效率較高，清洗效果良好，是高層建筑理想的清潔工具。本機的使用將大大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動環(huán)境，提高勞動生產(chǎn)率，其有相當?shù)纳鐣б妗⒔?jīng)濟意義和廣闊的應用前景。本機器是通過對國內外同類產(chǎn)品考察比較后精心設計而成，使用穩(wěn)定可靠，但不足之處在所難免，所以懇請老師、同學及各位同行提出寶貴意見。2. 課題任務2.1 主要內容 高層建筑外墻清洗機主要由伺服懸吊系統(tǒng)、清洗主機和由計算機控制系統(tǒng)組成，本人主要承擔清洗主機設計，設計中應考慮為清洗提

6、供足夠的壓墻力、刷洗部件設計、清洗液的噴灑和臟液體的收集、對左右邊緣和上下行程的識別、行走機構和轉位機構的設計，進行必要的設計計算。2.2 技術要求1) 清洗效率0.2平方米/s左右，清洗寬度0.81m， 樓房高度在120米左右。2) 移動機構要小型、高效，使機器人可以在壁面上移動。并可靈活、自如調節(jié)行走的速度和方向。3) 設計安全有效的清洗機構，識別清洗質量，達到令人滿意的清洗效果。邊緣識別機構：要能實現(xiàn)左右，上下邊緣識別。4) 選擇壓緊力產(chǎn)生原理，設計相應的壓緊機構，給清洗機構提供有效的壓緊力。5) 盡量選取輕型材料，使整機盡量輕便。2.3 成果要求1) 畢業(yè)設計前期工作材料。一份。2)

7、高層建筑外墻清洗機主機裝配圖一張（零號）3) 清洗機零件的強度校核4) 高層建筑外墻清洗機零件圖。5) 設計說明書一份（不少于2萬字，包括英文翻譯）。2.4 其他要求1) 適用于清洗平面，圓弧面外墻和玻璃表面2) 刷洗壓力根據(jù)不同表面調節(jié)；3) 刷洗部件應能調換；4) 設備實現(xiàn)邊緣識別；5) 清洗機的體積盡量小，盡量輕。6) 機體裝配時應根據(jù)圖紙要求簡單容易的裝配，維修容易，不需專門工具。7) 盡量使用標準件，對非標準件，應盡可能工藝簡單，加工容易。3. 同類課題考察3.1 高層建筑外墻清洗機現(xiàn)狀機器人工程正在迅速地從工業(yè)領域轉移到服務領域。它的潛力非常大，它能夠代替人類在許多危險和受污染的地

8、方做重復或繁重的工作，對老年人或者患病者進行長期持久的關懷和照顧，客運和貨運，野外營救，精密手術，清洗對人體有害的或無法進入的事物（比如說清洗油箱）等等。高層建筑外墻壁面清洗機是特種機器人的一種，其必須具有兩種功能：即在壁面上的吸附功能和移動功能，由于建筑物表面的非導磁性，清洗壁面機器人多采用正壓和負壓兩種吸附結構。其中負壓吸附又成為真空吸附，由風扇、真空泵、空氣壓縮機等使吸盤內產(chǎn)生負壓，依靠壓差將機器人吸附在墻面上。真空吸附式壁面移動機器人又可分為單吸和多吸兩種結構，單吸盤真空吸附壁面機器人可實現(xiàn)小型化，輕量化，且結構簡單，易于控制，多吸盤腳式壁面爬行機器人的吸附穩(wěn)定可靠。九十年代最新研制成

9、功地推進型壁面機器人，采用直升機原理，利用螺旋槳產(chǎn)生的高速氣流帶動機器人向上高速移動，螺旋槳所產(chǎn)生的推力與壁面大約成20度角，始終有指向壁面的推力從而實現(xiàn)機器人的吸附功能，使機器人可以實現(xiàn)緊貼壁面移動，有一定的越障能力。目前已有報道的高層建筑擦窗機還有以下幾種：日本be公司研制成功的一種固定軌道式全自動擦窗機器人，靠安裝在樓頂?shù)能壍兰暗跛飨到y(tǒng)使擦窗機對準窗口，沿固定安裝在建筑物表面導槽垂直上下移動進行自動清洗。北京航空航天大學與北京鐵路局合作研制的擦窗樣機，有八個吸盤，采用“十”字框架式結構，上有驅動裝置，可驅動兩框架做相對運動以實現(xiàn)壁面機器人在固定墻面上沿x，y方向移動。上海科技大學機器人研

10、究所研制的雙足式爬壁機器人，與步行式兩足機器人比較，結構較為簡單，省略膝關節(jié)，通過腳腕的傾斜和圓規(guī)腳的開閉適當結合起來，即可翻越一定的臺階，對諸多復雜環(huán)境具有適應性。哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所研制成功的清洗高層建筑瓷磚壁面或玻璃幕墻的壁面清洗爬壁機器人。該機器人吸附方式為負壓吸附，移動方式為輪式，移動速度為1-8米/分。采用有線遙控，計算機控制。曾向深圳、香港試銷二臺，反映較好。最新研制成功的型樣機，具有以下特點：實現(xiàn)了控制器的小型化，可直接安放于機器人本體上，減小了體積；1) 采用電力線載波通訊進行遙控，減少了控制電纜數(shù)量，提高了機器人的爬高能力；2) 采用噴霧、刷洗與多層橡膠板刷洗工序的綜

11、合清洗機構，對清洗玻璃幕墻十分有效。該機器人采用負壓吸附、雙輪驅動、氣墊密封結構、有線遙控與專用清洗機構，滿足了可靠吸附，靈活移動和高效清洗的要求，設計是成功的，并在解決密封，遙控和清洗等關鍵技術上創(chuàng)新。除此之外，我們分別在圖書館，專利局，網(wǎng)絡等各種途徑還搜集到以下資料： 壁面清洗機器人及其控制系統(tǒng)劉淑良 邵浩 高波 楊宏 趙炎正 王言（哈爾濱工業(yè)大學）黑龍江自動化技術及應用 1997.3 高樓壁面清洗機器人及其相關技術的研究劉淑霞 趙炎正 王言（哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所）技術縱橫 爬壁機器人技術應用 劉淑霞 機器人 1999. 2 高層建筑墻面自動清洗裝置設計人：項中貸專利號：962056

12、87.1 高層建筑外墻清洗機設計人：蔣崇偉專利號：96228332.0 垂直壁面行走機器人系統(tǒng)研制談力士 沈林勇 陳振華 組合式高樓外墻清洗機（網(wǎng)上查詢） 硬平整表面的清洗設備（美國專利） 壁虎式自動擦窗機 高層智能化墻體清洗機設計人：馬驥 專利號：95219263.2 從以上調研的情況看，清洗對象主要是墻面，其次是圓弧面和一些不規(guī)則的墻面；其壁面材料為瓷磚，玻璃幕墻，噴涂面，其中以瓷磚和噴涂面為多，故設計時可重點考慮這兩種材料的墻面； 3.2 高層建筑外墻清洗機發(fā)展趨勢 由于清洗工作環(huán)境及任務的特殊性，清洗爬壁機器人的總體設計要求相當苛刻。其總的設計原則是：減輕重量，降低造價，安全可靠，能適

13、應多種建筑物表面，且要有足夠高的清洗效率。從清洗機的工作環(huán)境來看，其主機可能有兩個發(fā)展方向：其一：是應與憑證瓷磚和玻璃幕墻清洗，它結構簡單，易于控制，屬小型輕量化。其二：適應于復雜墻面，如階梯墻面，壁面多窗戶的壁面清洗，它的結構、動作、控制都很復雜。其三：以壁面機器人為載體，配以專用的清洗機構，可以適應不同壁面機構。4. 總體方案擬訂4.1 對樓頂樓面的實際考察在接受課題之后，為了順利地完成我們的畢業(yè)設計任務，我們參觀了省會石家莊幾處典型的高層建筑。并且查閱了多種關于高層建筑和以往對建筑物的清洗的相關資料，其中大部分是難以人工清洗的，因此設計開發(fā)高層建筑外墻清洗機是非常必要的。4.1.1 樓面

14、結構考察參觀調查得到初步方案，清洗機主要由樓頂?shù)碾S動小車和清洗主機部分組成，并且采用單片機控制。樓頂?shù)碾S動小車在樓頂上預裝的軌道上行走，可使懸吊的清洗機部件實現(xiàn)縱洗和橫洗；清洗機部件利用風壓使之貼在墻壁上，通過盤刷和滾刷完成清洗墻面的工作。因此，樓面情況就決定了我們如何設計軌道、變向、壓緊和清洗液的輸送、回收等問題。幾種典型建筑物樓面結構如圖4-1：圖4-1 幾種典型建筑物樓面結構4.1.2 樓頂結構考察幾種典型建筑物樓頂結構如圖4-2：4-2 幾種典型建筑物樓頂結構4.2方案選擇與原理4.2.1總體方案的確定根據(jù)以上提出的技術性能及要求，初步確定總體方案如下：清洗機主體貼在垂直墻面上，清洗液

15、通過水泵從水箱抽出，噴在外墻上，自動電機驅動輪子及主清洗機行走；樓頂鋪有導軌，隨動小車沿導軌與清洗主機隨動。我們經(jīng)過認真考慮及分析確定以下方案：第一種：結構簡圖如圖4-3：圖4-3 方案一此種方案采用負壓履帶吸盤式盤滾組合式清洗，由于受到墻表面材料的影響較大，一般情況下，每兩塊瓷磚之間都有45毫米的縫隙，密封不可靠。第二種：結構簡圖如圖4-4：圖4-4 方案二這種方案采用了風壓式壓緊，盤滾組合式清洗，清洗效率高，可靠性高，可以采用。但由于中間傳動的需要，結構不對稱,風扇的中心與刷子的中心不重合，刷洗壓力不均勻，中心不穩(wěn)定，容易引起震動問題。但可以考慮配重問題。第三種：結構簡圖如圖：這種方案吸取

16、了第二種方案的優(yōu)點，傳動的改變，使振動的問題減小，機體尺寸減小。圖4-5 方案三 這種方案為螺旋槳風壓式高層建筑外墻清洗機，其優(yōu)點是： 在清洗機外機架背后安裝可調風壓系統(tǒng)來提供連續(xù)均勻的清洗力，螺旋槳可調節(jié)轉速來控制清洗壓力； 機架內采用一清洗系統(tǒng)旋轉裝置，方便的實現(xiàn)了縱橫兩不同清洗方向的調整，減少非作業(yè)時間，增加了工作柔性，大大提高了工作效率； 應用兩盤兩滾相結合的清洗方式，清洗液和清水分別由盤刷和滾刷提供以達到最佳清洗效果。綜合比較以上三種方案，根據(jù)設計要求，由于對于墻面的壓力要求大，工作穩(wěn)定，結構容易實現(xiàn)，最后我決定用第三種方案。通過螺旋槳風壓系統(tǒng)使主機吸附在墻面上，并使盤刷和滾刷壓緊，

17、產(chǎn)生一定的刷洗壓力，通過電機帶動刷子轉動，達到刷洗的目的。旋轉的刷子的軌跡為包絡線，從而清洗干凈墻面。滾刷噴的是清水，將墻面沖洗干凈，以避免留下來的清洗機腐蝕墻面，同時盤刷和滾刷采用一個電機驅動，減小了清洗主機的重量，清潔度提高，清洗效率也提高了一倍；由于采用兩盤兩滾結構可減少不必要的回程時間，以達到提高效率的目的。4.2.2總體方案內容本主機主要由箱體，支撐架，防護罩，刷子，電機，螺旋槳風壓系統(tǒng)，齒輪傳動系統(tǒng)等組成。，通過螺旋槳風壓系統(tǒng)使主機吸附在墻面上，并使刷子壓緊，產(chǎn)生一定的刷洗壓力，通過電機帶動刷子轉動，達到刷洗的目的。本主機有一懸吊支撐架，其外側與懸吊系統(tǒng)相連，可調風壓系統(tǒng)安裝在懸吊

18、支撐架背后，風壓系統(tǒng)可通過調節(jié)螺旋漿轉速控制清洗力，懸吊支撐架通過一圓導軌和箱體（其上安裝兩盤兩滾）相連，所有的清洗裝置均安裝在該箱體上，清洗系統(tǒng)由固定在懸吊支撐架上的步進電機通過齒輪傳動系統(tǒng)執(zhí)行以90度為單位的轉動動作以實現(xiàn)橫洗和縱洗的轉換。箱體上有兩個圓盤形清洗刷，盤刷底部都有十二個清洗液噴射孔，另有兩圓柱形滾刷，在其行走前方有清水噴射孔，并安裝一軟質刮水板，以使清洗過的部位快速風干并避免留下來的清洗液腐蝕墻面。箱體上還有一電機通過錐形齒輪將轉動傳到其中一個盤型清洗刷上，再通過齒輪傳動系統(tǒng)將轉動傳遞給另一盤刷，所以兩盤刷轉動方向相反，可以達到更好的清洗效果，圓柱形滾刷是由電機尾部的軸通過v

19、帶驅動的。在懸吊支撐架上有防護罩，防止清洗液四濺。清水，清洗液，電機的供電和控制電纜都是是由復合纜供給的，復合纜連接懸吊系統(tǒng)。在風壓支架上有配重塊，配重塊可以沿光杠絲杠移動。通過調節(jié)配重塊可以調節(jié)系統(tǒng)平衡，以達到減小震動的效果。在清洗機主體的上下部安放超聲波傳感器，以進行邊緣識別。箱體上裝有兩對滾輪，滾輪通過電機驅動，以實現(xiàn)前后移動，而轉向通過箱體的轉動實現(xiàn)。本方案通過螺旋槳風壓系統(tǒng)使主機吸附在墻面上，并使盤刷和滾刷壓緊，產(chǎn)生一定的刷洗壓力，通過電機帶動刷子轉動，達到刷洗的目的。旋轉的刷子的軌跡為包絡線，從而清洗干凈墻面。滾刷噴的是清水，將墻面沖洗干凈，以避免留下來的清洗機腐蝕墻面，同時盤刷和

20、滾刷采用一個電機驅動，減小了清洗主機的重量，清潔度提高，清洗效率也提高了一倍；由于采用兩盤兩滾結構可減少不必要的回程時間，以達到提高效率的目的。4.2.3材料選擇根據(jù)課題要求，總體重量越輕越好，由于使用清洗液，耐腐蝕性能也要好而且此產(chǎn)品是輕載荷，故材料首先選用鋁合金材料及非金屬材料。整個及其涉及到齒輪減速器的地方，齒輪的材料經(jīng)過篩選與比較采用聚甲醛（均聚），見金屬機械加工工藝人員手冊p.244。本機的各個傳動軸均采用硬質合金ly11。螺旋槳材料選用尼龍66。機架的材料采用鋁合金。其他機件的選擇根據(jù)通常材料在重量最輕原則下進行確定。4.2.4輪的潤滑問題由于齒輪的材料已確定為聚甲醛，據(jù)機械工程手

21、冊（第二版）2-369，其工作要求少潤滑或無潤滑，。故不考慮齒輪的潤滑問題。4.2.5軸承的潤滑問題大空心軸的轉速較低為400r/min,鼓起潤滑方式應為脂潤滑，潤滑脂為鈣機潤滑脂。注：以上潤滑脂的選擇見非標準設備設計手冊p.5825 重要零部件的設計與計算5.1刷洗部分設計5.1.1清洗速度的確定以離我校最近的送變電大廈為例：設計要求兩天時間清洗完成，每天按8小時計算（7小時工作時間，一小時的裝拆時間），共計2760=840min送變電大廈周長為120m，建筑物高度為80m,初步估算清洗面積約為9600，效率約為：9600/840=11.4/min=0.19/s 取清洗效率為0.2/s以縱向

22、清洗為例，因清洗寬度為900mm，則可計算移動速度為：0.2/0.9約為0.22m/s以下設計按上述要求完成，盡可能完成設計要求。5.1.2 盤刷部分1）盤刷采用在塑料體上在塑料毛的盤刷，其具有一定的彈性和剛度，可保證一定的壓緊力來清洗墻面，同時若墻面有一定高度的凸出物，塑料毛有一定的彈性可以退讓，順利通過。刷子半徑214，有毛半徑208，刷毛長度為50，盤刷與聯(lián)刷體可通過螺栓來裝配連接。2）聯(lián)刷體采用聯(lián)刷體的目的：使電機與盤刷連接起來;使盤刷具有可換性；可調節(jié)盤刷與墻面的距離；聯(lián)刷體保證與電機連接處的強度、材料應盡量輕，其結構如圖5-1：圖5-1 盤刷結構圖3）盤刷的工藝性根據(jù)資料可知：刷類

23、的刷毛是用制毛器植上的，其基本原理如下：在殼體剛注塑完時，趁著殼體還為硬化，用機械方法把刷毛植進去。把一撮毛（約四至五根）折彎，在根部裝上一韌性卡子，用專門植毛機把毛插入未硬化的殼體內，卡子插入后，待殼體凝固，便把刷毛固定下來，這樣整個植毛工藝就完成了。根據(jù)上述原理，盤刷也可以采用這種方法制作，其技術要求：毛孔直徑：2.5mm間距：5mm孔深：10 mm每孔刷毛密度：五根下面滾刷原理與上面相同5.1.2滾刷采用在鋼軸外面加套橡膠軸套，在橡膠軸上栽刷毛的方法做成，可通過調換橡膠套的方法調換滾刷，滾刷半徑為106，有刷毛部分長度為940。滾刷結構如圖5-2： 圖5-2 滾刷結構圖5.1.3電機的選

24、擇為了控制的方便，減輕主機的重量，應盡量減輕電機的數(shù)量，所以盤刷、滾刷共用一雙輸出軸電機，中間用齒輪和v帶傳動；從經(jīng)濟的角度考慮，采用普通的三相電機，帶動兩盤兩滾共四個清洗刷。 依據(jù)實際實驗，取洗刷的壓強為螺旋槳工作壓力為20公斤力。四個角輪 分別承受3公斤力。盤滾刷均承受兩公斤力 刷毛與墻面的摩擦系數(shù)為0.10.2，取=0.15對盤刷求積分轉矩為 : f=20n0.15=3n.m洗力矩：盤刷m1=psur=4.2n.m兩個刷子的轉矩:t=2m1=8.4n.m 滾刷：m2=0.206785=0.8034nm所需總的刷洗力矩：m=2m1+m2=8.4+0.8034=9.2034nm(2)初定盤刷

25、轉速：360r/min 根據(jù)刷洗力矩，型號為y2-802-6，額定功率0.55kw,轉速900r/min,平鍵420，保持轉矩為9.8n.m(查gbm)5.1.4刷洗部分所用彈簧的設計計算1）彈簧的種類：采用圓柱螺旋壓縮彈簧;2) 彈簧的材料：根據(jù)機械設計手冊選用碳素彈簧鋼；3）彈簧的設計計算 根據(jù)機械設計手冊取彈簧的工作圈數(shù) 根據(jù)機械設計手冊取彈簧絲直徑：d=3.5，允許極限負荷下的單圈變形：單圈剛度：彈簧節(jié)距：t=5.2最大工作載荷：極限工作載荷：彈簧每圈展開長度：l=52mm計算數(shù)據(jù) 彈簧中徑：彈簧內徑：.mm 彈簧間隙： 彈簧總展開長度：l=1n=525=260mm 螺旋角： 彈簧自由

26、高度：h=允許極限負載時彈簧高度：彈簧旋向：左旋右旋均可5.2內空心軸的設計為了在盤刷中心噴清洗液，并使噴嘴不隨盤刷轉動，需在盤刷內用滾動軸承固定?？招妮S的一端連接盤刷體，另一端與水管相連，在盤刷體轉動時，空心軸固定不動，其結構如圖5-3：圖5-3 空心軸結構圖工作時清洗液從中間的孔流出，噴到墻面上，幾乎不受外力彎矩、扭矩，所以略去剛度、強度的計算。5.3 清洗機主機滾輪的設計計算當清洗機工作時，風機向后吹出強大的高速氣流，把清洗機壓向墻面，與墻面接觸的盤刷和滾刷都為柔性件，太大的壓力會使刷毛彎曲過多，損壞加劇，所以大部分壓力應由滾輪來承擔，同時也增大了滾輪與墻面之間的摩擦力。當電機驅動時，清

27、洗機橫向行走。所以滾輪與墻面之間應有良好的接觸 ，不可打滑。結構設計如下圖5-4：圖5-4 清洗機主機滾輪結構圖5.4 主機上傳感器及行程開關的選擇為了增強清洗機的自動化程度，實現(xiàn)遠程控制，在清洗機主機上安裝傳感器，以識別墻面的材料，來確定清洗機的進退預停止。通過查手冊傳感器技術,選用德國turck公司生產(chǎn)的超聲波傳器，其特點：有效作用距離大，與被測物的顏色、周圍環(huán)境無關，具有開關量和模擬量兩種輸出，有利于控制。在清洗機主體的上下部安放超聲波傳感器，為了安全，在下邊緣安裝行程開關，結構可見總裝配圖,該行程開關型號為：lx32-ss , 它具有彈性環(huán)節(jié)，可以緩沖猛烈的沖擊，并給單片機控制系統(tǒng)一個

28、輸入信號，單片機經(jīng)過識別后，處理中斷，加強自動化，保護主機。5.5復合纜的結構設計由于本機的復雜性，管線較多（包括清水管，清洗液管，電纜，數(shù)據(jù)線，控制線等），且為了安全性，設計復合纜。由于各個管路的功能不同，且方便控制，決定采用分開復合的方法，結構如圖5-5： 圖5-5 復合攬結構圖 鋼絲繩是起重機上應用最廣的撓性構件，其優(yōu)點是：卷繞性好，承載能力大，對于沖擊載荷的承受能力也強，卷繞過程中平穩(wěn)，即使在卷繞速度高的情況下也無噪聲，由于繩股各鋼絲斷裂是逐漸發(fā)生的，一般不會發(fā)生整股鋼絲繩突然斷裂，工作時比較安全可靠。在本復合纜中選用的型號：gb1102-74 所選鋼絲繩的破斷拉力應滿足下面的條件：s

29、繩/smaxn繩 s繩鋼絲繩破斷拉力（公斤） smax鋼絲繩工作時承受的最大靜拉力（公斤） n繩根據(jù)機構重要性，工作類型及載荷情況而定的鋼絲繩安全系數(shù)。 所選鋼絲繩為8，由資料查得此型號鋼絲繩破壞拉力為3130公斤。因此機構為輕級起重機構，所以選繩n=5?？紤]整個清洗機，由于體積較小，重量較輕，最大的靜拉力為400公斤。s繩/smax=3130/400=7.8255所以選用的鋼絲繩強度足夠。5.6風壓系統(tǒng)的設計計算5.6.1采用風壓的意義采用風壓作為洗刷壓力，可以避免因外墻材料和形狀的變化對穩(wěn)定性和可靠性的影響，即有障礙物，或者有突起，對壓力影響不大，提高了可靠性，對建筑物外形形狀的適應性也更

30、強。5.6.2 基本原理采用正壓與負壓相結合，利用偏心壓緊，使清洗機的輪的一端先接觸墻面，形成一個相對小的腔體，再利用懸吊系統(tǒng)，使清洗機逐漸靠近墻面同時，風機電扇的旋轉，會使空氣流動，與外界大氣產(chǎn)生一定的壓力差，從而產(chǎn)生一定的負壓，使清洗機壓緊墻面?？諝饬鹘?jīng)由進口導流器、收斂器、進入風扇，在離心力的作用下，流出蝸殼，與機體相碰撞，會產(chǎn)生一定的壓力，以減小空氣流的速度。隨著腔體的越來越小，和清洗液的涂抹，機體內的壓強會越來越小，產(chǎn)生負壓，使清洗機壓緊墻面。當腔體很大時，空氣會流通暢快，產(chǎn)生正壓，使機體壓緊墻面。隨著腔體變小，空氣流速度減小，正壓減小，負壓增強，調整電機轉速，可得到所需的壓力，使清

31、洗機具有一定壓力的貼在墻體表面，提供連續(xù)均勻的清洗力，通過調節(jié)螺旋槳的轉速可以調節(jié)清洗力的大小 ，以達到最佳清洗效果。如對于玻璃墻面，采用低轉速，對于磚墻，采用高轉速，調速由電機的星三角轉換完成。5.6.3氣動計算的原始數(shù)據(jù)與技術要求原始數(shù)據(jù)給定為： 箱體的長*寬*高=945*1080*540 其中的充氣體積為 v-240*80*335*27 =945*1080*540-240*80*335*27 =377460000mm =0.377m螺旋槳初定選用參數(shù)：1. 螺旋槳直徑d的選擇：d約為1000mm.2. 所選電機：選用普通的三相電機，由于螺旋槳的要求轉速較高，故選用風扇電機的功率為5.5千

32、瓦，額定電壓為380伏，轉速為3000r/m3. 電機軸與螺旋槳直接用鍵和軸連接，輪轂和電機軸過盈配合由定位銷定位。因螺旋槳的洗刷壓力始終使螺旋槳壓向電機，不會甩脫。4. 被壓縮氣體進口條件下的容積效率為10%容積效率為gv=3.14*420*420*120*3000*0.1/4*10e-9 =0.083m3/min進口氣體參數(shù)為pi=1.01*105pa；ti=293k;ci=0.22m/s技術要求為：1.高效率； 2.尺寸小，重量輕； 3.變工況特性好；4.使用壽命要求在8000小時以上；5.結構合理，運行安全可靠。5.6.4結構設計及相關數(shù)據(jù)計算風扇部分的結構如圖所示，其中進口導流器的作

33、用是使氣流以軸線方向或以所需方向進入下一級或固定容器，起著整流作用。收斂器的作用是使利用氣體自中心向外緣流動過程中有效流動面積的增加和減小；來達到增壓的目的，減小空氣流的速度。風扇的作用是產(chǎn)生離心力，使空氣向四周流動，增大空氣流的動能，使其對機體產(chǎn)生較大的沖擊力。假設有1/10v的氣體被抽出腔體，由氣體連續(xù)性方程： p1*v1=p2*v2 p1*v1=p2*11/10v1p2=10/11p1f1=(p0-p10)*s=1/11p0*s=1/11*1.01*105*945*1080=9371n氣體進口即進入導流器時的速度為： v1=qv/s=0.083*4/(3.14*330*330*10-6)

34、 =0.97m/s忽略中間的損失，由氣體連續(xù)方程可得： v1*r1*r1=v2*r2*r2 v2= v1*r1*r1/(r2*r2)=0.97*330*330/(180*180) =3.26 m/s v2即為氣體進入風扇的進口速度。氣體質量流率為：0.083*10295*10e-3=1.075*10e-4 kg/s1 小時內的氣體質量為1.075*10e-4*3600=0.387kg電機功率為550w/h由動能定理可得： 1/2mv*v=p 500=1/2*0.175*v*v v=79.28m/s氣體出口處與大氣相通，速度一般為10-15m/s,取c2=15m/s由流體力學動量定理知，單位時間

35、內流出控制面的動量與流入控制面的動量的差值，等于作用于控制面內流體的全部外力之和，即：f=m*(c2-c1)c32=c12+c22-2*c1*c2*cos140 =79.282+152+2*79.28*15*cos140 =8332.27c3=91.28m/sf=0.387*91.28=35.325n 所產(chǎn)生的總的壓力為： f總=9371+35.325=9406.325n沿半徑方向各翼型的確定和疊加成葉身，在平均半徑處： b=90 t=2*3.14*r/z =2*3.14*90/4 =141.3一般沿半徑高度取5-9個截面計算，并且必須包括葉片頂部，平均半徑及葉片根部三個截面。葉柵的幾何參數(shù)為

36、： t_柵距，沿葉柵額線向相鄰兩葉型對應點之間的距離。bs_安裝角，它是葉型弦線（通常是外弦）與葉柵額線之間的夾角（指銳角）.b1p_進口幾何角，它是指葉型中線在前緣的切線與葉柵前額之間的夾角。b2p_出口幾何角，指葉型中線在后緣的切線與葉柵額線之間的夾角。葉柵的氣動參數(shù)有： b1_進氣角，指葉柵額線于進口氣流相對速度w1之間的夾角。 b2-出氣角，指葉柵額線于出口氣流相對速度w2之間的夾角。 b_氣流折轉角，指氣流流經(jīng)葉柵轉過的角度。i_沖角，指來流速度與葉型中線在前緣點的切線之間的角。_落后角，指氣流進口速度方向與葉型中線自后緣點的切線之間的夾角。定義=b2p-b1在平均半徑處， bm=a

37、rctg0.5/0.6=39.8i=-1 b1p=b1+i=39.8-1=38.8bs=b1p+x1=38.8+24=62.8b2p=+b1p=40+38.8=78.85.6.5拋物線中線目前采用的中線有兩種彎曲形式，即圓弧和拋物線中線，其中圓弧中線適用于馬赫數(shù)較高的氣體，此處采用拋物線中線。當中線為拋物線時，經(jīng)過坐標原點的中線方程為：（x+ay）/2+bx+cy+d=0拋物線中線見圖所示：式中的系數(shù)a,b,c,d可由邊界條件決定。x=0,y=0,dy/dx=tgx1;x=b,y=0,dy/dx=-tgx2;所得 a=(ctgx2-ctgx1)/2 b=-b c=bctgx1 d=0葉型彎曲較

38、小時，中線坐標y比橫坐標x要小的多。故拋物線方程中ay 可以忽略，這樣方程可簡化為y=-(x2+bx+d)/(2*ax+c)代入系數(shù)后，得 1/y=ctgx1/x+ctgx2/(b-x)設計中取x1=0.6,x2=0.4,a/b=0.45所以x1=0.6*40=24 x2=0.4*40=16 b=90a=40.5中線長度為: l=b/(2*sin/2)=90*40/9180*2*sin20)=29.4翼型結構尺寸請見零件圖。5.7齒輪副的確定和檢驗5.7.1直齒輪的計算1齒輪的設計計算及強度校核 電動機驅動的閉式直齒圓柱齒輪傳動，標稱功率p=1.5kw,小齒輪轉速n1=1500r/min，傳動

39、比i=4.03許有4%的誤差,長時工作，預期壽命五年，每年按200天計。工作有輕微沖擊，齒輪對稱布置。（1）選材料確定初步參數(shù)a) 選材料 小齒輪：40cr調質，平均取齒面硬度為260hbs大齒輪：45鋼調質，平均取齒面硬度為230hbs （2）初選齒數(shù) 取小齒輪齒數(shù)為z=32，則大齒輪齒數(shù)為：z=iz=4.132=131.2,園整，為使u為除不盡的數(shù)取 z=129 (3) 齒數(shù)比 u= =129/32=4.03驗算傳動比誤差，100%=-0.1.7%允許（4）選擇齒寬系數(shù)d和傳動精度等級 查表得齒寬系數(shù)d=0.275初估小齒輪直徑d=80mm,則齒寬 b=dd=0.27580mm=22mm齒

40、輪圓周速度： v=,查表可選擇精度等級為7級,（5） 計算小齒輪轉矩t t=9.5510=9.5510nmm=9.5510 nmm定重合度系數(shù)z、y由公式=1.88-3.2(1/ z1/ z)重合度 =1.88-3.2（1/32+1/129）=1.755分別由公式得 z=0.865 y=0.25+ (7) 確定載荷系數(shù)k、k1）使用系數(shù)k 由已知條件查表，取k=1.352）動載系數(shù)k 由圖可查得，k=1.143）齒向載荷分布系數(shù)k,由圖可取k=1.294）齒間載荷分配系數(shù)k、k 根據(jù)條件查表得 k=1/ z=1/0.865=1.34 k=1/ y=1/0.677=1.485） 載荷系數(shù)k 、k

41、 由公式可算得 k= k k k k=1.351.141.291.34=2.66 k= k k/ k=2.661.48/1.34=2.942、 齒面接觸疲勞強度計算(1) 確定許用應力1） 總工作時間：t=82005=8000h2） 應力循環(huán)次數(shù)n、n由公式及表可計算查得： n=60=60115008000=7.210 n=3)壽命系數(shù)、 由圖9-17取=1 =14）接觸疲勞極限 ： 由圖9-13取=630mpa，=490mpa5）安全系數(shù)s ： 參照表9-13，取s=16）許用應力、：由式（9-15）=（2）彈性系數(shù)z： 由表9-11，取z=190（3）節(jié)點區(qū)域系數(shù)z ： 由圖9-12，取z

42、=2.5（4）求所需小齒輪直徑d 由式（9-11）d= 符合初估數(shù)值（5）確定中心距、模數(shù)等主要幾何參數(shù) 1）中心距a 初算中心距 園整取中心距a=200mm2). 模數(shù)m 由中心距a及初選齒數(shù)z、z得m=按標準取m=2.5mm3). 分度圓直徑d、d d=m z=2.532=80mm d=m z=2.5129=322.5mm 取為d=320mm4）.確定齒寬 取大齒輪齒寬b=b=22mm,小齒輪齒寬b=32mm3齒根抗彎疲勞強度驗算（1）求許用彎曲應力 1）應力循環(huán)次數(shù) n n 由以上計算可得 n=7.210 n=1.7910 2) 壽命系數(shù)y、y 取y= y=1 3) 極限應力 、 由圖9

43、-21?。?220mpa =170mpa4) 尺寸系數(shù)y 由圖9-26，取y=15）安全系數(shù)s 參照表9-13，取s=1.56）許用應力、 由式（9-20），許用彎曲應力 = =（2）齒形系數(shù)、 由圖9-19，取： =2.5 =2.15（3）應力修正系數(shù)、 由圖9-20，?。?1.63 =1.82（4）校核齒根抗彎曲疲勞強度 由式（9-17），齒根彎曲應力 抗彎疲勞強度足夠。4、齒面靜強度計算（1）確定許用接觸應力：參照表9-13，取靜強度安全系數(shù)1.1由圖9-17，取壽命系數(shù) 于是由式（9-21），許用接觸應力（大輪較低） =（2）校核齒面靜強度 根據(jù)過載條件，由式（9-21），齒面最大接觸

44、應力 齒面靜強度足夠。5、齒根（抗彎）靜強度驗算（1）確定許用彎曲應力 參照表9-13，取靜強度安全系數(shù) 由圖9-25，取壽命系數(shù) 于是由式（9-22），許用彎曲應力 686.7mpa （2）求最大彎曲應力并校核強度 由式（9-22），最大彎曲應力靜強度滿足要求。帶動兩個盤刷的齒輪對稱布置5.7.2錐齒輪副的設計計算根據(jù)機械工程設計手冊第二版2-369，材料選擇聚甲醛（均聚），參照機械工程手冊第6卷1) 基礎尺寸確定由小錐齒輪所傳遞轉距為t=106.4,根據(jù)圖和圖選擇小齒輪大端分度圓直徑為，取大端模數(shù)。則齒數(shù)： mm軸交角 分錐角 外錐距：齒寬系數(shù)取0.3，則齒寬： 取b=24mm齒頂高：齒根

45、高：齒高：大端齒頂圓直徑： =66.45mm =151mm齒根角：齒頂角：頂錐角： 根錐角：冠頂距：=73.5mm=28.5mm2) 確定傳動的精度等級初選平均切線速度vmt=dn/(601000)=3.3m/s由機械設計pg159 表9-5，選擇傳動等級為8級3) 確定載荷系數(shù)k:使用系數(shù)ka,由已知條件查表9-9，取ka=1.25動載荷系數(shù)kv,由圖9-6，取kv=1.16齒向載荷分布系數(shù)k,按小錐齒輪懸臂考慮取 k=1.8載荷系數(shù)k=ka*k*kv=1.251.161.8=2.614) 齒面接觸疲勞強度計算 確定許用應力h壽命系數(shù)zn,由已知條件取zn1=zn2=1安全系數(shù)sh,參照表9

46、-13，取sh1=sh2=1接觸疲勞極限hlim1=hlim2=350公斤力/cm2=35mpah1=h2= hlim1 zn1/ sh1=35mpa 彈性系數(shù)ze=56.4 節(jié)點區(qū)域系數(shù) zh=2.5 小齒輪所需大端分度圓直徑d1,由式（9-44） d1= =37mm 驗算速度vmt平均直徑： dm1=d1 (1-r)=37(1-0.50.3)=31.456m/s平均線速度：vmt=dm1n1/(601000)=3.1m/s 確定模數(shù)m: m=d1/z1=2.55) 齒根抗彎疲勞強度計算(1) 確定許用彎曲應力f1f21 壽命系數(shù)yn1=yn2=12 安全系數(shù)sf1=sf2=1.33 尺寸系

47、數(shù)yx=14 極限應力flim1 ,flim2取flim1=flim2=30mpa5 許用彎曲應力f1=f2=2flim1 yn1yx/sf=23011/1.3=46.154mpa( 2 ) 齒形系數(shù)yfa1, yfa211 分錐角 1=21.82 當量齒數(shù):zv1=z1/cos1=23.8z=z2/cos2=59.6由圖9-19，取yfa1=2.78, yfa2=2.133 應力修正系數(shù) 由圖9-20 取ysa1=1.56 ，ysa2=1.884 校核齒根抗彎疲勞強度由式9-46f1=4.71kt1* yfa1*=ysa1/r(1-0.5r)2z12m3 =39.6mpa6 設備的使用與維護

48、61 使用方法1) 搬運：本機器尺寸如裝配圖所示，主機長1712，寬1130mm，高1260mm，懸吊系統(tǒng)長，寬，高均在1500mm左右，體積較大，雖采用輕型材料，但其總重量也在600公斤左右，屬于較大型的機器。因此，在確定清洗建筑物后，應采用合適的運輸工具將其運送到目的地。再加上要在頂部安裝的懸吊系統(tǒng)，應考慮用電梯等提升裝置將清洗部件及懸吊系統(tǒng)運到建筑物頂層。2) 安裝：在適用本機器進行建筑物外墻清洗前，建筑物頂層應事先依據(jù)建筑物的外部輪廓，裝有導軌。導軌的尺寸應與小車滾輪的間距相配合。將小車用提升裝置提升至導軌上，并開動小車將其調整到清洗位置。將清洗主機的鋼纜系好，并連于小車的卷揚機構上。

49、3) 裝水：a) 在水箱內加入水。b) 在洗滌液箱內加入洗滌液。4) 提調：利用小車的卷揚機構將清洗主機吊起，并通過小車上的絲杠螺母調節(jié)清洗部件與建筑物外墻的位置。5) 清洗：開動洗刷電機，螺旋槳電機及水泵，開啟行走電機，采用縱洗或橫向清洗，注意調節(jié)小車與清洗主機的位置關系，注意中途補水。6) 轉向： 當需要橫向清洗與縱向清洗轉換時，既需要轉向。這時應該先關閉行走電機，水泵，再關閉洗刷電機，調小螺旋槳轉速，然后開啟轉向電機，待轉向完畢后再開啟洗刷電機，水泵，調大螺旋槳轉速，最后開啟行走電機。7) 關機：清洗完畢后，關機進行清理工作。62 使用注意事項1) 本機器屬于清洗設備，必然與液體接觸頻繁

50、，并且懸吊裝置內還裝有水箱。因此對各部件要求密封和放水。在使用過后注意擦拭所剩余液體。條件允許最好進行冷風吹干。2) 當進行建筑物外墻清洗時，懸繩鋼絲要進行檢查，確保安全。要檢查主機上各部件的緊固螺栓，要擰緊螺旋槳緊固螺釘。3) 在進行建筑物外墻清洗時，關閉所有窗戶。4) 清洗機工作時，主機下方一定范圍內不要站人。5) 污水箱泄水螺栓的膠皮管用夾子加緊，確保不會漏水。6) 在進行建筑物外墻清洗時，建筑物外墻上不要留有綢布等裝飾品，不要人為的豎起突出物。7) 當建筑物污染較為嚴重或室外溫度過低不便清洗時，考慮到保證清洗效果，可將洗滌液加熱后在加入洗滌液箱內使用。63 日常維護與維修1) 本機在工

51、作一段時間后，考慮到軸承的潤滑脂的流失。應注意添加一定數(shù)量的潤滑脂。2) 在機器使用完畢后，請用干布擦拭剩余水分，防止生銹。3) 洗滌箱盛放有腐蝕性的液體，在機器使用完畢后請用清水沖洗。防止起化學反應。4) 本機的部分零件的材料采用非金屬材料，為防止零件變形，請不要將本機置于日下暴曬。5) 本機宜放置于干燥，低溫的環(huán)境下。6) 刷子在磨損后要注意更換刷體。7 cad使用體會本次設計所有圖紙的設計繪制均采用國際上流行的設計軟件autocad進行設計的。這也是考慮到社會進步和現(xiàn)代企業(yè)的要求而采取的繪圖方式。在設計過程中我們可算得設計軟件由多種，其中最具代表性的是國外的autocad和國內二次開發(fā)的cad軟件例如機械工程師和電子圖板。autocad功能強大，在設計繪圖領域一直占據(jù)主導地位，其簡介方便的交互式操作工作方式非常利于設計人員使用。而且，該軟件考慮到了用戶在設計中的創(chuàng)新和獨立進行設計的思想，使得該軟件的重點放在了開發(fā)方面。國內軟件在功能上與其相差無幾，在某些方面例如這些軟件建立了標準庫，使得用戶使用起來很方便。不過在應用到開發(fā)領域，便顯得稍遜一籌。因此我們選擇了autocad。在使用過程中我們體會到，該軟件確實功能完善強大，很有助于我們完成設計任務。使用中也走了一些彎路，主要的體會如下：1. 圖紙的設計繪制一般應在模型空間進行設計最后再到布局中打印。2. 在設計繪圖中，要制定不