毕业设计（论文）-水平轨道式双臂型擦窗机设计.doc

南京工业大学 2013 届毕业设计（论文）题 目： 水平轨道式双臂型擦窗机设计 学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 机械工程及自动化 班 级： 机械0903 姓 名： 宋清龙 指导教师： 徐海涵 起讫日期： 2013.2.202013.6.5 2013 年 6 月南京工业大学学士学位论文水平轨道式双臂型擦窗机设计摘要随着人类社会的发展，越来越多的高楼大厦矗立起来。作为一个城市、企业象征的高层、综合性建筑的外饰面大多采用高级美观的装饰材料。在给人们带来良好的视觉感受的同时也带来了许多问题，其中之一就是外墙清洗。为了使建筑物永保青春，减缓由于自然环境污染所造成的城市建筑的老化过程，其外墙的定期安全检修、维护、清洗越来越引起人们的高度重视，安全、实用、高效的外墙面清洗维护系统-擦窗机已经成为高档物业管理的一个必备设备。本课题针对水平轨道式双臂型擦窗机的设计计算，主要研究计算了以下几个方面的内容：1. 对擦窗机进行了概述。2. 对水平轨道式双臂型擦窗机进行了阐述和设计。3. 参照擦窗机GB19154-2003和机械设计手册对水平轨道双臂型擦窗机进行了电动机的选择，水平轨道的设计及安全系统的分析。关键词：建筑机械 擦窗机 水平轨道双臂 设计计算The design of horizontal rail arms type wipe window machine Abstract Along with the development of human society, more and more of the high-rise building stand up. As a symbol of the city and company, there is much beautiful adornment material outside of the top building. It brings people good visual experience and causes a lot of problems at the same time, one of which is the external wall cleaning. In order to make the buildings remain youthful forever, slow down the ageing process of the urban construction caused by natural environment pollution and its external wall of the regular safety maintenance, cleaning, raise much attention. The system of safe, practical and efficient cleaning maintenance outside walls - wipe window machine has become a necessary equipment of high-grade property management.This topic is about wipe window machine device design calculation, the main research content are as follows:1. Wipe window machine is summarized.2. The design of horizontal rail arms type wipe window machine is elaborated and designed.3. With reference to wipe window machine GB19154 -2003 and Mechanical design manual, motor is selected, wheel pressure is calculated and checked, as well as the safety system is analyzed.Key words: building machinery; wipe window machine; the horizontal rail arms; design calculation南京工业大学学士学位论文目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1擦窗机发展概况11.2本文研究内容11.3擦窗机的定义及作用21.4擦窗机的分类与选型考虑因数2第二章 水平轨道式双臂型擦窗机结构设计42.1主要技术参数52.2擦窗机轨道设计62.3行走机构的设计82.4 电动提升机超载保护装置的设计82.5安全锁的设计92.6擦窗机的安装与维护11第三章 水平轨道式型擦窗机计算133.1吊篮减速电机的选择133.1.1选择电动机的类型133.1.2选择电动机的容量133.1.3确定电动机的转速143.2信号传送方式和钢丝绳选择153.3水平轨道式双臂型擦窗机的轨道设计计算173.4 安全系统分析203.4.1 高处吊篮安全锁制动性能203.4.2 卷筒制动器（后备制动器）26第四章 结语30参考文献31致谢33第一章 绪论1.1擦窗机发展概况擦窗机是在高处作业吊篮基础上发展起来的产品。国外发达国家的擦窗机产品发展较早,如德国、日本、比利时、挪威等国家,相继从60 年代初就逐步形成了自己的产品系列。我国在8090 年代新建的一批高层高档建筑,大部分是由国外建筑师设计,并在建筑设计时已考虑了擦窗机的安装,均选用了国外的擦窗机产品,为大厦以后外墙的清洗和维护等作业打下了良好的基础。1995 年前后,国内开始进入兴建高层建筑热潮,国内专业擦窗机公司也相继发展起来。目前,擦窗机产品在我国已得到迅速发展,已成为一种高新技术含量的机电一体化设备。2003 年,我国颁布了GB19154- 2003擦窗机国家标准。北京、上海、广州等大城市中的高档建筑,大部分都安装了擦窗机设备。但在国内也还有相当一部分高层高档建筑,由于建筑设计时未考虑擦窗机的配套设计,无法安装擦窗机设备,给以后的清洗和维护带来了很大的不便。有些造型简单的大楼,采用大绳吊板进行人工清洗,即不安全又不文明,也无法进行更换幕墙玻璃、补胶等作业;对于造型复杂的大楼,人工就无法清洗,更谈不上进行其它作业。随着我国法律、法规的不断健全,文明程度的提高,大厦物业管理的建立,对其外墙的定期安全清洗及检修维护,已越来越引起人们的高度重视。大绳吊板人工清洗终将被取缔,擦窗机则是完成高空作业最安全、实用、高效的专用设备。安装擦窗机的必要性已得到了普遍认可。 1.2本文研究内容1.擦窗机的结构和类型。2.擦窗机的工作原理。3.根据擦窗机GB19154-2003和机械设计手册对擦窗机各部件进行设计选型。4.对设计出的擦窗机进行安全分析并对一些关键安全部件进行强度校核。5.擦窗机的安装、维护、保养。1.3擦窗机的定义及作用擦窗机（permanently installed suspended access equipment): 用于建筑物或构筑物窗户和外墙清洗、维修等作业的常设悬吊接近设备。擦窗机的作用：(1) 维护可以承载两名工作人员对建筑物外饰面进行检查和维护； (2) 清洁-可以承载两名工作人员定期对建筑物外饰面进行保洁、维修，可以使建筑物的外观保持整洁并风貌常新；(3) 应急-在火灾等特殊情况下，可以垂直运送被困人员；(4) 运输-可以垂直吊运一些电梯无法运送的物品和设备1。1.4擦窗机的分类与选型考虑因数 按照擦窗机标准，擦窗机可分为：屋面轨道式（简称轨道式）、轮载式、悬挂轨道式（简称悬挂式）、滑车式和插杆式、滑梯式。擦窗机最大的特点是非标准性机电设备。建筑物的高度、外观、立面结构形式、楼顶空间尺寸都不相同，因此也很难找到二台一样的擦窗机。针对每一栋大楼的独特建筑形式和功能，在选用擦窗机时，应从安全性、经济性、实用性这三大原则的基础上，按以下几点进行考虑：（1）优先选用轨道式，自动化程度高，安全可靠；（2）楼顶空间通道、立面结构等是否适合所选择的擦窗机型式；（3）选用的擦窗机是否满足结构承载要求；（4）选用的擦窗机尽量不影响建筑物的美观；（5）擦窗机的造价业主能否承受；（6）能否选用最少台数，完成整个大厦的作业。擦窗机型号由组、型、特性代号、主参数代号和变型更新代号组成。GB19154-2003标准对擦窗机编号方法如图1-1。图1-1擦窗机编号方法标记示例a） 额定载重量200kg，屋面轨道式伸缩臂变幅擦窗机；擦窗机 CWGS200 GBb） 额定载重量300kg，屋面轨道式小车变幅擦窗机；擦窗机 CWGC300 GBc） 额定载重量250kg，轮载式动臂变幅擦窗机第一次变型产品；擦窗机 CLZD250A GBd） 额定载重量150kg，悬挂轨道式擦窗机；擦窗机 CUG150 GBe） 额定载重量200kg，插杆式擦窗机；擦窗机 CCG200 GB33第二章 水平轨道式双臂型擦窗机结构设计 水平轨道式双臂型擦窗机是轨道式擦窗机的一种，轨道式擦窗机使用最为广泛。这种型式的擦窗机可沿轨道电动行走。它具有行走平稳、就位准确、安全装置齐全、使用安全可靠、自动化程度高等特点。安装轨道式擦窗机必须满足楼面结构承载要求，预留出擦窗机的行走通道等2。这种型式适用于屋面较宽阔且屋面结构 能够满足擦窗机受力要求的情况，轨道铺设在水平屋面上 。天台车由电机带动可沿轨道 自由 行走。而达到建筑物的任何立面；卷扬系统收 卷钢丝绳。带动吊船上下运动。从而到某一立面的任何地点：变幅机构带动吊臂回转，从而改变工作吊臂的有效幅长。并可将吊船收回屋面 隐置，以保证建筑物的外形美观。水平轨道式擦窗机的主要特点是：机体结构紧凑。提升系统、变幅系统相合：天台车可沿轨道自由行走：提升系统中包括带有四根钢 丝绳槽的卷筒及钢丝绳排布系统卷绳系统安全可靠：配有机械紧急超速制动 一 防止吊船坠落；电机和主要电器元件采用进口件：吊船船体采用铝管结构，铝外壳。整体轻巧。防腐防锈。高度耐用。设防滑花纹铝板；承重 ：250kg (可根据用户需要设计其它规格)：配有光(或声)提示超重的监测器I在吊船高处和低处分别安装上升、 下降时的高度限位器；吊船靠墙侧装有l跚组海棉靠墙轮 ；控制讯号以低压 电经过内藏于钢丝 绳芯的电缆 由吊船传进到天台车。不需额外电线。也免除了电线断丢失控的危险水平轨道式擦窗机的安装。在屋顶施工时。现浇混凝土安有预埋铁和螺栓。轨道即靠螺栓及压铁与预埋铁连接；安装时。须参照安装说明书逐步进行；擦窗机操作人员必须经过严格培训。上岗使用完毕后，吊船收回屋顶，要用苫布盖好天台车及吊船。2.1主要技术参数型号CDG250额定载荷 250kg 升降速度 9m/min 臂长 5.4m行走速度 6m/min 变幅速度 8m/min 电源特性 3*380V，50HZ 水平轨道双臂式擦窗机是一种小型擦窗机设备，工作幅度相对较小，机重较轻，其主要产品尺寸见表2-1和表2-2 。 表2-1 水平轨道式双臂型式擦窗机产品主要尺寸（mm）ABCD ErR300200035001000015002000 3501000Br表2-2 水平轨道是双臂型式擦窗机产品运行功能工作幅度C（mm）整机重量W（Kg）轨距B（mm）轮距F（mm）最大受力（每点）（kg）预留通道（mm）100001500015000200002000030000 150001500022000180003500018002000250035003000400025002500320030004000W40%W40%W40%2500300035002.2擦窗机轨道设计擦窗机是高层建筑物外墙立面和采光屋面清洗、维护作业的常设专用设备，其中以轨道式擦窗机使用最为广泛。这种型式的擦窗机可沿轨道电动行走，具有行走平稳、就位准确、安全装置齐全、使用安全可靠、自动化程度高等特点。但要使得轨道式擦窗机的优越性能得以完美实现，可靠优化的轨道设计是其中关键的一环。轨道设计应考虑擦窗机各部分重量、运行引起的侧向力、动载荷及风载荷引起的作用力；在设计、安装轨道的连接点和屋顶有关装置时应考虑温度变化引起轨道的热胀冷缩产生的影响；轨道锚固件和连接附件的设计强度应能承受2 倍的最大作用载荷；轨道的安装应牢固平直，接缝处导轨平面高差值不应大于2mm,伸缩缝的间隙不大于3mm；轨道与预埋件或预埋支架的连接必须牢固可靠，不得松动；轨道及轨道连接附件和锚固件应作防锈、防腐处理；轨道于圆弧转弯段，一般不宜留伸缩缝；在最大作用载荷下，轨道两个支撑点之间的挠度不应超过其跨距的1/250；在轨道始点、终点应设置限位挡块。转向点和分岔点应设置定位装置。表2-3擦窗机轨距、轮距选择表轨距与楼顶结构空间、擦窗机工作幅度、整机重量等密切相关。根据经验，通常按表2-3选择。根据现场实际情况分析，轨道高差问题会影响到擦窗机的通过性能和美观，应引起足够的重视。轨道高差问题最为严重的是轨道转弯处3。转弯处轨道高差有两种：内外轨之间的高度差和同一轨道工字钢内外缘高度差。内外轨之间的高度差主要是由于内外基础存在高差造成的，可利用水平尺等工具通过增加垫片的方式予以解决。同一轨道工字钢内外缘高度差是由于轨道制造加工引起的。弯轨的制造方法通常有高频淬火拉弯、冷拉弯和冷压弯3 种。高频淬火拉弯自动成形，效果最好，但成本很高。冷压弯变形太大，一般很少采用。现在国内厂家一般以经济实用的冷拉弯为主。由于最大转弯半径等于最小转弯半径与轨间距之和（即R r B），应以最小转弯半径为决定因素进行分析。现以 22b 工字钢为例说明。内轨转弯半径1 000mm，本件展开长度（以中心线为基准）约为1 571mm。这样，在拉弯制作过程中内缘须压缩8 8 m m ，外缘须拉伸8 8 m m。一般情况下工字钢未作工艺处理直接拉弯，势必造成内外缘高差（一般在5 m m1 2 m m左右）。具体的工艺措施是在内缘均匀增开3 至5个缺口（其目的是释放压缩量），如图2-2所示，待弯折后将缺口处焊牢磨平。图2-2弯轨轨道式擦窗机通过轨道系统与建筑物结构相连, 轨距一般为0. 82. 0m, 两条轨道的设置可在一个平面也可不在一个平面上。轨道系统由基座、连接件和轨道三部分组成。基座预埋件由1 块预埋钢板和4 根 16 地脚螺栓组成, 用螺母将预埋螺栓与预埋钢板固定, 在建筑物结构封顶前交土建单位浇注擦窗机基座, 基座高度应高于屋面面层80mm 以上。基座施工完毕后通过调节预埋螺栓上的螺母将所有预埋钢板调至同一平面, 二次灌浆填满缝隙后固定预埋钢板, 最后用轨道连接件( 压板) 将轨道固定在预埋钢板上。擦窗机轨道选用工字形钢或H 形钢, 一般将轨道直接焊接在预埋钢板, 由于施工简便、可靠, 擦窗机运行平稳等优点而被大量采用。轨道安装完成后基座与屋面统一做防水处理。 普通标准型轨道式擦窗机有4个行走轮。其轨道系统在设计和安装时应注意以下几点:考虑擦窗机各部分重量, 轨道自重、配重,运行引起的侧向力及风荷载引起的作用力； 轨道基座的设计应符合建筑模数且便于土建施工, 留出足够的砼浇注和振捣空间( 如浇注孔) , 当女儿墙较高时应参照擦窗机尺寸和性能适当提升轨道基座的高度； 轨道的支撑点不宜过密, 间距不小于2m,支撑点之间考虑在最大作用荷载时将轨道简化为简支梁, 其轨道的挠度变形不应超过其跨度的1/ 500；轨道锚固件和连接附件的设计强度应能承受2 倍以上的额定荷载, 预埋件的锚固应符合建筑设计要求, 轨道、连接附件和锚固件应做防锈、防腐处理； 考虑温度变化引起轨道的热胀冷缩而对轨道连接点和屋面装置所产生的影响, 每根轨道段的长度不大于9m, 伸缩缝间隙不大于3mm, 圆弧转弯段轨道不宜设置伸缩缝, 并保证两条轨道伸缩缝的位置错开2000mm 以上。在温差大的地区尽量选用小截面的型材做轨道, 以减小温度应力对轨道连接点和屋面装置产生的影响；轨道端头应焊接限位挡板, 挡板厚度不小于8mm, 宽度不小于轨道宽度, 高度应满足限位装置的要求, 一般不低于100mm；当轨道在基座外接头时应采用坡口焊接, 在轨道底部应搭焊一块长度不小于200mm、宽度不小于轨道宽加20mm、厚度不小于12mm 的镀锌钢板。2.3行走机构的设计行走机构是擦窗机的主要部件之一，为保证擦窗机的行走可靠性，电机、减速机宜选用国外知名品牌4。行走电机功率可按表2-4选取。表2-4 行走电机功率与机重对照表机重(t)13467121320213031404160功率(kW)0.250.370.550.550.750.751.11.52.4 电动提升机超载保护装置的设计我们已经知道擦窗机是在高空作业平台吊篮的基础上发展起来。由于吊篮在施工中既要运送材料又要载人，因此安全问题便显得尤为重要了。因此吊篮上的超载保护装置的设计和安装势在必行。目前广泛使用的超载保护装置有超载电流保护和普通圆柱螺旋弹簧保护。此次本人设计的水平轨道式双臂型擦窗机便是采用普通圆柱螺旋弹簧超载保护装置。普通圆柱螺旋弹簧超载保护装置的工作原理：圆柱螺旋弹簧受压力时收缩，弹簧导向杆发生位移，通过铰接顶杆及限载杆撞击一固定位置的限位开关，切断控制电路而起到超载保护的作用，见图 2-5 。 该装置结构简单、调整方便，但由于螺旋弹簧随材质及热处理的差异， 性能不太稳定引起动作不太准确螺旋弹簧拉伸变形量较大。对空间距离有要求，使用受到限制。其特点 ：由于吊篮载荷分布不均或人的移动，使得荷载集中于吊篮某一侧时，单个吊点超载停止工作而实际上吊篮并未超载，即该装置易受偏载影响；受风载及风向、人为振动载荷影响较大，易引起误动作；对环境要求较高，主要使用于卷扬式擦窗机的吊船。 在吊船实际使用时，作业人员应注意吊船内物体分布，尽量做到分布平衡。这样可有效的延长螺旋弹簧的使用寿命。由于此装置受风载及风向影响较大，因此可布置多个防风定位销，亦可有效延长吊船使用寿命。 图2-5超载保护装置2.5安全锁的设计擦窗机在高层建筑的应用日益广泛。基于擦窗机高空作业的特殊境况，擦窗机安全锁的可靠性已成为衡量整机性能的主要指标之一。 擦窗机安全锁是在擦窗机吊篮悬挂钢丝绳意外拉断时防止吊篮坠落、倾斜过大，以保证施工人员安全的保险装置7。普通擦窗机安全锁是吊篮下行超速后才起保护作用的。安全钢丝绳通过安全锁绳轮，此绳轮与离心限速机构相连。当该绳轮线速度(即吊篮下行速度)超过限定值时，离心机构的甩块触发钢丝绳夹紧装置，使之夹紧安全钢丝绳。吊篮停止滑行。这种安全锁闭锁时的速度为20 22mmin，闭锁滑降距离100 mm。由于吊篮下降的正常速度为7，510 mmin，与闭锁时的速度差异较大，较大的速度差必然引起闭锁时滑降距离的增加，并产生较大的冲击力。因此，为了提高安全锁的灵敏度，有些产品在其绳轮处增加了增速轮系组成速度放大器，使闭锁时的速度接近吊篮的工作速度，闭锁滑降距离缩短，闭锁冲击力也有所减小。但这种安全锁仍属超速动作型，速度差异是闭锁的必备条件，闭锁的额外滑降距离和冲击在所难免。为进一步提高安全锁的可靠性，我们设计了失力动作型的安全锁，结构如图1，并增设了电器保护功能(因为安全锁在闭锁时都有特殊要求，即排除故障后，吊篮先行上升，待安全锁松开后方可下降)。图2-5安全锁图2-5中件1由摆臂、穿绳环、拨销组成，穿绳环和拨销固结在摆臂上，而摆臂又固结在件4上；件2分别空套在件4和件6上，其上设有锁簧挡销，在锁簧扭转力矩的驱动下，锁体外缘始终与件1上的拨销保持接触；件3分左右两个，在左右锁舌之间是安全绳绳道，每个锁舌两半圆形的脐子分别装在上下锁体的滑道里，两半圆脐子的轴线距离等于件4与件6的中心距。在悬挂绳未断之前，由于吊篮重力的作用，悬挂绳通过件1上的穿绳环，其上的拨销迫使锁体处于双点划线位置，而锁体的滑道又约束销舌处于双点划线位置，安全绳顺利通过两锁舌之闯的绳道；当悬挂绳拉断(失力)后，下锁体在锁簧作用下绕件6转动，上锁体推动件1上的拨销，拨销带动摆臂，使复位轴转动，复位轴上的行程开关触发杠杆将吊篮下降电气回路断开，各构件相对位置如实线所示(为明膝失力保护机构，件7、件8在主视图上均未画出)；因为每片锁舌上下两半圆脐子的轴线距离等于件4与件6之间的中心距，所以当上下锁体绕各自的轴线转动时，两锁舌作曲线平动，由于刚体在平动过程中其上任一直线始终保持与初始位置平行，所以两锁舌绳道始终保持平行。又因为左右锁舌同时绕相同的轴作曲线平动，则平动的速度和加速度必然不同，所以，两锁舌安全绳绳道的相对位移发生变化，其结果是绳道越来越窄，锁舌越夹越紧，这就确保了安全。2.6擦窗机的安装与维护擦窗机在使用过程中的一些损坏原因是没有注意擦窗机的运输、存放、安装和维护等细节造成的。例如一些擦窗机在使用时发现套筒不圆整，导致在组装时难以将插杆装入其中，这是由于在运输途中不注意套筒的碰撞变形。又如一台擦窗机使用很久后，出现锈蚀，这与后期的维护有关，需要多注意定期检查和涂漆保养。擦窗机应存放在通风、无雨淋日晒、无腐蚀气体的环境中。并将随机工具，备件及需防锈的表面和各润滑点涂以防锈脂或注入润滑油。擦窗机安装调试完成后应经过测试验收，测试报告应由参加测试各方有关人员盖章存入设备档案。擦窗机投入使用后，应定期检查测试。检查测试的周期不得超过18个月8。（1）检查测试内容如下：a）对整个设备安装的详细检查；b）建筑物预埋件的检查；c）对安全装置，电气系统的测试。（2）安全装置的检查要求：a）安全装置的检查周期不得超过6个月；b）若在现场不具备测试条件，可以拆下该装置，送制造厂测试；c）拆下测试的装置，在擦窗机交付使用前，应检查所有再新安装的和其相关的部件。（3） 钢丝绳的检查如下：a）在用的钢丝绳须每个工作日目捡一次，每月至少按产品使用说明书有关规定检查二次；b）对一个月以上未使用，在每次使用前做一次全面检查，其检查报告应指出钢丝绳的状况。（4）操作：a）设备操作人员应经过培训，合格后并取得了资格证明方可进行操作、维护、保养；b）每日工作前，应进行额定载重量的试运行确认设备处于正常状态；c）在吊船作业下方应设置安全防护区；d）工作处阵风风速大于8.3m/s或暴雨、大雾、风雪等恶劣天气禁止作业。e）有架空输电线场所，擦窗机的任何部位与输电线的安全距离应大于10m，以避免擦窗机进入输电线危险区。如果安全距离受条件限制，应与有关部门协商，并采取安全防护措施后方可架设。f）擦窗机宜配置独立的安全绳。（5）维护保养：a）所有影响设备安全性的部件，应按使用说明书进行维护；b）运动或摩擦零部件磨损或损坏时，应立即更换；c）电气系统的部件和随行电缆损坏或有明显擦伤时，应立即更换；d）齿轮、轴、丝杠、轴承、制动器和卷筒应保持良好的工作状态，当齿轮、丝杠有明显的磨损现象时，应立即更换；e）控制线路的电器、动力线路的接触器及零部件应保持清洁、无灰尘污染；f）应按制定使用的润滑剂对规定部位定期进行润滑；g）使用巴士合金固定的钢丝绳接头应在二年内重新制作；h）在测试、检查和维修如需安全装置或电气保护装置暂时失效时，在完成测试、检查和维修后应立即将这些装置恢复到正常工作状态；i）轨道或插杆座等固定设施或类似装置，应按照使用说明书的要求定期检查是否松动和进行防锈处理；j）在建筑物表面设置T型导轨，凹槽框或类似导向装置以及电缆稳定器支座时，应按照使用说明书的要求定期检查是否松动和进行防锈处理；k）钢丝绳的检查和报废应符合GB/T59721986中2.5的规定；l）电缆芯钢丝绳的绝缘有老化迹象或绝缘值降低时，应立即更换；m）电缆芯钢丝绳的导线之一断裂或导线的导电性能时断时续，应立即更换。第三章 水平轨道式型擦窗机计算擦窗机必须满足下列规范要求：擦窗机GB19154-2003；高处作业吊篮GB19155-2 0 0 3 ； 擦窗机安装工程质量验收规程JGJ1502008；进口或出口设备时，还应符合欧洲标准EN1808的要求。本次擦窗机的技术参数：额定载荷 250kg 升降速度 9m/min 臂长 1220m行走速度 6m/min 变幅速度 23m/min 电源特性 3*380V，50HZ回转速度 180/100s3.1吊篮减速电机的选择3.1.1选择电动机的类型本减速机将用于擦窗机吊篮的提升和下降，首先减速机具有一定的转矩，能带动一定的载荷做垂直上下运动。根据工作要求选用YZR系列绕线转子三相异步电动机，电源电压为380V。三相异步电动机具有较大的过载能力和较高的机械强度，特别适用于短时或断续周期运行、频繁起动和制动、有时过负荷及有显著的振动和冲击的设备。3.1.2选择电动机的容量电动机所需工作功率为： （3-1）绳速=10m/min=0.16m/s工作机所需功率： 传动装置的总效率为 （3-2）联轴器效率=0.99，滚动轴承效率（一对）=0.99，闭式蜗轮蜗杆传动效率=0.75，传动滚筒效率4=0.96为代入得：电动机所需工作功率为： 取电动机功率为：因载荷平稳，电动机额定功率大于即可。由YZR系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为1.5kW。3.1.3确定电动机的转速滚筒的直径为D=150mm滚筒轴工作转速一般一级蜗轮蜗杆减速器传动比 为1080，故电动机的转速可选范围为：符合这一范围的同步转速有815 r/min、866 r/min，现将符合这范围内的两种方案进行比较。有相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比列于表3-1。表3-1 额定功率为1.5KW时电动机选择对总体方案的影响方案电动机型号同步转速/满载转速（r/min）电动机质量（kg）价格/元传动比1YZR112M-68664515001.5i2YZR132M1-6924631900i表3-1中，方案1电动机的质量轻，价格便宜，总传动比大，而方案2和方案1相比较，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格以及总传动比，可以看出选用方案1较好，即选定电动机型号为YZR112M-6。型号额定值效率%功率因数(cos )堵转电流额定电流堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩外形尺寸（长宽高）/mm质量/kg功率/kW电流/A转速/（r/min）YZR112M61.55.6186680.50.74622.240031326545YZR132M161.55.8192480.50.715.522475350315633.2信号传送方式和钢丝绳选择擦窗机都采用主机和平台两地操作，主机处控制擦窗机的运行和停止动作；在平台处一般只控制平台的升降，也可有选择地控制其它动作，因此将平台内的操作信号准确有效地传送给主机非常重要9。目前有以下3种传送方式。（1） 独立电缆传送方式采用电缆作为主机和平台的信号传送是较常见的方式。其方法很简单，利用一根多芯电缆由主机直接垂人操作平台，将平台的控制信号传送回主机，从而实现操作人员在平台内对擦窗机的控制。但这种方式存在很多弊端，一是受到擦窗机工作高度的限制，当平台工作高度超过lOOm 时电缆的自重可能导致断缆发生，而且由于电缆自垂于主机和平台之间，其自身的摆动将引起操作平台的摇晃，大大降低了擦窗机的安全性；二是这种方式与继电器控制系统配合时每个动作信号都需占用一根导线，平台内操作信号的数量由于受到电缆芯数的限制而降低了平台内的操作功能，当这种方式与可编程序控制器控制系统配合时因电缆自然悬垂没有屏蔽弱电干扰，易造成误动作。（2） 钢丝绳内藏电缆传送方式这种方式既避免了断缆又可以将传送的信号有效地被钢丝绳屏蔽起来，大大增强擦窗机的安全性和可靠性。一般一根钢丝绳内藏两根电缆芯，而擦窗机太都采用四根钢丝绳同步工作，因此主机和平台的信号线最多为8根最适合配合专用串行通讯模块使用。其中4根电线分别连接于主机和平台的输人输出模块，另4根实现对主机主接触器的控制，将平台的多种信号传送给主机，实现对擦窗机的多项控制，见图13这种是比较理想的擦窗机信号传送方式，但其特别钢丝绳成本高 图3-1 钢丝绳内藏电缆传送信号线路图 1、藏于钢丝绳内的铜线 2、碳刷 3、钢丝绳卷筒（3） 无线遥控方式 随着无线遥控技术的发展，这种技术也开始应用在擦窗机的控制中。但因其成本较高、实用性低，所以国内擦窗机工程中很少采用10。比较3种方式及国际、行业标准选用钢丝绳内藏电缆较为合适。1.钢丝绳为德国WOLF公司生产的擦窗机专用镀锌钢缆；2.钢丝绳的承载安全系数 10倍；3.每根钢丝绳直径为7.0毫米；4.钢丝绳内需设置传导控制信号用的、带有绝缘层的铜芯；5.绳头强度不低于最小断裂荷载的80%；6.钢丝绳转弯处装有滑轮。所有滑轮都装有自润滑式轴承；7.滑轮直径与所用钢丝相匹配，并可防止绳索滑出滑轮。根据GB19155-2003高处作业吊篮5.4.6.2条“钢丝绳安全系数不应小于9”。计算如下：（3-3）n 钢丝绳安全系数S 单根钢丝绳最小破断拉力a 钢丝绳根数W吊篮平台质量与额定载荷另根据GB19155-2003高处作业吊篮5.4.6.4“工作钢丝绳最小直径不应小于6 mm”，实际采用8.3的航空钢丝绳，符合标准要求。3.3水平轨道式双臂型擦窗机的轨道设计计算预埋件将设备载荷传递到屋顶结构上，其承载能力是擦窗机安全使用的一个非常重要的影响因 素。在正常工作状态下，按照国标 G B 1 9 1 5 4 2 0 0 3 擦窗机的要求，整机最大倾覆力矩比设备自身的抗倾覆力矩小，机器不会有倾翻趋势，轨道只承受压力。但在极特殊情况下 ( 如突然强阵风、吊篮在上升过程中碰撞建筑物等) ，有可能使设备的瞬间倾覆力矩超过其自身的抗倾覆力矩，因此需要在机器的行走轮上设置防倾翻装置，该装置应能可靠 地钩住轨道。在这种情况下，轨道需要承受拉力，传递到预埋件上，就是向上的拉拔力。 ( 1 )轨道预埋件的埋设间距。轨道与预埋件一般是焊接或采用压板连接，可近似地视为固接。根据擦窗机设计标准，在最大载荷作用下，轨道 2个支承点之间的最大挠度不应超过其跨距的 1 2 5 0 。按照这个要求，已知最大轮压 ( 或根据同类设备类比) ，就可以计算出预埋件的埋设间距。 ( 2 )正常工作状况预埋件受力分析。由于轨道与预埋件是固接，在正常工作状态下，当擦窗机行走轮在 2个预埋件中间肘 ( 即行走轮不落在预埋件上方) ，预埋件不仅承受固端反力，还承受设备对轨道压力在承点产生的固端反力矩 ( 如图2所示) ， 因此预埋件承受的是压弯载荷。图3-1 正常工作状况下预埋件受力图根据 GB 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 混凝土结构设计规范 ，应当按照式 ( 3-4)计算预埋件的承载力。 （3-4）式中 钢筋锚筋的总截面面积； 预埋件承受的正压力，取正值； 预埋件承受的弯矩，取正值； 平行弯矩方向外层锚筋之间的距离； 锚筋层数影响系数，2层时取1，3层时取0.9，超过3层取0.85； 锚板弯曲变形折减系数。式（3-4）中，压力N和弯矩M 根据固支梁的反力计算得并取各工况下的最大值。（3-5）式中 t锚板厚度； d锚筋直径。当垂直受拉传力板方形的锚筋间距或该间距减去受拉传力板的加筋板( 或工字钢翼缘板)宽度的差值不大于5倍的锚板厚度，或采取其它措施防止锚板弯曲变形等情况取 。 锚筋的受剪承载力系数按下式计算：对于钢筋锚筋， （3-6）当式中 锚筋的抗拉强度许用值，MPa； 混凝土的抗压强度许用值，MP a。 ( 3 )非正常工作状况预埋件受力分析。在这种 工况下，轨道有可能要承受向上的拉力 ( 见图3-2 ) 。由于轨道是依靠其翼缘产生对设备的拉力，在该载 荷的反作用下，轨道不仅承受拉力，还有固端反力矩 M 和拉力偏心作用产生的附加弯矩 M2 。图3-2 非正常工作状况下预埋件受力图因此，在该工况下轨道载荷传递到预埋件的是拉拔力和双向弯矩，应按公式 ( 2 )计算预埋件受力。 因为弯矩M1 和 M2 与拉力 N存在一定的比例关系，根据式 ( 2 )就可以计算出预埋件最大能承受的拉拔力。在保证轨道强度和连接强度的情况下，该拉拔力是设备抗倾覆力矩的补充。 3.4 安全系统分析3.4.1 高处吊篮安全锁制动性能 根据锁绳原理的不同，安全锁分摆臂式和离心甩块式两种。前者是当工作绳发生断裂或吊篮倾斜到一定角度时锁绳；后者是当提升机运行速度超过某一极限值时锁绳。基于静力学分析，讨论几何参数和安装尺寸等对摆臂式安全锁锁绳性能的影响，分析出安全锁在工作时的可靠性11。 锁绳机构由锁芯、琵琶板和安装销等组成, 如图所示图中实线为工作状态，即锁定钢丝绳状态；双点划线为非工作状态，即钢丝绳可从中自由通过其工作原理是当工作绳发生断裂或吊篮倾斜到一定角度时，由于琵琶板位置的变化，琵琶板带动锁芯迅速合拢，锁住安全钢丝绳。1. 几何尺寸和安装尺寸对锁绳性能的影响锁紧力为锁芯与钢丝绳之间的摩擦力。由于夹槽与钢丝绳接触弧上任一点的垂直方向的损耗是不变的，则比压的垂直分量保持不变，如图所示。故有 （3-7）由图可知，夹槽与钢丝绳间的径向比压沿接触弧是变化的。取一微弧，设夹槽与钢丝绳接触长度为，则对式积分得式中为夹槽所张圆心角。联立解得：接触面上某一微面积所产生的摩擦力为对其积分得因此当量摩擦系数为dddmsin2sin4+=f (3-8)式中：为钢丝绳与夹槽之间的摩擦系数。图3-10给出了= 0.5时夹槽所张圆心角与当量摩擦系数的关系曲线。不难看出，夹槽所张圆心角越大，当量摩擦系数越大。但为了防止锁绳时两锁芯互相干涉，一般使夹槽所张圆心角需小于180 。 图3-4 接触面任意一点比压 图3-5 夹槽比压分布图图3-6 夹槽所张圆心角与当量摩擦系数的关系曲线3. 琵琶板的几何尺寸对锁紧力的影响 如上所述，安全锁工作时，依靠锁芯和安全钢丝绳之间的摩擦力实现制动下面通过分析安全锁琵琶板和锁芯的受力说明钢丝绳和锁芯之间的工作摩擦系数与安全锁结构参数之间的关系。 琵琶板的几何形状如图3-11所示安全锁锁紧时，琵琶板和锁芯的受力情况分别如图3-11、图3-12 所示，其中N和F分别为锁芯对琵琶板的水平和竖直方向正压力，W 为重力， f1 和f2 分别为琵琶板与销轴、琵琶板与锁芯之间的摩擦系数， f为锁芯与钢丝绳之间的摩擦系数，即式3-8所示的当量摩擦系数。根据竖直方向的力平衡方程，得由双月牙孔几何中心的力矩平衡方程得图3-7琵琶板的受力分析图3-8锁芯的受力图根据图锁芯的受力分析可得， 所以 (3-9) 该式确定了锁芯和钢丝绳之间摩擦系数的理论值，它与琵琶板的几何尺寸有关若不计琵琶板与销轴、锁芯之间的摩擦力矩，则有 这表明， t越小， L越大，所需的锁芯和钢丝绳之间摩擦系数越小由于锁芯和钢丝绳之间的摩擦系数基本不变，所以对于确定的工作负荷而言，相当于只需较小的夹紧力t 越小，L 越大，安全锁能够承受的最大负荷越大。4. 安装尺寸对锁绳角度的影响 就摆臂式安全锁而言，工作钢丝绳断裂和吊篮倾斜角度过大是两个最基本的锁绳情况。国家标准规定，吊篮安全锁的锁绳角度不能超过8 ，一般控制在4 7 。因为吊篮倾斜角度太大，对保证高处作业人员的安全不利。但是如果锁绳角度太小，安全锁太敏感，吊篮稍有倾斜就频繁锁绳，随后的开锁程序必然降低工作效率12。下面分析安全锁的安装位置对锁绳角度的影响。图3-13为吊篮水平时安全锁的安装位置示意图，其中O点为工作钢丝绳在提升机出口的位置，A 、B为安装位置尺寸，为安全锁摆臂的工作角度。图3-14为锁绳角度为，即吊篮倾斜角时，安全锁的位置示意图，其中1为安全锁摆臂的锁紧角度。根据图中的几何关系有故又所以在式中令得则图3-9吊篮水平时安全锁的安装 图3-10锁绳角度为时安全锁示意图 位置示意图图3-11 B=64时锁绳角度与参数A的关系曲线 图3-12 A=300 与参数B的关系结论： （1）安全锁的制动力是由锁芯与钢丝绳之间的摩擦力提供的，而此摩擦力又与琵琶板和锁芯两者之间的冲击力成正比，所以必须保证锁芯和琵琶板的耐冲击性否则，一旦由于金属组织缺陷或外形结构缺陷等而导致锁芯断裂或琵琶半半圆孔变形过大，安全锁的安全性能就不能保证。 （2）国家标准要求，安全钢丝绳和工作钢丝绳应采用相同的型号和规格，但实践表明，同样直径的钢丝绳，股数越多，所能提供的摩擦力越大，所以为进一步保证安全锁的安全性能，可选择安全钢丝绳的股数比工作钢丝绳的股数多。 （3）琵琶板和锁芯夹槽的几何参数、安全锁的安装尺寸对安全锁的制动性能有重要影响。夹槽所张圆心角越大，锁绳性能越好；琵琶板月牙孔的几何中心到销轴几何中心的距离以及琵琶板二月牙孔的几何中心之间的距离越大，锁绳性能越好；摆臂的旋转中心到工作钢丝绳出绳口的竖直距离以及到工作钢丝绳的水平距离越大，锁绳性能越好13。3.4.2 卷筒制动器（后备制动器） 卷筒制动器一般分为两种：棘轮、棘爪制动器和块式制动器。（1） 棘爪式制动器 棘轮安装于卷筒侧端随卷筒一起转动, 超速后通过连杆触发机构牵引棘爪作用进行制动。其优点是结构简单、成本低、安装调整方便、制动准确,缺点是制动时产生的冲击和振动较大。（2） 块式制动器 块式制动器克服了棘爪制动器的固有缺点。该制动器由触发机构和制动机构两部分组成, 触发机构包括摆动杆、偏心座、配重块、梅花轮等, 制动机构包括制动臂、摇臂、连杆、弹簧座等, 见图3-13。图3-13块式制动器结构图1-制动臂；2-制动块；3-摇臂；4-梅花轮；5-连杆；6-摆动杆；7-弹簧座；8-偏心座；9-配重块；10-制动毂 该制动器工作过程: 制动毂和梅花轮连接在卷扬机构的一端, 当卷扬机构在电机减速机的带动下匀速转动时制动毂和梅花轮随卷扬机构一起匀速转动, 这时摆动杆上的压轮压在梅花轮上平稳转动；当卷扬机构超速运转时摆动杆摆幅增大, 其底部撞击偏心座, 偏心座逆转, 在弹簧力的作用下制动块抱紧制动毂, 对卷扬机构起到超速保护作用14。下面对这种制动器进行机构分析和设计计算, 机构原理图见图3-14。图3-14制动器机构原理图1-制动毂；2-制动臂；3-摇臂；4-制动弹簧；5-摆架；6-制动块计算制动力矩： 式中 D卷筒直径； G单个卷筒承受的载荷。制动弹簧力：式中 K弹簧刚度； G弹簧丝的减变模量； d弹簧丝直径； D弹簧中径； n弹簧有效圈数； 制动时弹簧预调变形量。制动器机构受力分析：（1） 摇臂受力分析，见图3-15 图3