高层建筑玻璃幕墙自动清洗机三维结构设计及有限元分析.pdf

年月 第卷 第期 机 床 与 液 压 收 稿 日 期 基 金 项 目沈 阳 市 科 学 技 术 计 划 项 目 作 者 简 介王 素 艳女硕 士副 教 授高 级 工 程 师主 要 从 事 机 械 设 计 与 制 造机 械 设 备 控 制 及 数 控 技 术 应 用 的 教 学 及 科 研 等 工 作 高层建筑玻璃幕墙自动清洗机三维结构设计及有限元分析 王 素 艳 沈 阳 职 业 技 术 学 院辽 宁 沈 阳 摘 要基 于 自 动 化智 能 化低 成 本安 全 高 效 的 理 念 对 高 层 建 筑 玻 璃 幕 墙 自 动 清 洗 机 的 行 走 机 构清 洗 机 构转 向 机 构 及 安 全 机 构 等 进 行 三 维 结 构 设 计同 时 采 用 软 件 中 的 插 件对 自 动 清 洗 机 中 受 力 最 大 的 底 板 进 行 有 限 元 分 析该 自 动 清 洗 机 能 可 靠 地 吸 附 在 垂 直 的 玻 璃 幕 墙 外 表 面实 现 自 动 行 走转 向清 洗安 全 可 靠可 有 效 解 决 人 工 清 洗 高 层 建 筑 玻 璃 幕 墙 危 险 性 大效 率 低 等 弊 端大 大 提 高 劳 动 效 率 关 键 词玻 璃 幕 墙自 动 清 洗 机结 构 设 计 有 限 元 分 析 中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 文 章 编 号 前 言 现 代 城 市 中用 玻 璃 幕 墙 进 行 外 装 饰 的 高 层 建 筑 物 越 来 越 多玻 璃 幕 墙 的 清 洗 十 分 困 难人 工 清 洗 具 有 很 高 的 危 险 性且 耗 时 长效 率 低清 洁 效 果 差 高 层 建 筑 玻 璃 幕 墙 自 动 清 洗 机 基 于 自 动 化智 能 化 低 成 本高 效 率 的 理 念 进 行 设 计可 以 有 效 解 决 人 工 清 洗 高 层 建 筑 玻 璃 幕 墙 的 弊 端大 大 提 高 劳 动 效 率 玻 璃 幕 墙 清 自 动 清 洗 机 应 该 具 备 以 下 功 能能 可 靠 地 吸 附 在 垂 直 的 玻 璃 幕 墙 外 表 面自 动 在 幕 墙 表 面 爬 行在 行 进 中 清 洗 玻 璃 幕 墙在 遇 到 障 碍 时会 自 动 调 整 爬 行 高 度步 距 及 转 向 整 体 结 构 设 计 行 走 机 构 设 计 吸 盘 吸 附 机 构 设 计 玻 璃 幕 墙 清 自 动 清 洗 机 工 作 时应 可 靠 地 吸 附 在 垂 直 的 玻 璃 幕 墙 外 表 面并 实 现 爬 行 运 动采 用 吸 盘 结 构 简 单 可 靠吸 盘 通 过 小 型 真 空 泵 吸 出 吸 盘 内 空 气使 清 洗 机 保 持 可 靠 的 吸 附 在 幕 墙 表 面 为 实 现 爬 行 运 动自 动 清 洗 机 采 用 两 组 共个 吸 盘分 别 为 第 一 组 前后 及 中 心 共个 吸 盘第 二 组 在 清 洗 机 横 梁 前 后 共个 吸 盘两 组 吸 盘 的 结 构 设 计 如 图所 示 图两 组 吸 盘 的 结 构 设 计 吸 盘 通 过 吸 盘 后 部 的 小 型 真 空 泵 吸 出 吸 盘 内 空 气产 生 负 压使 自 动 清 洗 机 通 过 吸 盘 可 靠 地 吸 附 在 玻 璃 幕 墙 表 面如 图所 示 图吸 盘 及 小 型 真 空 泵 齿 条 导 轨 传 动 机 构 设 计 要 实 现 清 洗 机 行 走需 要 两 组 吸 盘 交 替 吸 附释 放并 配 以 齿 轮齿 条 传 动 系 统 来 实 现工 作 时当 第 一 组 吸 盘 吸 附第 二 组 吸 盘 释 放 时动 力 通 过 齿 条 导 轨 传 动 系 统使 得 横 梁 带 动 第 二 组 吸 盘 沿 齿 条 导 轨 垂 直 移 动而 第 二 组 吸 盘 处 于 吸 附第 一 组 吸 盘 释 放 时两 个 齿 条 导 轨 带 动 第 一 组 吸 盘 随 着 齿 条 导 轨 垂 直 移 动从 而 实 现 清 洗 机 自 如 运 动齿 条 导 轨 传 动 系 统 设 计 如 图所 示 图齿 条 导 轨 及 清 洗 轮 传 动 系 统 设 计 转 向 机 构 设 计 左右 转 向 机 构 分 别 由 自 动 清 洗 机 前 端 两 个 传 感 器 发 出 信 号 驱 动 转 向 电 机通 过 齿 轮 传 动驱 动 转 向 齿 环 顺 或 逆 时 针 旋 转 一 定 角 度转 向 时仅 中 心 吸 盘 吸 附转 向 齿 环 带 动 自 动 清 洗 机 实 现 左 右 转 向 如 图中 所 示 图转 向 机 构 设 计 清 洗 机 构 设 计 在 自 动 清 洗 机 中 部 的 横 梁 上 装 有 旋 转 式 清 洗 装 置清 洗 轮 由 清 洗 轮 驱 动 电 机清 洗 轮 传 动 系 统贯 穿 横 梁 的 丝 杠 与 齿 轮 传 动 来 驱 动 旋 转如 图图 所 示清 洗 轮 的 后 部 存 贮 有 清 洁 剂并 可 注 入 到 清 洗 轮 端 面在 自 动 清 洗 机 爬 行 的 同 时清 洗 轮 旋 转端 面 开 始 清 洗 玻 璃 幕 墙 如 图所 示 图清 洗 机 构 设 计 其 他 结 构 设 计 安 全 机 构 设 计 为 保 证 清 洗 机 工 作 安 全 可 靠在 自 动 清 洗 机 前 端 设 有 安 全 绳 连 接 孔同 时 也 将 电 源 等 接 入 清 洗 机如 图所 示自 动 清 洗 机 工 作 时通 过 脐 带 式 安 全 绳 将 清 洗 机 与 高 层 建 筑 楼 顶 牢 固 连 接并 可 根 据 需 求 调 整 安 全 绳 长 度 纠 偏 及 信 号 反 馈 机 构 设 计 自 动 清 洗 机 前 端 装 有 左 右 两 个 传 感 器可 自 动 探 测 幕 墙 窗 棱 高 度 及 墙 壁 等 障 碍自 动 调 整 爬 行 高 度 步 距 及 转 向 角 度其 工 作 场 合 既 适 合 于 隐 框 玻 璃 幕 墙 也 适 合 于 明 框 玻 璃 幕 墙 当 自 动 清 洗 机 前 端 两 个 传 感 器 中 任 意 一 个 或 同 时 探 测 到 障 碍 高 度 小 于 时障 碍 高 度 可 设 定 第 二 组 吸 盘 吸 附 并 升 高带 动 第 一 组 吸 盘齿 轮 导 轨传 动 机 构 等 升 高实 现 跨 越 障 碍当 自 动 清 洗 机 前 端 两 个 传 感 器 中 任 意 一 个 探 测 到 障 碍 高 度 大 于 时障 碍 高 度 可 设 定第 二 组 吸 盘 的 中 心 吸 盘 吸 附其 余 全 部 吸 盘 抬 起转 向 机 构 工 作旋 转 一 定 角 度可 设 定自 动 清 洗 机 进 行 方 向 调 整当 自 动 清 洗 机 前 端个 传 感 器 同 时 探 测 到 障 碍 高 度 大 于 时墙 壁 高 度 可 设 定自 动 清 洗 机 工 作 停 止 并 发 出 信 号 自 动 清 洗 机 工 作 原 理 清 洗 机 在 进 行 清 洗 作 业 时要 保 证 横 梁 带 动 清 洗 轮 匀 速 运 动这 就 需 要 在 第 一 组 吸 盘 处 于 吸 附 状 态 第 二 组 吸 盘 处 于 释 放 状 态 时在 齿 条 导 轨 驱 动 电 机 齿 条 导 轨 传 动 系 统两 个 齿 条 导 轨 等 传 动 机 构 作 用 下横 梁 带 动 第 二 组 吸 盘 及 清 洗 轮 沿 齿 条 导 轨 垂 直 移 动此 时清 洗 轮 在 正 常 旋 转清 洗为 保 证 清 洗 效 果此 运 动 应 为 匀 速 运 动而 第 二 组 吸 盘 处 于 吸 附 状 态第 一 组 吸 盘 处 于 释 放 状 态 时两 个 齿 条 导 轨 带 动 第 一 组 吸 盘 随 着 齿 条 导 轨 垂 直 移 动此 运 动 可 机 床 与 液 压第卷 快 速 进 行两 种 状 态 交 替 进 行从 而 实 现 清 洗 机 边 清 洗边 运 动同 时 在 转 向 机 构安 全 机 构 及 纠 偏 及 信 号 反 馈 机 构 的 配 合 下完 成 自 动 清 洗 工 作 有 限 元 分 析 由 于 清 洗 机 底 板 上 安 装 有 清 洗 机 构 及 第 二 组 吸 盘工 作 时 清 洗 机 的 自 重 及 工 作 载 荷 均 由 底 板 承 受 其 受 力 最 大为 使 清 洗 机 安 全 可 靠 工 作通 过 软 件 中 的 插 件对 清 洗 机 中 受 力 最 大 的 底 板 进 行 有 限 元 分 析当 底 板 采 用 的 材 质 为 铝 合 金 板 材为 减 轻 质 量由 数 控 铣 加 工 得 到 所 需 的 结 构 形 状考 虑 到 工 作 时 作 用 在 底 板 上 的 最 大 载 荷 为 全 部 机 构 的 质 量 载 荷 及 工 作 载 荷且 工 作 中 载 荷 稳 定 不 变所 以 可 对 此 状 态 下 的 底 板 进 行 静 态 有 限 元 分 析 对 底 板 划 分 网 格经 过 运 算 得 到 底 板 的 最 大 应 力最 大 应 变最 大 位 移 及 最 小 安 全 系 数 对 应 的 网 格 节 点 位 置经 与 材 料 许 用 的 应 力应 变位 移 比 较 均 满 足 设 计 要 求分 析 得 到 的 最 小 安 全 系 数 为 也 满 足 设 计 要 求 应 力应 变位 移 云 图 如 图 所 示 图应 力应 变位 移 云 图 结 论 通 过 软 件 进 行 高 层 建 筑 玻 璃 幕 墙 自 动 清 洗 机 三 维 结 构 设 计以 及 插 件 对 主 要 元 件 的 有 限 元 分 析保 证 了 设 计 的 科 学 合 理该 自 动 清 洗 机 操 作 方 便安 全 可 靠可 实 现 自 动 化智 能 化 低 成 本高 效 率 的 工 作有 效 地 解 决 人 工 清 洗 高 层 建 筑 玻 璃 幕 墙 危 险 性 大劳 动 强 度 大效 率 低 等 弊 端 在 现 代 城 市 中 高 层 建 筑 玻 璃 幕 墙 越 来 越 多 的 情 况 下 具 有 广 泛 的 应 用 前 景 参 考 文 献 王 素 艳高 层 建 筑 玻 璃 幕 墙 自 动 清 洗 机中 国 田 培 棠石 晓 辉米 林机 械 零 部 件 结 构 设 计 手 册 北 京国 防 工 业 出 版 社 成 大 先机 械 设 计 手 册 北 京化 学 工 业 出 版 社 闻 邦 椿机 械 设 计 手 册北 京机 械 工 业 出 版 社 王 春 燕陆 凤 仪机 械 原 理北 京机 械 工 业 出 版 社 张 有 忱赵 芸 芸机 械 设 计北 京化 学 工 业 出 版 社 美 公 司叶 修 梓陈 超 祥 基 础 教 程北 京机 械 工 业 出 版 社 江 洪陈 燎王 智 等 有 限 元 分 析 实 例 解 析 北 京机 械 工 业 出 版 社 第期王 素 艳高 层 建 筑 玻 璃 幕 墙 自 动 清 洗 机 三 维 结 构 设 计 及 有 限 元 分 析