1、本科毕业论文（20 届）高层建筑专用吊篮式擦窗机的主机设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成设计时利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 高层建筑专用吊篮式擦窗机的主机设计 1设计的主要任务及目标本课题属于工程性开发设计，是针对目前现有自动化高楼外墙擦窗设备普遍适应性差而难以产品化而进行人机结合新型设计的有益尝试，通过本设计，锻炼学生综合运用所学知识进行产品构思创新，方案拟定和规范化工程设计的能力。2设计的基本要求和内容（1）主要设计内容：
2、1）擦窗系统的设计 2）密封系统的设计（2）技术要求移动速度不小于 8m/min，擦窗效率不小于 400m2/h。能适应多种形式建筑外墙的擦窗任务。擦窗机成本造价不应过高。（3）工作要求：1）根据给定的设计任务书及设计参数，在调研及多方搜集资料基础上，明确所设计题目及内容，进行擦窗机总体方案设计，并撰写实习报告、开题报告各一篇。2）完成擦窗机的传动系统设计及计算。擦窗机主机的总装配图和各零件图的绘制，掌握有关零部件的基本设计计算方法。3）撰写毕业设计论文3主要参考文献1 张厚祥,吴星明,宗光华.擦窗机器人控制系统J.微计算机信息,2000(1):32362 钱志源,刘仁强,赵言正等.一种壁面牵
3、引移动式玻璃幕墙擦洗机器人样机J.上海交通大学学报,2006(11):18181826 3 张厚祥,宗光华.全气动擦窗机器人的实现J. 液压与气动,2001(11):58 4 郭建,郭仿军.高层建筑玻璃幕墙擦洗方法及擦洗机械的研究J.城市管理与技术,2001,1(03):13154进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 指导老师下达研究课题的任务书 2013.12.252014.01.102 查阅相关文献资料，提交开题报告 2014.01.112014.03.083 完成文献综述，外文翻译;确定总体设计方案 2014.03.092014.04.124 完成总体设计，绘制零件草图 2014.0
4、4.132014.05.015 完成零部件设计、撰写设计说明书 2014.05.022014.06.01高层建筑专用吊篮式擦窗机的主机设计摘要：本设计借鉴了各种国内外的相关设计方案，是一种适用于高层建筑玻璃幕墙擦洗的吊篮式高层建筑擦窗装置。整个擦窗机主机由擦窗作业系统、横向传动系统、纵向传动系统、吸附系统、吊篮等组成。横向和纵向传动系统均采用由电机做为动力装置，丝杠螺母副作为传动结构的传动系统实现吊篮固定时的擦窗机主机的一定范围内的移动作业。吸附系统由负压吸盘和真空发生器组成，真空发生器工作使负压吸盘产生负压，从而使擦窗机吸附在玻璃幕墙上。擦窗作业系统设置在密封腔内，由滚刷、喷水管、刮板构成，
5、可以实现冲洗、擦刷、刮洗相结合的擦窗方式，提高擦窗效率。关键词：高层建筑，擦窗机，吊篮，导轨 The main part design of glass-wall cleaner for high-rise buildingsAbstract ：The design borrows the ideas of the domestic and abroad design projects and is a basket glass-wall cleaning machine for the high-rise buildings. The main part of the glass-wall
6、cleaner consists of 5 parts: the cleaning system, the horizontal driving system, the vertical driving system, the sucking system and the basket. The horizontal and vertical driving systems both adopt the electrical machine as the power plant and screw pair as the driving system to accomplish the mov
7、ement of the glass-wall cleaners main part when the basket is fixed. The sucking system consists of the negative pressure adhering mechanism and the vacuum generator which makes the adhering mechanism generate negative pressure for the attachment to the glass-wall. The cleaning part is in a seal cav
8、ity and includes the roller brush, the water jet pipe and the scraper. It accomplishes a cleaning way which combines the washing-out, brushing and scraping and improves the cleaning efficiency. Keywords: High-rise building, Main part of glass-wall cleaner, Basket work orbit type I目 录1 绪论11.1 选题的意义11
9、.2 高层建筑玻璃幕墙擦窗机发展概况21.3 高层建筑玻璃幕墙擦洗机的应用41.4 高层建筑玻璃幕墙擦洗机的前景42 擦窗主机工作环境调研52.1 楼面结构的考察52.1.1 平面型楼宇墙壁52.1.2 墙壁有凸缘型楼宇墙壁53 方案选定及总体设计73.1 擦窗机的技术要求及性能要求73.2 方案与原理的选择83.2.1 总体方案的选择83.3 擦洗机具体功能的实现 113.4 方案总体设计原理 123.5 润滑问题的解决 144 具体结构的设计 154.1 滚刷的设计 154.1.1 滚刷结构 154.1.2 滚刷的工艺性 154.1.3 刷轴端结构的设计 164.1.4 轴承的选择 174
10、.2 真空发生器的选定 184.2.1 吸着影响时间 T184.2.2 求工件吸着时的泄露量 QL 194.2.3 真空发生器的选定 204.3 气缸的选型 20II4.4 气压回路的设计 224.4.1 锁紧气缸的回路设计 224.5 吸盘的选择 224.6 擦洗机主机上防水罩的设计 234.7 电机的选择 244.7.1 滚刷电机的选择 244.7.2 丝杠传动机构电机的选择 254.8 带传动的设计计算 254.9 丝杠的设计计算 284.10 纵向传动机构斜齿轮的计算285 擦窗机主机的使用和维护 345.1 使用方法 345.2 使用注意事项 345.3 日常使用与维修 35结 论
11、36参考文献 37致 谢 3811 绪论随着我国经济建设的高速发展，在许多大中城市中高层建筑如雨后春笋般拔地而起，为城市的形象增添了靓丽的一笔。但随之而来的是这些高层建筑玻璃幕墙的玻璃幕墙的擦洗难题，如何能有效快捷的擦洗这些高层建筑玻璃幕墙呢？本次吊篮式高层建筑擦窗机主机的设计就很好的解决了这个难题。1.1 选题的意义随着人类社会的不断发展，城市人口不断增加，城市规模将不断增大，对城市建筑的要求将是更加规范、更加完美。城市的面貌占据了很重要的位置，千姿百态的各型建筑、尤其是高层建筑玻璃幕墙都需要用各种建筑材料进行装饰，如建造各种幕墙、粘贴各种墙砖、瓷砖，或喷上涂料、油漆等。由于自然界的风吹雨打
12、、日光辐射、尘埃污染，以及一些人为原因，一段时间过后，建筑物外面都将不同程度受到污染或破坏，变得污浊灰暗、破旧不堪。在环境较差的地区，污染或破坏的周期将更短，污染或破坏的程度更加严重。而在首都、省会以及一些旅游城市这些问题显得更加重要。建筑表面的外装饰就像人身上穿着的外套，要保持清洁卫生，就必须经常擦洗、整理。因此进行高层建筑玻璃幕墙擦洗工作非常必要。目前，高层建筑玻璃幕墙的清洗方法主要有以下几种：1）传统的方法，搭脚手架，擦洗工人人工依次擦洗，擦洗完毕后，再拆除脚手架。很显然，这种方法费力、费时，需要大量的辅助材料来搭建脚手架。尤其对于擦洗高层建筑玻璃幕墙，搭建和拆除脚手架的时间更长，需要的
13、辅助材料更多，擦洗成本更高，而效率低，且存在不安全因素，目前在擦洗高层建筑玻璃幕墙的施工中应用较少。2）用专门的载人提升设备，将擦洗工人及擦洗工具、擦洗材料等依次悬吊于擦洗面附近，擦洗工人人工依次擦洗、冲洗墙面。这种方法是目前我国擦洗高层建筑玻璃幕墙采用的最多的方式。采用这种擦洗方法，虽然可以减少搭建和拆除脚手架所需的时间，减少搭建脚手架所用的辅助材料，但擦洗工人擦洗墙面时，擦洗工人使用的擦洗工具比较简陋，就是一把刷子以及伴随擦洗工人的运动的盛装擦洗液的容器和进行冲洗的水管，擦洗工人用刷子手工擦洗后，用自来水进行冲洗，重复劳2动效率仍旧相当的低，擦洗成本仍然较高，而且还存在一定的安全隐患。3）
14、对于高层建筑玻璃幕墙比较规则的表面，在高层建筑的顶部预先安装吊篮提升设备，多名擦洗工人站在吊篮上进行人工擦洗，其擦洗工具及擦洗方法与前一种方法基相同。吊篮提升设备的安全系数更高些，可同时站立多名工人在吊篮上工作，擦洗工人的工况有所改善，效率有所提高，但预先安装吊篮及吊篮提升设备成本较高1。4）进入二十一世纪以来，随机器人技术的出现和迅速发展，陆续的有一些国家的研究部门研制出了针对外表面比较规则的高层建筑使用的爬壁擦洗机器人，也就是整个的擦洗工作全部由机器人完成，这种机器人一般包括机器人本身、擦洗装置、遥控系统、控制器、安全装置和送水、供气设备等组成，具有移动灵活、吸附可靠、擦洗高效和安全、操作
15、方便等优点。但这种机器人最大的缺点是除了平整的玻璃幕墙外，弧度稍大些或是表面有障碍的特色建筑，机器人的清洁效果不是很理想。由于传统高层建筑玻璃幕墙擦洗方法的不经济性和不安全性，用机器人来代替人进行这种高空危险作业已经成为现在建筑玻璃幕墙擦洗的发展趋势。擦洗机器人的使用将大大降低擦洗高层建筑的成本，改善工人的工况，提高劳动生产率。虽然有许多机器人研制成功，但都未走向产品化。最根本的原因就是机器人成本太高，并且对各式各样的墙面的适应能力很差。本次毕设的题目是大胆创新，在中外各设计产品的基础上，综合整理来设计开发一种全新的擦窗模式，即人机结合的半自动化的擦窗方式。对高层建筑玻璃幕墙擦洗机进行了有必要
16、的设计以及创新改造，以达到在目前的国内经济技术条件下擦窗机的产品化目标。1.2 高层建筑玻璃幕墙擦窗机发展概况目前，国内外都已经开始了自动清洗机和自动擦窗机的研究工作，研发出了许多形式的擦窗机器人，但这些研究都不是很成熟也不尽完善。高层建筑玻璃幕墙擦窗机是特种机器人的一种，必须具备两个基本功能：即在壁面上的吸附功能和移动功能，由于建筑物表面的非导磁性，擦洗壁面机器人多采用正压和负压两种吸附结构方式，其中负压吸附又称真空吸附，由真空泵、风扇、空气压缩机等使吸盘内产生负压，依靠压差将机器人吸附在墙面上。真空吸附式壁面移动机器人又可分为单吸和多吸两种结构，单吸盘真空吸附壁面机器人可实现小3型化，轻量
17、化，且结构简单，易于操控，多吸盘脚式壁面爬行机器人的吸附稳定可靠2。在国外爬墙机器人以及建筑玻璃幕墙擦洗机从上世纪 60 年代就开始了，1966 年日本研制出了第一个爬壁机器人，随后英国、美国、西班牙、俄罗斯和德国等国也相继研制出多种爬壁机器人样机。日本东京工业大学研制了一种爬壁机器人“NNJA”可以在不同表面（地面、墙壁、天花板）上爬行且具有较高静载荷能力，它采用VM 阀调节多腔式真空吸盘，是机器人在遇到粗糙、有裂缝的墙壁时仍有较高吸附效率5。美国密歇根州立大学研制了两种双足结构的小型爬壁机器人，均采用真空吸附方式，机器人由一个移动关节和 4 个转动关节组成运动机构，共 5 个运动关节4。1
18、997 年俄罗斯莫斯科机械力学研究所研制出用于大型壁面和窗户擦洗作业的爬壁机器人采用单吸盘结构，它利用风机产生真空负压来提供吸附力，吸盘腹部装有4 个驱动轮，机器人可在壁面全方位移动6。在我国，爬墙机器人的开发与应用始于八十年代。哈尔滨工业大学从 1988 年开始在国家八六三高技术的支持下，率先从事爬壁机器人的研究、上海科技大学、哈尔滨船舶工程学院、中科院沈阳自动化所等单位紧随其后开始了这方面的研究6。我国第一台壁面爬行遥控检测机器人采用负压吸附，并且在 94 年开发用于高楼壁面擦洗作业的爬壁机器人 CLR-1，它采用全方位移动轮机构,机器人在原地就可以任意改变运动方向。之后开发的 CRL-2
19、，采用两轮独立驱动方式同轴双轮差速机构，通过对两轮速度的协调控制实现机器人的全方位移动，机器人本体和地面控制站之间采用电力线载波通讯方式7。这两种爬壁机器人均采用单吸盘结构，弹簧气囊封闭，保证了机器人具有较高爬行速度和可靠的附着能力。哈尔滨工业大学在 01 年研制成功一种新型壁面擦洗爬壁机器人，这种新型壁面擦洗爬壁机器人为第二代擦洗机器人，采用弹性气垫密封负压吸附。这种机器人将缩小了体积的控制器安放在机器人本体上，实现了控制器的小型化，机器人仅重。操作人员仅用一个小小的遥控盒进行操作，机器人即可快速爬行进行喷雾、刷洗、多层橡胶板刮洗等高效擦洗工作，完成个工人的工作量8。90 年代北京航空航天大
20、学先后研制成功 WASHMAN,CLEANBOT1,SKYCLEAN,“吊篮式擦窗机器人”和“蓝天洁宝”等幕墙清洁机器人样机。机器人依靠楼顶上的安全吊索牵引移动，利用风机产生负压使机器人贴附在壁面上。近年来，上海交通大学也开展了爬壁机器人的研究。设计了一种自身无行走机构依靠壁面牵引实现机器人移动的壁面擦洗机器人样机9。机器人腹部4的两个吸盘交替抬起和吸附可实现跨越水平窗框障碍运动10。1.3 高层建筑玻璃幕墙擦洗机的应用爬壁机器人以及高层建筑擦洗机的研究发展已经有了一段时间，也已经有样机出现，例如上面介绍的“吊篮式擦窗机器人”和“蓝天洁宝”等幕墙清洁机器人样机。但是这方面的技术仍然不是很成熟。
21、虽可以实现移动和擦洗的功能但在其机械结构上都特别的复杂，而且由于采用的全自动方式，对电器元件的质量以及精度要求也相对比较高，这就必然导致了擦洗机的整体报价的增高，而且擦洗机都在移动和擦洗速度上还没有能够达到实用的要求，在实现全自动方面还有待于改善。因此目前玻璃幕墙擦洗机仍然没有实现产品化，而且没有成品的出售，玻璃幕墙擦洗机仍然处于设计试验阶段。1.4 高层建筑玻璃幕墙擦洗机的前景高层建筑是现代文明的标志之一，而现代社会污染状况越发的严重使建筑玻璃幕墙在很短时间内就会污浊不堪，这就越来越暴露出建筑玻璃幕墙的擦洗问题的重要性。由于擦洗工作环境及任务的特殊性，所以擦洗爬壁机器人的总体设计要求相当苛刻
22、。其总的设计原则是：降低造价，安全可靠，减轻重量，能适应多种建筑物表面，并且要有足够高的擦洗效率。但是，就目前来讲，短期内想要达到这么多的要求，还是相当困难的。从擦洗机的工作环境看，擦洗主机有两个方面的发展方向。一，适于擦洗用瓷砖或石料板材装饰的墙壁外表面和玻璃幕墙，实现起来相对容易，而且设计结构比较简单，易于控制。二，适应于复杂墙面，如阶梯墙面，壁面多窗户的壁面擦洗，它的动作、结构、控制都比较复杂。从擦洗机的发展时间上讲，清洗机的发展方向主要分为：一，从短期上来讲，因为技术的原因，外墙清洗机的发展应该以人机结合的方式为主，保持在目前的经济技术条件下最大程度的运用资源。二，从长期的发展方向上，应当是以能够适应各种墙面的全自动多功能爬壁清洗机器人为主，注重技术的发展革新，用机器人来完全代替人工。
