摘 要：垂直平面清洗機對高層建筑墻面進行清洗的關鍵技術是清洗機的載體方式及清洗技術。文章設計了一種簡單實用的垂直平面清洗機的清洗裝置、對滾刷系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、清洗潔面裝置、清洗工藝、清洗運動系統(tǒng)和動力傳動系統(tǒng)等方面進行了系統(tǒng)的設計分析。該機器動作平穩(wěn)，清洗干凈，工作效率高，能夠替代清潔工高空作業(yè)，極具推廣應用價值。

關鍵詞：清洗裝置；垂直平面；結(jié)構設計

在高樓林立的今天，高層建筑外墻的清洗已成為了熱點問題。傳統(tǒng)清潔工人對高層外墻進行清洗，雖然簡單易行，但危險系數(shù)相當危高，高空的強氣流使人很容易產(chǎn)生晃動，工作環(huán)境惡劣，屬于高空極限作業(yè)，對人身安全及其玻璃墻壁都有很大的威脅。在國外，許多學者對垂直平面清洗機進行了研究。日本BE公司[1]成功研制的了一種固定軌道式自動擦窗機器人，自動化程度十分高；德國的Fraunhofer研究所[2]研制了一種名為SIRIUSC壁面清洗機器人；美國國際機器人公司[3]研制了用于清洗摩天大樓的爬壁機器人“Sky Washer”。國內(nèi)相比國外來說發(fā)展較晚，從1975年后，才掀起研制機器人的熱潮。而目前一些國家和地區(qū)已經(jīng)通過立法對包括擦窗作業(yè)在內(nèi)的人工高空攀爬進行了限制。因此此時急需要一種能夠代替人工完成高層建筑清洗工作。

1 清洗裝置系統(tǒng)方案設計

清洗裝置的系統(tǒng)要求具有動作平穩(wěn)、清洗干凈、操作簡單、體積較小、重量較輕、節(jié)約能源、清洗速度快、不損壞被清洗物、無污染等特性。根據(jù)現(xiàn)有的要求，通過給定設計任務將其抽象化，羅列出各種輸入信號以及實現(xiàn)的結(jié)果，用黑箱圖表示出來。從黑箱圖中確定清洗裝置實現(xiàn)各項功能的轉(zhuǎn)化工作原理。在經(jīng)過設計分析過程后，初步確定設計的垂直平面清洗機清洗裝置的總體布局圖，垂直平面清洗機清洗裝置的總體布局圖如圖1所示。

2 清洗機構設計

清洗機構是垂直平面清洗機清洗裝置的核心部分，主要設計的部分由滾刷系統(tǒng)、水循環(huán)裝置、清洗潔面裝置等組成。而且清洗機在工作的時候要保證不能把玻璃或者瓷磚刮傷、腐蝕或者留下明顯的水漬斑點等，并且要求不能對環(huán)境造成污染，清洗效率要高，因此這部分清洗機構的好壞直接決定了垂直平面清洗機清洗裝置的好壞，對于垂直平面清洗機的清洗效率的高低級清洗效果的好壞起著關鍵的作用。

滾刷系統(tǒng)由電機、同步帶及同步帶輪、滾刷等組成。根據(jù)實際的需要選擇電機型號為MY1025，額定功率350w，額定轉(zhuǎn)矩2650N/m；由于具有傳動噪聲小、不需要潤滑的特點且具有良好的緩沖傳動沖擊和振動的作用，因此選用同步帶及同步帶輪；滾刷分為兩層，分別為軸上膠粘一層尼龍筒壁和尼龍筒壁上交錯穿插的豬鬃構成。

水循環(huán)裝置的使用不僅能夠起到節(jié)約水的作用，同時減少了對環(huán)境的污染，利用真空發(fā)生器、過濾器、污水收集器、噴頭、水泵、精過濾網(wǎng)、粗過濾網(wǎng)等組成了水循環(huán)裝置。

在垂直平面清洗機清洗裝置清洗墻面時，清洗過后的墻面肯定會或多或少的留有一點水漬，這樣的話不僅僅會使垂直平面清洗機清洗裝置在上面打滑和影響垂直平面清洗機清洗裝置的工作效率，而且水還會沿著墻壁向下流，讓樓下的行人很不愉悅，特別容易滴污漬在別人身上。為了解決這個問題，作者在清洗裝置的滾上四周都安裝有橡膠做的刮板，材料選用的是彈性高和耐磨性好的橡膠，這樣在垂直平面清洗機清洗裝置清洗過的地方就不會留下污漬或者水跡。

3 吸附及運動系統(tǒng)設計

為了保證垂直平面清洗機能夠在垂直平面上正常的工作，必須保證其能夠可靠地在垂直平面上吸附。由于垂直平面清洗機清洗裝置清洗的高層外墻的裝飾材料一般是玻璃瓷磚等一些非導磁料，因此采用真空吸盤配合真空發(fā)生器使用，考慮到安全性，采用多個吸盤組合的方式。經(jīng)過計算選擇直徑為Φ40mm的Festo真空吸盤。清洗裝置在工作時需要上下運動，此時，選擇合理的推動方式顯得尤為重要。通過對液壓推動，氣壓推動兩種方案進行對比選擇氣壓推動作為清洗裝置的運動輸出。氣缸選用DONT東特MAL32×1000鋁合金迷你氣缸。

氣缸參數(shù)：動作型式為復動型，工作介質(zhì)為經(jīng)過反復過濾的壓縮空氣，使用壓力范圍為0.15～1MPa，使用調(diào)速范圍為30～800mm/s。

4 整機設計

通過完成對垂直平面清洗機清洗裝置的運動機構設計、清洗系統(tǒng)設計以及吸附系統(tǒng)的設計，最終尺寸為2320mm×1530mm×330mm。

其總裝配圖如圖2所示。

5 結(jié)束語

針對垂直平面清洗機的清洗裝置，從滾刷系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、清洗潔面裝置、清洗工藝、清洗運動系統(tǒng)和動力傳動系統(tǒng)等多方面進行系統(tǒng)的設計分析。結(jié)果表明：該機器動作平穩(wěn)，清洗干凈，工作效率高，能夠替代清潔工高空作業(yè)，極具推廣應用價值，同時為垂直平面清洗機的進一步研究提供了參考。

參考文獻

[1]Shinji Naito. Wall surface robot with Magnetic crawlers[J].Journal of the robotics society of Japan，2007，10（5）：50-52.

[2]胡啟寶.多吸盤式玻璃幕墻七夕機器人本體設計[D].上海：上海交通大學，2007.

[3]楊建元.吸附性壁面攀爬機器人研究[D].西安：西北工業(yè)學院，2007.

作者簡介：王逸云（1995-），男，四川成都人，西華大學機械工程學院2012級本科學生，研究方向：機械設計制造及自動化。