隋文科

（百事特設(shè)備租賃（上海）股份有限公司，上海 201100）

在建筑設(shè)備中，擦窗機(jī)衍生于起重機(jī)，但作為定制型產(chǎn)品，其形式相當(dāng)多。

依據(jù)GB19154-2003 《擦窗機(jī)》中的要求，帶行走裝置的很多擦窗機(jī)帶有卡軌鉗。當(dāng)設(shè)備停在軌道上駐車時(shí)，如無卡軌鉗裝置，由于外部的風(fēng)力、軌道坡度的分力等使設(shè)備在軌道上移動(dòng)，而帶有制動(dòng)器裝置的設(shè)備可由傳動(dòng)鏈上制動(dòng)抱合力阻止設(shè)備滾動(dòng)，但這樣有許多弊端：一是外界力通過整個(gè)傳動(dòng)鏈到達(dá)驅(qū)動(dòng)源的制動(dòng)器（制動(dòng)器通常在電機(jī)軸上），所有的齒輪、中間軸等都在承受力，縮短了這些零件的壽命，同時(shí)這些傳動(dòng)件在整機(jī)設(shè)備中成本較高，增加了設(shè)備的維護(hù)成本；二是這種阻力僅是防止?jié)L動(dòng)摩擦，當(dāng)外力大于由輪壓所產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，設(shè)備仍會移動(dòng)，即設(shè)備在軌道上的滑動(dòng)。

按軌鉗與鋼軌的作用位置不同，夾軌鉗可分為：軌底式、軌顎式、軌底軌顎組合式和軌側(cè)式4種。軌底式是軌鉗鉤住鋼軌底部；軌顎式是軌鉗鉤住軌頭下顎處，但遇到接頭魚尾板時(shí)就無法使用；軌底軌顎組合式是同時(shí)配有軌底和軌顎式；軌側(cè)式是用夾力夾住軌頭兩側(cè)，它避免了軌底式和軌顎式的缺陷，在軌道各處均能使用。

在擦窗機(jī)上軌側(cè)式卡軌鉗使用較廣，設(shè)計(jì)時(shí)卡軌鉗作為一次防護(hù)是非常必要的，外部載荷對設(shè)備的作用力與卡軌鉗上的反作用力平衡，設(shè)備可穩(wěn)定在所要求的位置上，滿足工作需求。

根據(jù)功能和安全需求，對比現(xiàn)有的卡軌鉗結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出一款新型卡軌鉗裝置。

1 現(xiàn)有狀態(tài)

1.1 現(xiàn)有設(shè)計(jì)

圖1 現(xiàn)有卡軌鉗示意圖

圖1 為現(xiàn)行典型的卡軌鉗裝置。在圖1中，卡軌鉗通過一懸臂結(jié)構(gòu)固定在車輪側(cè)面，懸臂結(jié)構(gòu)承受向上拉力。懸出臂端為一空心軸，中間穿過一軸銷，軸銷兩端各掛一槽鋼，槽鋼通過上部的孔與軸銷連結(jié)，而其下部的孔上穿過一調(diào)節(jié)手柄，此調(diào)節(jié)手柄又把兩槽鋼連接到一起，可以調(diào)節(jié)兩槽鋼間的距離。槽鋼的下部都開有一槽口，目的是卡住軌道上翼板。

當(dāng)擰緊調(diào)節(jié)手柄時(shí)，上部的軸銷起導(dǎo)向作用，2塊小槽鋼向中間靠攏，最終槽鋼的下部卡口卡在軌道翼板上，從而使整個(gè)設(shè)備固定在軌道上。當(dāng)松開調(diào)節(jié)手柄時(shí)，同樣上部的軸銷起導(dǎo)向作用，2塊小槽鋼向外張開，當(dāng)2塊小槽鋼的間距大于軌道翼板寬時(shí)，可以把下部圍繞軸銷翻轉(zhuǎn)，使槽鋼擱置在上面的架子里，避免設(shè)備行走時(shí)卡口卡在軌道上造成事故。

1.2 存在問題

圖2中，各力作用方式及固定形式，力的方式都是懸臂結(jié)構(gòu)。

圖2 現(xiàn)行卡軌鉗受力圖

由水平力的彎矩所產(chǎn)生的最大正應(yīng)力

式中 F1——水平方向上的摩擦力；

H——水平作用力距離支撐點(diǎn)的高度距離；

W1——水平方向上的抗彎截面系數(shù)；

σ1——彎矩所產(chǎn)生的最大正應(yīng)力。

由垂直力的彎矩所產(chǎn)生的最大正應(yīng)力

式中 F2——垂直力方向上的力；

L——垂直作用力距離支撐點(diǎn)的水平距離；

W2——垂直方向上的抗彎截面系數(shù)；

σ2——彎矩所產(chǎn)生的最大正應(yīng)力。

在以上2個(gè)公式中，為滿足許用應(yīng)力要求，抗彎截面系數(shù)W1和W2都需要計(jì)算設(shè)計(jì)成合適形式，依據(jù)其通常的距離，其截面相對來說都不會小。

圖2中，設(shè)計(jì)上有了工字鋼卡口，形式上是為了滿足卡住型鋼翼板，以形成更好的固定作用，但實(shí)際這個(gè)卡口和翼板邊緣是無法形成吻合形狀，從而導(dǎo)致2個(gè)部件的接觸成為點(diǎn)接觸，理想狀態(tài)的面接觸在實(shí)際應(yīng)用中都是點(diǎn)接觸，依據(jù)卡軌鉗的計(jì)算公式，正壓力和接觸面積都是其所能提供的固定力的形成因素，在要滿足外界平衡力的條件下，正壓力不變，而接觸面積變小，其局部壓強(qiáng)變大，造成局部被壓損變形，這樣一來造成運(yùn)行的不利因素—表面不平；二來軌道多用鍍鋅來保護(hù)表面，這種損傷破壞了鍍鋅層，造成表層易銹。由于卡軌鉗可作用到軌道任何位置，因而隨著作業(yè)的進(jìn)行，軌道表面的損傷點(diǎn)也越來越多，軌道的銹蝕也會變得非常厲害。

綜上所述可以看出，現(xiàn)有的卡軌鉗形式要在滿足許用應(yīng)力條件下，外形尺寸變大，結(jié)構(gòu)繁瑣，加工復(fù)雜，同時(shí)作為真正永久性的軌道，在這種使用條件下，壽命也將會大大縮短。

2 新方案

2.1 新設(shè)計(jì)

在卡軌鉗設(shè)計(jì)中，正壓力、接觸面積、力的利用率都是要考慮的因素。

如圖3所示，卡軌鉗裝置是固定在導(dǎo)向輪裝置的結(jié)構(gòu)上，整體是穩(wěn)定的簡支結(jié)構(gòu)。壓軌板5上端掛在導(dǎo)向桿2上，可沿著導(dǎo)向桿自由移動(dòng)，壓軌板5下端與調(diào)節(jié)手柄3端部固定在一起，調(diào)節(jié)手柄通過螺紋與結(jié)構(gòu)連接，當(dāng)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄時(shí)，壓軌板5也將隨著其一同前進(jìn)或后退。

當(dāng)車體行走時(shí)，壓軌板5與軌道翼板邊緣保持有間隙，其值大于導(dǎo)向輪與軌道翼板邊緣的間隙值，這樣當(dāng)車體有些跑偏時(shí)，導(dǎo)向輪先與軌道翼板接觸，形成滾動(dòng)摩擦，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向功能，不會產(chǎn)生壓軌板與軌道翼板邊緣間的接觸，造成滑動(dòng)摩擦，影響行走。當(dāng)車體停止，需要駐車而運(yùn)行其它功能時(shí)，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄，帶動(dòng)壓軌板5移動(dòng)，直至一側(cè)其頂住軌道翼板，而另一側(cè)導(dǎo)向輪與軌道翼板頂住，這樣結(jié)構(gòu)件上將有2個(gè)零件頂著軌道，形成抱軌方式，且相對運(yùn)動(dòng)為滑動(dòng)摩擦，能產(chǎn)生較大摩擦阻力，從而實(shí)現(xiàn)卡軌的功能。這個(gè)車輪箱體上的卡軌鉗裝置，實(shí)現(xiàn)了車體的基本駐車功能，而通常行走的2個(gè)主動(dòng)車輪箱體上都會配有卡軌鉗裝置，形成4個(gè)接觸部位，基于3點(diǎn)成面的基理，這4處位置將構(gòu)成整個(gè)車體的穩(wěn)定駐車狀態(tài)，甚至可以從動(dòng)車輪箱帶卡軌鉗裝置，從而分散外界力，有利于各處的受力狀態(tài)，但是其也將增加操作環(huán)節(jié)。

圖3 新卡軌鉗示意圖

2.2 優(yōu)點(diǎn)

對比2種設(shè)計(jì)可看出，現(xiàn)有設(shè)計(jì)中，為了保證槽鋼上的卡口能卡到軌道上翼板邊緣上，軸銷和調(diào)節(jié)手柄的穿孔位置都做成了腰形孔，便于調(diào)整上下位置。因此調(diào)節(jié)手柄距離軌道上翼板必須有一定高度，避免干涉，而其上部的軸銷位置則將增高，造成同樣翼板邊緣上的摩擦阻力在2種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上所形成的彎矩差別較大，其高度相差倍數(shù)等于其彎矩相差倍數(shù)，因此現(xiàn)有設(shè)計(jì)上的結(jié)構(gòu)需放大。同時(shí)通過2種設(shè)計(jì)圖比較受力分析可知，調(diào)節(jié)手柄在接觸處上所形成的夾持力也與其間距有關(guān)，當(dāng)調(diào)節(jié)手柄距離接觸處越近，產(chǎn)生相同接觸正壓力時(shí)，調(diào)節(jié)手柄上的力所需越小，所以新設(shè)計(jì)上的調(diào)節(jié)手柄型號也可縮小。

如果車體受到向上的力（由傾覆力矩產(chǎn)生），則在現(xiàn)行設(shè)計(jì)中首先由卡軌鉗承受，卡軌鉗的卡扣緊緊卡在軌道上翼板上，因而其懸臂結(jié)構(gòu)要考慮能承受此彎矩。而新設(shè)計(jì)方式，壓軌板是正相壓在軌道翼板上的，不用考慮承受較大向上力，當(dāng)有大的向上力出現(xiàn)時(shí)，壓板可向上滑動(dòng)，從而讓對應(yīng)承受拉力的反滾輪起作用，這樣外形都可減小?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)的懸臂結(jié)構(gòu)還是個(gè)單面連結(jié)形式，而新設(shè)計(jì)是兩個(gè)面的連結(jié)形式，非常有利于承受2個(gè)卡口上不均衡拉力的狀態(tài)，這種2個(gè)不均衡拉力在現(xiàn)有設(shè)計(jì)的懸臂結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生扭矩，進(jìn)而產(chǎn)生剪切力，這些都將會要求現(xiàn)有設(shè)計(jì)的懸臂結(jié)構(gòu)變大。

現(xiàn)行設(shè)計(jì)為避免運(yùn)行過程中卡口與上翼板卡滯，必須把2槽鋼翻上去，這樣調(diào)節(jié)手柄也得把2槽鋼的間距松到比軌寬大，這樣操作時(shí)間變長，工作效率低于新設(shè)計(jì)。

新設(shè)計(jì)的壓軌板與軌道上翼板之間是種面接觸形式，同樣的壓力下，壓強(qiáng)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有設(shè)計(jì)的點(diǎn)接觸值，因此壓軌板和軌道的面受力良好，既不會變形，也不會破壞表面鍍鋅層，軌道的壽命也相應(yīng)較長。

綜上所述，通過受力狀態(tài)分析，新設(shè)計(jì)好于現(xiàn)有設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)尺寸都可變小，節(jié)省了制造成本；而在良好受力狀態(tài)下，設(shè)備的使用壽命也提高，這一點(diǎn)非常重要，一棟樓的壽命通常是70年，運(yùn)行設(shè)備可能20年需要更換，雖然是個(gè)麻煩工程，但還是可操作的。而與建筑連接在一起的軌道是非常難更換的，所以在提供擦窗機(jī)整套設(shè)備時(shí)，各方都期望軌道及其連接件與大樓壽命同長，實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿望，不僅在初期的質(zhì)量達(dá)到要求，還有后期使用過程中，軌道處于一種良好狀態(tài)，這點(diǎn)上，新設(shè)計(jì)體現(xiàn)著其明顯優(yōu)勢。

3 結(jié)束語

卡軌鉗裝置運(yùn)用在擦窗機(jī)上不是非常普遍，不少工程技術(shù)人員沒有此意識，而很多見過該裝置的工程技術(shù)人員也只是照搬原來版本的設(shè)計(jì)，不知其所以然。作為技術(shù)工程人員需要從裝置的功能出發(fā)，以終為始，分析原有設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造設(shè)計(jì)出更佳的形式。

［1］GB19154-2003. 擦窗機(jī)［S］.

［2］GB/T3811-2008. 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

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