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        簡述爬坡式擦窗機(jī)的結(jié)構(gòu)與優(yōu)化改進(jìn)

        2022-12-28 11:58:42戴奇明DAIQiming
        建筑機(jī)械化 2022年12期
        關(guān)鍵詞:爬坡齒條底盤

        戴奇明/DAI Qi-ming

        (上海普英特高層設(shè)備股份有限公司,上海 200127)

        隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,高層建筑越來越多且越來越復(fù)雜,為滿足建筑的獨(dú)特造型,使擦窗機(jī)衍生出各式各樣的機(jī)型,而爬坡式擦窗機(jī)作為其中一種機(jī)型,由于其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,在工程運(yùn)用中存在各式各樣的問題。本文主要介紹幾種常見的爬坡式擦窗機(jī),并對各種類型的爬坡式擦窗機(jī)進(jìn)行簡單的設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化。

        1 獨(dú)立爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

        該類爬坡式擦窗結(jié)構(gòu)形式主要分為兩部分,一是擦窗機(jī)本體,二是爬坡驅(qū)動(dòng)底盤,通過2 個(gè)部件的有效組合,從而實(shí)現(xiàn)建筑的全覆蓋要求,圖1 為獨(dú)立爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)簡單示意圖。

        圖1 獨(dú)立爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

        此類型爬坡式擦機(jī)結(jié)構(gòu)較簡單,設(shè)計(jì)加工及控制均易于實(shí)現(xiàn),成本也相對較低。通常運(yùn)用于建筑存在兩段斜面爬坡,而頂部或底部存在一段水平的情況,但該設(shè)計(jì)方案的現(xiàn)場軌道存在高低差,整體感差,對于追求美觀的建筑是一個(gè)比較大的缺陷。

        在設(shè)計(jì)時(shí),爬坡軌道上安裝齒條,爬坡底盤載著擦窗機(jī)一起運(yùn)行,當(dāng)爬坡底盤運(yùn)行至最頂部時(shí),其爬坡底盤上的軌道與水平軌道完全對接,此時(shí)擦窗機(jī)可通過自身的運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行至其他位置工作,擦窗機(jī)與爬坡底盤脫開。

        該設(shè)計(jì)避免了爬坡軌道的轉(zhuǎn)彎,爬坡軌道僅僅作直線運(yùn)動(dòng),有利于保證齒條的傳動(dòng)精度,爬坡底盤在設(shè)計(jì)時(shí),注意水平導(dǎo)向輪的間隙控制,通常擦窗機(jī)設(shè)計(jì)水平導(dǎo)向輪的間隙為5mm 左右,而該爬坡底盤由于僅作直線運(yùn)動(dòng),而且爬坡底盤還需要與水平軌道對接,因此在設(shè)計(jì)時(shí)水平導(dǎo)向輪間隙建議1~2mm,這樣既能保證齒條傳動(dòng)的精度,也能保證軌道對接的精度。尤其是現(xiàn)場軌道的施工需要考慮先后順序,水平軌道對接的一小部分最終安裝施工,以保證與爬坡底盤上軌道對齊。

        2 爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

        該類爬坡式擦窗沒有獨(dú)立的爬坡底盤,爬坡底盤即為擦窗機(jī)的底盤,其既可以在斜面上爬坡,亦可以在水平軌道上運(yùn)行,擦窗機(jī)底盤上通過一套調(diào)平機(jī)構(gòu),保證擦窗機(jī)回轉(zhuǎn)支承始終保證水平狀態(tài),圖2 為爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)簡單示意圖。

        圖2 爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

        此結(jié)構(gòu)整體一致好,軌道為連續(xù)軌道,不存在高低差軌道設(shè)計(jì),整體美觀。齒條鋪設(shè)在軌道頂面,全程安裝齒條,齒條安裝時(shí)需要注意,由于齒條是連續(xù)的,齒條安裝就需要從頭到尾從一端施工至另一端結(jié)束,同時(shí)必須保證對接齒條處的齒距,防止出現(xiàn)不等齒距的情況發(fā)生。

        在軌道的設(shè)計(jì)中,為了便于軌道加工及齒輪的傳動(dòng)精度,將軌道爬坡與水平傳動(dòng)的齒條分別考慮,讓擦窗機(jī)爬坡的時(shí)候只作平面運(yùn)動(dòng),不存在三維空間運(yùn)行,即“爬坡不轉(zhuǎn)彎,轉(zhuǎn)彎不爬坡”的理念,特別是在爬坡向水平或水平向爬坡的轉(zhuǎn)換時(shí),采用較大的圓弧段軌道設(shè)計(jì),而且水平段直線段長度應(yīng)大于擦窗機(jī)的輪距才能進(jìn)行轉(zhuǎn)彎,否則會(huì)出現(xiàn)擦窗機(jī)四點(diǎn)運(yùn)行輪不在同一平面的情況,導(dǎo)致卡死現(xiàn)象發(fā)生。

        由于擦窗機(jī)驅(qū)動(dòng)是一套系統(tǒng),擦窗機(jī)爬坡段的齒條是標(biāo)準(zhǔn)的齒條,而圓弧段軌道上的齒條需要彎曲成軌道形狀,因此齒條的齒距會(huì)發(fā)生變化,當(dāng)齒條外彎時(shí),齒距會(huì)略微增大,對齒輪齒條傳動(dòng)影響不大,但內(nèi)彎時(shí),齒條的齒距會(huì)相應(yīng)變小,如果齒輪不采取變位,將會(huì)發(fā)生啃齒甚至卡死的情況,因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)考慮變位系數(shù)或增大齒輪傳動(dòng)的中心距。

        為了保證齒輪與齒條正常嚙合,必須在軌道的全程均設(shè)置齒條,但水平轉(zhuǎn)彎的軌道面上的齒條需要安裝軌道的彎曲方向進(jìn)行側(cè)向彎曲,理論上該齒條相當(dāng)于傘齒,而驅(qū)動(dòng)上齒輪是直齒,所以齒輪與齒條之間必然存在嚙合不充分、啃齒的情況,為了減少這種情況的發(fā)生,在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎軌道上的齒輪時(shí),可將該段齒條適當(dāng)減小寬度,因?yàn)樗竭\(yùn)行及水平轉(zhuǎn)彎,理論上需要的齒條傳動(dòng)力相對要小的多,減小齒條寬度也能滿足受力要求,在齒條寬度足夠小的情況,可以改善齒條的啃齒情況,如圖3 所示。

        圖3 軌道全程設(shè)置齒條

        3 連續(xù)爬坡運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

        該種爬坡式擦窗適應(yīng)于建筑外輪廓呈螺旋式上升,擦窗機(jī)軌道根據(jù)建筑特點(diǎn)按螺旋式上升的設(shè)計(jì),該種爬坡機(jī)型可一邊轉(zhuǎn)彎一邊爬坡,能完全與建筑立面要求相匹配,但由于設(shè)備需要連續(xù)爬坡,無論是軌道還是齒條均需要在三維空間內(nèi)運(yùn)行,因此該類擦窗機(jī)設(shè)計(jì)復(fù)雜,技術(shù)難度高,對現(xiàn)在軌道安裝要求也非常高,圖4 為連續(xù)爬坡運(yùn)行模式的擦窗機(jī)簡單示意圖。

        圖4 連續(xù)爬坡運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

        由于軌道沿著建筑呈螺旋上升,因此軌道屬于三維空間曲線,采用通常的工字鋼或者H 型鋼作為軌道已不適合,故可以采用圓形鋼管作為擦窗機(jī)的軌道。其次圓形軌道上安裝齒條可行性較差,我們可以考慮在兩圓形軌之間單獨(dú)設(shè)置齒條作為爬坡的傳動(dòng)齒條,這樣即能保證受力在底盤的中間,有解決了齒條安困難的問題,但需要注意的是,擦窗機(jī)底盤整體已通過兩軌進(jìn)行定位了,因此在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)時(shí)候,就必須考慮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置偏差補(bǔ)償,在實(shí)際工程安裝上齒條與兩軌之間肯定存在偏差,軌道與齒條布置簡易示意如圖5 所示。

        圖5 軌道與齒條布置簡易示意圖

        齒條設(shè)計(jì)在兩軌之間,齒條頂面?zhèn)认虬惭b,由于齒條無法像軌道一樣扭轉(zhuǎn),因此在傳動(dòng)時(shí)齒條肯定存在跟嚙合的問題,為了防止齒條在嚙合發(fā)生啃齒以及局部受力造成齒條強(qiáng)度不夠等情況發(fā)生,在齒條設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增大齒條模數(shù),齒條的安全系數(shù)放大幾個(gè)等級,這樣不論在安裝精度以及傳遞力的方面都會(huì)得到改善,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),齒條的模數(shù)在理論計(jì)算基礎(chǔ)上,需要放大10~20倍。齒輪與齒條嚙合在設(shè)計(jì)時(shí)就要充分考慮齒條對接處的偏差,適當(dāng)增加傳動(dòng)中心距,防止發(fā)生齒條與齒輪卡死及啃齒等情況發(fā)生。

        4 結(jié)語

        介紹了不同爬坡式擦窗機(jī)的特點(diǎn)以及相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn),建議實(shí)際工程根據(jù)建筑的實(shí)際情況選擇相應(yīng)的爬坡式擦窗機(jī)方案,在滿足要求的情況下優(yōu)先采用第一種及第二種方案,相對來說技術(shù)難度小,成本相對更低。

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