超高层擦窗机卷扬设计解析

超高层擦窗机卷扬设计解析

周阳

江苏博宇建筑工程设备科技有限公司

摘要：对于当今建筑业来说，用擦窗机来维护建筑是非常常见的事情了。但是对于超高300m的超高层建筑，就是需要用到超高层专用擦窗机卷扬。本文从动力，传动，排绳，刹车，后背制动，控制系统等多方面深入解析。为超高层卷扬设计提供完整思路和方法。为超高层卷扬的设计理清思路，供相关设计人员借鉴和探讨。

关键词：超高层；擦窗机；卷扬设计

引言：

随着时代的进步，擦窗机在建筑维护方面扮演的角色越来越重要了，它不仅提高了维护效率，提高了操作人员的安全性，更加提升了建筑物的生命周期。在擦窗机上起到核心作用的就是擦窗机卷扬机房，它是设备的动力核心，相当于汽车的发动机，人类的心脏。它的好坏直接决定了擦窗机的好坏。故对于擦窗机卷扬的设计是擦窗机核心的技术。

1、超高层擦窗机的难点

1.1、确定设计负载

说到负载，擦窗机的存在就是为了载人和载物，使其到达一定高度去完成相关工作。对于传统擦窗负载，我们一般关注以下两点：1，吊船载荷。2，吊船自重。

因为常规的擦窗机占比比较大的就是载荷，和吊船自重，其他钢丝绳一般都是7或8毫米，楼高也不会超过300米。

但是对于超高层卷扬设计就必须增加两点，3，钢丝绳选型。4，钢丝绳长度。因为对于500以上建筑，钢丝绳选的太细，其破断拉力不满足国标12倍的要求。选的太粗会导致其自重就很重，导致其动力设计非常困难。再者直径越粗的钢丝绳越难弯曲，导致其排绳和收揽非常困难，故结合负载和长度，钢丝绳应越细越好。笔者结合数据分析建议选择10mm的比较合适。

1.2、如何处理动力和传动方式

为何要把驱动和传动方式放一起讨论，是因为机械传动的多样性可以简化驱动的选择。

如果按照常规设计用电机减速机直接驱动滚筒，带动卷扬，其输出扭矩非常高，输出轴也非常粗，对于结构设计非常不好。故我们要利用传动来降低输出扭矩。

同时由于擦窗机是低速运动，其输出转速又非常低。这种低速高扭矩的减速机一般都是蜗轮蜗杆传动，其功率损耗非常大。故我们一般不会采用。

但是如果我们在滚筒和电机减速机中再加一道机械传动就能很好的解决此类问题，笔者在这里建议用回转支撑来做一级齿轮传动，详细的在后面叙述。

1.3、如何处理排绳系统

擦窗机的排绳问题是关键问题。我们擦窗机上的排绳一般都是多层缠绕。其常规处理方法有两种。一，自由排绳。二，排绳机构排绳。

其中自由排绳是利用钢丝绳相互间的挤压而排绳的一种技术。他对于排绳钢丝绳的直径，导绳长度，以及排绳宽度非常敏感。

排绳机构排绳是比较常规的一种手段，他适合于比较宽的排绳槽，钢丝绳直径不是很粗，排绳层数不大于5层的卷扬。

1.4、后备制动和手动释放

超高层擦窗机的后备制动和手动释放是个非常难的问题。由于钢丝绳的自重，和高度。原有的机械式制动并不能保证关键时候的制动。因为机械式超速制动由于其速度和重量的提高，导致制动冲击力非常大。可能直接导致主轴发生机械性断裂，最终导致制动失败。

故我们需要一种能相对有缓冲的制动方式避免刚性冲击。笔者在这里建议使用液压制动，其设计思路在后文阐述。

2、超高层擦窗机的核心结构

2.1、驱动和传动方式设计

根据传统负载 250kg，吊船自重250kg，钢丝绳是35kg/100m，按照500m共计4组来计算就是700kg。合计负载是1200kg。关于负载计算中，其安全系数按照2倍的最高值进行计算。故实际计算负载为2400kg。吊篮的运动速度我们是按照8m/min进行设计。由此可以得到理论运行功率P=F×V=3.2kw。

前文讲到我们不使用涡轮蜗杆减速箱是因为其传动效率损失很大，一般只有70%的传动效率，故如果使用蜗轮蜗杆其驱动功率应为4.6kw。如果使用齿轮副减速器传动效率为99%，其驱动功率为3.2kw。故我们优先选用齿轮副传动。

接着我们通过滚筒直径和负载确定驱动扭矩M=F×R。通过滚筒扭矩确定驱动扭矩。前文讲到驱动扭矩的大小直接决定了减速机的大小，为了获得扭矩和转速都比较优质的选型，我们要在电机减速机和滚筒之间添加一组齿轮副。由于滚筒直径大，正好适合安装大齿轮。同时为了可以支撑滚筒这边推荐使用回转支撑作为齿轮副。同时解决支撑，传动，轴承3个问题非常合适。同时回转支撑的外齿面配合接近开关，检查每分钟触发次数正好用于转速反馈，一举多得。

这时我们已经有了基本的设计功率，驱动扭矩，设计转速。再利用以下公式功率（W）=扭矩（Nm）×转速（rpm）/9.549。复核电机减速机的功率。最后调整传动比和转速就能完成选型。笔者根据以往设计经验基本可以确定驱动为3.5kw的电机减速机。

2.2、排绳系统设计

前文讲到常用的排绳有两种，我们分析一下我们设计的卷扬目前的状况，一钢丝绳直径大于常规直径，只是有利于自由排绳的。但是其变形难度也大，如果没有较大的排绳距离的话是不适合自由排绳的。二由于钢丝长度长，如果滚筒直径小的话需要多层排绳，这对有排绳机构来书也不利，因为有累计误差。

故综合分析，我们比较理想的是，大卷筒可以减少排绳层数，排绳宽度窄，有利于自由排绳，排绳导向长有利于排绳稳定性，同时减少钢丝绳的弯曲。最后还是自由排绳比较理想，简单的结构也有益于产品稳定性。

2.3、后备制动设计

擦窗机的主要制动来源于电机减速机的刹车。其后备制动需要我们另外配置，其后备制动有三大主要功能：1，超速制动。2，断电制动。3，手动开启。

全文讲到我们不能用刚性的刹车设计，必须有缓冲的刹车。这里我们优先就想到了摩擦式刹车，这种刹车最大好处就是冲击小，对擦窗机结构和操作者都比较友好。结合断电制动我们就基本上去定了常闭式制动器。而常见的制动器如果是电动的结构太大不适合擦窗机，液压的结构小刹车力矩大反映时间快非常适合我们的擦窗机，在配上液压包，和手动液压锁，就能达到手动开启的功能了。

3. 结束语

超高层擦窗机卷扬是非常专业的技术需要根据擦窗机实际的运行环境来考虑设计。笔者根据多年擦窗机经验整理和分析了其中的难点，希望通过以上的分析可以给读者带来思路上的启发和帮助。同时希望给擦窗机行业带来前进的助力。

参考文献：

1. 王义洛.机械设计制造及其自动化的发展方向[J].建材与装饰， 2019

[2] 李烽.浅谈机械设计制造及其自动化的发展方向[J].南方农机， 2019

[3] 陈东旭，徐坚，马文礼.机械设计制造及其自动化发展方向的 研究[J].科技风，2019