高层建筑外墙清洗机的设计(毕业设计)(编辑修改稿)

高层建筑外墙清洗机的设计(毕业设计)(编辑修改稿)内容摘要：

承受两公斤力 刷毛与墙面的摩擦系数为 ～ ，取μ = 对盘刷求积分转矩为 : F=20N = ⑪．洗力矩： 盘刷 M1=P S U R= 两个刷子的转矩 :T=2 M1= 滚刷： M2= 78 5=． M 所需总的刷洗力矩： M=2 M1+M2=+=． M (2)．初定盘刷转速： 360r/min 根据刷洗力矩，型号为 Y28026，额定功率 ,转速 900r/min,平键 4 20，保持转矩为 (查 GBM) 本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 64 页 刷洗部分所用弹簧的设计计算 1）弹簧的种类：采用圆柱螺旋压缩弹簧。 2) 弹簧的材料：根据《机械设计手册》选用碳素弹簧钢； 3）弹簧的设计计算 ⑪根据《机械设计手册》取弹簧的工作圈数 1  NN ⑫根据《机械设计手册》取弹簧丝直径： D=， 允许极限负荷下的单圈变形： F 单圈刚度： mmkgP /  弹簧节距： T= 最大工作载荷： kgP 462  极限工作载荷： kgP  弹簧每圈展开长度： L=52mm ⑬计算数据 弹簧中径： mmdDD  弹簧内径： dDD  21 ＝２０－２３ .５＝１３ mm 弹簧间隙： mmdt  弹簧总展开长度： L=1 n=52 5=260mm 螺旋角： 7 弹簧自由高度： H= mmdnn *)1(* 1  允许极限负载时弹簧高度： mmFHH  弹簧旋向：左旋右旋均可 内空心轴的设计 为了在盘刷中心喷清洗液，并使喷嘴不随盘刷转动，需在盘刷内用滚动轴承固定。 空心轴的一端连接盘刷体，另一端与水管相连，在盘刷体转动时，空心轴固定 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 64 页 不动，其结构如 图 53： 图 53 空心轴 结构图 工作时清洗液从中间的孔流出，喷到墙面上，几乎不受外力弯矩、扭矩，所以略去刚度、强度的计算。 清洗机主机滚轮的设计计算 当清洗机工作时，风机向后吹出强大的高速气流，把清洗机压向墙面，与墙面接触的盘刷和滚刷都为柔性件， 太 大的压力 会 使刷毛弯曲过多，损坏加剧，所以大部分压力应由滚轮来承担，同时也增大 了 滚轮与墙面之间的摩擦力。 当电机驱动时，清洗机横向行走。 所以滚轮与墙面之间应有良好的接触 ，不可打滑。 结构设计如下图 54： 图 54 清洗机主机滚轮 结构图 主机上传感器及行程开关的选择 为了 增强清洗机的自动化程度，实现远程控制，在清洗机主机上安装传感器， 以 识别墙面的材料，来确定清洗机的进退预停止。 通过查手册《传感器技术 , 选用德国 TURCK 公司生产的超声波传器，其特点：有效作用距离大，与被测物的颜色、周围环境无关，具有开关量和模拟量两种输出，有利于控制。 本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 64 页 在清洗机主体的 上 下部安放超声波传感器，为了安全，在下边缘安装行程开关，结构 可见总装配图 ,该行程开关型号为： LX32SS , 它具有弹性环节，可以缓冲猛烈的冲击，并给单片机控制系统一个输入信号，单片机经过识别后，处理中断，加强自动化，保护主机。 复合缆的结构设计 由于本机的复杂性，管线较多（包括 清 水管，清洗 液 管，电缆，数据线，控制线等），且为了安全性，设计复合缆。 由于各个管路的功能不同，且方便控制，决定采用分开复合的方法，结构如图 55： 钢丝绳清洗液管电缆清水管 图 55 复合揽 结构图 钢丝绳是起重机上应用最广的挠性构件，其优点是：卷绕性好，承载能力大，对于冲击载荷的承受能力也强，卷绕过程中平稳， 即使在卷绕速度高的情况下也无噪声，由于绳股各钢丝断裂是逐渐发生的，一般不会发生整股钢丝绳突然断裂，工作时比较安全可靠。 在本复合缆中选用的型号： GB110274 所选钢丝绳的破断拉力应满足下面的条件： S 绳 /SMAXN 绳 S 绳 — 钢丝绳破断拉力 ]（公斤） SMAX— 钢丝绳工作时承受的最大静拉力（公斤） N 绳 — 根据机构重要性，工作类型及载荷情况而定的钢丝绳安全系数。 所选钢丝绳为 8，由资料查得此型号钢丝绳破坏拉力为 3130 公斤。 因此机构为轻级起重机构，所以选 绳 N=5。 考虑整个清洗机，由于体积较小，重量较轻，最大的静拉力为 400 公斤。 本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 64 页 S 绳 /SMAX=3130/400=5 所以选用的钢丝绳强度足够。 风 压系统 的 设计 计算 采用风压的意义 采用风压作为洗刷压力，可以避免因外墙材料和形状的变化对稳定性和可靠性的影响，即有障碍物，或者有突起，对压力影响不大，提高了可靠性，对建筑物外形形状的适应性也更强。 基本原理 采用正压与负压相结合，利用偏心压 紧，使清洗机的轮的一端先接触墙面，形成一个相对小的腔体，再利用悬吊系统，使清洗机逐渐靠 近墙面同时，风机电扇的旋转，会使空气流动，与外界大气产生一定的压力差，从而产生一定的负压，使清洗机压紧墙面。 空气流经由进口导流器、收敛器、进入风扇，在离心力的作用下，流出蜗壳，与机体相碰撞，会产生一定的压力，以减小空气流的速度。 随着腔体的越来越小，和清洗液的涂抹，机体内的压强会越来越小，产生负压，使清洗机压紧墙面。 当腔体很大时，空气会流通畅快，产生正压，使机体压紧墙面。 随着腔体变小，空气流速度减小，正压减小，负压增强，调整电机转速，可得到所需的压力 ，使清洗机具有一定压力的贴在墙体表面，提供连续均匀的清洗力， 通过调节螺旋桨的转速可以调节清洗力的大小 ，以达到最佳清洗效果。 如对于玻璃墙面，采用低转速，对于砖墙，采用高转速，调速由电机的星 — 三角转换完成。 气动计算的原始数据与技术要求 原始数据给定为： 箱体的长 *宽 *高 =945*1080*540 其中的充气体积为 V240*80*335*27 =945*1080*540240*80*335*27 =377460000MM = 螺旋桨初定选用参数： 1. 螺旋桨直径 D 的选择： D 约为 1000mm.. 本科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 64 页 2. 所选电机：选用普通的三相电机，由于螺旋桨的要求转速较高，故选用风扇电机的功率为 千瓦，额定电压为 380 伏，转速为 3000R/M 3. 电机轴与螺旋桨直接用键和轴连接，轮毂和电机轴过盈配合由定位销定位。 因螺旋桨的洗刷压力始终使螺旋桨压向电机，不会甩脱。 4. 被压缩气体进口条件下的容积效率为 10% 容积效率为 GV=*420*420*120*3000**10E9 =^3/MIN 进口气体参数为 PI=*105PA； TI=293K。 CI=技术要求为： ； ，重量轻； ； 8000 小时以上； ，运行安全可靠。 结构设计及相关数据计算 风扇部分的结构如图所示，其中进口导流器的作用是使气流以轴线方向或以所需方向进入下一级或固定容器，起着整流作用。 收敛器的作用是使利用气体自中心向外缘流动过程中有效流动面积的增加和减小；来达到增 压的目的，减小空气流的速度。 风扇的作用是产生离心力，使空气向四周流动，增大空气流的动能，使其对机体产生较大的冲击力。 假设有 1/10V的气体被抽出腔体，由气体连续性方程： P1*V1=P2*V2 P1*V1=P2*11/10V1 P2=10/11P1 F1=(P0P10)*S=1/11P0*S=1/11**105*945*1080 =9371N 气体进口即进入导流器时的速度为： V1=QV/S=*4/(*330*330*106) =忽略中间的损失，由气体连续方程可得： 本科毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 64 页 V1*R1*R1=V2*R2*R2 V2= V1*R1*R1/(R2*R2)=*330*330/(180*180) = M/S V2 即为气体进入风扇的进口速度。 气体质量流率为： *10295*10E3=*10E4 KG/S 1 小时内的气体质量为 *10E4*3600= 电机功率为 550W/H 由动能定理可得： 1/2MV*V=P 500=1/2**V*V V=气体出口处与大气相通，速度一般为 1015M/S,取 C2=15M/S 由流体力学动量定理知，单位时间内流出控制面的动量与流入控制面的动量的差值，等于作用于控制面内流体的全部外力之和，即： ∑ F=M*(C2C1) C32=C12+C222*C1*C2*COS140 =+152+2**15*COS140 = C3=∑ F=*= 所产生的总的压力为： F 总 =9371+= 沿半径方向各翼型的确定和叠加成叶身，在平均半径处： B=90 T=2**R/Z =2**90/4 = 一般沿半径高度取 59 个截面计算，并且必须包括叶片顶部，平均半径及叶片根部三个截面。 本科毕业设计说明书（论文） 第 24 页 共 64 页 叶栅的几何参数为： T_栅距，沿叶栅额线向相邻两叶型对应点之间的距离。 BS_安装角，它是叶型弦线（通常是外弦）与叶栅额线之间的夹角（指锐角） . B1P_进口几何角，它是指叶型中线在前缘的切线与叶栅前额之间的夹角。 B2P_出口几何角，指叶型中线在后缘的切线与叶栅额线之间的夹角。 叶栅的气动参数有： B1_进气角，指叶栅额线于进口气流相对速度 W1 之间的夹角。 B2出气角，指叶栅额线于出口气流相对速度 W2 之间的夹角。 △ B_气流折转角，指气流流经叶栅转过的角度。 I_冲角，指来流速度与叶型中线在前缘点的切线之间的角。 δ _落后角，指气流进口速度方向与叶型中线自后缘点的切线之间的夹角。 定义δ =B2PB1 在平均半径处， BM=I=1 B1P=B1+I== BS=B1P+X1=+24= B2P=δ +B1P=40+= 抛物线中线 目前采用的中线有两种弯曲形式，即圆弧和抛物线中线，其中圆弧中线适用于马赫数较高的气体，此处采用抛物线中线。 当中线为抛物线时，经过坐标原点的中线方程为： （ X+AY） /2+BX+CY+D=0 抛物线中线见图所示： 式中的系数 A,B,C,D 可由边界条件决定。 X=0,Y=0,DY/DX=TGX1。 X=B,Y=0,DY/DX=TGX2。 所得 A=(CTGX2CTGX1)/2 B=b 本科毕业设计说明书（论文） 第 25 页 共 64 页 C=bctgx1 D=0 叶型弯曲较小时，中线坐标 Y 比横坐标 X 要小的多。 故抛物线方程中 AY 可以忽略，这样方程可简化为 Y=(X^2+BX+D)/(2*AX+C) 代入系数后，得 1/Y=ctgx1/x+ctgx2/(bx) 设计中取 X1= ,X2= ,a/b= 所以 X1=*40=24 X2=*40=16 B=90 a= 中线长度为 : L=Bδ /(2*SINδ /2)=90*40/9180*2*SIN20)= 翼型结构尺寸请见零件图。 直齿轮的计算 1．齿轮的设计计算及强度校核 电动机驱动的闭式直齿圆柱齿轮传动，标称功率 P=, 小齿轮转速n1=1500r/min，传动比 i= 许有 4%的误差 ,长时工作，预期寿命五年，每年按200 天计。 工作有轻微冲击，齿轮对称布置。 （ 1） 选材料确定初步参数 a) 选材料 小齿轮： 40Cr 调质，平均取齿面硬度为 260HBS 大齿轮： 45 钢调质，平均取齿面硬度为 230HBS （ 2）初选齿数 取小。