擦窗机卷扬系统设计

作者：薛抱新

擦窗机是用于建筑物或构筑物窗户和外墙清洗、维修等作业的常设接进设备。主要型式有：轨道式、轮载式、悬挂式、插杆式、滑梯式擦窗机，其中轨道式、轮载式、悬挂式、插杆式为悬挂型式接近设备，滑梯式为非悬挂型式接近设备。轨道式和轮载式擦窗机是自动化程度和作业效率最高、安全性最好的一种型式，同时也是结构相对最复杂的机型。

轨道式和轮载式擦窗机主要有以下三部件组成：轨道系统：序号1；台车系统（序号2、3、4、5、6、7、8）：行走机构、底架、卷扬系统、立柱、回转机构、臂架（伸缩臂机构）；吊船：序号9等组成，其中卷扬系统是最主要的部件，其设计直接关系到整机结构布置，工作可靠性、平稳性、钢丝绳寿命及整机的稳定性等。

一、卷扬系统在擦窗机整体布置的方式

1、卷扬系统布置于底架上

图一

1 –轨道 2—行走机构  3—底架  4—卷扬系统  5—立柱

6—主臂回转机构 7—臂架  8—臂头回转机构  9—吊船

图二

1 –导向轨道    2—行走机构     3—底架和回转机构

4—卷扬系统    5—变副机构     6—臂架     7—吊船

   在轨道式擦窗机（图一）、轮载式擦窗机（图二）中，卷扬系统布置于底架后上方，钢丝绳通过滑轮导向连接到吊船上，进行升降作业。中小型的擦窗机均采用此布置方式，具有整体布置协调，维护保养方便等特点。

2、卷扬系统布置于臂架上

图三

1 –轨道 2—行走机构  3—底架  4—卷扬系统  5—立柱

6—主臂回转机构 7—臂架8—伸缩臂机构  9—臂头回转机构 10—吊船

在轨道式伸缩臂擦窗机（图三）中，卷扬系统布置的主臂的后方，钢丝绳通过滑轮导向连接到吊船上，进行升降作业。大型的擦窗机常采用此布置方式，卷扬系统作为整机配重的一部分，有效地降低了整机重量。

二、卷扬系统的结构型式

1、双卷筒单层缠绕布置型式

图四

单层缠绕布置形式

1、链条 2、排绳丝杠3、动滑轮 4、定滑轮5、卷筒 6、大齿轮

7、中间齿轮8、电机齿轮9、减速机 10、钢丝绳11、后备制动器

电机减速机经一级齿轮减速带动卷筒转动，钢丝绳通过排绳丝杆动滑轮再经定滑轮连接至吊船上进行升降作业。

1.1主要优点是：

a、由于设计了强制排绳机构，钢丝绳在卷筒上排列整齐，吊船平稳性好，在空中不易发生倾斜；

b、钢丝绳单层缠绕，钢丝绳间挤压摩擦小，钢丝绳寿命长；

c、结构简单，使用安全可靠，维修保养方便。

1.2主要缺点是：

a、卷筒随楼面的增高而加长，楼面较高时，卷筒很长，箱体外形体积较大，对于楼顶空间窄小的场合，整体结构难以布置；

b、因卷筒尺寸的变化，直接关系到卷扬机箱的大小，因此卷筒、机箱无法实现单一标准化部件生产。

1.3单层缠绕钢丝绳补偿量的确定

图五

补偿量确定

吊船下行时：πD1-t=πD2+t

即：D1=（πD2+2t）/π

   在2000年前，国内外生产的擦窗机大多采用双卷筒单层缠绕布置型式，由于受到机箱外形大，卷扬系统无法实现标准化部件生产的限制，目前已很少应用。

2、多层缠绕布置型式

图六  

多层缠绕布置型式

1、往复平台 2、减速机3、卷筒 4、钢丝绳 5、导向滑轮

6、制动器 7、链传动8、排绳丝杠   9、排绳限位装置

电机减速机经一级齿轮减速（或链条减速）带动卷筒转动；螺旋排绳丝杠带动整个卷桶相对定滑轮作往复运动，实现钢丝的收放；钢丝绳通过卷筒经定滑轮连接到吊船上进行升降作业。

为适应超高层建筑物的需要，该布置方式是2000年左右开始大量应用。

2.1主要优点是：

a、由于采用多层缠绕，卷筒容绳量大大提高,可以适应不同的楼面高度，卷扬系统可以实现了单一标准化部件生产和质量控制。

b、多层缠绕，体积小，结构紧凑，特别适应楼面空间窄小和楼面很高的场合。

2.2主要缺点是：

a、由于钢丝绳为多层缠绕，钢丝绳间相互挤压和摩擦，降低了钢丝绳的使用寿命。

b、加工精度和安装精度要求较高。排绳丝杠和卷筒的加工和安装精度直接影响到卷筒排绳的可靠性。当缠绕层数超过六层以上，由于排绳丝杠、卷筒加工和安装等累积误差，易产生钢丝绳换向缠绕的不同步和乱绳，导致吊船倾斜；维修保养、调整比较麻烦。

3、卷筒、滑轮布置设计要求

图七

卷筒   滑轮布置

3.1为保证钢丝绳在卷筒上排列整齐，卷筒均应加工螺旋槽，在吊船位于工作最低点时，卷筒上至少有三圈余量，并能承受1.25倍钢丝绳额载拉力。

3.2 当吊船位于工作最高点时,卷筒的侧缘必须高出钢丝绳直径的2.5倍以上。

3.3 当选用内置电缆芯钢丝绳时, 卷筒直径22倍的钢丝绳直径。

4、钢丝绳要求

钢丝绳的选用必须满足GB19154《擦窗机》标准规定，还应特别注意：

4.1必须选用镀锌、高强度钢丝绳。

4.2必须选用柔软性好的钢丝绳，这一点对于内置电缆芯钢丝绳更

为重要。

5、卷扬系统主要安全装置

卷扬系统的电机减速机是擦窗机设备最重要的动力部件，电机为常闭式制动电机，是擦窗机的主制动器。

5.1卷扬系统必须设以下安全保护装置：

（1）主制动保护（常闭式制动电机）；

（2）后备超速保护装置；

（3）超载保护装置；

（4）钢丝绳防松保护装置；

（5）钢丝绳防乱绳保护装置；

（6）排绳机构断链保护装置；

（7）排绳机构极限限位保护装置；

（8）应急状态下手动下降保护装置；

5.2主制动器—起升电机为常闭制动电机，必须有效制动作。设计时

必须考虑以下全部额载：

a.钢丝绳全部放出的重量；

b.吊船自重；

c.额载+超载25%；

d.风载荷；

e.动载系数1.25；

制动安全系数≥2。

5.3后备制动器—当主制动器、传动齿轮等一旦损坏、吊船超速下降

时，后备制动器必须在1000mm范围内，在5.2条的载荷工况下有效

制动。

6、起升机传动装置的设计计算

传动装置的设计计算主要包括起升功率计算，传动比选择，起动制动时间验算等。可参照起重机设计规范要求进行。

对机构各零件、传动装置零部件的强调计算，驱动功率等计算应考虑在5.2条的载荷工况。

根据理论计算，结合实际工程考核应用，功率可参照下表选取：

注：当采用伸缩吊船时，因吊船自重一般为600~800 kg，功率应适当加大到4~5.5 kw。

三、结束语

   随着擦窗机产品的不断普及和发展，产品的安全性、可靠性已越来越得到人们的高度重视。卷扬系统是擦窗机的核心部件，设计的合理性和加工质量直接关系到擦窗机整机的可靠性和使用安全性。为增强市场竞争力，提高产品质量，擦窗机的主要部件，必须逐步走向标准化部件生产。