本科论文--插杆式擦窗机设计(编辑修改稿)

本科论文--插杆式擦窗机设计(编辑修改稿)内容摘要：

KM2 动断辅助触点断开， KT2 线圈 开始延时。 当 KT2 延时结束时，其动断延时闭合的触点闭合， KM3 线圈通电，主触点闭合，切除电阻 R2，电动机进入全速运转。 本电路在起动过程中，通过时间继电器的控制，将转子电路中的电阻分段切除，达到限南京工业大学学士学位论文 11 制起动电流的目的。 当要求调速时，可将主令控制器手柄推向“ 1”位或“ 2” 位。 当主令控制器的手柄推向“ 1”位时，由图可以看出，主令控制器的触点只 有 SA1 接通，接触器 KM KM3 均不能得电，电阻 R R2 将接入转子电路中，电动机便在低速下运行；当主令控制器的手柄推向“ 2”位时，电动机将在转子接入一段电阻的情况下运行，这样就实现了调速控制。 当要求电动机停车时，将主令控制器手柄拨回到“ 0”位，接触器 KM KM KM3 均断电，电动机断电停车。 由于控制系统对设备的安全运行具有至关重要的作用，因此控制系统的相关零件多选用国外产品。 表 31 零件选择 信号传输和钢丝绳选择 擦窗机都采用主机和平台两地操作，主机处控制擦窗机的运行和停止动作；在平台处一般只控制平台的升降，也可有选择地控制其它动作，因此将平台内的操作信号准确有效地传送给主机非常重要。 目前有以下 3 种传送方式。 （ 1） 独立电缆传送方式 采用电缆作为主机和平台的信号 传送是较常见的方式。 其方法很简单，利用一根多芯电缆由主机直接垂入 操作平台，将平台的控制信号传送回主机，从而实现操作人员在平台内对擦窗机的控制。 但这种方式存在很多弊端，一是受到擦窗机工作高度的限制，当平台工作高度超过 100m时电缆的自重可能导致断缆发生，而且由于电缆自垂于主机和平台之间，其自身的摆动将引起操作平台的摇晃，大数字编码控制系统 日本欧姆龙 接近开关 日本欧姆龙 按钮开关 日本和泉 接触器 日本富士 相控开关 法国梅兰日兰 第三章 插杆式擦窗机设计计算 12 大降低了擦窗机的安全性；二是这种方式与继电器控制系统配合时每个动作信号都需占用一根导线，平台内操作信号的数量由于受到电缆芯数的限制而降 低了平台内的操作功能，当这种方式与可编程序控制器控制系 统配合时因电缆自然悬垂没有屏蔽弱电干扰，易造成误动作。 （ 2） 钢丝绳内藏电缆传送方式 这种方式既避免了断缆又可以将传送的信号有效地被钢丝绳屏蔽起来，大大增强擦窗机的安全性和可靠性。 一般一根钢丝绳内藏两根电缆芯，而擦窗机太都采用四根钢丝绳同步工作，因此主机和平台的信号线最多为 8 根．最适合配合专用串行通讯模块使用。 其中 4 根电线分别连接于主机和平台的输人／输出模块，另 4 根实现对主机主接触器的控制，将平台的多种信号传送给主机，实现对擦窗机的多项控制，见图 33 这种是比较理想的擦窗机信号传送方式，但其特别钢丝绳成 本高 图 33 钢丝绳内藏电缆传送信号线路图 藏于钢丝绳内的铜线 碳刷 钢丝绳卷筒 （ 3） 无线遥控方式 随着无线遥控技术的发展，这种技术也开始应用在擦窗机的控制中。 但因其成本较高、实用性低，所以国内擦窗机工程中很少采用。 比较 3 种方式及国际、行业标准选用钢丝绳内藏电缆较为合适。 WOLF 公司生产的擦窗机专用镀锌钢缆； ≥ 10 倍； 毫米； 、带有绝缘层的铜芯； 80%； 南京工业大学学士学位论文 13。 所有滑轮都装有自润滑式轴承； ，并可防止绳索滑出滑轮。 插杆式擦窗机结构件设计 地脚螺栓的选择及校核 分析擦窗机可知道地脚螺栓 9 同时承受预紧力和工作拉力的紧连接，这种受力形式在紧螺栓连接中比较常见，因而也是最重要的一种。 这种紧螺栓连接承受轴向拉伸工作载荷后，由于螺栓和被连接件的弹性变形，螺栓所受的总拉力并不等于预紧力和工作拉力之和。 根据理论分 析，螺栓的总拉力除预紧力 F0、工作拉力 F 有关外，还受到螺栓刚度 Cb 及被连接件刚度 Cm等因素的影响。 因此，应从螺栓连接的受力和变形的关系入手，找出螺栓总拉力的大小。 计算简略图如下： 图 34 螺栓计算简略图 采用如图所示的结构，螺栓数 z=4,对称布置。 从左到右受力依次为： 吊篮自重 F1=4000N，额定载荷 F2=20xxN，吊臂自重 F3=20xxN，套筒自重 F4=20xxN （ 1） 在 F F F F4 的作用 下，螺栓组连接承受以下各力和倾覆力矩的作用： 螺栓轴向力 第三章 插杆式擦窗机设计计算 14 F 竖直 =F1+F2+F3+F4=4000+20xx+20xx+20xx=10000 N 螺栓水平力 F 水平 =0 N 倾覆力矩（逆时针方向） M=（ F1+F2）179。 145＋ F3179。 =6000179。 145+20xx179。 = （ 2） 在轴向力 F 竖直 的作用下，各螺栓所受的工作拉力为 2 5 0 0 N41 0 0 0 0ZFFa  竖直 （ 31） （ 3） 在倾覆力矩 M 的作用下，右面两螺栓收到加载作用，而左面两螺栓收到减载作用，故右面的螺栓受力较大，所受的载荷确定为 151 0 1 5 0 0 0z1i LLMLFiim a xm a x   （ 32） 故上面的螺栓轴向工作载荷为 F=Fa+Fmax= 2500+= （ 4） 在水平力 F 水平 作用下，地板连接接合面可能产生滑移，根据地板接合面不滑移的条件 竖直FCmCb CmzF 0  （ 33） 由表 32 可查得接合面的摩擦系数 f= ，并取  ，则 Cb1CmCb Cm  ，则个螺栓所需要的预紧力为 2 0 0 0 N1 0 0 0 Cmz1F 0  竖直 表 32 连接接合面的摩擦系数 被连接件 接合面的表面状态 摩擦系数 f 钢或铸铁零件 干燥的加工表面 ~ 有油的加工表面 ~ 钢结构件 轧制表面 ~ 涂富锌漆 ~ 南京工业大学学士学位论文 15 喷砂处理 ~ 铸铁对砖料、混凝土 干燥表面 ~ （ 5） 上面每个螺栓所受的总拉力 F 总 5 8 8 3 . 3 3 N1 9 4 1 6 . 6 CFF mb b0 总 选择螺栓材料为 Q23性能等级为 的螺栓，由表 33 查得材料屈服极限240Mpas  ，由表 34 查得安全系数 S=，故螺栓材料的许用应力  1 6 0 M p 4 0SS   （ 34） 求得螺栓危险截面的直径（螺纹小径 d1）为   8 0 m   总 （ 35） 按粗牙普通螺纹标准（ GB/T 19620xx)及考虑到擦窗机安 全性所以取螺纹公称直径 d=16mm 表 33 螺栓、螺钉和螺柱的性能等级 性能等级（标记） 抗拉强度极限 300 400 500 600 800 900 1000 1200 屈服极限/MPa 180 240 320 300 400 480 640 720 900 1080 硬度 /HBs 90 114 124 147 152 181 238 276 304 366 推荐材料 低碳钢 低碳钢或中碳钢 低碳合金钢 中碳钢，合金钢，淬火并回火 合金钢，淬火并回火 第三章 插杆式擦窗机设计计算 16 表 34 螺纹连接的安全系数 S 受载类型 静载荷 变载荷 松螺栓连接 ~ 紧螺栓连接 受轴向及横向载荷的普通螺栓连接 不控制预紧力的计算 M6~M16 M16~M30 M30~M60 M6~M16 M16~M30 M30~M60 碳钢 5~4 4~ ~2 碳钢 ~ ~1 合金钢 ~5 5~ ~3 合金钢 10~6.8 ~10 控制预紧力的计算 ~ ~ 铰制孔用螺栓连接 钢： St=， Sp= 铸铁： Sp=~ 钢： St=~， Sp= 铸铁： Sp=~ （ 1） 连接接合面下端的挤压应力不超过许用值，以防接合面压碎，有 WM)(1 0m a x  竖直FCC CzFA mb mp （ 36） 23N/4024012401 0 1 5 0 0 01 0 0 0 00 . 82 0 0 0440401 cm ）（ = 2N/cm = 由表 35 查得   M p aM p aM p aBp   ，故连接接合面下端不致压碎。 表 35 连接接合面材料的许用挤压应力 p 南京工业大学学士学位论文 17 材料 钢 铸铁 混凝土 砖（水泥浆缝） 木材 p /Mpa S (~)B ~ ~ ~ (2)连接接合面上端应保持一定的残余预紧力，以防止托架受力时接合面间产生间隙，即 0min P ，有 2 N /.34WM)FCC C( z F1 2mb m0m i n  M p acmAp 竖直 （ 37） 故接合面上端受压最小处不会产生间隙。 对碳素钢螺栓，要求 1S0 )~(0 .6 F 已知 2221 2 5 5 m Pa24 2    ，S ，取预紧力下限即 2 1 6 3 6 . 7 2 A  ）（ 要求的预紧力 F0=20xxN，小于上值，满足要求。 吊臂 吊臂的计算简图如下： 图 35 吊臂计算简图 第三章 插杆式擦窗机设计计算 18 已知 G=6000N， W=20xxN 由静力平衡等条件得出： 021 4 5 01 4 5 0 0  yFWG （ 38） 得出 F0y=10150 N xyF 00F3130tan  00F2130sin F y 得出 F0x=17580N， F0=20300N 再由静力平衡条件可得 Fx=F0x=17580N ， Fy=— 2150N 由此求得吊臂横截面上的应力为 M p aAFx 7 5 8 0  （ 39） 查表知道 Q235 的许用应力  为 100Mpa   可见吊臂满足了强度条件。 静力平衡方程  0AM  0BM 得各个力为 G=6000N 方向垂直向下 F0y=10150N 方向垂直向上 W=20xxN 方向垂直向下 Fy=2150N 方向垂直向下 由上述已知条件可得到其剪力和弯矩图如下： 南京工业大学学士学位论文 19 图 36 剪力弯矩图 由图可知，在 AB， BC， CD 段内的吊臂任意横截面上的剪力皆为常数，且符号在 AB 段内为负，在 BC、 CD 段内为正，剪力图是平行 x轴的直 线。 从剪力图看出，当在 AB段时最大剪力为 Fsmax=6000N。 由弯矩图可知，在各段上弯矩都是一次函数，所以弯矩图是一条斜直线。 只要确定线上的两点，就可以确定这条直线。 同时可以从弯矩图上看出，最大弯矩在截面 B 上，且 Mmax= 将吊臂受力化为参数，如图所示： 第三章 插杆式擦窗机设计计算 20 图 37 吊臂弯曲变形 lFaFlFbF RBRA  , （ 310） 分段列出弯矩方程 AC段 11 xlFbM  )0( 1 ax  （ 311） CB段 )( 222 axFxlFbM  )(。