固定式玻璃幕墻自動清洗設(shè)備

王振華++程冰

摘 要：本項目研究了一種固定式清洗設(shè)備，通過樓頂軌道與卷揚機(jī)的配合實現(xiàn)清洗設(shè)備的橫向縱向移動，實現(xiàn)單次大面積清洗，提高清洗效率；同時在清洗的過程中采用空化沖洗的方法，將高壓空氣與水混合形成水霧，提高沖洗效率的同時節(jié)約清洗用水，降低清洗裝置的自重。 本作品移動機(jī)構(gòu)的設(shè)計為提高玻璃幕墻清洗機(jī)器人的清洗效率提出了新思路，同時清洗裝置的設(shè)計也較為新穎，具有一定的借鑒性。

關(guān)鍵詞：玻璃幕墻清洗；機(jī)器人；固定式；文丘里管

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0058-02

1 項目背景及意義

隨著人口激增，現(xiàn)代建筑越來越高層化。為了實現(xiàn)美觀和高采光，玻璃幕墻應(yīng)用越來越廣泛，隨之而來的是玻璃幕墻的清洗問題。由于現(xiàn)有的清洗方式主要是人工清理，清理難度大，效率低且極危險，所以清洗成本很高，一般的價格為每平米30～40元，越高處價格越貴。帶來的得問題是清洗周期長，多為一年一次，難以實現(xiàn)即時清理。自動化清洗設(shè)備應(yīng)運而生，而幾乎所有的研究方向都是爬壁機(jī)器人的研發(fā)，以機(jī)器人攜帶清洗設(shè)備進(jìn)行清洗，這種清洗方式雖然解放了人力，但單次清洗面積小，清洗速度慢，且為實現(xiàn)爬壁功能，技術(shù)含量高，造價昂貴。

研究固定式清洗設(shè)備的意義在于實現(xiàn)單次大面積清洗，提高清洗效率，降低技術(shù)成本，實現(xiàn)普遍化。

2 設(shè)計方案

本項目由蓄水裝置、供水裝置、清洗裝置和運動系統(tǒng)組成。

蓄水裝置和供水裝置為清洗裝置的清洗工作提供用水，使其能穩(wěn)定連續(xù)的進(jìn)行清洗工作。

清洗裝置用于對幕墻表面進(jìn)行清洗，分為噴淋和擦洗兩個過程。

噴淋部分借鑒文丘里施肥器的設(shè)計[1]，采用文丘里效應(yīng)，用進(jìn)氣泵和氣管、水管實現(xiàn)，左邊通過高壓氣泵送進(jìn)高壓氣體，通過三通管時，由于高速流動氣體處壓強(qiáng)較低，將水吸入管中，并將其打散，兩者混合成為水汽混合物從霧化噴嘴中噴出。圖1為文丘里效應(yīng)。

擦洗過程用纖維布料的擦洗盤進(jìn)行擦洗，由于擦洗過程與真空吸附相結(jié)合[2]，所以對擦洗盤進(jìn)行鏤空設(shè)計，布制擦洗套套在擦洗盤上通過纖維布料較大的空隙，將空氣抽入真空泵，并通過內(nèi)部的電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行玻璃的擦洗。

運動裝置分為上下運動和左右運動上下運動用盤繩器實現(xiàn)，通過盤繩器的自鎖結(jié)構(gòu)，使其只能通過驅(qū)動端上下移動。

裝置的自鎖通過棘輪、棘輪扣、齒輪、主動軸和同步扣組成。棘輪固定在機(jī)架上，棘輪扣通過內(nèi)棘輪與棘輪扣合，同步扣用銷釘與主動軸固定在一起，齒輪內(nèi)部為螺紋，和主動軸上的齒輪嚙合，齒輪可以在同步扣和棘輪扣之間移動，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動與同步扣貼合時，齒輪和主動軸同速轉(zhuǎn)動，當(dāng)齒輪由于重物的重力反向轉(zhuǎn)動時，會與棘輪扣貼合，因為棘輪扣與棘輪扣合，棘輪固定在機(jī)架上，所以齒輪無法轉(zhuǎn)動，重物也就不能自由降落，此時只有轉(zhuǎn)動主動軸才會使齒輪轉(zhuǎn)動。

在實踐過程中，為了更好的模擬玻璃幕墻，為清洗試驗提供良好的工作環(huán)境，搭建了900mmX1000mm的玻璃框架。采用40鋁型材作為框架骨骼，采用6mm鋼化玻璃模擬墻面，目前常見的幕墻類型主要分為隱框和明框，隱框幕墻表面較為平整，比較容易清理，明框幕墻由于自身的結(jié)構(gòu)特點，在幕墻外有很明顯的突出，對清洗工作會帶來較大障礙，由于本項目在實驗過程中，對原有項目有較大改動，取消了原有的軌道系統(tǒng)，采用真空吸附作為清洗壓力的來源，為了保證真空吸附的密封性，所以對工作環(huán)境有較為嚴(yán)格的要求，故采用隱框玻璃幕墻，工作面為800mmX900mm的玻璃面。

由于本實驗側(cè)重于檢測清洗裝置的清洗功能和運動系統(tǒng)的功能，所以對于其他的組成部分以較為簡單的裝置替代。

蓄水裝置和供水裝置用鋁制水桶替代，采用文丘里效應(yīng)將水從水桶中吸出，并從霧化噴嘴中噴出。

在方案制定時，由于原定方案中設(shè)計的軌道系統(tǒng)相對幕墻墻體較為明顯，對墻面的完整性有很大影響且對于較高的建筑來說，軌道鋪設(shè)很難保證較高的垂直度，當(dāng)軌道鋪設(shè)較長時，較多的對接和推力裝置的布置也會影響軌道的直線度，較為致命的缺陷是，由于樓層的高度較高，鋪設(shè)軌道對軌道本身的強(qiáng)度要求很高，任何一處的破壞都會對系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。要達(dá)到上述要求，就會導(dǎo)致裝置的成本大幅提升，減少項目實施的可行性。此外，軌道鋪設(shè)之后，會將完成的工作環(huán)境分割為小塊的區(qū)域，反而會加大工作量，增加工作阻礙。綜上所述，對墻體進(jìn)行改造來輔助清洗工作，得不償失，所以我們將鋪設(shè)軌道輔助清洗的部分取消，將軌道的功能添加到清洗裝置中。

2.1 清洗裝置的設(shè)計

在項目方案制定中取消了軌道設(shè)計，所以清洗時的壓力需要由清洗裝置本身提供，所以將真空吸附添加到清洗裝置中，清洗裝置除了擦洗玻璃外還要通過真空吸附貼合在玻璃表面。清洗時的噴淋過程，用水管、三通接頭、噴頭、氣泵和水桶完成，工作時，氣泵首先開始工作，通過文丘里效應(yīng)將水吸入管道，混合后從霧化噴嘴噴出，將玻璃淋濕。擦洗過程用擦洗盤完成。

2.2 運動裝置的設(shè)計

在方案設(shè)計中，裝置的移動由樓頂?shù)木頁P機(jī)提供，因為卷揚機(jī)在實驗過程中顯得較為笨重，且其速率不合適裝置的清洗，所以實驗中的運動由滾珠絲桿機(jī)構(gòu)和盤繩器實現(xiàn)，滾珠絲桿機(jī)構(gòu)通過電機(jī)驅(qū)動，將定軸轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為裝置的左右移動，盤繩器用電機(jī)驅(qū)動，用于實現(xiàn)裝置的上下移動。

裝置的上下移動通過盤繩器實現(xiàn)，盤繩器通過螺釘緊固在滾股絲桿上，盤繩器利用自鎖結(jié)構(gòu)實現(xiàn)裝置的安全下放。

2.3 運動控制方案的設(shè)計

本項目將裝置在玻璃幕墻上的遍歷運動分解為水平運動與豎直運動；水平運動由水平電機(jī)帶動滾珠絲杠滑軌實現(xiàn)，豎直運動由豎直電機(jī)帶動繩輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。運動傳遞示意圖見圖2。

裝置采用先水平運動后豎直運動的方式完成遍歷運動。工作時，首先是水平電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動裝置水平運動，當(dāng)觸及水平邊界時；裝置下移一段距離，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，如此反復(fù)，實現(xiàn)裝置的遍歷運動。

3 創(chuàng)新點及應(yīng)用前景

3.1 項目創(chuàng)新點

（1）采用文丘里效應(yīng)，將噴水噴嘴改為霧化噴嘴，提高清洗用水的利用率。

（2）將擦洗盤進(jìn)行鏤空設(shè)計，使其與真空吸附結(jié)合，減少裝置體積和重量，使其便于運動和搬運。

（3）運動裝置的上下運動采用自鎖結(jié)構(gòu)，提高裝置的安全性。

3.2 應(yīng)用前景分析

本裝置在實驗過程中采用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)和盤繩器替代原定方案中的懸吊系統(tǒng)，并將真空吸附和清洗工作結(jié)合，替代軌道系統(tǒng)，使其更適用于隱框幕墻的清洗，并減少裝置的安全隱患，提高裝置的可靠性和穩(wěn)定性，使其具有較好的市場適應(yīng)性。

參考文獻(xiàn)

[1]孟慶國.文丘里施肥器改進(jìn)設(shè)計和應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2005，（9）：97-98.

[2]錢志源.帶滑動式吸盤的爬壁機(jī)器人運動特性分析及其應(yīng)用研究[D].上海交通大學(xué)，2007.