擦窗機(jī)三吊點(diǎn)伸展機(jī)構(gòu)及自約束系統(tǒng)研究

牛雅靜，何 明，李育平，楊國(guó)棟

（1.廊坊凱博建設(shè)機(jī)械科技有限公司，河北 廊坊 065001；2.中際聯(lián)合（北京）科技股份有限公司，北京 110112；3.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000）

1 概述

國(guó)內(nèi)擦窗機(jī)行業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，技術(shù)水平逐步提高，解決建筑外墻維護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)也趨于完善。過(guò)去的建筑挑檐結(jié)構(gòu)工況下的擦窗機(jī)工作一般使用折疊式的吊船伸展機(jī)構(gòu)，在建筑結(jié)構(gòu)需求越來(lái)越多樣化的市場(chǎng)環(huán)境下，國(guó)內(nèi)逐步開(kāi)發(fā)了伸縮式吊船伸展機(jī)構(gòu)。在原擦窗機(jī)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)條件下，將伸展機(jī)構(gòu)的吊點(diǎn)沿伸展方向前后布置兩點(diǎn)，并將輔助吊裝裝置設(shè)置在伸展機(jī)構(gòu)前端，解決擦窗機(jī)吊船與輔助提升機(jī)構(gòu)同步升降的技術(shù)難題。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)還存在防風(fēng)安全隱患，在折疊式伸展機(jī)構(gòu)中，吊點(diǎn)為左右分布，在伸縮式伸展機(jī)構(gòu)中吊點(diǎn)為前后分布，都存在另一個(gè)方向上風(fēng)載下的伸展機(jī)構(gòu)偏擺穩(wěn)定問(wèn)題。

在解決伸展機(jī)構(gòu)兩個(gè)方向的偏擺問(wèn)題上，國(guó)內(nèi)擦窗機(jī)廠家逐步開(kāi)發(fā)出三吊點(diǎn)和四吊點(diǎn)的吊船伸展機(jī)構(gòu)。同時(shí)，為解決在風(fēng)載下吊船的穩(wěn)定問(wèn)題，引入吊船軟繩自約束系統(tǒng)。

2 現(xiàn)有伸展機(jī)構(gòu)不足分析

1）折疊式伸展機(jī)構(gòu) 如圖1 所示，折疊式的伸展機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其伸展和折疊通過(guò)液壓油缸伸縮完成，最大的伸展幅度能達(dá)到3.5m。缺點(diǎn)是輔助吊鉤無(wú)法進(jìn)入建筑物挑檐下方進(jìn)行物料垂直運(yùn)輸工作，防風(fēng)約束受限制。從簡(jiǎn)圖上可以看出，防風(fēng)銷(xiāo)一端套在擦窗機(jī)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)起升鋼絲繩上，另一端固定在建筑物幕墻防風(fēng)銷(xiāo)座上。操作人員在吊船中進(jìn)行防風(fēng)銷(xiāo)固定作業(yè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)夠不著防風(fēng)銷(xiāo)約束繩端的情況，或者因?yàn)榫嚯x太遠(yuǎn)造成防風(fēng)銷(xiāo)纏結(jié)而插錯(cuò)防風(fēng)銷(xiāo)導(dǎo)致吊船升降卡阻。

圖1 折疊式伸展機(jī)構(gòu)

2）兩吊點(diǎn)伸縮式伸展機(jī)構(gòu) 如圖2 所示，相對(duì)于折疊式伸展機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是停機(jī)狀態(tài)的高度不會(huì)有太大變化，而且可以省去物料輔助起升結(jié)構(gòu)，并將其懸掛點(diǎn)錯(cuò)設(shè)置在伸縮式伸展機(jī)構(gòu)最前端，使用時(shí)手動(dòng)拉出即可，在端部設(shè)置手拉葫蘆或其他吊裝工具即可完成操作。其缺點(diǎn)是存在和折疊式伸展機(jī)構(gòu)相同的防風(fēng)約束問(wèn)題，且這種結(jié)構(gòu)在懸掛鋼絲繩的應(yīng)力釋放或風(fēng)載作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)構(gòu)自轉(zhuǎn)、偏擺和偏移。

圖2 折疊式伸展機(jī)構(gòu)

3 三吊點(diǎn)伸展機(jī)構(gòu)研發(fā)

3.1 四吊點(diǎn)伸展機(jī)構(gòu)的考慮

按照國(guó)內(nèi)異形施工吊籃的技術(shù)思路，當(dāng)采用多吊點(diǎn)的施工吊籃時(shí)，一般是使用四吊點(diǎn)，以保證其防傾覆穩(wěn)定性能，目前市場(chǎng)上也有廠家在擦窗機(jī)設(shè)備上使用四吊點(diǎn)的伸展機(jī)構(gòu)。

綜合BSEN1808-2015“Safety requirements for suspended access equipment -Design calculations，stability criteria，construction -Examinations and tests”以及GB 19154-2017《擦窗機(jī)》中對(duì)于鋼絲繩安全系數(shù)的要求，單作用鋼絲繩懸掛系統(tǒng)大于或等于8，雙作用鋼絲繩懸掛系統(tǒng)大于或等于12。如果使用四吊點(diǎn)，卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)為4 根鋼絲繩，且每根鋼絲繩安全系數(shù)大于8；按擦窗機(jī)的一般要求每個(gè)吊點(diǎn)要使用兩根鋼絲繩，則需要配置4 個(gè)吊點(diǎn)的共8 根鋼絲繩的卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)，在卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)鋼絲繩同步技術(shù)以及卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)本身的技術(shù)問(wèn)題上都存在較大難度，且經(jīng)濟(jì)性太低，故障點(diǎn)增多。

3.2 三吊點(diǎn)伸展機(jī)構(gòu)的研發(fā)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的狀況，發(fā)現(xiàn)三吊點(diǎn)的伸展機(jī)構(gòu)在操作性能和穩(wěn)定性上有其自身的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)三點(diǎn)穩(wěn)定性原理，三吊點(diǎn)的伸展機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)在平面抗旋轉(zhuǎn)抗扭轉(zhuǎn)性能優(yōu)于四吊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，而且其相對(duì)應(yīng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研發(fā)也相對(duì)簡(jiǎn)單，其安全性能相對(duì)于4 繩卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)有很大提升，而其可靠性相對(duì)于8 繩卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)有大幅提高。

三吊點(diǎn)伸展機(jī)構(gòu)（圖3）在原前后兩吊點(diǎn)伸展支架的基礎(chǔ)上，解決了在鋼絲繩應(yīng)力釋放以及風(fēng)載情況下整體的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題以及在左右方向上的偏擺問(wèn)題。在卷?yè)P(yáng)起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究上，必須滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)對(duì)設(shè)備零部件的設(shè)計(jì)要求，可選用螺旋槽加強(qiáng)制排繩的卷筒結(jié)構(gòu)，如果排繩空間足夠也可選用折線槽加自由排繩的卷筒結(jié)構(gòu)。

圖3 三吊點(diǎn)伸展機(jī)構(gòu)

三吊點(diǎn)的伸展機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上大幅度降低了結(jié)構(gòu)自身扭轉(zhuǎn)和偏擺的問(wèn)題，但是在吊船的防風(fēng)約束問(wèn)題上，同樣存在和兩吊點(diǎn)伸展機(jī)構(gòu)同樣的問(wèn)題，為此，我們?cè)诘醮弦胲浝K約束系統(tǒng)。帶軟繩約束系統(tǒng)的吊船可單獨(dú)使用，也可以與伸展機(jī)構(gòu)結(jié)合使用。

4 吊船自約束系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用

4.1 吊船自約束系統(tǒng)研發(fā)

GB 19154-2017《擦窗機(jī)》對(duì)吊船防風(fēng)約束的要求是：擦窗機(jī)在受風(fēng)力影響的戶(hù)外區(qū)域使用并且作業(yè)高度大于40m 時(shí)，應(yīng)安裝約束系統(tǒng)或有限制使用。吊船在傾斜面工作時(shí)，需要采取特殊措施。

擦窗機(jī)的約束最常見(jiàn)的形式是工作鋼絲約束（圖4），即將懸掛吊船的鋼絲繩作為擦窗機(jī)防風(fēng)約束的載體，通過(guò)鎖套或其他裝置將鋼絲繩與建筑物約束在一定距離范圍內(nèi)，從而達(dá)到約束吊船的目的。

工作鋼絲繩約束的形式能解決建筑立面垂直或有較小斜度的大多數(shù)的擦窗機(jī)約束，但是在建筑外立面有挑檐、弧線變化或凸出凹陷造型時(shí)，工作鋼絲繩約束使用就會(huì)受到限制，此時(shí)需要采用與建筑成一體的框架結(jié)構(gòu)約束或使用吊船本身的軟繩系統(tǒng)進(jìn)行約束。

如圖4 圖所示，左側(cè)約束系統(tǒng)為工作鋼絲繩約束，使用懸掛鋼絲繩作為載體。右側(cè)為使用軟繩約束系統(tǒng)進(jìn)行約束，此時(shí)吊船升降時(shí)，其約束不再以懸掛鋼絲繩作為載體，而由自身集成的軟繩機(jī)構(gòu)，在垂直的方向上每間隔約20m 設(shè)置一道約束，在吊船受到風(fēng)載的情況下，約束系統(tǒng)能將吊船保持在一定的范圍內(nèi)，防止安全事故發(fā)生。

圖4 擦窗機(jī)約束簡(jiǎn)圖

軟繩機(jī)構(gòu)的工作原理類(lèi)似于提升機(jī)電動(dòng)吊船的鋼絲繩收繩機(jī)構(gòu)，使用摩擦傳動(dòng)，其收繩速度必須大于吊船的升降速度。比如擦窗機(jī)吊船升降速度為18m/min，則軟繩收繩機(jī)構(gòu)收繩速度最低速度應(yīng)大于18m/min。尤其要注意的是，軟繩機(jī)構(gòu)的供電來(lái)自于懸掛鋼絲繩，一般選用220V 電壓，因此必須在主電控柜設(shè)置一個(gè)安全隔離電壓供軟繩機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。

4.2 自約束吊船與伸展機(jī)構(gòu)結(jié)合應(yīng)用

要解決吊船伸展機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)和偏擺問(wèn)題以及遠(yuǎn)距離防風(fēng)約束施工操作困難的問(wèn)題，就要將三吊點(diǎn)伸展機(jī)構(gòu)與帶軟繩約束系統(tǒng)的吊船結(jié)合使用。如圖5 所示，三吊點(diǎn)的伸展機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上解決了旋轉(zhuǎn)和偏擺，吊船軟繩機(jī)構(gòu)解決了風(fēng)載偏移。

圖5 集成多吊點(diǎn)及自約束使用簡(jiǎn)圖

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于擦窗機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，隨著建筑造型的越來(lái)越多樣化，對(duì)我們的設(shè)備功能及性能提出了更高的要求，在嚴(yán)格地使用和操作條件的要求下，也是對(duì)擦窗機(jī)功能本身以及人機(jī)友好環(huán)境的提升。