高層建筑外墻清洗機(jī)---升降機(jī)部分的設(shè)計(jì)
高層建筑外墻清洗機(jī)---升降機(jī)部分的設(shè)計(jì),高層建筑外墻清洗機(jī),-升降機(jī)部分的設(shè)計(jì),高層建筑,外墻,清洗,升降機(jī),部分,部份,設(shè)計(jì)
目錄
摘 要………………………………………………………………………… 1
Abstract…………………………………………………………………………2
第一章 序言
§1.1 清洗建筑表面的意義…………………………………………………3
§1.2. 高層建筑外墻清洗方法介紹…………………………………………3
§1.3. 高層外墻清洗機(jī)簡介…………………………………………………5
第二章 整機(jī)的工作原理和主要參數(shù)
§2.1 工作原理………………………………………………………………7
§2.2 主要參數(shù)………………………………………………………………7
第三章 清洗機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)
§3.1 鋼絲繩的選擇……………………………………………………… 8
§3.2 卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………8
§3.3 減速器的選擇…………………………………………………………11
§3.4 滑輪的設(shè)計(jì)……………………………………………………………11
§3.5 吊鉤的設(shè)計(jì)……………………………………………………………12
§3.6 制動(dòng)器的選擇…………………………………………………………12
§3.7 雙速電機(jī)的選擇………………………………………………………12
§3.8 聯(lián)軸器的選擇…………………………………………………………13
§3.9 腳輪的選擇……………………………………………………………13
§3.10傳動(dòng)零件的選擇及其校核………………………………………… 14
§3.11桿臂的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核………………………………………… 15
§3.12 定位支撐桿的設(shè)計(jì)………………………………………………… 17
§3.13 控制電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 18
設(shè)計(jì)總結(jié)及展望………………………………………………………………20
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………21
翻譯部分………………………………………………………………………22
高層建筑外墻清洗機(jī)---升降機(jī)部分的設(shè)計(jì)
摘 要:高層建筑外墻清洗機(jī)是一種投資小，成本低，安全可靠，工作效率高的機(jī)器。該機(jī)器分為兩部分，一部分是在大樓頂上的清洗機(jī)升降機(jī)，清洗機(jī)升降機(jī)通過鋼絲繩，吊鉤帶動(dòng)另一部分，即清洗機(jī)附在高層建筑外墻壁上進(jìn)行清洗工作。高層建筑外墻清洗機(jī)工作時(shí)，升降機(jī)的雙速電機(jī)啟動(dòng)，通過鋼繩帶動(dòng)機(jī)架迅速上升，上升到預(yù)定位置，雙速電機(jī)停止并制動(dòng)，調(diào)整好清洗機(jī)的位置后，解除制動(dòng)，雙速電機(jī)反向啟動(dòng)，機(jī)架則緩慢向下移動(dòng)，與此同時(shí)，機(jī)架頂部的噴淋水嘴噴水，各導(dǎo)軌上的刷具在各電機(jī)的帶動(dòng)下沿各自的導(dǎo)軌往復(fù)移動(dòng)的同時(shí)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，洗清外墻上的污漬，使外墻干凈潔白美觀。
關(guān)鍵詞: 高層建筑外墻清洗機(jī)； 清洗機(jī)升降機(jī)； 清洗機(jī)
The external walls of high-rise building washing machine ---part of the design lifts
Abstract: The external walls of high-rise building cleaning machine is a small investment, low cost, safe, reliable, efficient machines. The machine is divided into two parts, is part of the building on top of the washing machine lifts, washing machines through the lift rope, hook driven another part, that is, washing machine attached to the external walls of high-rise building cleaning work. The external walls of high-rise building cleaning machines work, lift the two-speed motor launch, led by wire rope rack rising rapidly, up to the scheduled location, two-speed motor and braking to stop, adjust the location of washing machines, lifting brake, Reverse two-speed motor launch, the rack is slowly moving down at the same time, Shuizui rack at the top of the water spray, brush with the rails in the motor driven along the rails of their respective reciprocating At the same time moving to rotate, cleared on the external walls of the stains, clean the external walls of white beauty.
?
Key words: the external walls of high-rise building cleaning machine; washing machine lifts; washing machine.
第一章 序言
§1.1 清洗建筑表面的意義
隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市建筑更加規(guī)范，完美。千姿百態(tài)的各式建筑，尤其是高層建筑外墻都用各種建筑材料進(jìn)行裝飾，如粘帖各色墻磚，瓷磚，馬賽克，或涂上涂料，但是，自然界的風(fēng)吹雨打，日光輻射，塵埃污染，以及一些人為或偶然事故等原因，一段時(shí)間過后，建筑表面都將不同程度地變得污濁灰暗，破舊不堪，在環(huán)境差的地區(qū)，污染或損壞還相當(dāng)嚴(yán)重。建筑表面就像人身上的外衣，要保持清潔，就需要經(jīng)常清洗，整理。為此，世界發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，對(duì)保持建筑表面的清潔非常重視，并以法律的形式明確規(guī)定，每年必須定期清洗，否則將受到處罰。近年來，我國各級(jí)政府部門的環(huán)境保護(hù)意識(shí)已發(fā)生了很大改變，國內(nèi)一些大，中城市，特別是旅游，開放城市，旅游景點(diǎn)，為保持建筑表面清潔，也制定出臺(tái)了相應(yīng)的法規(guī)，全國范圍的衛(wèi)生評(píng)比活動(dòng)，把保持建筑表面清潔列為考核的重要指標(biāo)之一，其中高層建筑的外墻，醒目，突出，自然也就成為檢查的重中之重。
有信息表明，十·五期間國家用于環(huán)境保護(hù)的投資將由九·五期間國民生產(chǎn)總值的1.5%翻倍增加至4%，同時(shí)還伴隨以產(chǎn)業(yè)政策的優(yōu)惠。所以，隨著我國改革開放的不斷深入，政府，公民的環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，建筑表面清潔問題必將引起各方面的高度重視，建筑清洗行業(yè)必然具有廣泛的發(fā)展前景，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.
建筑表面清洗主要包括外墻清洗和中央空調(diào)風(fēng)管的清洗，目前外墻清洗是采用傳統(tǒng)的“蜘蛛人”清洗，這是以犧牲生命為代價(jià)的非人工作，部分城市頒布了建筑表面清洗條例； 由于非典事件，公共衛(wèi)生得到了高度的重視，特別是中央空調(diào)風(fēng)管的清洗，最近有關(guān)中央空調(diào)的清洗條例很快出臺(tái)；因此對(duì)于建筑表面清洗提供一個(gè)完備的解決方案，必然打破一個(gè)傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)格局，改變了人們的工作方式，用機(jī)器人清洗代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工清洗或無法清洗，是必然的發(fā)展趨勢。
§1.2 高層建筑外墻清洗方法介紹
保持城市建筑，尤其是高層建筑外墻清潔，必然要求開發(fā)新型的清洗機(jī)械，尤其是能取代人對(duì)高層建筑外墻進(jìn)行自動(dòng)清洗的機(jī)械，以適應(yīng)新興行業(yè)的需要。
高層建筑物外墻的清洗是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，為了清洗時(shí)有針對(duì)性和保護(hù)建筑物，首先要分析污垢的成份和結(jié)構(gòu)及污染程度：???
1 ）高層建筑物外墻的污垢組成及建筑物的理化性質(zhì)???
?? ?? 外墻的污垢一般分為三級(jí)，一級(jí)比一級(jí)嚴(yán)重，一級(jí)是灰塵；二級(jí)是污漬；三級(jí)是污垢。通常所說的污垢是三者的總稱。
2）污漬??
污漬由多種成分的灰塵和水的混和物，酸雨痕跡，菌類以及泥漿、染料等漬跡組成。在軟、硬表面上都粘染。建筑物是最大污漬粘染表面，故污漬一旦粘染不及時(shí)清除，就會(huì)常期頑固的留存，使建筑物表面受到嚴(yán)重的污染。???
3）污垢???
???? 污垢有油基、水基之分。隨著人們生活水平的提高，工業(yè)迅速發(fā)展，污垢的種類越來越多，成分越來越復(fù)雜。污垢的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于灰塵和污漬。污垢不及時(shí)清洗干凈就會(huì)在建筑物表面留下永存印跡而且失去光采。除以上三種污垢外，對(duì)于金屬建材而言還有另外一種污垢形式，就是變色。這是金屬與水、空氣中的某些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成的如鐵銹、銅綠、金、銀、鋁的表面氧化變暗等?？傊ㄖ锼嬖诘奈恢?、環(huán)境不同，污垢的成分和污染程度亦有所不同，有的光滑(如釉面磚)、有的粗糙(如水涮石)、有的易被酸堿腐蝕(如鋁合金門窗)、有的易被溶劑溶解(如丙酮可溶解化工涂料)。由于外墻的介質(zhì)有所不同，所以在清洗外墻前要分析外墻的成分和理化性質(zhì)及污染程度。
對(duì)此社會(huì)大多出現(xiàn)了人工、物理和化學(xué)的方法，分作簡要介紹如下：
1）人工清洗
當(dāng)代大廈多為高層建筑，外墻面多用各種材質(zhì)的面磚裝飾。為保持大廈外表的清潔、美觀，應(yīng)定期對(duì)外墻進(jìn)行清洗。高層大廈玻璃幕墻和玻璃窗的外面，容易附著灰塵，需要經(jīng)常擦拭，以保持大廈美潔和室內(nèi)明亮。清洗大廈外墻和玻璃的外面，需要經(jīng)常擦拭，以保持大廈美潔和室內(nèi)明亮。清洗大廈外墻和玻璃的外面，需要在室外和高空中作業(yè)。高空玻璃擦拭法的工作大體如下：
（1） 首先查看作業(yè)現(xiàn)場，確定作業(yè)方案。重點(diǎn)查看屋頂狀況，確認(rèn)能否安裝吊籃、吊板；吊籃、吊板在屋頂移動(dòng)有無障礙；霓虹燈、廣告字牌等是否防礙作業(yè)等。（2）安裝運(yùn)載工具——吊籃或吊板。如大廈已安裝擦窗機(jī)，則按規(guī)范進(jìn)行操作前的檢測。（3） 準(zhǔn)備擦拭工具，包括水桶、清潔劑、毛滾、膠刮、毛巾以及備用輔助工具鏟刀、刮刀、溶劑等。（4） 作業(yè)人員攜帶工具上吊籃或吊板。有些工具應(yīng)用松緊繩栓在吊籃或吊板上，以防一旦失手從高空落下傷人。在地面上設(shè)攔護(hù)繩和安全告示牌。（5） 作業(yè)方式為從上到下。每擦拭完一溜，整理工具、加清潔劑、橫向移動(dòng)吊籃或吊板，再繼續(xù)第二溜作業(yè)。（6） 擦拭玻璃方法：檢查玻璃上有無粘著物等污跡，如有，先用刮刀等相應(yīng)輔助工具和溶劑除去。將毛滾浸入桶中，待清潔劑充分吸入后，用手輕輕捋一下（以不入下滴水為宜），均勻涂抹在玻璃上。涂抹時(shí)，一般為由上往下滾，橫向移動(dòng)，每趟滾跡要交叉相壓，以防漏涂。用膠刮將涂抹在玻璃上的清潔劑刮凈，操作時(shí)應(yīng)稍用力，將膠刮均勻按壓在玻璃上，由上至下慢慢刮動(dòng)，一次刮凈一溜，用濕毛巾擦凈膠刮后，再橫向移動(dòng)刮另一溜。玻璃刮凈后，用毛巾將窗擦凈。確認(rèn)一次應(yīng)作業(yè)范圍的玻璃已擦拭完畢，滑動(dòng)吊籃或吊板，繼續(xù)往下作業(yè)。（7） 全部作業(yè)完成后，收拾整理工具，撤去地面攔護(hù)繩和告示牌。并用步話機(jī)保持聯(lián)系。弄清屋頂狀況。確定水源、電源。
由上可知此清洗方法為危險(xiǎn)作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度極大，而且所需大量勞動(dòng)人員，效率低。
2）物理清洗法??
???? 主要是通過外力使污垢脫離建筑物的外墻，具體方法是用超聲波或水沖洗(或水噴淋)，使污垢疏軟、剝離、融化，最后再用水沖洗干凈。該清洗方法對(duì)環(huán)境污染大，成本高，浪費(fèi)大量能源和資源。
3）化學(xué)清洗法???
??? 化學(xué)清洗法是利用化學(xué)試劑對(duì)污垢進(jìn)行溶解、分離、降解等化學(xué)反應(yīng)，使外墻去污。此清洗方法對(duì)環(huán)境污染程度高，對(duì)人的身體健康損傷大。
針對(duì)以上三個(gè)清洗方法的缺點(diǎn)與不足，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種投資小，成本低，安全可靠，工作效率高的全自動(dòng)高層建筑外墻清機(jī)來解決以往的清洗常用用高空吊籃、吊板、升降臺(tái)等運(yùn)載工具，作業(yè)難度大，危險(xiǎn)性大。操作人員須經(jīng)嚴(yán)格體檢，嚴(yán)格培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)范和安全規(guī)范，作業(yè)時(shí)，屋頂和地面都要有人監(jiān)護(hù)，而且難免工作人失手，從高空落下傷人。避免人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)安全保證性低，成本和代價(jià)花費(fèi)大。杜絕物理化學(xué)方法，污染嚴(yán)重，浪費(fèi)資源。
發(fā)達(dá)國家，對(duì)建筑表面保持清潔重視較早，對(duì)高層建筑外墻的清洗，已淘汰了用提升設(shè)備載人進(jìn)行的方法，開發(fā)出許多代替清洗工人擦洗的機(jī)器人。中央電視臺(tái)曾在新聞聯(lián)播中報(bào)道了日本在這一領(lǐng)域的最新成果，是利用遙控?zé)釟馇驊业醪料礄C(jī)械來清洗高層建筑的外墻。
用機(jī)械代替人工清洗高側(cè)建筑外墻面，一方面不用工人高空作業(yè)，安全可靠：另一方面是原清潔工人簡單卻繁重的擦洗動(dòng)作，改由機(jī)器完成，可大大提高清洗效率，降低清洗成本。先進(jìn)的清洗技術(shù)，又進(jìn)一步促進(jìn)了城市清洗行業(yè)的發(fā)展，為保證城市優(yōu)美的環(huán)境提供了技術(shù)保障。由此可見，開發(fā)代替人高空作業(yè)的清洗機(jī)械，是我國清洗技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向。
§1.3 高層外墻清洗機(jī)簡介
我們?cè)O(shè)計(jì)了一種投資小，成本低，安全可靠，工作效率高的全自動(dòng)高層建筑外墻清機(jī)。該機(jī)器分兩部分，一部分是在大樓頂上的清洗機(jī)升降機(jī)，清洗機(jī)升降機(jī)通過鋼絲繩，吊鉤帶動(dòng)另一部分，即清洗機(jī)附在高層建筑外墻壁上進(jìn)行清洗工作。全自動(dòng)高層建筑外墻清機(jī)工作時(shí)，升降機(jī)的雙速電機(jī)啟動(dòng)，通過鋼繩帶動(dòng)機(jī)架迅速上升，上升到預(yù)定位置，雙速電機(jī)停止并制動(dòng)，調(diào)整好清洗機(jī)的位置后，解除制動(dòng)，雙速電機(jī)反向啟動(dòng)，機(jī)架則緩慢向下移動(dòng)，與此同時(shí)，機(jī)架頂部的噴淋水嘴噴水，各導(dǎo)軌上的刷具在各電機(jī)的帶動(dòng)下沿各自的導(dǎo)軌往復(fù)移動(dòng)的同時(shí)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，洗清墻外上的污漬，使外墻干凈潔白美觀。
本設(shè)計(jì)產(chǎn)品改變了多年以來人工吊拉清洗或一根繩一塊板吊人清洗的高危作業(yè)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，投資小，成本低，安全可靠，工作效率高。一小時(shí)大約可清洗墻面600～800m2。
由于能力有限，設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤在所難免，請(qǐng)大家給予批評(píng)和指證，謝謝！
第二章 整機(jī)的工作原理和主要參數(shù)
§2.1 工作原理
清洗機(jī)包括機(jī)架，裝在機(jī)架頂部的噴淋水嘴，橫置于機(jī)架上的三根導(dǎo)軌，分別通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受減速電機(jī)帶動(dòng)的能沿導(dǎo)軌往復(fù)移動(dòng)的刷具。每根導(dǎo)軌上有通過位于導(dǎo)軌頂部的與導(dǎo)軌配合的導(dǎo)向輪沿導(dǎo)軌移動(dòng)的支座，沿導(dǎo)軌底部有齒條，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中與減速電機(jī)輸出軸上的主動(dòng)鏈輪，位于導(dǎo)軌底部與導(dǎo)軌上的齒條嚙合的齒輪軸，裝在齒輪軸伸出支座的一端的從動(dòng)鏈輪通過鏈條受主動(dòng)鏈輪帶動(dòng)，刷具裝在刷具軸上，工作時(shí)，打開減速電機(jī)，刷具軸帶動(dòng)刷具旋轉(zhuǎn)清洗墻面，與此同時(shí)，刷具軸上的主動(dòng)鏈輪通過鏈條帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪相對(duì)于導(dǎo)軌上的齒條轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)支座沿導(dǎo)軌往復(fù)移動(dòng)。
上述的控制器中有設(shè)置在每根導(dǎo)軌兩端上的行程開關(guān)。
清洗機(jī)升降機(jī)則包括雙速電機(jī)，制動(dòng)器，渦輪蝸桿減速器，卷筒，提升桿臂，等構(gòu)件。工作開始前，提升機(jī)在地面，清洗機(jī)升降機(jī)在大樓頂上。首先調(diào)整好升降機(jī)的位置并用支撐桿支撐到位，然后將吊鉤釋放到地面與清洗機(jī)連接好，啟動(dòng)雙速電機(jī)正轉(zhuǎn)，則清洗機(jī)快速上升到預(yù)定位置，停止雙速電機(jī)，制動(dòng)器制動(dòng)防止清洗機(jī)在重力作用下自行下降。通過雙螺母調(diào)整提升桿臂的位置，使得清洗機(jī)靠近墻面，達(dá)到清洗刷毛貼住墻壁，保持在清洗過程中清洗刷對(duì)墻壁有一定的壓力。
這時(shí)，將大樓的自來水通過水管接到清洗機(jī)的機(jī)架頂部，做好準(zhǔn)備后就可以解除制動(dòng)，反向啟動(dòng)雙速電機(jī)了，同時(shí)打開水管。這樣，清洗機(jī)就開始慢速下降清洗墻面了。當(dāng)清洗機(jī)走完一個(gè)上下來回時(shí)，停止雙速電機(jī)，則重新調(diào)整提升機(jī)的位置，接著清洗墻面。
§2.2 主要參數(shù)
雙速電機(jī)額定功率： 2.4KW、 1.5KW;
雙速電機(jī)額定轉(zhuǎn)速： 1500r/min、 750/min;
減速器傳動(dòng)比： 8
卷筒轉(zhuǎn)速約： 186 r/min、 93 r/min、
鋼絲繩上升速度約： 0.6m/s;
鋼絲繩下降速度約： 0.3m/s;
第三章 清洗機(jī)提升機(jī)的設(shè)計(jì)
§3.1 鋼絲繩的選擇
由于有兩根鋼絲繩同時(shí)吊著清洗機(jī)，則我們?cè)谟?jì)算時(shí)取單根鋼絲所承受的最大拉力為總載荷的66%。
鋼絲繩的最小直徑： (d—鋼絲繩最小直徑，c—選擇系數(shù)，s—鋼絲繩的最大工作靜拉力)。
由文獻(xiàn)[2]8—12頁得：提升機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別為A8，則c=0.140,鋼絲繩的公稱抗拉強(qiáng)度為1550mpa.
=0.140×=5.28mm.
我們暫時(shí)取d=6mm.并選用鋼絲繩6NAT1×6 SF1470 Z17.5 12.4 GB/T8918.即公稱直徑為6mm,光面，合成纖維芯，公稱抗拉強(qiáng)度為1470MPa,右向捻，最小破斷力為17.5KN，12。4Kg/100的MGB/T8918類鋼絲。
鋼絲繩的安全系數(shù)，按文獻(xiàn)[2]中的第14式：
Ks= ==8.9[Ks]=6
驗(yàn)算所選的鋼絲繩合格。
§3.2 卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算
圖一：卷圖容繩尺寸參數(shù)
1）卷筒節(jié)徑D
卷筒節(jié)徑應(yīng)滿足DKed,(Ke—與卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別有關(guān)的系數(shù)，見文獻(xiàn)[2]表9)，工作級(jí)別為A8,那么
Ke216=126mm,取D=150mm.則D=144mm.
2) 卷筒容繩寬度B
B一般滿足B3D=3144=442mm.
取B=270mm.
3) 卷筒的邊緣直徑D
DD+4d=210mm, 取D=240mm.(其中D為卷筒邊緣直徑，D為最外層鋼絲繩繩心直徑。)
D=D+(2S-1)d=144+7d=186mm.
4) 卷繞層數(shù)S
S==6，
則取S=4層較合適。
5）卷筒的容繩量L
第一層鋼絲繩繩心直徑D=D+(2S-1)d;
第i層鋼絲繩長度 L=
卷筒繞繩量L=L+L+ … +L
=
=80m
解得S=3.326
我們?nèi)=4層，則L=100.5132m.
6) 卷筒厚度σ
σ=1.5d=9mm
校核壓應(yīng)力：
鋼絲繩繞出卷筒壁壓應(yīng)力σ=0.5
其中：σ—鋼絲繩繞出處的壓應(yīng)力
—卷筒壁厚
t—鋼絲繩軸向卷繞節(jié)距，t=1.01d
則σ==35.58MPa.
彎曲應(yīng)力
鋼絲繩出處卷筒壁局部彎曲應(yīng)力為
=0.96=7.04MPa.
許用應(yīng)力
[]===80.36MPa
其中為抗拉強(qiáng)度，K按工作級(jí)別取作1.40，K為安全系數(shù)，取作2.8.
強(qiáng)度條件為：+[] []為材料的許用應(yīng)力
35.58+7.0480.36 從而滿足要求。
7）卷筒側(cè)板厚度
暫時(shí)取為9mm.
8)卷筒速度
卷筒的直徑按鋼絲繩出到一圈時(shí)計(jì)算，即162mm,設(shè)卷筒轉(zhuǎn)速為n,單位為r/min.
0.6=
解得n=186r/min.
9)鋼絲繩進(jìn)出滑輪允許偏轉(zhuǎn)角D
繩槽測標(biāo)的傾斜角β β取20° β=20
滑輪工作直徑 D1 D1=D+d=70+6=76mm D1=76mm
K K==20.22mm K=20.22mm
滑輪槽深 H H==7.5mm H=7.5mm
允許偏角 γ tgγ= γ=1.2°
γ=1.2°
γ<4°～ 6°滿足要求
§3.3 減速器的選擇
根據(jù)提升機(jī)的使用要求，在電機(jī)速度不能直接供給卷筒時(shí)，則需要在電機(jī)和卷筒之間選擇一臺(tái)減速器；同時(shí)考慮到提升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，最好是選擇一臺(tái)雙出軸的減速器，以保持在減速器的兩端同時(shí)用鋼絲繩吊著清洗機(jī)，從而增強(qiáng)清洗機(jī)在工作時(shí)的穩(wěn)定性。所以選定為CW型圓弧圓柱渦輪蝸桿減速器，因?yàn)楦鶕?jù)文獻(xiàn)[1]15-76頁CW型圓弧圓柱渦輪蝸桿減速器的適用范圍：此減速器具有整體機(jī)體、模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，用于傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和功率的機(jī)械傳動(dòng)，如冶金、礦山、起重、化工、建筑、建材、能源及輕工等行業(yè)的機(jī)械設(shè)備。減速器輸入軸轉(zhuǎn)速1500r/min;減速器的工作環(huán)境溫度-40～40C，當(dāng)工作環(huán)境溫度低于0C，啟動(dòng)前潤滑油必須加熱到0C以上，或采用低凝固點(diǎn)的潤滑油，當(dāng)工作環(huán)境溫度高于0C時(shí)，必須采取冷卻措施；減速器輸入軸可、反兩方向旋轉(zhuǎn)。
需要的總傳動(dòng)比i==8.064516129.
因此選擇i=8的CW減速器，代號(hào)為CW 100-8- JB/T 7935-1999.即中心距為100mm、公稱傳動(dòng)比為8、裝配形式為的CW減速器。
其技術(shù)參數(shù)為：當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速1500r/min時(shí)，額定輸入功率為9.45KW,額定輸出轉(zhuǎn)矩455KW，效率為91%;當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速750r/min時(shí)，額定輸入功率為7.38KW,額定輸出轉(zhuǎn)矩700KW，效率為89%.重量為60Kg.
輸入軸直徑d=28mm,輸入軸長l=42mm; 輸出軸直徑d=48mm,輸出軸長l=82mm。其外形、安裝尺寸詳見文獻(xiàn)[1]15-77頁。
§3.4 滑輪的設(shè)計(jì)
繩索滑輪一般用來支配和導(dǎo)向，以改變繩索及其傳遞拉力的方向或平衡繩索分支的拉力。承受載荷不大的小尺寸滑輪（D350mm）一般制成實(shí)體，用15，Q235，或鑄鐵（如HT150）,受力不大的滑輪可以直接安裝在心軸上使用。
滑輪的直徑需滿足：Dhd,(工作級(jí)別是M1—M3，h為10)，D106=60,我們選用H系列滑車用滑輪.可以承載0.5噸的重量。
§3.5 吊鉤的設(shè)計(jì)
選擇用一種環(huán)眼吊鉤，吊鉤其實(shí)是與清洗機(jī)機(jī)架上的繩子綁在一起來帶動(dòng)清洗機(jī)上下移動(dòng)的，因此吊鉤的抗拉強(qiáng)度達(dá)到要求即可。吊鉤的尺寸見零件圖。
由最大起升重量Q=2009.866%=1293.6N. 查文獻(xiàn)[2]表2-14，選取吊鉤的技術(shù)參數(shù)如下：鑄造、單鉤；允許載荷P=10KN.
鋼絲繩穿過吊鉤的環(huán)眼，向上與后面的鋼絲焊接在一起并用鋼絲繩夾加固，鋼絲繩夾的選擇根據(jù)鋼絲繩的直徑來定，根據(jù)文獻(xiàn)[2]8-43頁選擇繩夾公稱直徑尺寸（鋼絲繩公稱直徑d）為6mm的這一類。
§3.6 制動(dòng)器的選擇
制動(dòng)力矩MB MB=η2
鋼絲繩繞卷筒直徑Dm Dm=Do+（2m-1）d=138+（2×4-1）×6=174mm
則制動(dòng)力矩MB=×0.876=167Nm
根據(jù)文獻(xiàn)[2]表3-7，我們選擇YDWZ 200—800制動(dòng)器，其技術(shù)性能是制動(dòng)力矩為20Kg·m, 制動(dòng)輪為200毫米,制動(dòng)瓦退距為0.7毫米。重量為43Kg.
§3.7 雙速電機(jī)的選擇
雙速電機(jī)類型是一種采用變換定子極數(shù)的籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓為380V, 頻率是50Hz，功率范圍是0.37～320KW。
我們估算清洗機(jī)的最大重量不會(huì)超過200Kg，為了保險(xiǎn)起見，我們?nèi)∑渲亓繛?00Kg。清洗機(jī)上升或下降時(shí)的最大靜強(qiáng)度拉力為F=σFe (σ —?jiǎng)虞d荷系數(shù)),根據(jù)文獻(xiàn)[1]表5取得σ=1.10，F(xiàn)e為額定拉力。
滑輪效率ηd 根據(jù)文獻(xiàn)[2]表4-9，ηd =0.985
卷筒效率ηt ηt≈ηd=0.925
減速器效率ηj ηj =0.89
聯(lián)軸器效率ηl ηl=0.98
軸承效率ηz ηz=0.99
機(jī)構(gòu)總效率η η=ηdηtηjηl ηz =0.766
F=σFe=1.10×200×9.8=2156N
則上升所需的靜功率P==1.725KW；
上升所需的靜功率P==0.8625KW
綜合考慮，我們選擇的電機(jī)型號(hào)為YD112M-8/4。同步轉(zhuǎn)速為1500、750r/min; 額定功率為2.4、1.5KW; 額定電流為5.31、5.02A; 效率為78、72%； 功率因素為0.88、0.63； =6.5、5.5； =1.7； =1.8； 聲功率級(jí)為82Db; 重量為43Kg。
§3.8 聯(lián)軸器的選擇
由于在聯(lián)軸器上面要裝制動(dòng)器，則我們只能選擇帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器，選擇LTZ5,公稱轉(zhuǎn)矩為125N·M,許用轉(zhuǎn)速為3800r/min,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.0416Kg·m 標(biāo)記為.
§3.9 腳輪的選擇
估算在底板壓在四個(gè)腳輪上的重量為300Kg,而在工作的時(shí)候又得加上清洗機(jī)的重量200Kg.則每個(gè)腳輪分擔(dān)的重量平均為125 Kg。
根據(jù)上述要有，我們選擇輪子直徑為160毫米的平板式腳輪，其許用負(fù)荷最大值為150 Kg。
§3.10 傳動(dòng)零件的選擇及其校核
1.電機(jī)輸出軸和減速器輸入軸的鍵
兩軸上的傳遞功率是一樣的，是P=2.4 或1.5 KW;轉(zhuǎn)速是n=1500或750r/min;轉(zhuǎn)矩 T1=9550000=9550000×=15280 N·mm
T2=9550000=9550000×=19100 N·mm
因T2大于 T1現(xiàn)在只校核圓頭平鍵在傳遞轉(zhuǎn)矩T2是的強(qiáng)度：
電機(jī)輸出軸鍵設(shè)計(jì)尺寸為b×h×l=8×7×54，鍵槽軸深t=4 ,k=h-t=3
σp===8.8 Mpa ＜[σp]=120～150 Mpa
減速器輸入軸鍵的設(shè)計(jì)尺寸為b×h×l=8×7×36，鍵槽軸深t=4 ,k=h-t=3
同理只校核鍵在傳遞轉(zhuǎn)矩T2是的強(qiáng)度：
σp===16.24 Mpa ＜[σp]=120～150 Mpa
結(jié)果是兩個(gè)鍵都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足使用要求。
2.減速器輸出軸的鍵
圓頭平鍵的設(shè)計(jì)尺寸為b×h×l=14×9×72，由上面的經(jīng)驗(yàn)可知，這個(gè)鍵的強(qiáng)度一定也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足使用要求的，因此不需要校核。
3.與卷筒和軸承連接的短軸
其設(shè)計(jì)尺寸見零件圖，估計(jì)這個(gè)也是絕對(duì)滿足要求的。
現(xiàn)在計(jì)算所選深溝球軸承的壽命：
所選軸承是代號(hào)為6213的深溝球軸承，其基本額定動(dòng)載荷=57.2KN, 基本額定靜載荷=40.0KN。在工作中有兩種轉(zhuǎn)速，分別是186r/min和93r/min.
軸承工作中只受到的徑向載荷比較平穩(wěn)，其大小等于鋼絲繩上的力，
因此P=200Kg9.866%=1.3KN.
則軸承的壽命Lh1===121279.5 h
Lh2===212559 h
所以軸承的壽命在Lh1和 Lh2之間.
4.桿臂上滾針軸承的壽命計(jì)算
所選軸承是代號(hào)為6213的深溝球軸承，其基本額定動(dòng)載荷=8.60KN, 基本額定靜載荷=9.20KN。在工作中有兩種轉(zhuǎn)速，分別是n=186=410.7r/min和n=93=205.3r/min.
軸承工作中受到的載荷在軸向和徑向都有，但由于鋼絲繩較長，而卷筒的長度不大，因此在軸向的分力很小，可以忽略不技，徑向載荷相對(duì)比較平穩(wěn)，其大小可由圖三上的分析得到其值：P=Qcos15+ Qcos60=1.92KN.
則軸承的壽命Lh1===3647 h
Lh2===7296 h
所以軸承的壽命在Lh1和 Lh2之間.
§3.11 桿臂的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核
圖二：桿臂示意圖
桿壁的截面是一矩形，高h(yuǎn)=60mm,寬b=30mm,，其長度方向的尺寸詳見桿壁零件圖，現(xiàn)在我們來校核桿臂的強(qiáng)度。
為了方便計(jì)算，我們可以將此桿臂的彎曲度（15）忽略掉，從而作出桿臂的受力圖如下：
圖三：桿臂受力圖
其中Q是鋼絲繩通過定滑輪而產(chǎn)生的兩個(gè)大小相同的力，則可以得到
Q=200×9.8×66%=1306.7N.
通過靜力學(xué)平衡方程最后可以求得、
=2380N =1587N
根據(jù)桿壁的受力圖可知，只有在F的方向上才有彎曲應(yīng)力。因此在此方向的彎矩圖如下頁圖所示：
圖四：桿臂受力彎矩圖
如圖可知最大彎矩在中間部分的鉸接處產(chǎn)生，其值為
M=745797NMM
桿臂的抗彎截面系數(shù)W根據(jù)文獻(xiàn)【4】的公式（5.5）可以求得：
W===18000MM
彎曲的強(qiáng)度條件是=[],桿臂的材料是鑄鋼，則許用彎曲應(yīng)力[]根據(jù)文獻(xiàn)[4]查得其值為60 Mpa
==41.44 N/ MM[]=60 Mpa
因此桿壁的強(qiáng)度滿足使用要求。
§3.12 定位支撐桿的設(shè)計(jì)
定位支撐桿的作用是支撐起整個(gè)起升機(jī)構(gòu)，因此它的要求比較高。我們?cè)谶@里考慮選用帶有矩形螺紋的支撐，其螺紋牙型如下圖所示：
圖五：矩形螺紋牙型
初設(shè)小徑d=24mm,則大徑d=1.25d=30mm,螺距P=0.25d=6mm,實(shí)際牙型高h(yuǎn)=0.5P+(0.1～0.2)=3.2mm,則小徑d=d-2h=23.6mm,牙底寬W=0.5P+(0.03～0.05)=3.03mm,頂寬f=P-W=2.97mm.
支撐桿的螺紋長度l=140mm,螺紋下面的非螺紋部分b=150mm, 螺紋上面的非螺紋部分c=10mm,頭部長度k=18.7mm.則總長L=l+b+c+k=318.7mm.
為了防止在支撐過程中打滑，則我們?cè)谥螚U的下面裝上一個(gè)防滑套，其厚度m=10mm.這樣以來，可支撐的總高度H=l+b+m=300mm,比未支撐時(shí)的235mm高出65mm,滿足使用要求了。
§3.13 控制電路的設(shè)計(jì)
1.電路原理圖如下
圖六:電器原理圖
2.電路原理圖說明
上面的電路原理圖是我們前面所選雙速電機(jī)的變速控制線路，如圖所示，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)QB手動(dòng)控制來選取所需的轉(zhuǎn)速。當(dāng)?shù)蹉^和清洗機(jī)連接好了以后，把QB扳到“2”的位置，再按下2SB,則2KM得電且自鎖，使電動(dòng)機(jī)定子繞組連成“丫丫”型并接入電網(wǎng)高速運(yùn)行。此時(shí)就是提升機(jī)提著清洗機(jī)以大概0.6m/s的速度快速上升;當(dāng)清洗機(jī)上升到適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，按下停止按鈕SB停止上升。調(diào)整清洗機(jī)與墻壁的位置從而達(dá)到清洗機(jī)工作的位置。把QB扳到“1”的位置，再按下1SB,則1KM得電且自鎖，使電動(dòng)機(jī)定子繞組連成“”型并接入電網(wǎng)低速運(yùn)行。此時(shí)就是提升機(jī)提著清洗機(jī)以大概0.3m/s的速度慢速下降;此時(shí)為清洗機(jī)清洗墻面的工作時(shí)間，當(dāng)清洗機(jī)下降到地面時(shí)，按下停止按鈕SB停止下降。調(diào)整升降機(jī)的位置，準(zhǔn)備下一輪的清洗工作。在此電路圖中接觸器1KM與2KM(或3KM)互鎖，使二者不會(huì)同時(shí)得電，以避免電源短路等事故。
設(shè)計(jì)總結(jié)及展望
歷時(shí)兩個(gè)多月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于接近尾聲，隨之而來的是大學(xué)生涯的滿結(jié)束。在這次設(shè)計(jì)過程中不僅把以前四年的知識(shí)鞏固復(fù)習(xí)了一下，還學(xué)到了一些新的東西，可以說既有喜悅又有辛酸，喜得是在工作之前能再有一次這樣的機(jī)會(huì)來把四年的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際上，可以說這是走向社會(huì)的一次實(shí)戰(zhàn)模擬，能完成它就是對(duì)我四年學(xué)習(xí)的一種肯定。但單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)整體的、完整的、可以投產(chǎn)的機(jī)器，我們還是感到較大的難度的，因?yàn)樗婕爸R(shí)面廣，工作量大，而且許多東西都是要按設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)劃的，因此在設(shè)計(jì)中也感到任務(wù)的艱巨。
本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是全自動(dòng)高樓外墻清洗機(jī)的整體方案設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)包括清洗機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，自動(dòng)控制方案的設(shè)計(jì)和電路圖的繪制。雖然在設(shè)計(jì)過程中遇到很多困難，但畢竟給我們帶來了很多有價(jià)值的東西，這套機(jī)器的整體不僅僅光是機(jī)械部分的，它是需要采用電器控制來完成、實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的，通過設(shè)計(jì)翻閱大量資料，對(duì)力學(xué)、材料及電器控制方面的知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解，培養(yǎng)了團(tuán)結(jié)合作的意識(shí)，鍛煉了運(yùn)用資料及查閱文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)手冊(cè)的能力，這些也就是此次設(shè)計(jì)的最大收獲。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在大學(xué)學(xué)習(xí)階段的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的一種綜合應(yīng)用，是一種綜合的再學(xué)習(xí)、再提高的過程，這一過程有助于培養(yǎng)自己的學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立工作能力。
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感到自己應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)知識(shí)解決問題的能力有了很大的提高，因此，是在我即將工作之前，它是一次重要演練。我想，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，到了工作單位后，我將能夠更快的適應(yīng)工作崗位和工作要求。我對(duì)自己充滿信心。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)里最后一次真正學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。在設(shè)計(jì)中幾乎用到了大學(xué)里所有的基礎(chǔ)知識(shí)。最后感謝何睿同學(xué)與我合作及其幫助，特別感謝趙又紅老師及楊世平老師對(duì)我孜孜不倦的指導(dǎo)和教誨。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).減（變）速器·電機(jī)與電器.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004
[2] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本·彈簧·起重運(yùn)輸件，五金件.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004
[3] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本·機(jī)械傳動(dòng).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004
[4] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·機(jī)械制圖·極限與配合.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004
[5] 席偉光，楊光，李波主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社.2003
[6] 符偉主編.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué).長沙：湖南大學(xué)出版社.2000
[7] 孫開元，李長娜主編.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2006
[8] 紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）.北京：高等教育出版社.2001
[9] 崔洪斌，高偉，王瑜主編.AutoCAD 2005機(jī)械圖形設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社.1985
[10] 高為國主編.機(jī)械工程材料基礎(chǔ).長沙:中南大學(xué)出版社.2004
[11] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·聯(lián)接與緊固.北京：化學(xué)工業(yè)出版
22
附錄1
專題：水射流清洗技術(shù)的研究現(xiàn)狀
摘要 近年來水射流清洗技術(shù)已在眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并且取得了顯著的成效。本文主要介紹了水射流清洗技術(shù)的工作原理、特點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望其發(fā)展前景和趨勢。
關(guān)鍵詞 水射流清洗技術(shù) 應(yīng)用現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢
Abstract In resent years, water jet cleaning technology has obtained extensive application in many fields, and results of its application are notable. This paper mainly introduces operating principle feature and current situation of application of water jet cleaning technology, then, describes its development foreground and trend.
Key words water jet cleaning technology current situation of application
development trend
水射流清洗是一項(xiàng)不斷發(fā)展的清洗技術(shù)，傳統(tǒng)的水射流清洗是延用至今的低壓大流量水射流沖洗，那時(shí)水射流清洗作業(yè)又稱為“水力剝層”。而高壓水射流清洗技術(shù)是水射流清洗技術(shù)的最新發(fā)展。由于世界各國對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視，高壓水射流清洗技術(shù)以其廣泛的通用性和對(duì)環(huán)境無害性在清洗行業(yè)異軍突起，備受清洗行業(yè)的表睞，應(yīng)用日益廣泛。
1.高壓水射流清洗技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)
高壓水射流清洗技術(shù)的工作原理是利用高壓水泵將普通水的壓力提高至40－250MPa，單槍流量約為20-39L/min，從噴嘴射出，形成超高壓水射流或磨料水射流，利用水射流的強(qiáng)大沖擊力、沖蝕力和剝離能力，快速地將涂層、結(jié)垢，鐵銹和油漆去除干凈。在清洗時(shí)，可采用純水射流清洗和磨料水射流清洗兩種方式。采用純水清洗時(shí)，水射流的壓力很高，可采用旋轉(zhuǎn)噴頭，清洗速度快，設(shè)備簡單。采用磨料水射流清洗時(shí)，水射流的壓力相對(duì)較小，磨料為便宜的石莫砂，操作相對(duì)復(fù)雜。水射流清洗技術(shù)是射流技術(shù)和清洗設(shè)備組合在一起而形成的。磨料水射流是磨料與高速流動(dòng)的水或者與高壓水互相混合而形成的液固兩相介質(zhì)射流。磨料射流也稱為高效射流（也包括脈沖射流，空化射流等），分為后混合磨料射流，前混合磨料射流和外混合磨料射流。外混合磨料射流主要用于清洗。在清洗技術(shù)中實(shí)際應(yīng)用的水射流大致可以分為三種類型：連續(xù)射流、脈沖射流和空化射流。連續(xù)射流又根據(jù)其周圍介質(zhì)分為：淹沒射流和非淹沒射流，高壓水射流清洗使用非淹沒連續(xù)射流。水射流清洗的工作參數(shù)主要是射流的工作壓力和流量，其中，尤以壓力對(duì)水射流的影響顯著，只有當(dāng)水射流的工作壓力達(dá)到一定值時(shí)，才能對(duì)材料造成破壞。提高水射流的沖蝕和切割效果的有力措施是適當(dāng)?shù)靥岣吖ぷ鲏毫?，而要提高水射流的崩裂、剝離及沖運(yùn)效果，則要在保證足夠壓力的情況下，增加射流的水流量。高壓水射流清洗裝置稱為高壓水射流清洗機(jī)主要由高壓柱塞泵、動(dòng)力部分、噴嘴、高壓軟管及工作附件等組成。
2. 高壓水射流清洗的應(yīng)用現(xiàn)狀
高壓水射流清洗是物理清洗方法中的一項(xiàng)重要的新技術(shù)，物理清洗技術(shù)是世界清洗技術(shù)發(fā)展的方向，而化學(xué)清洗只能適用于有限的清洗對(duì)象。通過多年的研究與實(shí)踐，越來越多的用戶開始尋找和轉(zhuǎn)向物理清洗方法。與傳統(tǒng)的手工、機(jī)械方法清洗、化學(xué)方式清洗相比，高壓水射流清洗具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1． 選擇合適的壓力等級(jí)，高壓水射流清洗不會(huì)損傷被清洗機(jī)體。
2． 清洗過后的零部件不需要進(jìn)行潔凈處理。
3． 能夠清洗形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，能在空間狹窄、復(fù)雜環(huán)境、惡 劣有害的場合進(jìn)行清洗。
4． 清洗效率高、質(zhì)量好，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安全可靠。
5． 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、便于數(shù)字控制。
6． 高壓水射流清洗是用普通自來水于高速度下的沖刷清洗，所以它不污染，環(huán)境，不腐蝕設(shè)備，不會(huì)造成任何機(jī)械損傷，還可除去用化學(xué)清洗難溶或不能溶的特殊垢。
由于高壓水射流清洗是利用水射流的打擊力將附著物清除掉，在水中不需加入任何化學(xué)藥劑。因此高壓水射流清洗技術(shù)范圍非常廣泛，幾乎遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，被清洗物的形狀、大小和性質(zhì)差異很大，清洗要求也各不相同。具體來說，在石油化工、電力、冶金等工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用，可用于清洗容器，也可用于清洗各種設(shè)備、管道、煤氣管線及換熱器，還可用于清洗船舶上積附的海洋生物和鐵銹、鋼鐵鑄件上的清砂等。
水射流技術(shù)的清洗對(duì)象主要有：換熱器，包括列管式換熱器、管程換熱器、螺旋板式換熱器、蒸發(fā)器等；管道，包括各種輸送物料管、廢水、廢渣排放管、管網(wǎng)及管式干燒器等；容器，包括反應(yīng)塔、缸、罐釜、沸騰槽、混合器、冷卻塔、槽車仍儲(chǔ)罐等，專業(yè)器材包括船舶、機(jī)場跑道、鉆桿、鉆具、機(jī)車、軋機(jī)和鋼鐵構(gòu)件及陽極板等；其它設(shè)備包括過濾機(jī)板框、柵格板、水泥地板、排風(fēng)機(jī)、送風(fēng)管及大型零部件等，被清洗的物料包括各種類型的結(jié)垢、結(jié)晶、板結(jié)、附著物、反應(yīng)成沉淀物料及涂料、油漆、油污等。近年來，高壓水射流清洗技術(shù)還要更深入、更廣泛的領(lǐng)域擴(kuò)展、延伸。高壓水射流清洗火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，清洗飛機(jī)跑道、清洗50萬伏超高壓線路，清洗火炮筒壁等主面也都取得了一定進(jìn)展。此處，高壓水射流技術(shù)非常適合核電站及核化條件清洗。對(duì)核電站的清洗，是保證核電站安全正常運(yùn)行必不可少的重要工作。水射流清洗核電站技術(shù)優(yōu)于化學(xué)、機(jī)械等清洗方法，是目前最理想的清洗方法。在野戰(zhàn)條件下式軍事演習(xí)后對(duì)遭受核生化污染的人員、武器、技術(shù)裝備也可采用高壓水射流清洗。
3. 高壓水射流清洗技術(shù)的發(fā)展前景
采用先進(jìn)的高壓水射流清洗技術(shù)，取代傳統(tǒng)落后的清洗方法，可大幅度地提高清洗質(zhì)量和清洗效率、降低成本、改善工作環(huán)境，避免污染。特別是近10年來，由于高壓往復(fù)式柱塞泵以及與配套的高壓軟管。高壓閥和旋轉(zhuǎn)接頭等輔助裝置的提高，性能的改善；國內(nèi)外一些高壓水射流清洗技術(shù)的研究成果已逐步形成商品，應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍還在迅速擴(kuò)大。
從整體上來說，水射流清洗產(chǎn)業(yè)的回化進(jìn)程將加快，即向?qū)I(yè)化、社會(huì)化、系列化和高級(jí)化方向發(fā)展，全能化和全程化服務(wù)水平不斷提高【1】。在工業(yè)清洗行業(yè)中，高壓水射流清洗技術(shù)將占絕對(duì)優(yōu)勢，是我國工業(yè)清洗的必由之路【3】。在高壓水射流技術(shù)設(shè)備自身實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行的前提下，提高智能化水平。高壓水射流、機(jī)器人與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)合，將是高壓水射流清洗技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
參考文獻(xiàn)：
【1】 曹昊翔，張正學(xué).水射流清洗技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及其前景.長沙礦山研究建院50周年院慶論文集，2006.10
【2】 孫建勛，陳毅強(qiáng)，趙隕.高壓水射流清洗技術(shù).管道技術(shù)與設(shè)備，
2001.2
【3】 辛承梁.高壓水射流的清洗功能.化學(xué)清洗，1992.
附錄2
水射流的數(shù)值模擬
摘要
計(jì)算流體力學(xué)的方法已經(jīng)發(fā)展到找出在磨料－空氣－水噴射形成期間在管嘴處相遇的微粒和空氣的速度的分布情況。這項(xiàng)研究已進(jìn)行了采用一種多相方法。磨粒被視為一個(gè)固體顆粒連續(xù)相。被用于抽取磨粒進(jìn)入噴射裝置的空氣被視為一連續(xù)相，水被視為主要的連續(xù)相。基本方程離散為采用有限體積方法?；痉匠痰慕夥ㄊ遣捎孟嚅g滑移算法?；痉匠探剖褂猛牧髂Ｐ?。當(dāng)空氣相集中于混合頻管的中心區(qū)域時(shí)，磨粒進(jìn)入噴嘴和集中管，在這兩個(gè)地方微粒沿著無孔壁面分布、沿著管壁飄動(dòng)。在集中管處，空氣相和水相的分布形式表明了一個(gè)可能的振動(dòng)。采用不同的磨料進(jìn)口角度和不同的磨料進(jìn)口位置進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)。模擬的結(jié)果清楚地表明，磨料進(jìn)口角度和位置對(duì)集中管出口處速度分布的影響。從模擬中發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的磨料進(jìn)口角度取決于磨料在混合室中的位置。當(dāng)磨料進(jìn)口位置靠近錐形部分，即混和空氣的較低部分時(shí)，較低的角度是有益的；當(dāng)磨料進(jìn)口位置靠近開孔口（節(jié)流口）的，即混合空氣的較高部分時(shí)，較高的角度是優(yōu)秀的。在出口處的空氣、水和磨料的速度和體積分?jǐn)?shù)與可得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。模擬的結(jié)果顯示出與試驗(yàn)數(shù)據(jù)很好的一致性。
1.引言
速度分布在磨料水射流精密切割中是非常重要的參數(shù)。找到水和磨料的速度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)采用不同的方法獲得。但是在實(shí)際情況下，磨料水射流包含三相的流動(dòng)（水、空氣和固體）。大多數(shù)研究者已經(jīng)進(jìn)行了磨料和水的實(shí)驗(yàn)，由于在集中管的出口處的空氣速度是難以測量的。
Scharner et al 在1998年根據(jù)磨料的流動(dòng)頻率計(jì)算出空氣的流動(dòng)頻率。從他們的研究論文可以清楚地知道，混合室的幾何形狀對(duì)空氣流動(dòng)頻率有很大的影響。Abduka和 Crofton在1998年指出，在混合室內(nèi)部的真空壓力隨著水壓力的增加而增加，而且也取決于孔口部位的直徑。Neusen et al 在1994年指出關(guān)于容積積位的磨料水射流是由大約4%至6%的水，0.2%至0.5%的磨料和93%至95%的空氣所組成。Tazibt et al在1996年指出磨粒吸收的空氣占磨料水射流多于百分之九十的體積，于是在磨料水射流中，空氣有很大的影響。有些作者已試圖模擬磨料水射流，但是他們僅考慮到兩相（水和固體）。JainYe在1996年也試圖模擬磨料水射流，他考慮到粒子運(yùn)動(dòng)和粒子運(yùn)動(dòng)的拉格朗日方程的軌線。他指出漸細(xì)的進(jìn)口角度對(duì)在噴嘴出口的粒子聚集和運(yùn)動(dòng)的能量分布有著深遠(yuǎn)的影響。J Ye和R Kovacevic在1999年也還模擬了水射流的兩相，在這兩個(gè)模擬中，他們采用了直接注射的磨粒水射流（磨粒射流）。在本篇文章中，鑒于傳統(tǒng)噴嘴三相射流的情況，我們已試著模擬磨料水射流。
用計(jì)算流體力學(xué)方法來分析磨料水射流對(duì)找出在磨料水射流形成期間存在的不同相的速度分布是十分有用的工具。軟件CFX-4被用于這些模擬。水和固體被認(rèn)為是不可壓縮流，而空氣被認(rèn)為是可壓縮流。
本文論述磨料水射流所模擬的存在于傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)的三相和不同磨料進(jìn)口角度及在混合室中的磨料進(jìn)口位置。
2.數(shù)學(xué)模型
依據(jù)雷諾數(shù)，顯然磨料水射流是湍流。水通常是以高速通過節(jié)流口的，然而空氣和磨料是以相當(dāng)小的速度流動(dòng)。從高速水到低速的磨粒有一個(gè)能量轉(zhuǎn)移，從而影響了工件。因此，磨料射流的沖擊性能是沖擊微粒的總質(zhì)量和他們?cè)谂鲎仓械乃俣鹊囊粋€(gè)參數(shù)。所有磨粒的平均速度是一個(gè)數(shù)量，這就必須決定提高截割頭設(shè)計(jì)。為了找出在噴嘴出口的速度分布采用模擬技術(shù)，水、空氣和固體系統(tǒng)需要被視為多相流。對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)、湍流和關(guān)于熱傳遞也進(jìn)行了模擬。在多相中水被視為主要相。模擬技術(shù)隨著湍流模型（湍流的動(dòng)能和能量損耗）采用CFX-4軟件而得到改善。
2.1模擬方程
三相由希臘記號(hào)、和標(biāo)記，它們分別代表水、空氣和固體，表示相的數(shù)目。每一相的體積分?jǐn)?shù)被標(biāo)記為。當(dāng)模擬仿真采用柱面坐標(biāo)系進(jìn)行時(shí)，變量由三個(gè)分量，像，所有的三相用歐拉方法。
由連續(xù)性方程：
-------------------------------------------------- （1）
由動(dòng)量方程：
------------------------（2）
這里，
----------------------------------------------------------------------（3）
和
-----------------------------------------------------------------------（4）
及能量方程（不可壓縮流）
-----------------------------（5）
其中是焓（熱函），，于是，狀態(tài)代數(shù)方程和每相的分量方程如下：
---------------------------------------------------------------------（6）
----------------------------------------------------------------------（7）
考慮到體積分?jǐn)?shù)總和是1：
普遍對(duì)流損耗方程是：
--------------（8）
術(shù)語描述在和之間范圍的相間轉(zhuǎn)換。
。于是，所有的相間的轉(zhuǎn)換術(shù)語的總和是0。
體積分?jǐn)?shù)方程：
------------------------------------------------（9）
其中
體積分?jǐn)?shù)的湍流擴(kuò)散采用Eddy擴(kuò)散假說來模擬。假設(shè)在一個(gè)湍流相中參數(shù)為k和的運(yùn)輸方程將以同樣的形式作為相對(duì)標(biāo)量的對(duì)流損耗方程。
--------（10）
--------（11）
源術(shù)語被視為同它們的單相相似一樣，于是
--------------------------------------------------------------（12）
-----------------------------------（13）
其中P是剪切應(yīng)力，并且G是由于內(nèi)部力而產(chǎn)生的。
常數(shù)被設(shè)置為。
由于空氣被視為可壓縮流，其密度將隨著壓力的變化而變化，理想氣體定律：
-----------------------------------------------------------------------（14）
其中
用代碼存儲(chǔ)和解決的壓力P實(shí)際上是不同于熱力壓力p和固定參考?jí)毫?.
2.2幾何和參數(shù)
柱坐標(biāo)系是用來創(chuàng)建常規(guī)霧沬噴射的幾何。示意圖顯示在圖1中，對(duì)于三相流（水，空氣和固體）來說，環(huán)境被認(rèn)為是在大氣條件。由那個(gè)原因額外的阻塞被創(chuàng)建，被當(dāng)作大氣壓和100％空氣的壓力邊界。然而，水壓被視為276MPa，幾何尺寸和參數(shù)見表1。磨料進(jìn)口角度和它的位置見圖2。
3．模擬仿真驗(yàn)證
盡管模擬發(fā)展為三相，為了充分驗(yàn)證理論結(jié)果，測量三相的速度是十分困難的。然而，在集中管出口處的速度分布已被Zoltani和Bicen在1990年所出版的一相流的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所證實(shí)。完全湍流，直徑25.4mm的兩相圓射流，20m/s的出口速度，包含1.5％的載荷密度的直徑為80μm的小珠在他們的測試中被檢驗(yàn)。他們利用激光多普勒在出口少數(shù)幾個(gè)位置測量空氣和固體的速度，展現(xiàn)在圖3到圖5的結(jié)果表明，發(fā)展起來的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究處于良好的量的一致性。
一些其它的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)也被用來驗(yàn)證模擬結(jié)果，這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)提供在出口處三相體積分?jǐn)?shù)的測量法及提供對(duì)水、空氣和固體的分析。例如，Neusen et al在1991年使用X光掃描密度計(jì)來測量在出口處空氣、水和固體的體積分?jǐn)?shù)。X光掃描器產(chǎn)生一束非常細(xì)的為0.125mm的X射線，它通過射流并且受包含在射流內(nèi)的物質(zhì)的相互作用而減弱。X－射線束的強(qiáng)度通過使用一個(gè)閃爍探測器而被測得。吸光系數(shù)接著被用來估計(jì)空氣、水和磨料的局部平均物質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。他們使用范圍從207到345MPa的壓力，和從0.34到0.57kg/min的磨料流動(dòng)率來測量4mm投射距離的體積分?jǐn)?shù)。源于模擬的體積分?jǐn)?shù)與這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。在集中管出口處即0mm投射距離處；從模擬中獲取體積分?jǐn)?shù)。在集中管出口處水的模擬體積分?jǐn)?shù)在靠近壁處是更高的。這可能導(dǎo)致射流裝置可能的閃爍現(xiàn)象。比較的體積分?jǐn)?shù)結(jié)果顯示于圖6.7.8中。
4.磨料進(jìn)口角度和它的位置的影響
模擬被發(fā)展為在混合室中不同的磨料進(jìn)口角度和它的位置。集中管出口處的速度分布在本節(jié)中被介紹。出口處的射流速度被發(fā)現(xiàn)取決于在混合室中的混合過程及磨粒加速過程中所花費(fèi)的時(shí)間，也有從水到磨粒的動(dòng)量轉(zhuǎn)移。對(duì)于傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)，模擬條件在表1中被給出。
對(duì)于精密切割，靠近中心軸線的射流速度是重要的，而且靠近射流中心位置的速度應(yīng)該是最大速度。三個(gè)不同的磨料進(jìn)口位置被使用為獲得最佳的進(jìn)口位置（圖2）。磨料的中心距離距裝置的錐形部分是2.25mm。距混合室的較低部分分別為5.25mm和6.75mm的另外兩個(gè)磨料進(jìn)口位置也被考慮。對(duì)于不同的磨料進(jìn)口角度，空氣和固體將從在混合室、錐形部分和集中管中的不同位置彈回。表2說明了這些現(xiàn)象。
顯然，從表2中，如果進(jìn)口角度在20.56°和55.56°之間，在距錐形部分為2.25mm的磨料進(jìn)口位置，磨料將會(huì)擊中斜面。如果進(jìn)口角度少于20.56°，那么它將擊中混合室。圖9表明了在集中管出口為不同磨料進(jìn)口角度的水速。對(duì)于30°進(jìn)口角度，水速被發(fā)現(xiàn)比沿半徑的其它水速要高。同樣，圖10和11顯示了不同的磨料進(jìn)口角度的空氣和固體的速度。從圖9至圖11，顯然，對(duì)于30°磨料進(jìn)口角度，由噴嘴的這種幾何輪廓射流速度才變成最大。但是如果幾何尺寸被改變，像混合室長度和直徑，錐形進(jìn)口角度等，在最大射流速度，最佳磨料進(jìn)口角度可能會(huì)改變。
在這里還應(yīng)該提到，對(duì)于30°磨料進(jìn)口角度，沿半徑方向的不同相的速度是不準(zhǔn)確的模式。這暗示著在混合室內(nèi)混合過程是不足夠得到在射流中心位置處的最大速度。圖12顯示了不同磨料進(jìn)口角度的射流的平均速度。顯然，對(duì)于30°磨料進(jìn)口角度（29°磨料進(jìn)口角度也被使用為獲得一個(gè)精確的模式），射流的平均速度是最大的。圖13顯示了靠近中心軸線處水、空氣和固體的速度，并且能看出對(duì)于30°磨料進(jìn)口角度，不同相的各自速度是最大的，而且遵循一個(gè)幾乎相似的模式。若是75°，三相的速度是相似的但不是最大。
下一步準(zhǔn)備找出不同磨料進(jìn)口角度對(duì)進(jìn)口位置的影響。就圖12中所說明的結(jié)果而論，模擬技術(shù)被發(fā)展為不同的磨料進(jìn)口角度（30°，45°和60°）和不同的進(jìn)口位置。
新的磨料進(jìn)口位置距錐形部分為6.75mm，模擬是采用為30°，45°和60°磨料進(jìn)口角度進(jìn)行的。一個(gè)附加的模擬被實(shí)施采用45°磨料進(jìn)口角度，進(jìn)口位置為5.25mm。對(duì)于精密切削，靠近射流中心區(qū)域射流速度應(yīng)該是最大。圖14至16展示了在沿著半徑方向?yàn)?0°磨料進(jìn)口角度和兩個(gè)不同的進(jìn)口位置的出口平面處的速度分布。盡管為以前的進(jìn)口位置，卻獲得了一個(gè)更好的結(jié)果。但是如果45°進(jìn)口角度，對(duì)5.25mm的進(jìn)口位置來說，更好的結(jié)果會(huì)被獲得。這些結(jié)果展示在圖17，18和19中。但是如果是60°的磨料進(jìn)口角度（圖20，21和22），當(dāng)使用6.75mm的磨料進(jìn)口位置，更好的結(jié)果會(huì)被找到。于是，顯然，對(duì)于靠近孔口或者混合室的較高面的進(jìn)口位置，一個(gè)更高的角度是最佳磨料進(jìn)口角度。對(duì)于磨料進(jìn)口角度的較高位置，速度分布圖顯示了最大速度是在射流中心線的附近。
5.結(jié)論
如果磨料進(jìn)口位置接近錐形部分即混合室的底部，當(dāng)考慮到射流的最大速度時(shí)，一個(gè)較低的角度將是最佳的磨料進(jìn)口角度。
如果進(jìn)口位置朝著孔口方向改變（即混合室的較高位置），一個(gè)較高的磨料進(jìn)口角度將是最佳的。一個(gè)磨料進(jìn)口角度的較高位置即靠近孔口速度分布圖，表明射流的最大速度是在中心軸線附近。這也在混合室中，混合過程是最佳的，于是射流的閃爍現(xiàn)象減至最低限度，因此精密射流切割能夠?qū)崿F(xiàn)。
6．致謝
編者們要感謝澳大利亞研究咨詢委員會(huì)支持本項(xiàng)工作（作品）。
7．參考文獻(xiàn)（略）
8．學(xué)術(shù)用語
B 內(nèi)部力 c相間術(shù)語 C常數(shù) D集中管直徑 F內(nèi)部相非阻力 G基于內(nèi)部力的產(chǎn)品 h熱力學(xué)焓 H總焓或狀態(tài)焓 k動(dòng)能
相的總數(shù) p熱力學(xué)壓力 P壓力/剪切應(yīng)力 參考?jí)毫?
r半徑 R普遍氣體常數(shù) S源術(shù)語 t時(shí)間 T溫度 U速度 射流速度 W分子量 x出口距離 柱面坐標(biāo)
錐形進(jìn)口部分計(jì)算角度 磨料進(jìn)口角度 物理性質(zhì) 密度 湍流普蘭特爾數(shù) 湍流動(dòng)能損耗 導(dǎo)熱系數(shù) 分子黏度 湍流黏度 渦流渦流擴(kuò)散系數(shù)
下標(biāo)（腳碼、索引）
a空氣 P磨粒 w水 T湍流 、、相
符號(hào)
d阻力 h熱轉(zhuǎn)移 T張量
9.表格
表格1. 模擬條件
噴嘴尺寸
孔口直徑 0.33mm
混合室直徑 6mm
混合室長度， 12mm
錐形進(jìn)口角度
集中管直徑， 1.27mm
集中管長度 75mm
磨料進(jìn)口直徑 3mm
水的密度
空氣密度
磨料密度
磨料直徑
進(jìn)口條件
水壓
氣壓
磨料質(zhì)量流動(dòng)率
空氣流動(dòng)率
磨料進(jìn)口角度
表格2
距錐形管距離(mm)
角度范圍（空氣和磨料將擊中斜面）
角度范圍（空氣和磨料將通過集中管）
2.25
5.25
6.75
10.圖
圖1，磨料水射流噴嘴示意圖 圖2，混合室中的網(wǎng)格和板型
圖3，空氣速率 圖4，固體粒子速率
圖5，水的速率 圖6，水的體積分?jǐn)?shù)
圖7，磨料的體積分?jǐn)?shù) 圖8，空氣的體積分?jǐn)?shù)
圖9，集中管出口處沿半徑方向的水速
圖10，集中管出口處沿半徑方向的空氣速度
圖11，集中管出口處沿半徑方向的固體速度
圖12，不同磨料進(jìn)口角度的射流平均速度
圖13，不同磨料進(jìn)口角度的射流中心線附近的相的速度
圖14，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的水的速度
圖15，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的空氣速度
圖16，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的固體速度
圖17，三個(gè)不同位置處磨料進(jìn)口角度的水的速度
圖18，三個(gè)不同位置處磨料進(jìn)口角度的空氣速度
圖19，三個(gè)不同位置處磨料進(jìn)口角度的固體速度
圖20，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的水的速度
圖21，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的空氣速度
圖22，兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的固體速度
附錄3
收藏