插杆式擦窗机设计.doc

1、南京工业大学学士学位论文插杆式擦窗机设计计算摘要如今社会经济迅猛发展，城市也越来越多，伴随着城市的产生，高楼大厦也如雨后春笋般矗立起来，擦窗机便在这个背景下诞生了。擦窗机可以分为轨道式、轮载式、插杆式、悬挂式、滑梯式。由于擦窗机需要人来操作，因此安全将置于首位，设计时各个部件都必须具有绝对的安全可靠性能。本课题是关于擦窗机装置的设计计算，主要研究计算了以下几个方面的内容：1. 介绍了擦窗机产生的背景及其在高楼大厦上的广泛应用。2. 用电磁继电器组成控制电路，实现了擦窗机吊篮的上升、下降、制动以及多档位速度控制，并选择了电缆内置的钢丝绳的型号。3. 对擦窗机的结构件，地脚螺栓，工字钢吊臂进行了校

2、核。4. 分析了擦窗机安全装置中的安全锁、卷筒后备制动等。5. 选择了擦窗机提升机的型号以及卷筒的布置形式。关键词：建筑机械 吊篮 擦窗机 外墙清洗The design of rod-type window wiping machine Abstract Today, social economy has been rapidly developing , the number of cities is also increasing, in the same time, many-storied building are also built. Window cleaning machine

3、 was born in this background. Window cleaning machine can be divided for track-type, load-type, plunger-type, suspension-type, slide-type. As a result of window cleaning machine need to human operate, so the safety will be put in the first place, when all parts must be absolutely safe and reliable p

4、erformance.This topic is about wipe window machine device design calculation, the main research content are as follows:1. The background of window cleaning machine and the application of tall building are introduced. 2. Control circuit is consist of electromagnetic which make the window cleaning mac

5、hine rise, decline, basket braking and different speed control, and we select cable built-in wire rope model.3. The window cleaning machine structure, anchor bolts, steel boom is checked.4. Window cleaning machine safety device, safety lock and back-up brake drum, is analysed.5. The type of window c

6、leaning machine hoist is selected and drum is arranged.Key words: building machinery；hanging basket；window cleaning equipment； external cleaning； III目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1擦窗机发展概况11.2本文研究内容1第二章 擦窗机22.1擦窗机的定义及作用22.2擦窗机的分类与选型考虑因数22.2.1插杆式擦窗机42.3擦窗机的安装与维护42.3.1擦窗机的安装52.3.2插杆式擦窗机的使用6第三章 插杆式擦窗机设计计算83.1

7、 插杆式擦窗机的控制系统设计83.1.1 控制系统83.1.2 信号传输和钢丝绳选择113.2 插杆式擦窗机结构件设计133.2.1 地脚螺栓的选择及校核133.2.2 吊臂173.3 安全系统设计233.3.1 高处吊篮安全锁制动性能233.3.2 卷筒制动器（后备制动器）293.4 插杆式擦窗机动力系统设计333.4.1 电动机的选择333.4.2 卷筒的选择36第四章 结语41参考文献42致谢44 第一章 绪论1.1擦窗机发展概况擦窗机是在高处作业吊篮基础上发展起来的产品。国外发达国家的擦窗机产品发展较早,如德国、日本、比利时、挪威等国家,相继从60 年代初就逐步形成了自己的产品系列。我

8、国在8090 年代新建的一批高层高档建筑,大部分是由国外建筑师设计,并在建筑设计时已考虑了擦窗机的安装,均选用了国外的擦窗机产品,为大厦以后外墙的清洗和维护等作业打下了良好的基础。1995 年前后,国内开始进入兴建高层建筑热潮,国内专业擦窗机公司也相继发展起来。目前,擦窗机产品在我国已得到迅速发展,已成为一种高新技术含量的机电一体化设备。2003 年,我国颁布了GB19154- 2003擦窗机国家标准。北京、上海、广州等大城市中的高档建筑,大部分都安装了擦窗机设备。但在国内也还有相当一部分高层高档建筑,由于建筑设计时未考虑擦窗机的配套设计,无法安装擦窗机设备,给以后的清洗和维护带来了很大的不便

9、。有些造型简单的大楼,采用大绳吊板进行人工清洗,即不安全又不文明,也无法进行更换幕墙玻璃、补胶等作业;对于造型复杂的大楼,人工就无法清洗,更谈不上进行其它作业。随着我国法律、法规的不断健全,文明程度的提高,大厦物业管理的建立,对其外墙的定期安全清洗及检修维护,已越来越引起人们的高度重视。大绳吊板人工清洗终将被取缔,擦窗机则是完成高空作业最安全、实用、高效的专用设备。安装擦窗机的必要性已得到了普遍认可。 1.2本文研究内容1.擦窗机的结构和类型。2.擦窗机的工作原理。3.根据擦窗机GB19154-2003和机械设计手册对擦窗机各部件进行设计选型。4.对设计出的擦窗机进行安全分析并对一些关键安全部

10、件进行强度校核。5.擦窗机的安装、维护、保养。43第二章 擦窗机2.1擦窗机的定义及作用擦窗机（permanently installed suspended access equipment): 用于建筑物或构筑物窗户和外墙清洗、维修等作业的常设悬吊接近设备。擦窗机的作用：(1) 维护可以承载两名工作人员对建筑物外饰面进行检查和维护； (2) 清洁-可以承载两名工作人员定期对建筑物外饰面进行保洁、维修，可以使建筑物的外观保持整洁并风貌常新；(3) 应急-在火灾等特殊情况下，可以垂直运送被困人员；(4) 运输-可以垂直吊运一些电梯无法运送的物品和设备。2.2擦窗机的分类与选型考虑因数 按照擦窗

11、机标准，擦窗机可分为：屋面轨道式（简称轨道式）、轮载式、悬挂轨道式（简称悬挂式）、滑车式和插杆式、滑梯式。擦窗机最大的特点是非标准性机电设备。建筑物的高度、外观、立面结构形式、楼顶空间尺寸都不相同，因此也很难找到二台一样的擦窗机。针对每一栋大楼的独特建筑形式和功能，在选用擦窗机时，应从安全性、经济性、实用性这三大原则的基础上，按以下几点进行考虑：（1）优先选用轨道式，自动化程度高，安全可靠；（2）楼顶空间通道、立面结构等是否适合所选择的擦窗机型式；（3）选用的擦窗机是否满足结构承载要求；（4）选用的擦窗机尽量不影响建筑物的美观；（5）擦窗机的造价业主能否承受；（6）能否选用最少台数，完成整个大

12、厦的作业。擦窗机型号由组、型、特性代号、主参数代号和变型更新代号组成。GB19154-2003标准对擦窗机编号方法如图2-1。图2-1擦窗机编号方法标记示例a） 额定载重量200kg，屋面轨道式伸缩臂变幅擦窗机；擦窗机 CWGS200 GBb） 额定载重量300kg，屋面轨道式小车变幅擦窗机；擦窗机 CWGC300 GBc） 额定载重量250kg，轮载式动臂变幅擦窗机第一次变型产品；擦窗机 CLZD250A GBd） 额定载重量150kg，悬挂轨道式擦窗机；擦窗机 CUG150 GBe） 额定载重量200kg，插杆式擦窗机；擦窗机 CCG200 GB2.2.1插杆式擦窗机 该机型为小型擦窗机设

13、备,由插杆、电动吊船组成。该电动吊船与轨道式吊船不同,它自身配置有升降的提升机、安全锁、收绳器等。该擦窗机就位操作麻烦、常布置于裙房和楼顶的局部位置。但其价格便宜,业主以造价为首选条件时,常采用此方案。主要技术参数:额定载荷200300kg ,升降速度10m/ min。吊船自重约200 kg。（1） 滑车式擦窗机滑车式擦窗机自重较轻,自重加额载1000kg ,其受力主要为女儿墙承受弯矩,M = 650 H 1. 25 ( kgm) (1. 25 为动载系数) 。 2) 插杆式擦窗机插杆式擦窗机的结构受力可参照滑车式擦窗机计算。其座地插杆、附墙插杆和插座布置图见图2-2 ,产品主要尺寸变化范围见

14、表2-1。 图2-2 插杆式擦窗机 表2-1插杆式擦窗机产品主要尺寸变化范围ABDEF35040020005008003502.3擦窗机的安装与维护擦窗机在使用过程中的一些损坏原因是没有注意擦窗机的运输、存放、安装和维护等细节造成的。例如一些擦窗机在使用时发现套筒不圆整，导致在组装时难以将插杆装入其中，这是由于在运输途中不注意套筒的碰撞变形。又如一台擦窗机使用很久后，出现锈蚀，这与后期的维护有关，需要多注意定期检查和涂漆保养。2.3.1擦窗机的安装（1）、插杆式吊臂由吊臂、吊臂杆、回转机构、可变悬挂点和钢丝绳回收机构组成。调节插杆式吊臂的回转机构，将吊篮回收到屋顶（CWY2221型和CQY22

15、21型插杆式吊臂）。吊臂悬挂吊篮的水平距离可以按固定预留位置调节，以便调节吊篮与幕墙之间的距离有一最佳位置。插杆式吊臂的外表面全部热喷铝，保25年不生锈。（2）、插座A屋面固定采用特殊型钢制造成插杆底座，将用高强无缝钢管与钢板组焊成套筒插入底座，将吊臂主架插入套筒内组成插杆式吊臂。B女儿墙固定采用20槽钢驻焊成方面柱（高800mm），它的两个立面上各有一对孔与吊臂立柱的U型立杆的两孔对应，当吊臂贴紧吊臂座后插入两个销栓，将吊臂与吊座牢固结合成一个整体。 C.卷扬型吊篮擦窗机及相关部件 （1）、卷扬型吊篮：合金铝制作，四周围有防护金属板网。吊篮配卷筒式提升器1套、排绳机构、制动系统、动力系统及各

16、种安全装置、电控系统、防撞系统。吊篮下端装有4个行走轮。该动力系统的制动系统采用主副刹车装置。主刹车是盘式电磁制动器直接作用于电机上；副刹车是采用无动力机械式后备限速制动器直接装置在卷筒上。在吊篮正常工作时，限速制动器不工作；当传动系统在运转过程中发生故障而引起吊篮超速坠落时（额定速度的140%），由于齿轮速度的变化而产生的离心力，迫使限速器动作，即时停止卷筒运转。该制动器灵敏度高、动作平稳、安全可靠。该吊篮是用同一个电机带动两个卷筒同时工作的，使两个卷筒同步，因此吊篮始终保持平衡的；又因为吊篮的钢丝绳的升降机构和钢丝绳收放机构是同一套机构执行的，因此该吊篮的提升系统结构简单、安全可靠。（2）

17、、安全机构：紧急停车装置、超载安全装置、吊篮高、低位限位装置、行程终止限位装置、卷筒上钢丝绳长度限位装置、钢丝绳松绳装置等。每个安全装置在控制箱里都连接有报警指示灯与蜂鸣器，当安全装置启动时，报警指示灯启明并发出蜂鸣声。（3）、救生安全机构：配备特制尼龙绳及安全卡，此安全系统完全独立于擦窗机，单独发挥其安全作用。（4）、电力故障与事故的人工降落装置：该装置在停电或发生意外故障时，可手放机构将吊篮缓慢降到安全位置。（5）、双吸盘临时定位装置：配备两套双吸盘，在刮风期间起临时定位作用。（6）、吊篮外表面全部热喷锌，保25年不生锈。安装后需要注意： 1.所有零部件的安装应正确、完整，有连接牢固可靠，

18、装配质量应符合JG/T5011.11的规定。2. 安装擦窗机用的预埋螺栓直径不应小于16mm。3. 为保证吊船在建筑物表面正常运行，当作业高度超过30m时宜配置固定的导向装置。 4.在建筑物的适当位置，应设置供擦窗机使用的电源插座。该插座应防雨、安全、可靠。紧急情况能方便切断电源。2.3.2插杆式擦窗机的使用插杆式擦窗机的使用中注意的问题： 1.擦窗机应能在下列环境下正常工作：a）环境温度：-20+40；b）环境相对湿度不大于90（25）；c）电源电压偏离额定值5；d）工作处阵风风速不大于8.3m/s（相当于5级风力）。 2.擦窗机的各机构作业时应保证：a）电气系统、操纵系统功能正常、动作灵敏

19、、可靠；b）安全保护装置、限位装置、各控制元件动作准确安全可靠；c）升降、变幅、回转、行走等各传动机构运转平稳，不得有过热、异常声响或振动，运动部位不应有渗漏油现象。3. 吊船上应设有系安全带的挂钩或其它可靠连接点。4.对于可使吊船收回楼顶的插杆装置需符合以下条件：a）工作人员可以方便地进出吊船，不允许工作人员爬墙或从楼面护栏进出吊船；b）插杆宜设置轮子或搬运小车，以便插杆作业位置的移动；c）插杆应有足够高度，以防止吊船收回楼面时与建筑物相碰；d）插杆与插座间应安装定位装置，使插杆在悬挂工作位置不能转动；e）应保证拆卸时，插杆不能倒向女儿墙外侧。第三章 插杆式擦窗机设计计算擦窗机必须满足下列规

20、范要求：擦窗机GB19154-2003；高处作业吊篮GB19155-2 0 0 3 ； 擦窗机安装工程质量验收规程JGJ1502008；进口或出口设备时，还应符合欧洲标准EN1808的要求。本次擦窗机的技术参数：吊篮：尺寸：20006001200mm(高) 自重: 4kN安全载荷: 2kN 限乘人数: 2人升降速度: 10m/min 抗倾覆安全系数: 2工作高度: 40m3.1 插杆式擦窗机的控制系统设计随着我国城市市容环卫意识的提高，高层建筑物外墙的定期清洗及检修维护已逐渐引起人们的重视，高层建筑擦窗机正是完成这一高空作业最安全、实用、高效的专用设备。擦窗机作为高空载人的机电一体化设备，安全

21、性和可靠性要求很高，其电气控制系统性能的优劣直接反映了整机的性能水平。擦窗机可分为主机和操作平台两部分 主机部分设于大厦屋顶，通过钢丝绳将操作平台送至大厦需清洗的各个外墙立面位置 擦窗机的动作包括主机行走、回转，仰臂变幅和平台升降等，所有动作全部采用点动操作。擦窗机的电气控制系统由主机控制和平台控制两部分组成，两套控制互锁，以免发生危险，一般选择平台控制系统为优先控制 现就目前国内外擦窗机所采用的控制方式、信号传送方式等作一简要介绍及分析。3.1.1 控制系统一般控制系统可以分为继电器控制系统和可编程序控制器控制系统。（1） 继电器控制系统 目前国内外擦窗机生产厂大都采用继电器接触器控制系统，

22、其原理相对简单，技术比较成熟。但由于擦窗机的每一个动作都需要一套控制电路与之配合，中间继电器和时间继电器较多，触点也较多，且动作之间的互锁关系又增加了硬件电路的投入，使整个控制系统的体积相对较大。同时较多的电气元件及引线又降低了系统的可靠性，增加了维修难度，因此该系统有较大的局限性。 （2）可编程序控制器控制系统接触器可编程序控制器主机操作盘接触器平台操作台接触器 图3-1 可编程序控制器控制系统原理图 可编程序控制器是由编程来实现逻辑控制，可最大限度地满足工程需要。采用可编程序控制器可以节省所有中问继电器、时间继电器等硬件的投入，还可以利用可编程序控制器本身的功能来满足用户对擦窗机提出的特殊

23、要求，例如利用其高速计数器来检测擦窗机卷筒的速度等。这种控制系统体积较小、线路相对简单、可靠性较高、维修方便，近年来逐渐被生产厂采用。其原理见图3-1。 综上，由于插杆式擦窗机结构较为简单以及考虑成本等，我们选择继电器控制系统。电路控制原理图如下： 图 3-2 继电器控制原理图 电路原理：该电路由双重互锁电路和串接电阻起动控制电路串接而成。前者控制电机的正反转，后者控制电机的转速。主电路的正反转由接触器KM1、KM4的主触头来实现电动机三相电源任意两相的换相，从而实现电动机正反转。当正转起动时，按下起动按钮SB2，KM1线圈通电吸合并自锁，同时另一条支路SB2断开防止了电机短路，电动机正向起动

24、并运转；当反向起动时，按下反转起动按钮SB3，KM4线圈通电吸合并自锁，电动机比恩反向起动并运转。在调速电路中，起动、停止和调速采用主令控制器SA控制，KA1、KA2、KA3为过电流继电器，KT1、KT2 为断电延时型时间继电器。起动前，首先将主令控制器SA手柄置到“0”位，则触点SA0接通。然后合上断路器QF、QF1，于是时间继电器KT1、KT2线圈通电，它们的动断延时闭合触点瞬时打开；零位继电器KV线圈通电自锁，为KM1、KM2、KM3线圈的通电做好准备。起动时，见SA有“0” 位推向“3”位，SA的触点SA1、SA2、SA3闭合，KM1线圈通电，主触点闭合，电动机在转子每相串两段电阻情况

25、下起动，KM1的动断辅助触点断开，KT1线圈断电开始延时。当KT1延时结束时，其动断延时闭合的触点闭合，KM2线圈通电，一方面KM2的动合触点闭合，切除电阻R1 ；另一方面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KM2、KM3均不能得电，电阻R1、R

26、2 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KM1、KM2、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。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 表 3-1 零件选择3.1.2 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

27、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

28、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3-3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3-3 钢丝绳内藏电缆传送信号线路图 1、藏于

29、钢丝绳内的铜线 2、碳刷 3、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。1.钢丝绳为德国WOLF公司生产的擦窗机专用镀锌钢缆；2.钢丝绳的承载安全系数 10倍；3.每根钢丝绳直径为7.0毫米；4.钢丝绳内需设置传导控制信号用的、带有绝缘层的铜芯；5.绳头强度不低于最小断裂荷载的80%；6.钢丝绳转弯处装有滑轮。所有滑轮都装有自润滑式轴承；7.滑轮直径与所用钢丝相匹配，并可防止绳索滑出滑轮。3.2 插杆式擦窗机结构件设计3.2.1 地脚

30、螺栓的选择及校核分析擦窗机可知道地脚螺栓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3-4 螺栓计算简略图1.螺栓组结构设计采用如图所示的结构，螺栓数z=4,对称布置。2.螺栓受力分析从左到右受力依次为：吊篮自重F1=4000N，额定载荷F2=2

31、000N，吊臂自重F3=2000N，套筒自重F4=2000N（1） 在F1、F2、F3、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F竖直=F1+F2+F3+F4=4000+2000+2000+2000=10000 N螺栓水平力F水平=0 N 倾覆力矩（逆时针方向）M=（F1+F2）145F372.5=6000145+200072.5=1015000N.cm（2） 在轴向力F竖直的作用下，各螺栓所受的工作拉力为 （3-1）（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 （3-2） 故上面的螺栓轴向工作载

32、荷为F=Fa+Fmax= 2500+16916.67= 19416.67N（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 （3-3）由表3-2可查得接合面的摩擦系数f=0.16，并取，则，则个螺栓所需要的预紧力为 表3-2 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0.100.16有油的加工表面0.060.10钢结构件轧制表面0.300.35涂富锌漆0.350.40喷砂处理0.400.55铸铁对砖料、混凝土干燥表面0.400.45（5） 上面每个螺栓所受的总拉力F总 3. 确定螺栓直径选择螺栓材料为Q235、性能等级

33、为4.6的螺栓，由表3-3查得材料屈服极限 ，由表3-4查得安全系数S=1.5，故螺栓材料的许用应力 （3-4）求得螺栓危险截面的直径（螺纹小径d1）为 （3-5）按粗牙普通螺纹标准（GB/T 196-2003)及考虑到擦窗机安全性所以取螺纹公称直径d=16mm 表3-3 螺栓、螺钉和螺柱的性能等级性能等级（标记）3.64.64.85.65.86.88.89.810.912.9抗拉强度极限30040050060080090010001200屈服极限/MPa1802403203004004806407209001080硬度/HBs90114124147152181238276304366推荐材料

34、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 表 3-4 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 1.21.7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M6M16M16M30M30M60M6M16M16M30M30M60碳钢5442.52.52碳钢12.58.58.58.512.5合金钢5.7553.43.43合金钢106.86.86.810控制预紧力的计算 1.21.5 1.21.5铰制孔用螺栓连接钢：St=2.5，Sp=1.25铸铁：Sp=2.02.5钢：St=3.55.0，Sp=1.5铸铁：Sp=2.53.04. 校核螺栓组连接接

35、合面的工作能力（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 （3-6） = 95.2=0.95Mpa由表3-5查得，故连接接合面下端不致压碎。 表 3-5连接接合面材料的许用挤压应力材料钢铸铁混凝土砖（水泥浆缝）木材/Mpa0.8(0.40.5)2.03.01.52.02.04.0(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，有 （3-7）故接合面上端受压最小处不会产生间隙。5. 校核螺栓所需的预紧力是否合适对碳素钢螺栓，要求已知，取预紧力下限即要求的预紧力F0=2000N，小于上值，满足要求。3.2.2 吊臂吊臂的计算简图如下： 图3-

36、5 吊臂计算简图1. 分析吊臂横截面上的应力已知G=6000N，W=2000N由静力平衡等条件得出： （3-8）得出F0y=10150 N 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 （3-9）2. 强度验算查表知道Q235的许用应力为100Mpa可见吊臂满足了强度条件。3. 吊臂的剪力和弯矩分析静力平衡方程 得各个力为G=6000N 方向垂直向下F0y=10150N 方向垂直向上W=2000N 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： 图3-6 剪力弯矩

37、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=2700N.m4. 吊臂弯曲变形分析将吊臂受力化为参数，如图所示： 图3-7 吊臂弯曲变形 （3-10） 分段列出弯矩方程AC段 （3-11）CB段 （3-12）由于AC和BC两段内弯矩方程不同，挠曲线的微分方程也就不同，所以应分成两段进行积

38、分。在CB段内积分时，对含有（x2-a）的项就以（x2-a）为自变量，这可使定积分常数的运算得到简化。积分结果如下：AC段CB段 (1) (2) (3)(4) 积分出现的四个积分常数，需要四个条件来确定。由于挠曲线应该是一条刮花连续的曲线，因此，在AC和BC两段的交接截面C处，由（1）式确定的转角应该等于由（3）式确定的转角；而且由（2）式确定的挠度应该等于由（4）式确定的挠度，即 X1=x2=a时， 在各式中，令x1=x2=a,并应用在连续性条件得 （3-13）由以上两式即可求得此外，在A，B两端皆为支座，边界条件为D1=D2=0由上面可得转角和挠度方程如下：AC段CB段 （o） （p）（q

39、）（r）最大转角：在（o）式中令x1=0，在（q）式中令x2=l,得在A,B两端的截面转角分别为 （3-14） （3-15）当ab时，可以断定为最大转角。最大挠度：当时，w为极值。所以应首先确定转角为零的截面的位置。由式值端截面A的转角为负。此外，诺在（q）式中令x2=a，又可求得截面C的转角为 （3-16）如ab,则为正。可见从截面A到截面C，转角由负变为正，改变了符号。挠曲线几位光滑连续曲线，=0的截面必然在AC段内。令（o）式等于零，得X0即为挠度为最大值的截面的横坐标。以x0代入（p）式，求得最大挠度为 （3-17）当集中力F作用于跨度中点时，a=b=，得，即最大挠度发生于跨度中点。这

40、也可由挠度曲线的对称性直接看出。另一种极端情况是集中力F无限接近右端支座，以致与相比可以省略，于是得 （3-18） （3-19）可见即使在这种极端情况下，发生最大挠度的截面仍然在跨度中点附近。也就是说挠度为最大值的截面总是靠近跨度中点，所以可以用跨度中点的挠度近似的代替最大挠度。在（p）式中令，求出跨度中点的挠度为 （3-20）在上述极端情况下，集中力F无限靠近支座B，这是用代替所引起的误差为 （3-20）可见挠曲线上午拐点，总可用跨度中点的挠度代替最大挠度，并且不会引起很大误差。总结上面的分析可知道，吊臂的挠度满足实际使用的要求！3.3 安全系统设计3.3.1 高处吊篮安全锁制动性能 根据锁

41、绳原理的不同，安全锁分摆臂式和离心甩块式两种前者是当工作绳发生断裂或吊篮倾斜到一定角度时锁绳；后者是当提升机运行速度超过某一极限值时锁绳基于静力学分析，讨论几何参数和安装尺寸等对摆臂式安全锁锁绳性能的影响，分析出安全锁在工作时 的可靠性。 锁绳机构由锁芯、琵琶板和安装销等组成, 如图所示图中实线为工作状态，即锁定钢丝绳状态；双点划线为非工作状态，即钢丝绳可从中自由通过其工作原理是当工作绳发生断裂或吊篮倾斜到一定角度时，由于琵琶板位置的变化，琵琶板带动锁芯迅速合拢，锁住安全钢丝绳1. 几何尺寸和安装尺寸对锁绳性能的影响锁紧力为锁芯与钢丝绳之间的摩擦力由于夹槽与钢丝绳接触弧上任一点的垂直方向的损耗

42、是不变的，则比压的垂直分量保持不变，如图所示故有 （3-21）由图可知，夹槽与钢丝绳间的径向比压沿接触弧是变化的取一微弧，设夹槽与钢丝绳接触长度为，则 （3-22）对式积分得 （3-23）式中为夹槽所张圆心角。联立解得接触面上某一微面积所产生的摩擦力为 （3-24）对其积分得因此当量摩擦系数为式中： 为钢丝绳与夹槽之间的摩擦系数图3-7给出了= 0.5时夹槽所张圆心角与当量摩擦系数的关系曲线不难看出，夹槽所张圆心角越大，当量摩擦系数越大但为了防止锁绳时两锁芯互相干涉，一般使夹槽所张圆心角小于180 图3-6 接触面任意一点比压 图3-7 夹槽比压分布图图3-8 夹槽所张圆心角与当量摩擦系数的关系曲线2. 琵琶板的几何尺寸对锁紧力的影响 如上所述，安全锁工作时，依靠锁芯和安全钢丝绳之间的摩擦力实现制动下面