桁架式兩級升降立柱在擦窗機上的設計應用

ZHANG Feng,HUA Hui-zhong

（江蘇博宇建筑工程設備科技有限公司，江蘇 無錫 214117）

隨著建筑科技的飛速發展，越來越多的高層及超高層建筑拔地而起。現代超高層外墻建筑往往選用雙層玻璃幕墻結構、樓面超高玻璃幕墻、多層混凝土框架梁，樓面和幕墻的結構形式比較特殊，為保持外墻和玻璃幕墻的清潔、美觀，就需要利用擦窗機對外墻面和玻璃幕墻定期進行清洗及維護保養。根據擦窗機的使用工況和現場環境特點，本文介紹一種桁架式兩級升降立柱在擦窗機上的設計和應用。

1 桁架式兩級升降立柱主要特點

桁架式兩級升降立柱的主要特點如下。

1）在擦窗機升降立柱上運用自動對位的兩級定位裝置，主要包括主動爬爪、智能推力裝置、連桿和從動爬爪，每套智能定位裝置在升降過程中能推動爬爪作伸出、收回動作。

2）桁架結構立柱截面規則，可自由升降，根據現場特點可提供立柱Ⅰ+立柱Ⅱ和立柱Ⅰ+立柱Ⅱ+固定立柱兩種模式組合選用，三級組合模式可以跨越更高空間。

2 與傳統擦窗機立柱的比較

兩級升降立柱設計新穎美觀、結構緊湊合理。立柱采用桁架結構形式，減小迎風面積，降低成本，整機重量輕，高度范圍可根據現場情況確定，并可多級升降；傳統的升降立柱普遍使用箱形梁結構，整機笨重體積龐大，立柱結構只能在有限的范圍以內實現一級升降。而桁架式立柱采用管型材拼焊而成，類似于塔式起重機的塔身，這種結構抗風載能力強，使用過程中立柱更加穩定，立柱采用一支二級伸縮油缸實現中位升降，比常規立柱使用高度可以提高一倍以上。桁架式立柱的強度、剛度、穩定性計算公式如下。

2.1 強度要求

式中N——構件軸向壓力,N;

A——構件毛截面面積，mm2;

Mx,My—— 構件截面對軸和y軸的彎矩，Nmm；

Wx,Wy—— 構件截面對x軸和y軸受壓最大纖維的截面彈性抗彎模量，mm3。

2.2 剛度要求

式中λx，λy—— 構件截面對x軸和y軸的長細比；

λhx，λhy—— 構件截面對x軸和y軸的換算長細比；

A1x，A1y—— 構件截面中垂直x軸或y軸的平面內各斜綴條的毛截面面積之和；

[λ]——構件許用長細比。

2.3 穩定性要求

其中，符號詳見GB/T 3811-2008之附錄M。

3 智能定位裝置功能和操作

按圖1將桁架式兩級升降立柱各部件安裝到位，經液壓系統的兩次中位頂升達到桁架式立柱的工作狀態，如圖2所示。

圖1 停機狀態

圖2 工作狀態

3.1 自動定位裝置的主要功能

自動定位裝置的爬爪有主動和被動兩組(圖3)，分別安裝在固定立柱和立柱Ⅱ的上部框型梁上，主動爬爪通過智能推力裝置和連桿機構帶動被動爬爪作轉角伸出，爬爪伸出可以支撐住立柱Ⅱ和立柱Ⅰ，讓立柱按設定的先后程序逐級升高；主動爬爪通過智能推力裝置和連桿機構帶動被動爬爪作轉角收回，讓立柱按設定的先后程序逐級下降。

圖3 自動定位裝置

3.2 自動定位裝置操作方法

1）立柱升高操作 啟動兩級升降液壓油缸，根據PLC數控系統設定好的兩個爬升程序，通過發出的指令開始逐級升高，保證各立柱與基礎面相互垂直，當行程升到位后，數控系統按設定的指令啟動相應的一級定位裝置，智能自動定位裝置按規定作轉角伸出，使立柱Ⅰ升到位后支撐在立柱Ⅱ上。通過下一指令開始繼續升高，也就是立柱Ⅰ和立柱Ⅱ一起從固定立柱中升起，升到位后數控系統按設定的指令啟動相應的二級自動定位裝置，智能自動定位裝置按規定作轉角伸出，使立柱Ⅱ升到位后支撐在固定立柱上，頂升工作到位。

2）立柱下降操作 步驟與立柱升高相反，啟動相應的下降程序，智能自動定位裝置按規定作轉角收回，下降工作到位。

4 結 語

桁架式兩級升降立柱在擦窗機設計領域尚屬首創，其設計理念主要參考運用了建筑起重機的鋼結構設計原理和模式，主要優點如下。

1）桁架內力分布均勻，材料強度得到充分利用，桁架式立柱擦窗機與箱形梁立柱擦窗機相比較，在整機受力和立柱抗風載能力方面桁架式立柱更合理。

2）智能自動定位裝置設計新穎獨特，一級定位裝置和二級定位裝置的創新設計完全可以讓智能自動定位裝置穩穩的擱住立柱鋼結構，讓擦窗機可以升得更高。而且該新型擦窗機頂升油缸設計在立柱內部的中間位，真正讓擦窗機在操作使用上更加安全、穩定、可靠。

[參考文獻]

[1]GB/T 3811-2008，起重機設計規范[S].

[2]沈祖炎.鋼結構制作與安裝手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.