擦窗機三吊點伸展機構及自約束系統研究

牛雅靜，何 明，李育平，楊國棟

（1.廊坊凱博建設機械科技有限公司，河北 廊坊 065001；2.中際聯合（北京）科技股份有限公司，北京 110112；3.中國建筑科學研究院有限公司 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000）

1 概述

國內擦窗機行業經過多年的發展，技術水平逐步提高，解決建筑外墻維護系統的技術開發也趨于完善。過去的建筑挑檐結構工況下的擦窗機工作一般使用折疊式的吊船伸展機構，在建筑結構需求越來越多樣化的市場環境下，國內逐步開發了伸縮式吊船伸展機構。在原擦窗機卷揚機構的設計條件下，將伸展機構的吊點沿伸展方向前后布置兩點，并將輔助吊裝裝置設置在伸展機構前端，解決擦窗機吊船與輔助提升機構同步升降的技術難題。在實際應用中，發現還存在防風安全隱患，在折疊式伸展機構中，吊點為左右分布，在伸縮式伸展機構中吊點為前后分布，都存在另一個方向上風載下的伸展機構偏擺穩定問題。

在解決伸展機構兩個方向的偏擺問題上，國內擦窗機廠家逐步開發出三吊點和四吊點的吊船伸展機構。同時，為解決在風載下吊船的穩定問題，引入吊船軟繩自約束系統。

2 現有伸展機構不足分析

1）折疊式伸展機構 如圖1 所示，折疊式的伸展機構結構簡單，其伸展和折疊通過液壓油缸伸縮完成，最大的伸展幅度能達到3.5m。缺點是輔助吊鉤無法進入建筑物挑檐下方進行物料垂直運輸工作，防風約束受限制。從簡圖上可以看出，防風銷一端套在擦窗機卷揚機構起升鋼絲繩上，另一端固定在建筑物幕墻防風銷座上。操作人員在吊船中進行防風銷固定作業時，經常會出現夠不著防風銷約束繩端的情況，或者因為距離太遠造成防風銷纏結而插錯防風銷導致吊船升降卡阻。

圖1 折疊式伸展機構

2）兩吊點伸縮式伸展機構 如圖2 所示，相對于折疊式伸展機構的優點是停機狀態的高度不會有太大變化，而且可以省去物料輔助起升結構，并將其懸掛點錯設置在伸縮式伸展機構最前端，使用時手動拉出即可，在端部設置手拉葫蘆或其他吊裝工具即可完成操作。其缺點是存在和折疊式伸展機構相同的防風約束問題，且這種結構在懸掛鋼絲繩的應力釋放或風載作用下會產生機構自轉、偏擺和偏移。

圖2 折疊式伸展機構

3 三吊點伸展機構研發

3.1 四吊點伸展機構的考慮

按照國內異形施工吊籃的技術思路，當采用多吊點的施工吊籃時，一般是使用四吊點，以保證其防傾覆穩定性能，目前市場上也有廠家在擦窗機設備上使用四吊點的伸展機構。

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》中對于鋼絲繩安全系數的要求，單作用鋼絲繩懸掛系統大于或等于8，雙作用鋼絲繩懸掛系統大于或等于12。如果使用四吊點，卷揚機構可設計為4 根鋼絲繩，且每根鋼絲繩安全系數大于8；按擦窗機的一般要求每個吊點要使用兩根鋼絲繩，則需要配置4 個吊點的共8 根鋼絲繩的卷揚機構，在卷揚機構鋼絲繩同步技術以及卷揚機構本身的技術問題上都存在較大難度，且經濟性太低，故障點增多。

3.2 三吊點伸展機構的研發

根據標準要求，結合實際應用的狀況，發現三吊點的伸展機構在操作性能和穩定性上有其自身的優勢，根據三點穩定性原理，三吊點的伸展機構結構在平面抗旋轉抗扭轉性能優于四吊點的結構，而且其相對應的卷揚機構的設計研發也相對簡單，其安全性能相對于4 繩卷揚機構有很大提升，而其可靠性相對于8 繩卷揚機構有大幅提高。

三吊點伸展機構（圖3）在原前后兩吊點伸展支架的基礎上，解決了在鋼絲繩應力釋放以及風載情況下整體的扭轉問題以及在左右方向上的偏擺問題。在卷揚起升機構的設計研究上，必須滿足國標對設備零部件的設計要求，可選用螺旋槽加強制排繩的卷筒結構，如果排繩空間足夠也可選用折線槽加自由排繩的卷筒結構。

圖3 三吊點伸展機構

三吊點的伸展機構在結構上大幅度降低了結構自身扭轉和偏擺的問題，但是在吊船的防風約束問題上，同樣存在和兩吊點伸展機構同樣的問題，為此，我們在吊船上引入軟繩約束系統。帶軟繩約束系統的吊船可單獨使用，也可以與伸展機構結合使用。

4 吊船自約束系統研發及應用

4.1 吊船自約束系統研發

GB 19154-2017《擦窗機》對吊船防風約束的要求是：擦窗機在受風力影響的戶外區域使用并且作業高度大于40m 時，應安裝約束系統或有限制使用。吊船在傾斜面工作時，需要采取特殊措施。

擦窗機的約束最常見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防風約束的載體，通過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，從而達到約束吊船的目的。

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的擦窗機約束，但是在建筑外立面有挑檐、弧線變化或凸出凹陷造型時，工作鋼絲繩約束使用就會受到限制，此時需要采用與建筑成一體的框架結構約束或使用吊船本身的軟繩系統進行約束。

如圖4 圖所示，左側約束系統為工作鋼絲繩約束，使用懸掛鋼絲繩作為載體。右側為使用軟繩約束系統進行約束，此時吊船升降時，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構，在垂直的方向上每間隔約20m 設置一道約束，在吊船受到風載的情況下，約束系統能將吊船保持在一定的范圍內，防止安全事故發生。

圖4 擦窗機約束簡圖

軟繩機構的工作原理類似于提升機電動吊船的鋼絲繩收繩機構，使用摩擦傳動，其收繩速度必須大于吊船的升降速度。比如擦窗機吊船升降速度為18m/min，則軟繩收繩機構收繩速度最低速度應大于18m/min。尤其要注意的是，軟繩機構的供電來自于懸掛鋼絲繩，一般選用220V 電壓，因此必須在主電控柜設置一個安全隔離電壓供軟繩機構驅動電機使用。

4.2 自約束吊船與伸展機構結合應用

要解決吊船伸展機構的旋轉和偏擺問題以及遠距離防風約束施工操作困難的問題，就要將三吊點伸展機構與帶軟繩約束系統的吊船結合使用。如圖5 所示，三吊點的伸展機構在結構上解決了旋轉和偏擺，吊船軟繩機構解決了風載偏移。

圖5 集成多吊點及自約束使用簡圖

5 結語

對于擦窗機系統來說，隨著建筑造型的越來越多樣化，對我們的設備功能及性能提出了更高的要求，在嚴格地使用和操作條件的要求下，也是對擦窗機功能本身以及人機友好環境的提升。