桁架式两级升降立柱在擦窗机上的设计应用

ZHANG Feng,HUA Hui-zhong

（江苏博宇建筑工程设备科技有限公司，江苏 无锡 214117）

随着建筑科技的飞速发展，越来越多的高层及超高层建筑拔地而起。现代超高层外墙建筑往往选用双层玻璃幕墙结构、楼面超高玻璃幕墙、多层混凝土框架梁，楼面和幕墙的结构形式比较特殊，为保持外墙和玻璃幕墙的清洁、美观，就需要利用擦窗机对外墙面和玻璃幕墙定期进行清洗及维护保养。根据擦窗机的使用工况和现场环境特点，本文介绍一种桁架式两级升降立柱在擦窗机上的设计和应用。

1 桁架式两级升降立柱主要特点

桁架式两级升降立柱的主要特点如下。

1）在擦窗机升降立柱上运用自动对位的两级定位装置，主要包括主动爬爪、智能推力装置、连杆和从动爬爪，每套智能定位装置在升降过程中能推动爬爪作伸出、收回动作。

2）桁架结构立柱截面规则，可自由升降，根据现场特点可提供立柱Ⅰ+立柱Ⅱ和立柱Ⅰ+立柱Ⅱ+固定立柱两种模式组合选用，三级组合模式可以跨越更高空间。

2 与传统擦窗机立柱的比较

两级升降立柱设计新颖美观、结构紧凑合理。立柱采用桁架结构形式，减小迎风面积，降低成本，整机重量轻，高度范围可根据现场情况确定，并可多级升降；传统的升降立柱普遍使用箱形梁结构，整机笨重体积庞大，立柱结构只能在有限的范围以内实现一级升降。而桁架式立柱采用管型材拼焊而成，类似于塔式起重机的塔身，这种结构抗风载能力强，使用过程中立柱更加稳定，立柱采用一支二级伸缩油缸实现中位升降，比常规立柱使用高度可以提高一倍以上。桁架式立柱的强度、刚度、稳定性计算公式如下。

2.1 强度要求

式中N——构件轴向压力,N;

A——构件毛截面面积，mm2;

Mx,My—— 构件截面对轴和y轴的弯矩，Nmm；

Wx,Wy—— 构件截面对x轴和y轴受压最大纤维的截面弹性抗弯模量，mm3。

2.2 刚度要求

式中λx，λy—— 构件截面对x轴和y轴的长细比；

λhx，λhy—— 构件截面对x轴和y轴的换算长细比；

A1x，A1y—— 构件截面中垂直x轴或y轴的平面内各斜缀条的毛截面面积之和；

[λ]——构件许用长细比。

2.3 稳定性要求

其中，符号详见GB/T 3811-2008之附录M。

3 智能定位装置功能和操作

按图1将桁架式两级升降立柱各部件安装到位，经液压系统的两次中位顶升达到桁架式立柱的工作状态，如图2所示。

图1 停机状态

图2 工作状态

3.1 自动定位装置的主要功能

自动定位装置的爬爪有主动和被动两组(图3)，分别安装在固定立柱和立柱Ⅱ的上部框型梁上，主动爬爪通过智能推力装置和连杆机构带动被动爬爪作转角伸出，爬爪伸出可以支撑住立柱Ⅱ和立柱Ⅰ，让立柱按设定的先后程序逐级升高；主动爬爪通过智能推力装置和连杆机构带动被动爬爪作转角收回，让立柱按设定的先后程序逐级下降。

图3 自动定位装置

3.2 自动定位装置操作方法

1）立柱升高操作 启动两级升降液压油缸，根据PLC数控系统设定好的两个爬升程序，通过发出的指令开始逐级升高，保证各立柱与基础面相互垂直，当行程升到位后，数控系统按设定的指令启动相应的一级定位装置，智能自动定位装置按规定作转角伸出，使立柱Ⅰ升到位后支撑在立柱Ⅱ上。通过下一指令开始继续升高，也就是立柱Ⅰ和立柱Ⅱ一起从固定立柱中升起，升到位后数控系统按设定的指令启动相应的二级自动定位装置，智能自动定位装置按规定作转角伸出，使立柱Ⅱ升到位后支撑在固定立柱上，顶升工作到位。

2）立柱下降操作 步骤与立柱升高相反，启动相应的下降程序，智能自动定位装置按规定作转角收回，下降工作到位。

4 结 语

桁架式两级升降立柱在擦窗机设计领域尚属首创，其设计理念主要参考运用了建筑起重机的钢结构设计原理和模式，主要优点如下。

1）桁架内力分布均匀，材料强度得到充分利用，桁架式立柱擦窗机与箱形梁立柱擦窗机相比较，在整机受力和立柱抗风载能力方面桁架式立柱更合理。

2）智能自动定位装置设计新颖独特，一级定位装置和二级定位装置的创新设计完全可以让智能自动定位装置稳稳的搁住立柱钢结构，让擦窗机可以升得更高。而且该新型擦窗机顶升油缸设计在立柱内部的中间位，真正让擦窗机在操作使用上更加安全、稳定、可靠。

[参考文献]

[1]GB/T 3811-2008，起重机设计规范[S].

[2]沈祖炎.钢结构制作与安装手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.