戴奇明/DAI Qi-ming

（上海普英特高層設(shè)備股份有限公司，上海 200127）

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高層建筑越來越多且越來越復(fù)雜，為滿足建筑的獨(dú)特造型，使擦窗機(jī)衍生出各式各樣的機(jī)型，而爬坡式擦窗機(jī)作為其中一種機(jī)型，由于其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在工程運(yùn)用中存在各式各樣的問題。本文主要介紹幾種常見的爬坡式擦窗機(jī)，并對(duì)各種類型的爬坡式擦窗機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化。

1 獨(dú)立爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

該類爬坡式擦窗結(jié)構(gòu)形式主要分為兩部分，一是擦窗機(jī)本體，二是爬坡驅(qū)動(dòng)底盤，通過2 個(gè)部件的有效組合，從而實(shí)現(xiàn)建筑的全覆蓋要求，圖1 為獨(dú)立爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)簡(jiǎn)單示意圖。

圖1 獨(dú)立爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

此類型爬坡式擦機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)加工及控制均易于實(shí)現(xiàn)，成本也相對(duì)較低。通常運(yùn)用于建筑存在兩段斜面爬坡，而頂部或底部存在一段水平的情況，但該設(shè)計(jì)方案的現(xiàn)場(chǎng)軌道存在高低差，整體感差，對(duì)于追求美觀的建筑是一個(gè)比較大的缺陷。

在設(shè)計(jì)時(shí)，爬坡軌道上安裝齒條，爬坡底盤載著擦窗機(jī)一起運(yùn)行，當(dāng)爬坡底盤運(yùn)行至最頂部時(shí)，其爬坡底盤上的軌道與水平軌道完全對(duì)接，此時(shí)擦窗機(jī)可通過自身的運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行至其他位置工作，擦窗機(jī)與爬坡底盤脫開。

該設(shè)計(jì)避免了爬坡軌道的轉(zhuǎn)彎，爬坡軌道僅僅作直線運(yùn)動(dòng)，有利于保證齒條的傳動(dòng)精度，爬坡底盤在設(shè)計(jì)時(shí)，注意水平導(dǎo)向輪的間隙控制，通常擦窗機(jī)設(shè)計(jì)水平導(dǎo)向輪的間隙為5mm 左右，而該爬坡底盤由于僅作直線運(yùn)動(dòng)，而且爬坡底盤還需要與水平軌道對(duì)接，因此在設(shè)計(jì)時(shí)水平導(dǎo)向輪間隙建議1～2mm，這樣既能保證齒條傳動(dòng)的精度，也能保證軌道對(duì)接的精度。尤其是現(xiàn)場(chǎng)軌道的施工需要考慮先后順序，水平軌道對(duì)接的一小部分最終安裝施工，以保證與爬坡底盤上軌道對(duì)齊。

2 爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

該類爬坡式擦窗沒有獨(dú)立的爬坡底盤，爬坡底盤即為擦窗機(jī)的底盤，其既可以在斜面上爬坡，亦可以在水平軌道上運(yùn)行，擦窗機(jī)底盤上通過一套調(diào)平機(jī)構(gòu)，保證擦窗機(jī)回轉(zhuǎn)支承始終保證水平狀態(tài)，圖2 為爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)簡(jiǎn)單示意圖。

圖2 爬坡+水平運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

此結(jié)構(gòu)整體一致好，軌道為連續(xù)軌道，不存在高低差軌道設(shè)計(jì)，整體美觀。齒條鋪設(shè)在軌道頂面，全程安裝齒條，齒條安裝時(shí)需要注意，由于齒條是連續(xù)的，齒條安裝就需要從頭到尾從一端施工至另一端結(jié)束，同時(shí)必須保證對(duì)接齒條處的齒距，防止出現(xiàn)不等齒距的情況發(fā)生。

在軌道的設(shè)計(jì)中，為了便于軌道加工及齒輪的傳動(dòng)精度，將軌道爬坡與水平傳動(dòng)的齒條分別考慮，讓擦窗機(jī)爬坡的時(shí)候只作平面運(yùn)動(dòng)，不存在三維空間運(yùn)行，即“爬坡不轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎不爬坡”的理念，特別是在爬坡向水平或水平向爬坡的轉(zhuǎn)換時(shí)，采用較大的圓弧段軌道設(shè)計(jì)，而且水平段直線段長(zhǎng)度應(yīng)大于擦窗機(jī)的輪距才能進(jìn)行轉(zhuǎn)彎，否則會(huì)出現(xiàn)擦窗機(jī)四點(diǎn)運(yùn)行輪不在同一平面的情況，導(dǎo)致卡死現(xiàn)象發(fā)生。

由于擦窗機(jī)驅(qū)動(dòng)是一套系統(tǒng)，擦窗機(jī)爬坡段的齒條是標(biāo)準(zhǔn)的齒條，而圓弧段軌道上的齒條需要彎曲成軌道形狀，因此齒條的齒距會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)齒條外彎時(shí)，齒距會(huì)略微增大，對(duì)齒輪齒條傳動(dòng)影響不大，但內(nèi)彎時(shí)，齒條的齒距會(huì)相應(yīng)變小，如果齒輪不采取變位，將會(huì)發(fā)生啃齒甚至卡死的情況，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)考慮變位系數(shù)或增大齒輪傳動(dòng)的中心距。

為了保證齒輪與齒條正常嚙合，必須在軌道的全程均設(shè)置齒條，但水平轉(zhuǎn)彎的軌道面上的齒條需要安裝軌道的彎曲方向進(jìn)行側(cè)向彎曲，理論上該齒條相當(dāng)于傘齒，而驅(qū)動(dòng)上齒輪是直齒，所以齒輪與齒條之間必然存在嚙合不充分、啃齒的情況，為了減少這種情況的發(fā)生，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎軌道上的齒輪時(shí)，可將該段齒條適當(dāng)減小寬度，因?yàn)樗竭\(yùn)行及水平轉(zhuǎn)彎，理論上需要的齒條傳動(dòng)力相對(duì)要小的多，減小齒條寬度也能滿足受力要求，在齒條寬度足夠小的情況，可以改善齒條的啃齒情況，如圖3 所示。

圖3 軌道全程設(shè)置齒條

3 連續(xù)爬坡運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

該種爬坡式擦窗適應(yīng)于建筑外輪廓呈螺旋式上升，擦窗機(jī)軌道根據(jù)建筑特點(diǎn)按螺旋式上升的設(shè)計(jì)，該種爬坡機(jī)型可一邊轉(zhuǎn)彎一邊爬坡，能完全與建筑立面要求相匹配，但由于設(shè)備需要連續(xù)爬坡，無論是軌道還是齒條均需要在三維空間內(nèi)運(yùn)行，因此該類擦窗機(jī)設(shè)計(jì)復(fù)雜，技術(shù)難度高，對(duì)現(xiàn)在軌道安裝要求也非常高，圖4 為連續(xù)爬坡運(yùn)行模式的擦窗機(jī)簡(jiǎn)單示意圖。

圖4 連續(xù)爬坡運(yùn)行模式的擦窗機(jī)

由于軌道沿著建筑呈螺旋上升，因此軌道屬于三維空間曲線，采用通常的工字鋼或者H 型鋼作為軌道已不適合，故可以采用圓形鋼管作為擦窗機(jī)的軌道。其次圓形軌道上安裝齒條可行性較差，我們可以考慮在兩圓形軌之間單獨(dú)設(shè)置齒條作為爬坡的傳動(dòng)齒條，這樣即能保證受力在底盤的中間，有解決了齒條安困難的問題，但需要注意的是，擦窗機(jī)底盤整體已通過兩軌進(jìn)行定位了，因此在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)時(shí)候，就必須考慮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置偏差補(bǔ)償，在實(shí)際工程安裝上齒條與兩軌之間肯定存在偏差，軌道與齒條布置簡(jiǎn)易示意如圖5 所示。

圖5 軌道與齒條布置簡(jiǎn)易示意圖

齒條設(shè)計(jì)在兩軌之間，齒條頂面?zhèn)认虬惭b，由于齒條無法像軌道一樣扭轉(zhuǎn)，因此在傳動(dòng)時(shí)齒條肯定存在跟嚙合的問題，為了防止齒條在嚙合發(fā)生啃齒以及局部受力造成齒條強(qiáng)度不夠等情況發(fā)生，在齒條設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增大齒條模數(shù)，齒條的安全系數(shù)放大幾個(gè)等級(jí)，這樣不論在安裝精度以及傳遞力的方面都會(huì)得到改善，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，齒條的模數(shù)在理論計(jì)算基礎(chǔ)上，需要放大10～20倍。齒輪與齒條嚙合在設(shè)計(jì)時(shí)就要充分考慮齒條對(duì)接處的偏差，適當(dāng)增加傳動(dòng)中心距，防止發(fā)生齒條與齒輪卡死及啃齒等情況發(fā)生。

4 結(jié)語

介紹了不同爬坡式擦窗機(jī)的特點(diǎn)以及相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，建議實(shí)際工程根據(jù)建筑的實(shí)際情況選擇相應(yīng)的爬坡式擦窗機(jī)方案，在滿足要求的情況下優(yōu)先采用第一種及第二種方案，相對(duì)來說技術(shù)難度小，成本相對(duì)更低。