（湖南科技大学机电工程学院机械设计制造及其自动化专业2015级 湖南湘潭 411100）
摘要：由于环境的恶化，建筑物外表长时间暴露会受到污染甚至破坏，这样就需要不定期对大楼外表进行清洗。调研国内外墙壁清洗机工作原理以及发展现状，根据调研结果，针对当前应用较为广泛的墙壁清洗机进行分析比较，综合各个结构的特点，本文设计了一种新的墙壁清洗机。首先，建立墙壁清洗机的数学分析模型；然后，分析了各构件运动机理，对带传动、轴承、卷筒机构进行分析；最后，用solid works三维软件进行建模。
关键词: 墙壁清洗机; 结构设计; 三维建模
1.绪论
由于工业发展带来的大气污染，自然界的雨雪沙尘以及一些人为因素，时间一长建筑物外表就会受到污染甚至破坏，这样就需要对大楼外表进行清洗。这些年，中国的各级政府对环境的保护的意识有了巨大的改观，以保持我们的环保意识正在建设一个干净的表面，在各级政府的国家重大变化，现在我国中大型城市，尤其是在旅游发达对外开放的城市，针对大型旅游景点，为了保护建筑物外表不被破坏，也做出了对应的规定，我国的卫生检查选优活动，也把维护建筑物外表的整洁选为必要的考核指标，尤其是高层建筑物的表面，漂亮，高雅，整洁，也成为了活动中主要的检查目标。
清洗机的主要功能是清洗大楼的外墙部分。但是因为在清洗后废水的处理，洗完后的干净程度，清洗的快慢等等，自动的大楼洗墙机目前在投入使用。随着我国改革开放和中国经济的快速发展，高层的建筑物拔地而起，建筑外墙表面维护和保养成为物业管理不可或缺的一部分[1]。
但我国大部分高层建筑的清洗工作仍然是人工完成，不仅工作效率低，且危险系数高，随着我国的经济发展，自动清洗机必然成为主流。本文以提高自动化和清洁效率为主，设计了一款墙壁清洗机。
2.墙壁清洗机方案设计
2.1整体方案设计
传动原理，电机将动力传给减速装置，经卷扬机实现清洗部分的上升与下降，同时电机经同步带带动滚刷的转动，将外墙灰尘清除，下端两个毛刷将外墙擦干。总体方案构图如图1所示。
1-底座；2-动力装置；3-倾斜长支架；4-右立柱支架；5-清洗剂容箱；6-清洗装置；7-顶滑轮；8-滑轮；9-缆绳；10-承重轮
图1 总体方案设计构图
2.2升降结构设计
当前的升降结构中，主要是用于一个自动洗墙机的操作装置，并根据可见现有的市场机构进行了改进，电机带动卷桶控制钢丝绳安装在楼顶的顶端，执行机构的刷动部分可在墙壁垂直移动[2-4]。
2.3清洗机构设计
考虑到清洗的对象是高楼外墙，刷子受到的摩擦力很小，所以刷子的动力由一个小电机提供。当墙上的玻璃窗与墙的垂直距离不等时，玻璃的凹或凸的部分刷出来的效果不是很好。所以刷子使用了红外线检测仪器。
为使机器的刷子动作来回运动，与圆形壁的接触，并使用一些辅助机构，以减少摆动然后，它不会做身体摇摆。当机器向下移动，车轮和墙之间的滚动摩擦，向下移动的机器，可以使机械和墙之间保持一定的距离，以免撞到墙当墙或玻璃，一边到另一边，然后，滑动摩擦轮与墙之间，有摇摆机上有一定的抑制作用。
3.墙壁清洗机主要构件选型
3.1清洗电机的选型计算
清洗电机选型从实用性和经济性两方面考虑[5-7]。首先，电机要保证正常的使用功率，清洗电机功能是驱动毛刷，阻力主要为清洗刷与墙面的摩擦力，查寻机械设计手册[8,9]得知，动态摩擦系数为0.5，则:
（1）
工作机所需输入功率为
（2）
查找机械手册得知各部件的工作机的效率：
；8级精度的一般齿轮传动效率：
；弹性联轴器传动效率：
；齿式联轴器传动效率：
；球轴承传动效率：
；滚子轴承：
。所以传动装置的总效率为
（3）
所以，所需电机功率为
（4）
综上所述，选用Y100L2-4型号电机，其具体参数如表1所示：
表1清洗电机参数
3.2毛刷电机选型计算
带传动结构简单，传动平稳，能缓冲吸震，低成本，方便维修，可用于轴的距离较大和多轴传动功率中等优点，被广泛应用于现代机械传动。轴承摩擦损耗轴承的拉动作用，是引起功率损失的重要因素。参照上述电机的选型原则，初选挤压带轮电机功率为1kW。
查机械设计手册表得工况系数KA=1.2，所以
（6）
验算传送带速率
（7）
所以带速符合条件。
4.墙壁清洗机三维建模
1-硬毛刷棍；2-尼龙丝；3-皮带；4-电机；5-硬毛刷支架；6-软毛刷支架；27-电机；28-软毛刷；29-擦布;10-软毛刷棍。
图2擦洗机构
1-底座支架；2-底座钢板；3-左立柱支架；4-右立柱支架；
5-左倾斜长支架；6-右倾斜长支架；7-上横向固定梁；
8-中横向固定梁；9-下横向固定梁
图3清洗机支架及驱动电机
Solidworks软件涉及到航空航天、机器人等个领域，越来越多的被人们接受，它倡导三维CAD软件的易用性、高效性[10]，同时还可以与各种软件实现无缝对接，不仅可以完成运动仿真，而且还可以进行有限元分析[11,12]，如图2-4所示。
图4三维渲染效果图
5.结论
本文应用Solidworks三维建模技术设计了一种墙壁清洗机，并进行了建模和仿真，设计了各个关键部件，最后将所有零部件组装在一起，简化装配属性中的刚性变成柔性，便于操作。
参考文献
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论文作者:李文嵩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/13
标签：电机论文; 清洗机论文; 墙壁论文; 支架论文; 机械论文; 毛刷论文; 建筑物论文; 《电力设备》2018年第17期论文;