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高压水射流外墙清洗用喷头工作机构设计

2019-12-16 09:21:49浏览:12 来源:清洗联盟   

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高压水射流外墙清洗用喷头工作机构设计

【摘要】文章选择曲柄滑块机构作为喷头工作机构,将喷头固定在滑块上,利用滑块的往复直线运动,带动喷头左右移动,从而实现清洗的目的。介绍了曲柄和连杆长度的确定,并通过对曲柄和连杆的受力分析,计算了曲柄和连杆的横截面积,为满足滑块不同行程的需要,把曲柄设计成了可调节结构。

【关键词】高压水射流外墙清洗

1、高压水射流外墙清洗系统

高压水射流清洗系统原理如图1所示高压水射流外墙清洗系统由高压泵、水箱、喷头以及喷头工作机构和升降台组成。其中喷头工作机构是用来保证喷头能够左右移动,以便能清洗一定的面积,升降台用于使喷头以及喷头工作机构升降到所需要的高度。本文主要研究喷头工作机构的设计。


2、喷头工作机构的确定

为了实现喷头左右移动,有不同的传动方案。可以利用液压传动,用液压缸带动喷头作往复运动,这个方案结构比较简单,行程范围大,但成本比较高,需要一套液压系统和控制系统;也可以用螺旋副机构实现喷头的移动,但螺旋副的移动速度一般比较慢,因而清洗效率比较低;第三种方法是曲柄滑块机构来实现喷嘴的移动,曲柄滑块机构可以方便地实现往复直线运动,而且结构简单,能够达到要求的运动速度。另外,曲柄滑块机构也可以设计成可调节式的形式,以便在使用过程中根据现场情况,调节其清洗的面积。综合比较三种方案,本文选择对心曲柄滑块机构作为喷头工作机构,将喷头固定在滑块上,利用滑块的往复直线运动,带动喷头左右移动,从而实现清洗的目的。

2.1电动机的选择

喷头左右移动的速度应适中,如果速度太高则不能保证把墙壁冲洗干净,而速度太低又会影响工作效率,这样就需要选择具有合适转速的电动机。一般的普通电动机不能满足需要,因为升降台面积是有限的,如果选用普通电动机则需要配备减速器等设备,必然增加体积以及重量。因而最终确定选择微型电动机,本设计选择转速为12r/min的微型电机。

2.2曲柄滑块机构的设计

由电动机带动曲柄作回转运动,再通过连杆带动固定在滑块上的喷嘴在工作台上做往复移动,最终完成清洗任务。

2.2.1曲柄和连杆长度的确定

为曲柄滑块机构示意图,其中r为曲柄的长度,H为滑块的行程。由可知曲柄的长度决定了滑块的行程范围,而连杆的长度至少应该要大于滑块的行程H,滑块的行程受升降台大小的限制,应在限定的长度范围内使滑块的行程尽量达到最大值,若取曲柄长度r=400mm,为了节省空间,取B2C1的距离为0时,则连杆BC的长度为:LBC=800mm

2.2.2曲柄和连杆横截面积的确定

为保证曲柄和连杆有足够的强度,曲柄和连杆横截面积要根据曲柄和连杆的受力加以确定。曲柄和连杆的受力M—驱动力矩,FR12—机架1对曲柄2的作用力,FR32—连杆3对曲柄2的作用力,FR34—连杆3对滑块4的作用力,L—力臂。曲柄在驱动力矩M、力FR32FR12作用下平衡,FR32=FR12=M/L,在曲柄回转过程中,L值的大小是变化的,当L取最小值时受力达到最大,现按一种极限情况计算,即在力FR12的作用线与曲柄所夹锐角为时,L值最小即等于摩擦园直径,根据电动机的轴颈和驱动力矩,可求得力FR32FR12的最大值。对于本文FR12max=FR32max=43642.86N。连杆是二力杆,在力FR23FR43作用下平衡,因此FR23=FR43,又FR23FR32大小相等方向相反、FR43FR34大小相等方向相反,所以连杆受力最大值也为43642.86N。曲柄和连杆的材料均选用45钢,其屈服极限σs=355MPa,安全系数取1,则许用应力[]σ=355MPa[τ]=248MPa。那么:在受最大拉力时,其受力最小面积为:在受最大剪切力时,其受力最小面积为:故只要所取曲柄和连杆的截面积大于176mm2就能够满足强度要求。

另外在本设计中,为满足滑块不同行程的需要,把曲柄设计成了可调节结构,这样曲柄的长度就能够在200400mm的范围内进行调整,同时滑块的行程也就可以在400800mm之间进行变动。

3、结论

由于对心曲柄滑块机构没有急回运动,可满足喷头左右移动都能均匀清洗的要求,因而曲柄滑块机构可作为喷头工作机构,同时把曲柄设计成可调节结构,喷头清洗的宽度为400800mm,以满足喷头不同行程的需要。

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