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高空玻璃擦洗器结构设计文献综述
【内容摘要】：高空玻璃擦洗器是基于壁面移动玻璃擦洗器技术，并针对具体的作业对象，具有明确功能的实用玻璃擦洗器，其工作在垂直危险的玻璃壁面，能够克服重力的作用，携带清洗设备，是面向现代高层建筑玻璃外墙表面保洁、清洗服务的极限作业玻璃擦洗器。本文针对国内高空玻璃幕墙的清洗现状，结合高空玻璃幕墙清洗作业的具体工作环境，开发设计出了一种专用于高空玻璃幕墙清洗的水射流式清洗玻璃擦洗器，该清洗玻璃擦洗器具有结构新颖、安全可靠、重量轻、效率高的特点。
【关键词】：玻璃，幕墙清洗玻璃擦洗器，驱动机构，擦洗机构，密封机构
玻璃擦洗器是对整个建筑外墙进行维护的机械设备，它不仅可对高层建筑的玻璃幕墙进行清洗，还可对破损的外墙进行修补及更换损坏的玻璃幕墙。在各种玻璃擦洗器中，除全自动玻璃擦洗器不需要人员操作外其他类型的玻璃擦洗器均需要操作人员在工作平台上对建筑的玻璃幕墙进行清洗或修补。另外，工作平台可上下或左右移动，使操作人员在工作平台上对建筑的玻璃幕墙的任何地方均可进行彻底的维修工作。玻璃擦洗器是从起重机械发展而来的，部分玻璃擦洗器实际是小型化的擦洗器。它是运用较广的插件爬升式设备，其插杆起源于大型轮船上悬挂救生艇的的一副旋转弯杆，该弯杆所起的作用就是吧救生艇从船内悬吊于船体外侧，玻璃擦洗器中的插杆的作用与此相同。
高层建筑幕墙面积大（常达20000-40000m²）,离地面高度也大（建筑物高度达100m～300m，甚至更高），大面积幕墙要进行高空作业来清洁、维修，必须有相应的机械设备。
45m高度一下的幕墙，有时可以请消防部门出动伸缩云梯协助进行幕墙的清洁、维护；甚至有时还可以请临时工作吊篮进行全手工清洗，但不安全。
45m以上高度的幕墙，常常设置玻璃擦洗器以便进行幕墙的清洁和维护。玻璃擦洗器通常由主机和吊笼组成，两部分之间用钢索滑轮组联系，通过钢索伸缩而竖直升降，而在墙面的移动，则通常要通过主机的行走或回转来实现。由于建筑物的平面较大，所以行走式比回转式应用更广泛。移动式玻璃擦洗器又分为自行式和轨道式，轨道式玻璃擦洗器运行平稳，荷载可以合理分配，应用更为广泛。
按照玻璃擦洗器标准,玻璃擦洗器可分为: 屋面轨道式(简称轨道式) 、轮载式、悬挂轨道式(简称悬挂式) 、滑车式和插杆式、滑梯式。玻璃擦洗器最大的特点是非标准性机电设备。
从20世纪80年代开始,我国从德国、日本、卢森堡等国家进口玻璃擦洗器产品。随着我国高层建筑的不断发展，20世纪90年代开始，我国逐步进行玻璃擦洗器的自主设计和生产。2003年我国颁布了《玻璃擦洗器》国家标准，为该产品的发展和进步起到了积极的促进作用。目前国内玻璃擦洗器生产厂家已发展到十多家，形成了轨道式、轮载式、悬挂式、插杆式4种型式的系列产品，年产量大约为400～500台套，产值3～4亿。90年代初期，西方发达国家高层建筑已颇具规模。对他们而言，高层设备的制造早已不是新生业务，并且形成了完整的产业链，涌现出诸多全球闻名的玻璃擦洗器设备制造厂商，其销售网络也在世界范围内全面铺开，同时将中国市场的多数份额据为己有。例如欧美的Gomyl公司仅在西班牙马德里安装的轨道式玻璃擦洗器就多达200多台，此外，荷兰 Lalesse 公司德国 Mannesmann 公司生产的玻璃擦洗器在法国巴黎、荷兰阿姆斯特丹和比利时布鲁塞尔等城市的现代建筑中也到处可见。尤其是一些公共场所如机场、车站、码头等侯车大厅内外墙维护、清洗设备配备齐全，由此反映出欧洲建筑工业的发展水平。
国外企业很注重新技术的应用，尤其对吊篮、玻璃擦洗器产品来说更是如此，因它涉及到机械、土建、液压、电气、自动控制、计算机等多方面的知识和技术。我国吊篮、玻璃擦洗器产品不但要面对国内市场，而且要面向国际市场，所以一定要改变国内许多机械产品几十年一贯制的格局，加速新技术的应用，加速产品的不断更新和换代，要根据不同时代的建筑风格不同场合和环境的特征来合理配置产品，只有这样我们的产品才有市场，产品水平才能不断提高。相比之下国内也有很出色的玻璃擦洗器企业例如上海的普英特公司，
成立初期，普英特一方面着力打造自主品牌，另一方面则从事着帮助国内地产商进口国外设备的工作。由于公司团队出色的销售能力，普英特为德国Manntech公司创造了可观的销售额，取得了Manntech产品在中国市场的代理权面对旺盛的产品需求，普英特确立了以市场为导 向，根据用户需要进行研发和生产的目标，在产品的 设计制造技术上加大投入，通过多种渠道的合作获 得了技术的完善和水平的提升。其技术甚至领先于国 内同行，不断向国际水平靠近。到目前为止，普英特公 司已与诸多国内外知名银行、酒店集团、地产商、设 计院以及幕墙公司建立了良好的合作关系和信任度。对于玻璃擦洗器品牌的发展，普英特的决策者首先关 注的是产品的创新。自2000年起，公司研发团队就始 终坚持每年为玻璃擦洗器产品申请新的科技创新项目。到 目前为止，普英特已获得1项国家创新基金项目，4项 上海闵行区科委的创新项目以及3项区科技成果创新 奖。其科技创新产品还被评为上海市重点新产品以及 上海市成果转化项目。近年来每年实施自主研发的新 产品项目6-10项，达到国内领先技术水平的有11项， 国际先进技术水平的9项。由此可见我国的名族品牌市场广阔前景非常广阔，拥有旺盛的生命力。
在现代都市中，高层建筑越来越多，各种各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮丽的风景。在建筑业，由于玻璃的采光性好，保温防潮性能好，彩色玻璃实用美观，高层建筑的外壁越来越多地采用玻璃幕墙结构，但是为了保证建筑外观的整洁美丽，时间一长，就需要对壁面进行清洗，以美化市容市貌。许多开放性城市都规定，每年应对高空清洗若干次。
目前高层建筑玻璃幕墙的清洗方法主要有两种，一种是靠升降平台或吊篮承载清洁工进行玻璃幕墙的清洗，虽简便易行，但劳动强度大，工作效率又低，属于高空极限作业对人身安全及玻璃壁面都有很大的威胁性。另一种是用安装在楼顶的轨道及吊索系统将擦窗机对准窗户进行自动擦洗。这种方式初次投资成本较高(高达数百万元)，而且要求在建筑物设计之初就要考虑擦窗系统，因而限制了其使用，因此急需一种能代替人而又有一定灵活性和适用性的自动机器来完成这项工作，而且玻璃幕墙一般面积较大，大多处于几十米甚至上百米的高处，且周围无可攀援的支架，这就使得玻璃幕墙的清洗成为一项繁重、危险、耗资的工作。如果用人去清洗，不仅花费高，而且安全难以保证。特别是目前一些国家和地区已经通过立法对包括擦窗作业在内的人工高空攀爬进行了限制，人们不得不寻找其它解决办法。
高层建筑清洗玻璃擦洗器正是在这种背景下应运而生。它的出现将极大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高生产效率，也必将极大地推动清洗业的发展，带来相当的社会效益、经济效益。因此，国内外多家研究机构都在积极开展此项研究工作。
目前高空玻璃擦洗器在我国大多只是应用在试验室阶段，并没有具体作为产品推广，而国外已经开始投入具体实际应用。因此，国内清洗玻璃擦洗器有十分广阔的应用前景，尽快研制出一种能真正投入实际应用的清洗玻璃擦洗器就显得十分必要。玻璃擦洗器是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物，它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度高的自动化设备。所以该气动清洗玻璃擦洗器系统包括机械结构、运动规划、传感器系统、驱动系统、控制系统等几部分。
由于我们所开发的清洗玻璃擦洗器工作场所的特殊性，本课题在玻璃擦洗器结构上的设计思想是:在保证玻璃擦洗器功能的前提下，力求结构简单、可靠性高、运行稳定。因为爬壁玻璃擦洗器在行进过程中需要克服自身重力，所以较轻的玻璃擦洗器本体结构是一个需要着重考虑的设计因素。增加机器结构的灵活性，导致的结果是机械结构变得复杂，需要使用到的机械元器件增多，重量必然增加，同时控制的复杂性也增加。
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