便捷式擦窗机器的研究-SRT项目研究报告.docx

SRT计划项目研究报告
项目名称:
便捷式擦窗机器的研究
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指导教师:
职称:
摘要:在现有磁铁双面吸附的擦窗工具的基础上,对吸附和行走这个主要的矛盾问题,提出磁铁式履带、磁铁吸附+履带行走、真空吸附这几种新的解决方案,用以提高擦窗工具的工作可靠性。同时应用电子技术,使用遥控的控制方式,人力只需坐在一旁遥控操作即可。
关键词:磁铁吸附,履带行走机构,真空吸附
引言
研究背景和研究目的
为了使建筑物美观整洁,永保青春,减缓由于自然环境污染所造成的城市建筑的老化过程,外墙的维护,清洗越来越引起人们的高度重视。而随着技术的发展,各式各样的擦窗机相继登上了时代的舞台。其中不乏专为民用而生的擦窗工具,例如yilaijie、BAOJIAJIE、yiwei等磁铁双面吸附手动擦窗工具,还有winbot这种高端的单面真空吸附擦窗机。高层建筑窗户的清洗不仅困难,而且很危险,靠人力清洗不仅费用高,而且工作效率低。擦窗工具能够代替人工执行高危清洗的任务,解决了人在高处擦窗身体伸出窗外产生的恐慌心理或因此造成的人身伤害。
提出问题
现有的磁铁双面吸附能够有效解决静态吸附的问题,不过因为其双面磁铁,一面有轮子(或者没有)手动(或者自动)作为主动面,另一面在磁铁的吸附作用下跟着做相同轨迹的平面滑动,这种方式使被动面收到较大的摩擦,当被动面收到的阻碍过大时,就导致两面位子存在差异,使磁铁失去作用,擦窗工具会从玻璃上掉下来。
对于单面吸附,主要采用了真空吸附技术,但现有产品基本上都是由一个大的真空吸盘和真空发生器组成吸附装置。工作时,真空发生器把吸盘内的空气向外抽,从而产生负压,使吸盘在大气压的作用下吸附在玻璃表面。这样在行走装置在行走时,吸盘就相对与玻璃表面滑动,这样吸盘会有较大的磨损,更重要的是当玻璃表面不平整吸盘和玻璃接触有缝隙时,会有让吸盘的吸附力大幅度降低,如果真空发生器不能产生足够大的流量,那么擦窗工具就会掉下来。
主要研究方法
本项目主要通过查询文献资料的方法,在理论基础上进行简单的研究分析。
研究意义
通过本项目的研究可以优化现有的擦窗工具,提高工作可靠性,让人们使用起来更加便捷。项目的研究要有利于方便以后的改进和升级,随着电子控制技术的不断发展,将电子技术应用于擦窗工具这一领域是必然的发展趋势,融入先进控制技术的便捷式擦窗工具将能够彻底胜任擦窗工作。总之,便捷式擦窗工具的研制成功,能够解决人工擦窗的高危问题,能空出更大的人力来创造更高的价值,对于生活来说,也能减轻家庭主妇的负担。
解决问题的方法和方案设计
方案一:
将擦窗机器的行走机构设计为履带行走机构,吸附方式选择为磁铁吸附。主动被动两工作部分都采用履带行走机构。由于履带在行走方式就相当于会自动铺设的轨道,履带和玻璃接触的链节相对于玻璃是静止的,这样就能够解决双面磁铁吸附摩擦滑动时容易错位脱落的问题。不过在这里要对履带做一些改变,通过合理的改变和设计将磁铁放置在履带链的链节上,形成一条行走的磁铁履带。
履带行走机构

选用方形15×5×4钕铁硼(NdFeB)磁钢,磁钢参数如下表
项目
磁钢密度/(g/cm3)
磁钢尺寸/mm3
单块磁钢质量/g
式子
ρ
V
m=ρV
数值

15×5×4

表1
在实验中测得,当玻璃厚度为6mm时,两块磁钢的吸附力F=,又知橡胶与玻璃之间的静摩擦系数f=,擦窗机械的单面设计质量为1kg,由图1分析,并计算相关参数如表2
图1
项目
最大静摩擦力/N
吸附力(正压力)/N
同时吸附磁钢对数
计算式
Ff≥G
FN≥Ff/f
n≥FN/F
数值
≥
≥
≥19
表2
为了保证工作稳定可靠,同时吸附磁钢对数n取值28,即单边履带上有14块磁钢紧贴玻璃,与玻璃另一面上的14块磁钢相吸。在单面上,磁钢总数为100块,总重225g,含于设计质量中。

履带同驱动轮啮合,履带节距即为驱动轮节距,根据现有的生产制作资源,取节距t=11mm,接触玻璃履带长度L=13×11=143mm,履带宽度B=15mm。部分履带如图2所示。
图2

驱动轮节距p=11mm,驱动轮的设计参数如下表
项目
式子
数值
节距/mm
p
11
齿数
z
13
啮合滚子直径/mm
dr
6
分度圆直径/mm
d=p/sin(180/z)

齿顶圆直径/mm
da={(d+-dr)+[d+(1-)*p-dr]}/2

齿根圆直径/mm
df=d-dr

表3