緒論1.1課題的研究背景及意義隨著城市化進程的加速和基礎(chǔ)設施建設的快速發(fā)展，高空固定纜道作為一種重要的交通與物流工具，在城市公共交通、旅游景區(qū)、山區(qū)物資運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。高空纜道系統(tǒng)的核心部件之一是鋼索，它的安全性和可靠性直接關(guān)系到整個纜道系統(tǒng)的正常運行和乘客的生命安全。然而，鋼索在長期使用過程中，會因為外界環(huán)境的影響（如氣候變化、污染物沉積等）以及機械磨損等因素，導致表面積累污垢和銹蝕，從而影響其性能和使用壽命。此外，適時的涂油保養(yǎng)不僅可以減少磨損，還能有效預防銹蝕，延長鋼索的使用壽命。因此，開發(fā)一種能夠自動進行鋼索去污、清潔和涂油的裝置，對于保障高空纜道系統(tǒng)的安全運行具有重要意義。由于高空作業(yè)的特殊性和復雜性，傳統(tǒng)的人工清潔和保養(yǎng)方式不僅效率低下，成本高昂，而且存在極大的安全風險。特別是在惡劣的天氣條件下或是在難以接近的地理位置進行作業(yè)時，人工作業(yè)的難度和危險性會大大增加。因此，研究并開發(fā)一種自動化的高空鋼索清潔和涂油裝置顯得尤為迫切。這種裝置需要能夠自動識別鋼索上的污垢和腐蝕情況，進行有效的清潔和涂油，同時還必須具備高度的自動化和安全性能，以適應復雜多變的高空作業(yè)環(huán)境。從而為高空纜道系統(tǒng)提供一種高效、安全、經(jīng)濟的維護保養(yǎng)解決方案，顯著提升纜道系統(tǒng)的運行效率和安全水平，延長設備使用壽命，降低維護成本。此外，隨著科技進步和自動化技術(shù)的發(fā)展，自動化清潔和涂油裝置的研發(fā)不僅具有實際應用價值，還具有重要的科研意義。它將推動機械設計、自動化控制、材料科學等領(lǐng)域的交叉融合和技術(shù)創(chuàng)新，促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。同時，該研究還將為高空作業(yè)設備的設計和安全性能提供新的理論依據(jù)和技術(shù)支持，為類似的高空作業(yè)問題提供解決方案，具有廣泛的社會和經(jīng)濟效益。因此，開展高空固定纜道鋼索的去污、清潔和涂油裝置的研究，不僅能解決高空纜道系統(tǒng)維護保養(yǎng)中的實際問題，還將為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展貢獻新的思路和方法。1.2課題的研究的目的本課題研究的主要目的是設計并實現(xiàn)一種高空固定纜道鋼索的除垢、清理和涂油裝置，以提高高空纜道系統(tǒng)維護保養(yǎng)的效率和安全性，從而延長鋼索的使用壽命并確保整個纜道系統(tǒng)的可靠運行。在現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設施和交通工具日益增多的背景下，高空纜道作為一種重要的交通方式，其安全性和可靠性受到了極大的關(guān)注。鋼索作為纜道系統(tǒng)中的核心承載元件，其表面的污垢和銹蝕不僅會降低其承載能力，還可能導致嚴重的安全事故。因此，開發(fā)一種自動化的清潔和涂油裝置，對于保障纜道系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。本課題旨在通過技術(shù)創(chuàng)新，解決傳統(tǒng)人工清潔方法效率低下、成本高昂且存在安全隱患的問題，通過機械設計、自動化控制和材料科學等多學科知識的綜合應用，實現(xiàn)對高空鋼索的自動化去污、清潔和涂油。此外，本研究還將探索高空作業(yè)設備的安全性設計，確保裝置在復雜多變的高空環(huán)境中的穩(wěn)定可靠運行。通過實驗驗證和實地測試，本課題期望為高空固定纜道系統(tǒng)提供一種科學、高效、經(jīng)濟的維護保養(yǎng)技術(shù)方案，對提升纜道系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性具有重要的實踐和理論意義。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀在中國，高空固定纜道作為一種特殊的交通與物流設施，在旅游景區(qū)、山區(qū)物資運輸、城市公共交通等領(lǐng)域得到了廣泛應用。隨著國家對基礎(chǔ)設施建設的持續(xù)投入和旅游業(yè)的快速發(fā)展，高空纜道系統(tǒng)的建設和維護成為了相關(guān)行業(yè)和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展中的一個重要方面。特別是在一些地形復雜、地勢險峻的山區(qū)和旅游景點，高空纜道不僅極大地方便了人們的出行，也成為了吸引游客的重要設施。然而，隨著這些設施數(shù)量的增加和使用年限的延長，如何有效、安全、經(jīng)濟地進行高空纜道鋼索的維護保養(yǎng)，特別是去污、清潔和涂油工作，成為了需要解決的問題。目前，國內(nèi)許多高空纜道的維護保養(yǎng)仍然依賴于傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式，這不僅效率低下，而且存在較大的安全風險，尤其是在不利的天氣條件和復雜的地理環(huán)境下，人工作業(yè)的難度和危險性更是成倍增加。面對這一挑戰(zhàn)，中國在高空作業(yè)設備和自動化技術(shù)方面已經(jīng)取得了一定的進展。一些企業(yè)和研究機構(gòu)開始關(guān)注并嘗試開發(fā)新型的自動化清潔和涂油裝置，以提高高空纜道鋼索維護的效率和安全性。這些研究和開發(fā)工作涉及機械工程、自動化控制、材料科學等多個領(lǐng)域，旨在通過技術(shù)創(chuàng)新來解決傳統(tǒng)維護方式的局限性。例如，采用先進的傳感器技術(shù)和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對鋼索表面污垢和腐蝕狀態(tài)的自動檢測，以及精確的清潔和涂油作業(yè)。此外，還有研究圍繞提高裝置的適應性和可靠性，確保其在復雜多變的環(huán)境中穩(wěn)定運行。盡管這些技術(shù)和設備仍處于發(fā)展階段，但它們的應用前景已經(jīng)得到了業(yè)界的廣泛認可。然而，要實現(xiàn)這些技術(shù)在國內(nèi)高空纜道維護保養(yǎng)領(lǐng)域的廣泛應用，還需克服包括技術(shù)研發(fā)深度不足、行業(yè)標準和規(guī)范缺乏、資金投入不足等多重挑戰(zhàn)。此外，提升行業(yè)從業(yè)人員的技術(shù)水平和安全意識，以及加強相關(guān)政策和法規(guī)的支持，也是推動國內(nèi)高空纜道鋼索維護技術(shù)發(fā)展不可忽視的因素。1.3.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀在國外，自動化清潔技術(shù)已成為高空固定纜道維護的主流趨勢，取得了顯著的發(fā)展成果。各種先進的清潔裝置和機器人系統(tǒng)被廣泛應用于電力、通訊和交通等領(lǐng)域的高空纜道維護工作中，為纜道維護帶來了極大的便利和效率提升。以美國和歐洲為代表的一些專業(yè)公司已開發(fā)出針對不同類型纜道的自動化清潔設備，這些設備通常配備有先進的傳感器和控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測纜道表面的污垢情況，并根據(jù)需要調(diào)整清潔方式和清潔力度。一些清潔裝置還具備自主導航和避障功能，能夠在高空環(huán)境中安全、穩(wěn)定地進行清潔作業(yè)，大大提高了工作效率和安全性。隨著自動化清潔技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對其性能和功能的要求也越來越高。一些最新的清潔裝置具備多功能性，不僅能夠進行常規(guī)的除垢清潔，還能夠進行檢測和維修等工作。比如，一些裝置可以配備攝像頭和其他傳感器，實時監(jiān)測纜道的狀態(tài)，并及時發(fā)現(xiàn)并修復可能存在的問題，從而進一步提高了纜道的安全性和可靠性。除了在技術(shù)性能上的不斷提升，國外的自動化清潔技術(shù)也在追求更高的環(huán)保標準。一些先進的清潔裝置采用環(huán)保型清潔劑，減少對環(huán)境的污染；同時，一些清潔機器人也被設計成高效節(jié)能的形式，以減少能源消耗和碳排放。這些舉措不僅有助于保護環(huán)境，還有助于提升企業(yè)的社會責任形象，符合現(xiàn)代社會對環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求。1.4設計內(nèi)容及基本要求1.4.1設計內(nèi)容本設計一種高空固定纜道的除垢、清理裝置，主要用于鋼索的去污清潔和涂油，我們采用了以下機械結(jié)構(gòu)設計。首先，移動平臺采用輕質(zhì)高強度材料制成的滑輪系統(tǒng)，配備防水防塵電機以適應戶外環(huán)境，并通過鏈條或皮帶驅(qū)動，確保在高空中穩(wěn)定運行。清潔機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)刷和噴嘴系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)刷負責物理清潔，噴嘴則噴射清潔劑或水幫助去除頑固污垢。涂油機構(gòu)設計為密封浸油形式實現(xiàn)鋼索的均勻涂油，且油箱設計便于充填和維護。此外，設備采用模塊化設計，便于故障部件快速更換，提高維護效率。這樣的設計方案旨在確保裝置在高空作業(yè)中的效率、安全性和可靠性。1.4.2設計的基本要求本研究課題設計的是高空固定纜道的除垢、清理裝置，主要用于鋼索的去污清潔和涂油工作。整套裝置的研究包括總體結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)及調(diào)節(jié)裝置、除垢機構(gòu)、清潔系統(tǒng)的設計。參數(shù)要求如下：工作速率為10m/min左右；纜索長度為650m；纜索直徑為32mm。

2總體方案確定2.1設計思路設計一臺高空固定纜道的除垢、清理裝置，主要用于鋼索的去污清潔和涂油工作。要求本機能實現(xiàn)對高空電纜的鋼索進行自動去污清潔和涂油。首先構(gòu)想一個具有高度自動化的移動平臺，該平臺采用輕質(zhì)且結(jié)實的材料，配備自適應的滑輪系統(tǒng)以適配不同直徑的鋼索。該平臺由電動驅(qū)動系統(tǒng)控制，確保沿鋼索平穩(wěn)移動。清潔機構(gòu)設計包括帶有多功能刷頭的旋轉(zhuǎn)刷和高壓噴嘴，可以有效地去除污垢并對鋼索進行深度清潔。涂油機構(gòu)則通過精確的噴霧系統(tǒng)在清潔后的鋼索上均勻涂布潤滑油。設備要求結(jié)構(gòu)緊湊，安裝定位方便準確，操作簡單。本設計要求該裝備可以適應多種規(guī)格的高空固定纜道，其規(guī)格范圍在公稱直徑14mm至40mm之間，衍生的型號可適應于30mm至90mm的繩體。應對不同規(guī)格的鋼絲繩只需更換相應的密封組件，設備主體則無需更換。整個操作過程由一個中央控制系統(tǒng)管理，該系統(tǒng)配備傳感器和攝像頭，實時監(jiān)控設備狀態(tài)和工作效果，確保操作的精確性和安全性。此外，安全機制包括緊急停止功能和自動檢測故障的能力，為設備提供額外的操作保障。這樣的設計不僅提高了維護工作的效率和效果，還確保了高空作業(yè)的安全性。2.2設計方案2.2.1纜索結(jié)構(gòu)的介紹不同的纜索結(jié)構(gòu)設計類型各具特點，可根據(jù)具體的工程要求和應用場景選擇合適的設計方案。在設計過程中，需綜合考慮承載能力、穩(wěn)定性、耐久性等因素，以確保纜索結(jié)構(gòu)能夠滿足工程需求并保證安全可靠的運行。1、單股結(jié)構(gòu)：單股結(jié)構(gòu)是最簡單的纜索設計類型之一，由單根鋼絲繩或鋼索組成。這種結(jié)構(gòu)適用于較小的載荷和相對簡單的應用場景。單股結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是制造成本低、安裝方便，但其承載能力有限，且容易受到外部環(huán)境因素的影響。2、平行股結(jié)構(gòu)：平行股結(jié)構(gòu)是由多根單股纜索并排組成的，這些單股纜索平行排列，通過絞合或捻合固定在一起。這種結(jié)構(gòu)能夠提高纜索的承載能力和穩(wěn)定性，適用于中等規(guī)模的載荷和一般的應用場景。3、繩編結(jié)構(gòu)：繩編結(jié)構(gòu)采用多根單股纜索或平行股纜索交叉編織而成，形成一種密集且復雜的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有較高的承載能力和抗拉強度，能夠應對大型跨度和重載要求。繩編結(jié)構(gòu)常用于大型橋梁、高空電纜索道等工程中。圖2.1繩編結(jié)構(gòu)纜索單元4、螺旋股結(jié)構(gòu)：螺旋股結(jié)構(gòu)是將單根鋼絲繩或鋼索繞成螺旋形，形成一種螺旋狀的纜索結(jié)構(gòu)。這種設計能夠提供較高的柔性和抗扭性，適用于需要經(jīng)常彎曲或扭轉(zhuǎn)的應用場景，如吊橋、旋轉(zhuǎn)機械等。5、復合結(jié)構(gòu)：復合結(jié)構(gòu)是將不同類型的纜索組合在一起，以充分發(fā)揮各自優(yōu)勢的設計類型。例如，可以將單股結(jié)構(gòu)與平行股結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以平衡成本和性能，滿足特定工程需求。2.2.1工作結(jié)構(gòu)的確定通常纜索分為左交互捻、右交互捻和異形股鋼絲繩，公稱直徑在3—98mm,在工作環(huán)境中由設計裝置的運動速度在0.2—2m/s,承載能力很大。圖2.2鋼索截面結(jié)構(gòu)本設計說明中為便于列舉計算，纜索選繩編結(jié)構(gòu)纜索6×7+IWS,公稱直徑d?=22mm,捻距與公稱直徑比約為10,運動速度取為v=1m/s,符合實際運動工況，以下無特殊情況不再說明。根據(jù)實際應用環(huán)境可知，高空固定纜道一般采用的是繩編結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。繩編結(jié)構(gòu)具有較高的承載能力和抗拉強度，能夠應對大型跨度和重載要求，同時相對于螺旋股結(jié)構(gòu)和復合結(jié)構(gòu)，其制造成本相對較低。此外，繩編結(jié)構(gòu)還相對簡單，設計和制造過程相對容易，可以滿足高空固定纜道對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的要求。因此，在實際應用中，繩編結(jié)構(gòu)往往是高空固定纜道的首選結(jié)構(gòu)類型。2.2.3規(guī)格尺寸設計依據(jù)主要依據(jù)不同公稱直徑的鋼絲繩單位長度所需的潤滑劑體積進行推算。鋼絲繩的截面積：S鋼絲繩有7股，每股的直徑為：d鋼絲繩每股截面積為：S綱絲繩理論上需要潤滑劑量為：Q鋼絲繩表面會有一定厚度的油脂，故1m鋼絲繩實際需潤滑劑量大約為：Q≈2×Q=2×85.62≈170ml清洗裝置的速度為1m/s,1m纜索實際需潤滑劑量為170ml,要使纜索有充足的供油，供油泵的流量必須大于170ml/s(理想狀態(tài)下)。

3結(jié)構(gòu)的設計3.1總體結(jié)構(gòu)設計本設計的主體結(jié)構(gòu)由動力轉(zhuǎn)化及加壓供油設備、增壓潤滑腔及清潔刷頭三部分如圖3.1所示，采用模塊化設計，機構(gòu)合理，便有操作維護。圖3.1總體結(jié)構(gòu)圖3.1.1技術(shù)關(guān)鍵（1）動力的產(chǎn)生(自適應性),及動力的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化和傳遞；（2）特制油脂泵把鋼絲繩潤滑劑輸送至鋼絲繩潤滑裝置的高壓腔。通過對鋼絲繩的直徑、運動速度、需要潤滑劑的流量、工作壓力及腔體體積的計算，優(yōu)化設計傳動系統(tǒng)及泵體結(jié)構(gòu)，使?jié)櫥瑒┑玫匠浞掷茫唬?）設計合理的腔體結(jié)構(gòu)，使它裝夾方便，密封承壓效果良好；（4）相應的增壓腔體的設計，使鋼絲繩在運動過程中對油脂產(chǎn)生壓力累積，產(chǎn)生足夠的壓強；（5）設備在鋼絲繩上安裝、定位及固定。3.1.2性能特點在高空固定纜道的除垢、清理裝置的結(jié)構(gòu)性能分析中，我們考察了裝置在高空極端環(huán)境下的穩(wěn)定性和效率。該裝置采用了輕質(zhì)高強度的鋁合金材料構(gòu)建主體框架，確保了在高空作業(yè)中的輕便性與耐用性。自適應滑輪系統(tǒng)允許裝置在不同直徑的鋼索上平穩(wěn)運行，減少了因移動引起的搖晃，提高了作業(yè)安全性。電動驅(qū)動系統(tǒng)配備高扭矩電機，確保即使在傾斜或不平坦的鋼索上也能保持連續(xù)且均勻的運行速度。清潔與涂油機構(gòu)設計為一體化模塊，可以在不停機的情況下完成清潔和涂油任務，顯著提高了作業(yè)效率。此外，集成的傳感器和攝像頭不僅可以實時監(jiān)測設備的工作狀態(tài)和鋼索的清潔度，還能自動調(diào)整刷頭壓力和噴嘴位置，優(yōu)化清潔和涂油效果。安全系統(tǒng)包括緊急停止開關(guān)和故障自動檢測功能，增強了操作過程的安全保障。整體而言，該裝置的結(jié)構(gòu)設計符合高空作業(yè)的嚴格要求，展現(xiàn)了優(yōu)異的性能表現(xiàn)。3.2增壓泵的設計在設計高空固定纜道的除垢、清理裝置中，增壓泵的功能至關(guān)重要，特別是在執(zhí)行清潔任務時，需為噴嘴提供足夠的壓力以有效去除污垢。經(jīng)過詳細的市場和技術(shù)分析，我們選擇了一款具有以下參數(shù)的增壓泵：最大流量為150L/min，最大壓力達到100bar。這樣的設計可以確保噴嘴在高空作業(yè)中產(chǎn)生足夠的水壓，以便有效清潔鋼索上的積垢和油污。泵的效率被設計為65%，這是通過優(yōu)化葉輪結(jié)構(gòu)和選用高效電機實現(xiàn)的，不僅提升了能源利用效率，也減少了運行成本。此外，為了適應惡劣的戶外環(huán)境和防止腐蝕，泵體及關(guān)鍵部件均采用了高耐蝕性材料制造。綜合考慮泵的性能和耐久性，我們的設計旨在提供一個可靠且經(jīng)濟高效的解決方案，確保除垢清潔裝置在各種環(huán)境下均能穩(wěn)定運行。圖3.2總體結(jié)構(gòu)圖1—吸入閥；2—排出閥；3—液缸體；4—活塞；5—十字頭導向套；6—連桿；7—曲柄3.2.1結(jié)構(gòu)參數(shù)計算1、流量分析活塞泵的理論平均排量：Q=z——活塞缸數(shù)；A——活塞面積，m2；S——活塞行程，m；n——活塞每秒鐘的往返次數(shù)(平均運動頻率),次/秒。動力轉(zhuǎn)化部分的滾輪直徑d?=25mm,滾輪在鋼絲繩上夾緊滾動，將鋼絲繩的直線運動轉(zhuǎn)化為圓周運動，故當鋼絲繩以1m/s的速度運動時，滾輪轉(zhuǎn)速為：n活塞泵活塞往返頻率，n?=n=12.74次/秒。本設計中，活塞泵活塞直徑d?=20mm，其中動力曲柄連桿機構(gòu)的曲柄尺寸為r=25mm，根據(jù)公式L=3r可以算出連桿長度為L=75mm，從而得到活塞行程為S=2r=50mm。單活塞泵理論流量：Q活塞泵的瞬時理論流量Q式中，c——活塞運動速度；A——活塞面積；Q'——瞬時理論流量。分析上式可知，瞬時理論流量和活塞運動速度變化規(guī)律成正比。其中，在曲柄連桿機構(gòu)活塞泵中，當角速度0時，活塞將進行變速運動，因此，本設計選用的活塞泵流量也是脈動循環(huán)規(guī)律。由于本設計計算流量為不均勻性，則會造成液體流出的壓力為脈動性，因此，本設計需要使用兩個活塞泵進行工作，排列方式為連桿轉(zhuǎn)角α相差180°位移，可以減少流量和壓力的脈動。雙活塞泵理論流量為:Q活塞泵在實際工作中由于受到以下影響，使得泵的實際流量理論流量，即存在流量系數(shù)η。以經(jīng)驗一般流量系數(shù)n=0.85~0.98。本設計中考慮工況等情況取n=0.9,則泵的實際流量為Q=2.壓力分析（1）泵的排出壓力p式中,p2——泵的排出壓力(絕壓)，pdhd——排出容器液面至泵基準面的距離，c2——∑hL2——泵出口至排出容器之間的管路內(nèi)液體的全部阻力的損失?L2主要由兩項組成，一項是由各段排出管內(nèi)液體的速度引起的摩擦阻力損失和沖擊損失，另一項是有隔斷排出管內(nèi)液體的加速度頭損失。故，p,是轉(zhuǎn)角a的函數(shù)。當管路長而細時，且管路內(nèi)沒有阻力系數(shù)較大的局部阻力元件時，加速度頭的損失遠大于速度頭的損失，故p2近似與加速度成正比，而加速度與速度有π/2的相位差（2）泵的吸入壓力p式中,p1——泵的吸入壓力(絕壓)，pshs——泵的安裝高度，c1——∑hL1——吸入容器至泵入口之間的管路內(nèi)液體的全部阻力損失同理，p也是轉(zhuǎn)角α的函數(shù)。其變化特點同p?。本設計裝置將活塞泵安裝在繩夾機構(gòu)上，這樣可以使得進口壓力變小，因此可以選用較為細長且沒拐角的軟管，出口管路則需要選用能夠承載較大壓力的鋼管，。（3）泵的全壓力是指排出壓力和吸入壓力之差(壓力的值),用下式表示：P=（4）泵工作腔內(nèi)液體的壓力pp式中，Pc1，Pc2——?v1，??jc1，?jc2——?fc1，?fc2——C——活塞線速度，m/s;c1，c2——x——活塞位移，m;a——活塞的加速度，m/s;P1，P2——吸入和排出壓力，本設計中要求出口處的壓強為2MPa左右，進口處的壓力為大氣壓0.1MPa,故p≈2MPa。3.功率及效率計算活塞泵的有效功率：P式中，PeP1，P2P——全壓力，Pa;c1，c2Q——泵的流量，m2/s;ρ——潤滑脂密度，kg/m3。通常c1，c2相等，相對P/ρP=pQ=2×106×360×10?6W=720W輸入到泵軸(曲柄)上的軸功率Pηvηhηm實驗測得，總效率η=0.6—0.9,考慮工作實際工況場地等取為η=0.8,泵的軸功率：P=考慮功率儲備系數(shù)K取為K=1.2,故泵的配套功率P即動力部分需要提供的動力為：P=KP=1.2×0.9=1.08kW鋼絲繩對滾輪組的作用力為F滾輪線速度為v=1m/s泵的配套功率Pm為兩個活塞泵產(chǎn)生的，故一個活塞泵的配套功率54kW，F(xiàn)=由于在實際工作環(huán)境中，鋼絲繩由卷揚機所提供的動力遠遠大于540N,所以方案可行。3.3潤滑腔的設計3.3.1潤滑腔結(jié)構(gòu)潤滑腔為分體結(jié)構(gòu)，用鉸鏈連接，便于夾裝定位。腔體分為高壓腔、常壓腔、增壓強等主要部分，并設有進油孔、回流管、回流口、高壓密封圈槽、常壓密封圈槽、密封墊圈、鎖扣、鉤環(huán)等輔助結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。需要其耐壓性強，密封好，抗拉強度較高。工作時由油脂泵輸出的潤滑脂，從進油口進入高壓腔內(nèi)，高壓強內(nèi)的油脂在鋼絲繩的表面浸涂，并在鋼絲繩的帶動下進入增壓腔，在增壓腔內(nèi)由于鋼絲繩的螺旋結(jié)構(gòu)，根據(jù)油楔原理，進一步提高裝置腔內(nèi)的油脂壓強(約3Mpa),使高壓油脂進入并滲透鋼絲繩內(nèi)部的繩芯，把鋼絲繩內(nèi)部聚集的潮氣擠出去，新鮮的潤滑劑充滿鋼絲繩內(nèi)部。高壓強和增壓腔兩端由密封圈密封，泄露出來的潤滑脂進入常壓腔，然后經(jīng)回流管回流再次利用。因此不會造成污染和浪費。圖3.3潤滑腔結(jié)構(gòu)3.3.2腔體內(nèi)油脂增壓計算1.基本原理：（1）油脂均勻并以恒定的速率向一個方向移動；（2）油脂是不可壓縮的，密度不變，將油脂虛擬固體塞；（3）考慮鋼絲繩表面的溝槽，將鋼絲繩看做是一段縱向移動的螺桿，鋼絲繩無壓縮變形，螺槽(鋼絲繩表面)深度恒定，壓力只是鋼絲繩移動長度的函數(shù)；（4）油脂未達到一定壓力前不會滲入到鋼絲繩繩芯中。由以上可以將繩夾腔體和鋼絲繩考慮成螺旋油楔的形式，潤滑脂在繩夾腔體內(nèi)增壓腔體內(nèi)的油脂理論流量：Q=6式中，v——鋼絲繩的運動速度；D——鋼絲繩直徑；H——鋼絲繩槽深度；t——螺紋的導程；φ——移動角；θv——2.移動角的確定(φ)當鋼絲繩轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)時，鋼絲繩槽中A點油脂移動到B點，這時AB與鋼絲繩軸向垂直面的夾角為φ,此角常稱為移動角。移動角的計算公式如下：αsφ=繩夾與螺旋泵相同，將容積效率和機械效率一起考慮。即繩夾的效率為：η式中，η——繩夾的效率；ηv——繩夾的容積效率ηm——3.4設備操作流程高空固定纜道的除垢、清理裝置的操作流程開始于設備的安全檢查，確保所有機械部件及安全裝置處于良好工作狀態(tài)。操作員首先將裝置固定于指定的鋼索起點，并確保滑輪系統(tǒng)與鋼索緊密貼合。啟動設備后，移動平臺會沿鋼索自動推進，同時清潔機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)刷開始工作，物理去除鋼索表面的污垢。清潔過程中，噴嘴會根據(jù)需要噴射清潔劑或水，輔助去污。完成一輪清潔后，涂油機構(gòu)將自動啟動，通過精準控制的噴嘴均勻地將潤滑油噴涂在鋼索上。整個過程由中央控制系統(tǒng)監(jiān)控，操作員可通過遠程控制界面實時查看操作狀態(tài)和調(diào)整參數(shù)。操作完成后，裝置自動返回起點，并進行關(guān)閉程序。最后，操作員進行設備的后期檢查和維護，以確保下次使用時的性能和安全。此操作流程確保了高效、安全的清潔與維護作業(yè)，延長了鋼索的使用壽命并保持其最佳工作狀態(tài)。4動力的選擇4.1整機消耗的功率計算4.1.1纜索的功率消耗的計算纜索在工作時，在運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較好，纜索的功率消耗為：N=其中,空轉(zhuǎn)功率消耗：N式中，——摩擦阻力系數(shù)，A=0.2?0.3×B——空氣迎風阻力系數(shù)，B=0.48?0.68×其中，纜索功率消耗Nt：這個過程比較復雜，研究的依據(jù)是動量守恒定律沖量轉(zhuǎn)換為動量：PΔt=ΔmνN式中，m′F——綜合搓擦系數(shù)，0.7-0.8；ν——滾筒的切向速度，15m/s。將數(shù)據(jù)代入N=NkN=0.52+1.5=2.02(kw)4.1.2撐板強度計算纜索消耗的功率由下式可求得：N其中：Qs——單位時間進入纜索的脫出物質(zhì)量（）；Np——單位脫出物質(zhì)量篩所需的功率（），上篩：0.4-0.5，下篩：0.25-0.3；η——選別能力系數(shù)，0.8-0.9。代入數(shù)據(jù)可得消耗的功率：N4.2電動機功率的計算通過上面的計算，可以知道整個纜索消耗的功率，其消耗的總功率為：0.043+2.02+1.75+1=4.813（）在高空固定纜道的除垢、清理裝置的傳動系統(tǒng)中，選擇了型號為Y132S-4的三相異步電動機。這款電動機被選中的原因在于其出色的性能和適用性，特別適合在高空極端環(huán)境下穩(wěn)定運行。Y132S-4電動機是一款功率為5.5kW，轉(zhuǎn)速為1440rpm的電機，其設計允許在連續(xù)負載下高效運轉(zhuǎn)，同時具有較高的能效等級，能夠在不增加額外能耗的情況下提供必要的動力。電動機的結(jié)構(gòu)緊湊，適合安裝在空間受限的高空作業(yè)平臺上，且由于其優(yōu)良的制造材料和工藝，具有良好的防塵防水性能，能夠抵抗高空中的風、雨及其他腐蝕性條件。此外，Y132S-4的維護需求低，能夠降低長期運維成本，是理想的選擇以滿足高空固定纜道除垢、清理裝置的需求。整體來說，這款電動機的選擇確保了裝置的可靠性、經(jīng)濟性以及長期的操作效率。表4-1電機參數(shù)方案電機型號額定功率(kW)同步轉(zhuǎn)速(r/min)滿載轉(zhuǎn)速(r/min)3Y132S-45.515001440圖4.1電機結(jié)構(gòu)圖5傳動裝置設計5.1傳動路線（1）移動裝置：電動機→驅(qū)動齒輪→下滾輪連接齒輪→上滾輪連接齒輪→傳動軸→移動滾輪圖5.1移動裝置傳動結(jié)構(gòu)（2）清潔裝置：電動機→小皮帶輪→大皮帶輪→連接鉸鏈→連接軸→除垢滾輪→清潔滾輪圖5.1清潔裝置傳動結(jié)構(gòu)1.進水塞2.水箱3.進、出水水管4.電機5.傳動裝置6.轉(zhuǎn)筒7.出水口8.滾輪篩9.進水口5.2確定傳動裝置的傳動比5.2.1總傳動比式中—柴油機滿載轉(zhuǎn)速，1500r/min,則那么V帶的傳動比，處于2～4之間，符合要求。5.2.2分配各級傳動比（1）取V帶傳動傳動比為，（2）取第1傳動軸傳動比為0.6，（3）第2傳動軸傳動比。5.3傳動裝置動力參數(shù)的計算柴油機輸出軸額定轉(zhuǎn)速為,脫粒裝置滿負荷作業(yè)時,輸出軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在0.8-0.9倍額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運行。5.3.1各軸轉(zhuǎn)速主傳動軸轉(zhuǎn)速,。主軸與動力輸出軸直聯(lián)。第1傳動軸轉(zhuǎn)。傳動比為，帶傳動按92%效率計算,則脫粒滾筒轉(zhuǎn)速。帶傳動按92%效率計算,則第2傳動軸轉(zhuǎn)速為，傳動比為1。帶傳動按92%效率計算，則風機的轉(zhuǎn)速，風機直接安裝在第2傳動軸上，則5.3.2各軸功率主傳動軸第1傳動軸式中-帶傳動效率；查表[19]取值0.92。5.3.3各軸轉(zhuǎn)矩第1傳動軸第2傳動軸5.4皮帶輪的設計與計算5.4.1帶型的選定根據(jù)總體方案的選擇，查機械設計手冊[19]的工況系數(shù)?？傻糜嬎愎β蕿椋焊鶕?jù)計算功率和柴油機的轉(zhuǎn)速，查手冊[19]選擇采用SPZ型皮帶，V帶的最小基準直徑參考值如下表所示。表5-1V帶輪的最小基準直徑類型YZSPZASPABSPBCSPCD2050637590125140200224355選取小帶輪的直徑dd1大帶輪的基準直徑dd2=id上式中是V帶傳動的滑動率，值很小，在計算中可以忽略不計。帶速的計算：代入數(shù)據(jù)的對于普通的V帶，，太小傳遞的功率小，太大則離心力過大，計算的結(jié)果在合理范圍內(nèi)，符合設計要求。5.4.2帶的基準長度和軸間距的確定由公式代入數(shù)據(jù)得。所需帶的基準長度為：代入數(shù)據(jù)得則實際的軸間距為代入數(shù)據(jù)的實際的軸間距為。5.5驗算小帶輪的包角由下式可求帶輪包角：一般，最小不低于，小帶輪包角合適，不需要使用張緊輪。5.6確定V帶根數(shù)V帶根數(shù)可由以下公式計算：其中——功率增量；——包角修正系數(shù)；——帶長修正系數(shù)；——單根V帶的基本額定功率。查機械設計手冊[20]可得：，=0.99，=0.97，=圓整后取V帶根數(shù)。5.7單根V帶預緊力的計算根據(jù)公式==5.8計算壓軸力根據(jù)公式，其中，——為正常預緊力的1.5倍。代入數(shù)據(jù)：6齒輪的設計與計算6.1材料的選擇及許用應力的確定在選擇齒輪材料及確定其許用應力時，關(guān)鍵考慮因素包括齒輪的工作條件、承載能力和壽命要求。通常，高性能齒輪常選用合金鋼如8620或4320，這些材料在經(jīng)過熱處理（如滲碳和淬火）后，可以提供優(yōu)異的表面硬度和核心韌性，適合承受重載和高沖擊的工作環(huán)境。對于更高的性能需求，如航空或精密儀器，可能會選用鉻鎳鉬鋼或通過真空熔煉的高級合金鋼來進一步提高疲勞強度和抗磨損能力。許用應力的確定則需要考慮齒輪的設計安全系數(shù)和預期的使用壽命。通常，許用應力是基于材料的屈服強度或疲勞極限的一定比例，這一比例因齒輪的具體應用和安全要求而異。例如，對于高速或高負荷的齒輪，可能需要將許用應力設定在材料屈服強度的50%以下，以確保長期可靠性和避免過早失效。通過精確的工程分析和材料測試，可以為特定的齒輪應用定制最合適的材料和許用應力，以達到最優(yōu)的性能和經(jīng)濟效益。6.2按輪齒接觸強度的計算根據(jù)公式1.驅(qū)動齒輪確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)；（2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩:（3）由機械設計手冊[20]選取齒寬系數(shù)；（4）由手冊[20]查得材料的彈性影響系數(shù)（5）按齒面硬度中間值查手冊[20得大、小齒輪得接觸疲勞強度極限（6）計算應力循環(huán)次數(shù)（7）查設計手冊[19]得接觸疲勞壽命系數(shù)（8）計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，得2.傳動齒輪（1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值（2）計算圓周速度（3）計算齒寬（4）計算齒寬與齒高之比模數(shù)齒高（5）計算載荷系數(shù)根據(jù)，7級精度，由手冊[21]查得動載系數(shù);假設,由手冊[21]查得齒間載荷分配系數(shù)；由手冊[21]查得使用系數(shù)；由表4查得接觸強度計算用齒向載荷分布系數(shù)；由手冊[21]查得彎曲疲勞強度計算用齒向載荷分布系數(shù).故載荷系數(shù)（6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，得（7）計算模數(shù)6.3按齒根彎曲強度設計彎曲強度的設計公式為確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（1）由手冊[21]得大、小齒輪的彎曲疲勞強度極限；（2）由手冊[21]查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；。（3）計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.4，得（4）計算載荷系數(shù)K（5）查取齒形系數(shù)由手冊[21]查得齒形系數(shù)。（6）查取應力校正系數(shù)由手冊[21]得應力校正系數(shù)。（7）計算大小齒輪的并加以比較小齒輪的數(shù)值大。設計計算對比計算結(jié)果，可取由彎曲強度算得得模數(shù)1.64，就近圓整為標準值m＝2mm。按接觸強度算得的分度圓直徑，。取，取。6.4幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑：（2）計算中心距：（3）計算齒輪寬度：驗算：符合要求。

7連接軸的設計與計算7.1軸的材料選擇纜索在工作時，纜索軸的轉(zhuǎn)速很高，而且傳遞的扭矩很大，綜合考慮，軸的材料選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為195-290，其接觸疲勞強度極限，彎曲疲勞極限取。7.2軸的最小直徑確定由公式：其中，——該軸傳遞的功率，；——該軸的轉(zhuǎn)速，；——指軸的材料和承載情況確定常數(shù)。已知，=2.02，，查機械設計手冊[21]可得C=128，代入上式可得，選。7.3軸的結(jié)構(gòu)設計軸的結(jié)構(gòu)設計需要精確考量其在機械系統(tǒng)中的功能、受力條件和操作環(huán)境。設計過程通常開始于對軸承載能力的詳細計算，包括彎矩、扭矩和軸向力。這些計算幫助確定軸的直徑和長度，以及必要的截面形狀，以確保足夠的強度和剛度，防止過度變形和疲勞失效。材料的選擇基于應用需求，常用材料如中碳鋼或合金鋼，對于特殊環(huán)境則可能選擇不銹鋼或其他合金。此外，軸的設計還需考慮到與軸相連的其他機械部件，如齒輪、聯(lián)軸器和軸承的安裝需求，這影響軸的幾何形狀和表面處理。例如，軸上的鍵槽、螺紋或凸輪輪廓必須精確加工，以確保緊固件的精確配合和轉(zhuǎn)動的可靠性。整體設計還需確保軸的易制造性和可維護性，以及考慮到成本效益。通過綜合考慮這些因素，可以設計出既滿足性能需求又經(jīng)濟實用的軸。纜索軸結(jié)構(gòu)初定如圖7.1所示：圖7.1軸的結(jié)構(gòu)圖7.4軸的校核7.4.1軸上載荷的計算1.求軸承上的支反力垂直面內(nèi)： 水平面內(nèi)：畫受力簡圖與彎矩圖，如圖7.2所示：圖7.2受力簡圖和彎矩圖據(jù)第四強度理論且忽略鍵槽影響：表7-1受力分析載荷水平面H垂直面V支反力F，，彎矩M總彎矩，扭矩T綜上可知，軸安全。

8其他部分設計8.1滾筒纜索設計8.1.1形狀選擇滾筒纜索的形狀設計關(guān)鍵在于確保纜索在滾筒上均勻卷繞，以防止纜索之間的交叉和損傷，同時保持有效的牽引力和纜索壽命。設計開始時需考慮纜索的直徑、材質(zhì)及其工作負荷。滾筒通常設計為圓柱形，表面可能具有特定的槽形，這些槽形可以是單層或多層螺旋形，依據(jù)纜索的厚度和彈性定制。這樣的槽形設計有助于引導纜索順利卷繞且緊密貼合，減少運動時的磨損。同時，滾筒的長度和直徑需要與纜索的長度和承載能力相匹配，以保持卷繞后的緊湊性和防止纜索松弛。8.1.2弓齒的排列弓齒在滾筒上排列的方式通常遵循一定的螺旋形或直線形模式，以適應纜索的特定直徑和彈性。設計時首先確定齒距，即弓齒之間的間隔，這需要基于纜索的直徑和預期的卷繞層數(shù)來計算。齒距過大可能導致纜索滑動或不均勻負載，而齒距過小則可能引起纜索間的摩擦和磨損。弓齒的深度和寬度也必須精確設計，以保證纜索在卷繞過程中的穩(wěn)定性和減少跳動現(xiàn)象。此外，弓齒的材質(zhì)選擇通常為耐磨性高的材料，如硬化鋼或鑄鐵，以應對長時間運行中的磨損挑戰(zhàn)。整體弓齒排列的設計不僅要確保纜索的有效引導和卷繞，還需考慮到維護和更換的便利性，保證滾筒的長期穩(wěn)定運行。通過這樣的精心設計，滾筒纜索系統(tǒng)可以實現(xiàn)高效、可靠的操作性能。8.1.3相關(guān)參數(shù)的計算螺旋排列的列數(shù)：弓齒軸向間距：弓齒數(shù)：8.2鍵連接選擇對于本裝置，考慮到高空作業(yè)的特點，鍵連接需要有足夠的強度和耐疲勞性能，以防止在振動和不斷變化的負荷下發(fā)生失效。一般采用平鍵連接，因為其結(jié)構(gòu)簡單且制造容易，能有效地將扭矩從電機傳遞到齒輪或滑輪。在材料選擇上，通常選用強度高、韌性好的合金鋼，并進行適當?shù)臒崽幚恚ㄈ绱慊鸷突鼗穑蕴岣咂淠湍p和抗疲勞裂紋的能力。此外，鍵槽的加工精度也非常關(guān)鍵，需要精確控制以保證良好的配合間隙，從而減少運行中的摩擦和磨損，延長鍵連接的使用壽命。整體的設計和選擇必須確保連接的可靠性和整個傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以便裝置在高空中長時間穩(wěn)定運行，維護周期長，維護成本低。查表機械設計手冊[21]表4-1分別選擇軸1、2段平鍵b×h×L=6mm×6mm×20mm、b×h×L=10mm×8mm×22mm。材料為45鋼，其許用擠壓應力，取其平均值，。在本設計中纜索軸傳遞的扭矩最大，根據(jù)要求，需對纜索軸的鍵連接進行強度校核，因載荷均勻分布，根據(jù)平鍵連接的擠壓強度公式：式中，T為轉(zhuǎn)矩（N·mm）；為軸徑（mm）；為鍵的高度（mm）；為鍵的工作長度（mm）；為許用擠壓應力（MPa）；代入數(shù)據(jù)得<可以實現(xiàn)設計要求。結(jié)論在設計高空固定纜道的除垢、清理裝置過程中，重點關(guān)注了設備的功能性、穩(wěn)定性和安全性。通過采用先進的移動平臺、高效的清潔和涂油機制以及強大的控制系統(tǒng)，該裝置能夠在各種高空環(huán)境中有效地進行鋼索的去污、清潔和涂油工作。移動平臺設計考慮了輕質(zhì)材料和穩(wěn)定的滑輪系統(tǒng)，確保設備在高空中的安全和靈