幕墙清洗机的毛刷清洁效果分析_苏阳.pdf
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1、第 61 卷 第 3 期Vol.61 No.32023 年 3 月March 2023农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERINGdoi:10.3969/j.issn.1673-3142.2023.03.031幕墙清洗机的毛刷清洁效果分析苏阳,张航,古学伟,黄朋辉,陈杰(201620 上海市 上海工程技术大学)摘要 以幕墙清洗机的毛刷刷丝为研究对象,针对尼龙 66 材质的刷丝在不同驱动力下研究刷丝的变形程度与清洁效果的关系。建立柔性体模型,再进行接触式仿真,得出该型刷丝约在 3.0 N 时的变形程度最大、覆盖的清洁面积最大的结论。通过对
2、毛刷结构在不同驱动力下的实物实验和清洗机外场实验,交叉验证仿真结果可行,清洁效果显著。为工程实践中毛刷清洁作业提供参考。关键词 毛刷清洁;驱动力形变;柔性体建模;刚柔耦合接触;交叉验证 中图分类号 TH692.9 文献标志码 A 文章编号 1673-3142(2023)03-0147-04引用格式:苏阳,张航,古学伟,等.幕墙清洗机的毛刷清洁效果分析 J.农业装备与车辆工程,2023,61(3):147-150.Analysis on cleaning effect of brush of curtain wall cleaning machineSU Yang,ZHANG Hang,GU X
3、uewei,HUANG Penghui,CHEN Jie(Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620,China)Abstract Taking the brush wire of curtain wall cleaning machine as the research object,aiming at the brush wire made of nylon 66 under different driving forces,the relationship between the deformation degre
4、e of brush wire and cleaning effect is studied.The flexible body model is established,and then the contact simulation is carried out.It is concluded that the deformation degree of this type of brush wire is the largest and the cleaning area is the largest when it is about 3.0 N.Through the physical
5、experiment of the brush structure under different driving forces and the field experiment of the cleaning machine,it is cross verified that the simulation results are feasible and the cleaning effect is remarkable.It provides a reference for brush cleaning in engineering practice.Key words brush cle
6、aning;driving force deformation;flexible body modeling;rigid flexible coupling contact;crossover experiment0 引言高楼幕墙清洁技术是近年来效能研究领域的技术,其涉及领域广,内容丰富,且应用前景广阔。目前国内外市场对墙面的刷洗主要是人工手持 PPO材料的雨刮器或是 PA612/PBT/PP 材质的滚刷进行清洗操作。图 1 这种方式工作效率低,清洗不干净,每年都有工人伤亡的事件发生1。研发幕墙无人清洁设备2-4清洁墙面越来越符合现实需求。如图 2所示,目前,智能化清洁设备还不能完全适应清洁市
7、场,尤其在清洁墙面时,清洁效果不佳。针对以上问题,研制以毛刷为主要清洁手段的幕墙清洗机,重点分析毛刷刷丝的变形程度与清洁效果之间的关系,进而为后续毛刷清洁应用提供理论帮助。1 刷丝模型的建立和仿真分析1.1 刷丝的柔性体建模如图 3 为研制的幕墙清洗机三维状态图。该清洗机的清洗单元主要采用的是三毛刷结构,清水喷淋加以辅助,可有效提高清洗效率。柔性体建模时,由于刷丝密集地铺展在圆盘基体上,数量庞大且细小,难以将其全部实现建模与分析。采用每一簇刷丝作为一个研究单元,刷丝的弹性变形可认为是线性关系的变形,以此看作是等直径的圆柱体,不仅可以等效变换,而且能大大加快建模的效率。刷丝模型的材质时,不同材质
8、的物理性质都会影响模型的建立。由于刷丝的弹性形变适应性范围要大,且耐磨,故选用尼龙 66 材质。表 1 为部分常用刷丝的材料参数。收稿日期:2022-01-15 图 1 人工清洗所用的工具Fig.1 Tools used for manual cleaning148农业装备与车辆工程 2023 年表 1 常见类型刷丝的物理材料参数Tab.1 Physical material parameters of trichomes of common types物理特性弹性模量 剪切模量/GPa 泊松比 密度/(g/cm3)尼龙 668.33.20.281.141.15聚氨酯软发泡橡胶0.007 84
9、0.00290.470.67PBT1.930.690.390 21.3PVC2.410.8660.382 5 1.351.40通过在有限元软件中导入5-6已构建的柔性体模型,如图 4 所示。该模型为 128 根尼龙 66 材质的刷丝,每根长度为 150 mm,直径为 1 mm。具体排列方式为 2 个特殊位置,分别为内外两圈,每圈布置 64 根。采用轴套力在刷丝和圆盘基体之间进行约束固定,轴套力刚度不宜过大。因电机带动圆盘基体旋转,对其设置转动副和转动驱动。电机与清洗机框架之间设置直线滑移运动副及滑移驱动。清洁面设置为与地面相互约束的长方体。每根刷丝与清洁面间均需设置接触驱动力约束,如图5 所示
10、。1.2 接触驱动力对刷丝形变的仿真和分析给整个毛刷施加向下的接触驱动力,使刷丝完全与清洁面接触。如图 6 所示为刷丝与清洁面的2 种刚柔耦合接触形式(切式接触和横式接触)7。由于驱动力的不断加大,刷丝的弹性形变程度不断加大,最终刷丝和清洁面的接触形式由切式过渡到横式。毛刷在刷洗运动中所受的接触驱动力是产生摩擦力的直接因素8,摩擦力越大,刷丝与清洁面接触越紧密,清扫附着在清洁面上尘埃的能力也会越强,从而清洁质量也会提高。图 3 幕墙清洗机三维状态图Fig.3 Three dimensional state diagram of curtain wall cleaning machine图 5
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