便携式自动扶梯梯级超声清洗机设计

便携式自动扶梯梯级超声清洗机设计

摘要

如今，自动扶梯在机场、大型商场以及火车站等人流密集的场所发挥着至关重要的作用。自动扶梯梯级表面因其结构的复杂性在普及的同时也带来了其清洗难的问题。传统的用细木棒缠布沾清洗液的清洗方式费事、费力、劳动强度大且清洗效果也不是很好。对此，各大保洁公司以及其他商家一直在追求效率高、清洁净度高的自动扶梯的清洗方式。

本设计主要的研究内容为根据给定的技术参数，如功率、清洗机清洗宽度等，进行超声波发生器、超声波换能器、喷淋泵以及污水收集泵的选型与设计，同时对污水收集模块和梯级表面接触的部分进行设计。最后对轴等关键零部件进行强度校核。

关键词：自动扶梯，超声波清洗，泵

1 引言 1

1.1 自动扶梯清洗方式现状 1

1.2 自动扶梯清洗设备研究综述 2

1.3 超声波清洗技术研究现状 3

1.3.1 超声波清洗优势 3

1.3.2 超声波清洗原理 3

1.4 自动扶梯结构简介 4

1.4.1 自动扶梯分类 4

1.4.2 自动扶梯梯级表面结构 4

1.4.3 自动扶梯梯级表面主要污物 5

本章小结 5

2 以液体为介质的超声波清洗机的组成 6

本章小结 7

3 自动扶梯梯级超声波清洗机机械系统设计 8

3.1 原理方案设计 8

3.2 主要的技术参数 9

3.3 结构总体设计 10

本章小结 10

4 超声波模块选型 11

4.1 超声波发生器选型与位置放置 11

4.2 超声波换能器选型与位置安放 13

本章小结 15

5 喷淋模块选型与设计 16

5.1 喷淋泵选型 16

5.2 喷头选型与安放 18

本章小结 19

6 污水收集模块选型与设计 20

6.1 污水收集泵选型 20

6.2 吸水装置设计 23

6.3 水箱 24

本章小结 24

7 支承系统设计与校核 25

7.1 设计 25

7.1.1 轴的设计 25

7.1.2 轴承的选择 26

7.1.3 键的选型 26

7.2 校核 27

7.2.1 关键零部件校核 27

7.2.2 技术参数校核 28

本章小结 28

8 清洗机整机装配 29

本章小结 29

9 总结与展望 30

9.1 总结 30

9.2 展望 30

致谢 31

参考文献 32

1 引言

1.1 自动扶梯清洗方式现状

传统的自动扶梯梯级表面的清洗方式需要清洁人员蹲在电梯梯级表面用筷子等棒状物缠上布，同时沾上清洁剂对自动扶梯梯级表面的凹槽逐格进行清洗，这种清洗方式劳动强度大，清洗效率低，最主要是难以满足客流大场所的快速清洗的需求。

目前市场上已经有不少用于自动扶梯清洗的装置。

下图1.1所示的目前市场上流通的自动扶梯清洗机，是一种通过位于滚轴上的刷子清洁自动扶梯凹槽里的灰尘，然后通过吸尘器收集尘土的自动扶梯清洗机。这种自动扶梯清洗机工作原理简单，不需要大型零部件所以质量也比较轻，价格也就很低。但清洁达到的效果很不理想，只能清洁自动扶梯梯级表面凹槽里的一些灰尘。

下图1.2所示的用于自动扶梯清洗的装置，是德国进口的产品，也是目前最先进的祝福她清洗装置。该装置首先利用喷水装置在自动扶梯梯级表面洒水，然后利用刷子马达带动滚刷对自动扶梯梯级表面及凹槽进行清洗，最后利用吸水马达将污水吸入污水箱。这种产品价格高，质量大且有清洗不到位的问题，对于自动扶梯梯面凹槽的一些角落难以达到理想的清洗效果。

1.2 自动扶梯清洗设备研究综述

韩云龙等（2015）发明了一种用于自动扶梯维修等拆卸之后清洁的移动式扶梯梯级自动清洗装置。该装置先通过摄像头对自动扶梯的现场状况进行拍照，后处理单元通过将拍到的现场图像和预先存储在存储器中的标准图像进行对比，确定自动扶梯的污染等级，进而根据不同的污染等级确定要进行的清洗强度[1]。清洗时是通过喷淋单元对自动扶梯进行冲洗。该装置只能对拆卸下来的自动扶梯踏板进行冲洗，无法满足自动扶梯的日常清洗的要求。

任斌（2016）设计了一种用于自动扶梯清洗的装置，该装置主要是用清洁毛刷和清洁海绵配合对自动扶梯梯级表面及凹槽进行清洗[2]。但同样也面临着凹槽角落清洁不彻底，清洁效果不理想的问题。

陈爱珍（2018）发明了一种自动扶梯梯级表面流水式清洗的装置。该装置由三个罩体组成，执行清洁作业时，分别置于自动扶梯的一、二、三级阶梯上。第一罩体负责清除自动扶梯表面的灰尘，并使用抽风机和集尘袋收集灰尘。第二罩体对自动扶梯梯级表面喷淋并进行刷洗操作。第三罩体设置有一个烘干部件和两个海绵部件，负责踏板的烘干操作[3]。

将该装置应用于实际的自动扶梯梯级表面的清洁作业中时，效果良好。但体积大，且在每次清洁作业中还需要先将第一、第二、第三罩体用磁铁吸附在自动扶梯两侧，清洁作业完成后还需要拆卸，操作繁琐。

1.3 超声波清洗技术研究现状

1.3.1 超声波清洗优势

Jing Wang等（2019）指出超声波是频率超出人类听觉范围的声波，既频率超过20KHz的声波[4]。辛宏伟等（2017）指出1987年日本科学家柴野佳英发表了超声波清洗理论，并根据其所发表的超声波清洗理论制作出了当时最先进的超声波清洗设备[5]。

Hasegawa Hiroshi（2013）指出近年来，超声波清洗已经得到了非常广泛的应用，在各大邻域获得了良好的清洁效果[6]。

冀红宙（2014）指出相比其他清洗方式，超声波清洗机以其清洗速度快、不须人手接触清洗液、清洗净度高等显示出巨大的优越性[7]。

I. V. Dem’yanushko等（2017）指出超声波清洗能够克服工业产品复杂的几何形状以及表面广泛的污染物，达到理想的清洗效果[8]。

综上所述，超声波清洗的优势主要有以下几点：

（1）精度高：对于超声波清洗来说，不论待清洗件的表面或内部结构多么复杂，超声波都能深入对待清洗件的每一个孔和缝隙的污物进行清洗。达到高精度清洗。

（2）速度快：与其他清洗方式相比，超声波清洗在清洁待清洗件时，所用时间较少，且对于装配体无需拆卸，可直接清洗。

（3）一致：不论待清洗件的大小、形状以及结构等特征如何，超声波清洗都能对待清洗件的每一个部位达到相同清洗效果。

（4）无污染：与传统其他清洗方法相比，超声波清洗是零污染清洗，对我们生活的环境没有任何污染。

1.3.2 超声波清洗原理

超声波清洗主要分为两种，一种是以水或其他液体溶剂作为介质进行的清洗，另一种是以清洁的气体为介质进行的清洗，利用该原理制成的超声波清洗机被称为超声波干式清洗机，主要用于对手表、数控机床等精密仪器零部件的清洗。

汪森（2018）等对以水为介质的超声波湿式清洗技术及以空气为介质的干式清洗技术进行了探讨，指出湿式清洗技术分高频和低频两种清洗方式[9]。低频主要是利用空化效应对物体表面进行清洗。

程欣（2016）指出空化现象是在声波的作用下，存在于液体中的空化核即体积特别小的气泡发生振动，当超声波的强度或压力达到一定阈限时，气泡迅速变大膨胀，然后瞬间泯灭即闭合。由于气泡的闭合，周围液体迅速补充了气泡泯灭而产生的空间，从而产生巨大的加速度，进一步产生冲击波，于是在气泡周围产生了超过1000Pa的压力[10]。Jedd Cole(2018)指出空化现象所产生巨大压力能破坏不溶性污物的分子结构而使它们快速分散溶解于溶液中[11]。

李旗等（2017）指出在高频作用下，空化效应已不起作用[12]。高频超声波清洗主要是利用其声波流在待清洗件表面反复摩擦使污物和待清洗件表面脱离进而融入清洗液中，达到清洗目的[13]。史斐娜（2015）指出超声波干式清洗技术是一种利用清洁的高速气流与超声波共同作用，对精密度很高的待清洗件表面的亚微米级的污染物进行清洗的新型清洗技术[14]。

1.4 自动扶梯结构简介

为了更好的完成该清洗机的设计，有必要对自动扶梯的结构进行大致的了解。

首先自动扶梯是一种用于在火车站、机场、购物商场等人流量大的场合连续运送乘客的，用电力驱动的机器。自动扶梯因其自身结构紧凑、安全性高等特点获得了广泛的应用。

1.4.1 自动扶梯分类

随着自动扶梯的普及，为了应用于各种不同的场所，设计了各种各样的自动扶梯。从驱动方式、提升高度、运行速度以及运行轨迹四个角度将自动扶梯分成四类，如表1.1所示。

表1.1

驱动方式链条式齿轮齿条式

提升高度最高至8m的小提升高度最高至25m的中提升高度最高至65m的大提升高度

运行速度恒速调速

运行轨迹直线型螺旋形

1.4.2 自动扶梯梯级表面结构

本文所研究的自动扶梯梯级超声波清洗机主要是对自动扶梯梯级表面进行清洗，因此，主要分析自动扶梯梯级表面的结构。

扶梯台阶表面有许多用于和梳齿啮合的凹槽[15]。梳齿固定于梳齿板上。该部分结构主要是出于自动扶梯安全性的考虑，使顾客的脚或物品即使在静止的情况下也能安全的过渡到楼层板上。当有外物被夹在梳齿与凹槽之间时，自动扶梯会报警并自动停止。

1.4.3 自动扶梯梯级表面主要污物

自动扶梯梯级表面的凹槽由于要和梳齿相啮合，如果啮合不成功即有东西卡在里面，自动扶梯就会停止，因此，自动扶梯梯级表面不会出现体积太大的固体污染物。自动扶梯梯级表面的污物主要是一些灰尘，但由于梯级表面的凹槽，让传统的以及市场上目前流通的自动扶梯清洗机难以到良好的清洁效果。

介于超声清洗的以上优势，以及自动扶梯梯级表面结构的复杂性，所以本设计所研究的清洗机采用超声清洗，同时因本设计所研究的清洗机其原理的局限性，即超声波清洗需要一定的时间。因此，该清洗机只适用于能够调速的自动扶梯，该清洗机在工作时需要调节自动扶梯为变频慢速模式。

本章小结

本章主要完成了四部分内容，首先对自动扶梯梯级表面清洗方式的现状进行了细致的了解，同时对自动扶梯清洗机的研究现状进行了研究，然后简要介绍了自动扶梯台阶面结构及各部分结构的功能。与此同时对自动扶梯进行了简单的分类。最后对超声波清洗的原理以及相对于其他清洗方式的优势进行了探讨。

参考文献

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[2]任斌,刘福海.自动扶梯清洗机[P]. 河北：CN205093797U,2016-03-23.

[3]陈爱珍.一种自动扶梯踏板清洗和烘干装置[P]. 福建：CN207792456U,2018-08-31.

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[8]I. V. Dem’yanushko,V. F. Kazantsev,V. I. Karagodin,Yu. M. Luzhnov,V. M. Prikhod’ko. Tools for Ultrasound Cleaning[J]. Russian Engineering Research,2017,37(12).

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