城市护栏自动清洗小车毕业设计.docVIP

机械原理课程设计说明书设计题目： 城市护栏自动清洗小车 姓 名： 学 号： 201003050716 专 业： 机械工程及自动化 班 级： 10机械（1）班 指导教师： 小组成员： 2012年7月 目 录第1章 概论31.1 护栏状况41.2 人工清洗41.3大型清洗车41.4 新型清洗车5第2章 总体设计52.1 工作原理5第3章 清洗装置设计73.1 毛刷的选择与安装方式73.2 装置机械运动简图83.3 装置部件计算10第4章 水循环系统104.1 系统运动机构结构分析104.2 零件选择与数据分析12第5章 小车行走系统设计145.1 运动机构结构分析145.2 零件的设计15第6章 控制系统的设计166.1 系统总体16第7章 石墩清洗系统.177.1 作业解析17第8章 心得体会19方案比较20参考文献12摘 要城市护栏由于受日照、雨淋、车辆尾气、灰尘粘附及其它因素影响，表面受到了各种各样不同程度的污染。然而城市道路护栏难以清洗，由此设计出小型城市护栏清洗车，作业时清洗机跨立在护栏上，实现对护栏和支墩的全面清洗。以护栏本身为导轨，直接用遥控控制操作.根据小型清洗车工作原理原理。建立了栏杆和支墩的清洗模型，并对其清洗过程进行了运动分析，同时对清洗机的机械结构和电器控制进行了阐述。该清洗机具有结构简单，操作方便，自动化程度高等优点。关键词：小型城市护栏清洗，毛刷，水循环系统，石墩清洗系统第 1 章 概 论1.1 城市护栏概况随着我国城市交通的迅速发展，城市护栏由于受日照、雨淋、车辆尾气、灰尘粘附及其它因素影响，表面受到了各种各样不同程度的污染。目前公路隔离护栏的清洗方式主要有2种：人工清洗和借助汽车所配的高压水洗刷清洗。图1-1 城市护栏1.2 人工清洗 由于人工清洗劳动强度大、清洗效率低，且由于清洗工人身处高速行驶的机动车辆中间，极易发生安全事故，清洗人员的安全得不到保障，而且周围空气中汽车尾气浓度很高，严重危害清洗工人的健康,故其清洗方式正被初步淘汰。图1-2 人工清洗护栏1.3 大型清洗车 车载式高压水洗刷清洗一次性投资过高，一般中小城市难以承受，且由于车辆行驶路线不能保证与道路护栏平行，容易发生交通事故，一般清洗车体积较大，在高速行驶的公路上占用路道，容易造成交通事故及堵塞，而在实际清洗中无法清洗护栏处在车行逆向的部分表面，耗水量大, 清洗效果不佳, 对城市交通也有一定影响，故其应用和发展受到了一定的限制。图1-3 清洗车清洗护栏1.4 小型清洗车新型城市护栏清洗车结合护栏的结构特点而设计，以护栏本身为导轨，直接用遥控操作作业。一方面，结构简单、成本低、无污染，且在清洗过程中不会占用路道。极大程度上避免了交通事故及堵塞发生的概率，与我国高等级公路养护机械节能、高效、低噪声、低污染且自动化程度高的发展相适应，具有显著的社会环境效益和经济效益。其应用逐步得到推广，具有很高的发展的潜力。另一方面，可以循环用水，减小城市水污染，同时达到节约用水的作用。第 2 章 总体设计2.1工作原理 护栏清洗机以城市公路中央护栏本身为导轨，通过独立的清洗装置和水循环装置、控制装置清洗护栏，使清洗车沿护栏前进。如图2.1 图2.1 清洗车清洗护栏小型城市护栏清洗车主要用于护栏清洗、清洗护栏上的沉积物、灰尘冲刷，同时用于清洗护栏石墩、壁面等、市道路隔离护栏、道路两侧墙体的刷洗。护栏清洗车可装洒水和吸污，过滤污水，重新利用处理多的水加以清洗。集清洗吸污擦干等功能合为于一体。以护栏本身为导轨，直接用遥控操作作业，运行之后所有系统为一体，步骤为a 首先使毛刷转动，小车前进，护栏经过尼龙刷时将污垢洗净，经过吸水刷时将护栏擦干。 b 水循环系统积水粗过滤存储过滤水送储水箱喷头喷出c 当遇到石墩时，暂停小车，直接用遥控将收藏的清洗刷调出从而清洗石墩，完毕后便将清洗小刷收回。d 清洗完毕将清洗车开走即可。如图 2-2 图2-2清洗三维单边图第 3 章 清洗装置的设计3.1 毛刷的选择与安装方式尼龙刷：清洗作业时, 护栏两对侧面滚刷将护栏栏杆夹击 在中间, 刷毛相互重叠,使两滚刷形成一个整体, 中间不留间隙，两滚刷刷高速旋转, 在护栏表面刮擦, 同时, 沿护栏竖向表面喷水, 从而实现清洗，该装置由两对清洗刷组成，分别为第一对尼龙刷毛制成的清洗刷和第二对由专用洗车刷布制成的清洗刷。两侧结构相同，安装在机架对称的位置。每侧均由清洗刷一和清洗刷二组成，如图3-1所示。清洗刷一用来初步加水浸润刷洗护栏；清洗刷二用来擦净护栏上剩有的少许污渍和污水。图3-1 毛刷安装1. 尼龙刷 2.吸水刷 3.传动杆 4.电机 5.喷水头3.2 清洗装置运动简图 由电机作为动力装置，连杆传递，使得尼龙刷和吸水刷都旋转起来，清洗与刷子接触的护栏，如图 3-2：图3-2 毛刷单边安装运动简图毛刷安装在装置的后部，由左、右两边为了提高清洗护栏的作业功能，滚刷的旋转方向与清洗车的行驶方向应是顺洗，顺洗旋转的切线方向与车的行驶方向相同,，因此，毛刷只需要单向旋转即可。如图 3-3：图3-3 毛刷转向简图3.3 清洗装置的基本设计计算1. 电机毛刷的转速选定电机的大小和功率，由于毛刷是通过轴，联轴器和电机连在一起的。所以选定好毛刷的转速即可以确定电机的转速，根据周围环境和灰尘的特点，为保证能够把护栏清洗干净，再根据装置的大小，选定电机的转速为500/min ，即毛刷的转速就是500r/min.电机的基本参数，如下表： 型号110SZ10H5转速500r/min功率36W转矩686mN.m最大电流4.8A2. 毛刷 毛刷为直径1mm左右的尼龙丝做成尼龙束，并将尼龙束固定在钢片上，钢片再套在毛刷轴上。毛刷工作时间计算：根据：P=UI通过电机的电流的大小取最大电流为4.8A充满一次电能持续工作时间3h所以充一次电能持续工作时间为3h第 4 章 水循环系统4.1机构运动分析首先由积水箱2将清洗护栏所洒的水收集起来，并在积水中通过滤水器将污水过滤后，一方面将滤渣送到储渣箱中，另一方面直接用水泵送到水箱3中，以便使用，如果水箱4缺水时，就可打开3中的截止阀，将水重新利用。如图 4-1：图4-1 水循环系统三维图1 储渣箱 2 积水箱 3 二次过滤箱 4 水箱 5 喷头1 储渣箱 2 过滤水泵 3电机 4 水泵 5 过滤水箱6 储水箱 7 喷头图4-2 水循环系统简图4.2 零件选择与数据分析1. 水泵与电机由于此装置受到水，电机，毛刷等装置的限制，还有必须控制水的流量，以免造成水的浪费。因此，所选的水泵不能过大，水的流量也必须符合要求，不能造成水的浪费，同时能保证水能从箱体里顺利抽出，所以，选定的水泵扬程必须大于箱体的高度。图4-3 水泵图3-7 水泵根据工作需求，要使得装一次水能够有效工作至少一小时，水箱容积大小为250L,所以选择的水泵流量最多为每小时250L/H，查得型号为CD1245型号的泵能满足需求，而且经济实惠，故选择泵的型号为CD 1245。基本参数如下表：型号CD 1245功率13.5W扬程最高4.5M流量200L/H尺寸及重量83x68x48 250g进水口径3.8mm出水口径3.8mm驱动方式无刷 磁力隔离 直流供电寿命大于30000小时供电蓄电池 12V3. 截止阀截止阀，是使用最广泛的一种阀门，它之所以广受欢迎，是由于开闭过程中密封面之间摩擦力小，比较耐用，开启高度不大，制造容易，维修方便，不仅适用于中 低压，而且适用于高压。 截止阀的闭合原理是，依靠阀杠压力，使阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合，阻止介质流通。 截止阀只许介质单向流动，安装时有方向性。截止阀的结构 长度大于闸阀，同时流体阻力大，长期运行时，密封可靠性 不强。有利于控制储水箱的流入容量第 5 章 小车行走系统5.1运动机构结构分析1. 由于护栏清洗机的最大运动速度约为2m/s，需要的制动力不大，所以采用小型小型锥形齿轮制动装置控制小车车轮。图 5-2 机械运动简图2. 该装置主要配合前、后轮安装，即护栏清洗机的制动装置为车轮制动；图 5-2 机械运动简图5.2 零件设计1. 齿轮参数a. 选用锥形齿轮传动b. 此装置一般工作机器，速度不高，精度适中，可以变向传动。c. 齿轮材料为45钢（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。一方面保证传动过程中承受足够大的载荷。d.选小齿轮齿数为，大齿轮齿数，所以取=1202. 几何尺寸计算 a计算分度圆直径 b计算中心距 mmc计算齿轮宽度 3. 齿轮加工工艺流程如下：下料 锻造 正火 粗加工 淬火+高温回火 精加工 装配第 6 章 控制系统6.1 系统总体分析清洗车的正常运行时，都可以直接通过遥控操作，也可以直接按小车上的操作板作业。如图 6-1：图6-1 小车控制图当接通电源后，系统将会自动检测电源电压、机箱水位和装置距前方障碍物距离，如果低于所设定值将会发出报警并阻止电机的转动，以免发生事故。在该系统中触发报警系统，以便调整，从而顺利进行作业。图6-2 小车控制图第7章 石墩清洗系统7.1 作业解析石墩清洗极为不容易，所以将清洗刷收藏在车体类，如遇到石墩时，再将小刷调出，由连杆带动，使得小刷做圆弧运动，以便清洗石墩，如图7-1：图7-1 石墩清洗图 7-2 结构构件方案（方案一）：整个机构是通过齿轮啮合和带传动来完成清洗和驱动小车前进，将废水进行过滤后收回进行循环利用，从而提高水的利用率。其中用了2个电机作为原动机，作为动力源；两对交错轴斜齿圆柱齿轮，进行变向和带动清洗刷一轴的转动；两对直齿锥齿轮，其目的是驱动小车前进；4个带传动，其中两个用来带动清洗刷二的转动（3、带传动1），另外两个用来将电机的动力传给锥齿轮轴带动齿轮转动；两对清洗刷，一对用来初步清洗，另一对不用加水，用于擦净清洗过的护栏。整个机构的左右两边是完全对称的，单边的机构运动简图如下：（1、 电机1；2、交错轴斜齿圆柱齿轮；3、带传动1；4、清洗刷5、清洗刷二；6、带传动2；7、一对锥齿轮；8、车轮轮）轴测图：方案（方案二）：以护栏本身为导轨，直接用遥控操作作业，运行之后所有系统为一体，步骤如a 首先使毛刷转动，小车前进，护栏经过尼龙刷时将污垢洗净，经过吸水刷时将护栏擦干。刷擦干 b 水循环系统积水粗过滤存储过滤水送储水箱喷头喷出c 当遇到石墩时，暂停小车，直接用遥控将收藏的清洗刷调出从而清洗石墩，完毕后便将清洗小刷收回。d 清洗完毕将清洗车开走即可。 图2.1 清洗三维单边图方案（方案三）： 小车整体及构简图：图 4-1 1.电机 2、5.圆锥齿轮 3.链轮 4.车轮轴 6.传动轴 7.带轮 8.V型皮带 9.传动齿轮 10.堕轮 11.滚刷 12.制动器小车采用市面上电动车的充电电池作为动力源，以电机为原动件。以不同齿数的圆锥齿轮来实现小车的前进及滚刷的清洁的同步进行。利用V型皮带对滚刷进行力的传递。堕轮的设计主要是实现滚刷转动的方向一致，使清洁能有序进行。本机构采用一个电机作为原动件，大大节约生产成本及减小能源的损耗。方案比较装置方案一方案二方案三清洗装置（1）齿轮啮合性好，传动平稳、噪声小，清洗后擦干。（2）齿轮制造比较麻烦，带传动效率低并寿命短，经常更换，成本高。（1）结构简单、维护方便、成本低，平稳无噪声，清洗后擦干。（2）难控制，难于维修，平稳性差。（1）传动效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比准确，清洗效果好。（2) 齿轮过多，结构复杂，占据空间大，不利经济性，安装困难，传动平稳性差。驱动装置（1）传动效率高，平稳无噪声。（2）带过长，易损毁，传动平稳性差。(1)灵敏度高，易控制。（2）承载能力低，噪声大。电机过多，造价高。（1）传动功率较大；安装容易，成本低。（2）承载能力低，噪声大。综上所诉：三种方案各具特色、各有春秋、利弊兼容。改进如下：（1）在清洗装置中，（1）用三个毛刷，前面2个用于清洗，后面1个用于擦干。一方面可以将护栏污垢一挥而去，另一方面，保证清洗后护栏的干燥性。 （2）在驱动装置中，对于单边装置而言，用一个电机直接控制前轮的同时，用带传动兼齿轮将此电机动力传动到后轮，一则充分利用空间，降低成本，二则提高利用率。第 9 章 心得体会通过钻床钻用夹具设计实训，使我对机械制造工艺学有了更进一步的了解。我们现在对机械原理设计只不过是一个初步的了解，这门课程还有更多的知识等着我们去学习，在这一周短暂的课程设计里，我学会了一些机械设计的最基本的理论，同时也对其产生了浓厚的兴趣。新型城市护栏清洗车的设计，设计的机械本体结构为框架分离式结构的自动护栏清洗机,作业时清洗机跨立在护栏上，以护栏本身为导轨,通过刷洗和擦干实现对护栏栏杆和支墩的全方位自动化清洗。护栏自动清洗机结合护栏的结构特点而设计，结构简单、成本低、无污染，且在清洗过程中不会占用路道，甚至可以实现无人化操作，极大程度上避免了交通事故及堵塞发生的概率，与我国高等级公路养护机械节能、高效、低噪声、低污染且自动化程度高的发展相适应，具有显著的社会环境效益和经济效益。其应用逐步得到推广，具有很高的发展的潜力。在这次课程设计过程中，我发现自己还有很多不足之处，在设计和计算