毕业设计（论文）-小型路面清扫机的设计（全套图纸三维）

16届毕业设计小型路面清扫机的设计学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及自动化 班 级 16-2班 指导老师 日 期 2016.05 机械电气化工程学院前 言清扫车是重要的环卫设备之一，主要用于高等级路面和城市路面以及广场的垃圾清扫。清扫车的发展体现了一个国家或地区的现代化程度。本文从理论角度对清扫车的清扫机构、吸尘机构和清扫车的运动机构进行了分析，确定了清扫 车速、带轮转速、旋刷刷转速与清扫效果之间的关系。在清扫机构的设计方面，创造性地提出了带传动式清扫机构，改善了纯扫式清扫车的清扫效率，降低了能耗。对垃圾的收集提出了垃圾斗和收集结合的方式并用三维软件SolidWorks进行仿真验证。对盘刷的转速、扫丝的速度和行进速度与清扫效果之间的关系进行了分析，提出了综合考虑的方案。应用了大功率抽风机系统作为吸尘机构，通过具体的道路实验，对以上工作进行验证，效果良好，为以后进一步研究打下良好基础，运用SolidWorks建立吸扫车吸尘系统的三维模型。本文的主要研究工作包括： 全套图纸加153893706(1)通过对城市路面上垃圾(即清扫对象)的分析，根据形状、大小，将清扫对象进行清扫，并将其吸入到垃圾收集箱里。(2)根据市场需求的实际情况、吸扫车的相关标准和所选专用车二类底盘的结构要求，提出城市道路吸扫车吸尘系统的设计约束，对吸尘系统吸尘口和集尘箱的结构参数进行分析。 (3)采用SolidWorks建立对吸尘口和集尘箱的三维模型，并根据清扫对象的粒径大小和密度与集尘箱尺寸的关系式对集尘箱的尺寸进行初步验证，保证其合理性。关键词：道路吸扫车；清扫对象；刷盘设计；结构设计；运行速度目 录1引言111研究目的和意义112国内外研究现状和发展12小型路面清扫车的总体方案设计221小型路面清理车的总体组成222小型路面清理车的底盘323小型路面清理车吸扫方式324小型清理车行走系53小型多功能环境清理车主要零部件的设计731小型多功能环境清理车技术参数选择与计算732小型多功能环境清理车功率的分配733行走系统功率需求分析734风机运转所需功率分析835齿轮的主要参数设计84 减速箱输出轴的设计计算1041选择材料，决定最小直径1042轴的结构设计1043轴向定位1044轴上的周向定位115旋刷的设计136风机的选择147垃圾收集箱15总 结16致 谢17参考文献18工程概况本论文从社会需求出发，重点在以下几个方面取得了阶段性成果：1、提出了小型吸扫式路面清扫车的总体设计方案根据需求，确定了低成本的设计思路，创造性地提出了带传动式的清扫方式，解决了以前纯扫式道路清扫车的不足，为吸扫式道路清扫车的发展提供了新的思路。2、对举升机构的设计进行了改进提出了四杆机构完成举升作业，并对其进行受力分析和运动特性分析，同时进行仿真确认。3、对盘刷的速度进行了分析和研究对盘刷的集尘机理和工作原理进行理论分析，提出了最优方案并实验验证。4、对行驶系统进行设计和研究清扫成都最优化应用到清扫车上，节约了能源，提高了清扫车的工作时间和范围。1引言随着科技进步和社会的快速发展，人们对周围生活环境质量的要求愈来愈高，广场、园区、住宅等生活环境的保护受到更多人的重视，城市园林环境的清理也成为人们关注的重要部分。近年来，由于国家对环保问题及绿化工作的重视，以及人们对良好生态环境的迫切要求，环境绿化及清理事业取得了可喜成绩，其巨大的生态效益己被人们和社会认可。随着科学技术的进步和社会经济的发展，环境绿化及清理机械已被提到日程上来，因为清扫机械不仅是加速园环境绿化及清理事业发展的重要手段，而且也是实现现代化的重要性标志和主要组成部分。因此清理实现机械化作业势在必行。1.1研究目的和意义路面清扫车作为环卫设备之一，是一种集路面清扫、垃圾回收和运输为一体的新型高效清扫设备。可广泛应用于干线公路，市政以及机场路面、城市住宅区、公园等道路清扫。路面清扫车不但可以清扫垃圾，而且还可以对道路上的空气介质进行除尘净化，既保证了道路的美观，维护了环境的卫生，又维持了路面的良好的工作状况，减少了和预防了路面交通事故的发生，延长了路面的使用寿命。目前在全球内使用路面清扫车已经成为一种趋势。小型道路清扫车属于城市环卫系统设施，是道路清扫的一个重要组成部分。小型清扫车造价相对低廉，制造技术相对简单，在使用效率上和环保上的优点是非常突出的。目前，我国中小型吸扫结合式道路清扫车主要存在的问题除与汽车底盘改装的道路清扫车同样的缺陷外，还存在舒适性差、噪声大、空车质量大、外形不够美观等缺点。因此，要彻底摆脱我国吸扫结合式道路清扫车的落后状况，提高吸扫式和纯吸式清扫车设计的能力，本课题主要对其主要部件：清扫系统、风机、除尘系统等进行研究，以提高清扫车设计的理论水平。1.2国内外研究现状和发展从20世纪60年代我国研制生产扫路车开始，已经有40年的生产历史。但相对于国外发达国家，我国扫路车不管从销售规模、技术水平、清扫效果等方面存在一定的差距。目前我国生产扫路车的企业大概有30余家，生产水平参差不齐。与国外相比，大型产品所占比例不大，产品品种比较少，产量也比较低。2003 年国产扫路车总销量在1000台左右，仅相当于国外一个企业的销量。同时，国产产品同质化现象比较严重，存在外形单调、功能单一、操作不方便、清扫效率低等问题。国外扫路车早已广泛应用了先进的电子技术，如带有微电脑的清扫及回收装置等，而且实现了有线与无线遥控，目前国内产品仅停留在路面清洁度等最原始的技术研究方面。从技术来源来看，国内的扫路车的技术主要来源于三个方面：一是借鉴国外同类产品的先进技术，并结合我国国情自行开发的产品；二是直接引进国外技术的产品；三是从国家科研院所转让技术后，再在生产中进行改进的产品。总体而言，目前国内扫路车生产企业拥有专门的技术研发中心的还比较少，研发资金投入也较少，使得产品在整体技术水平上不高，尤其在控制系统和清扫效率等方面同国外产品相比存在相当大的差距。2塔里木大学毕业设计2小型路面清扫车的总体方案设计研究小型路面清扫车，需要对它的整体结构有个清晰的了解，本章首先对它的整体结构进行分析，其次对实现多功能所需的各部分工作装置进行方案确定。21小型路面清理车的总体组成为了便于机械作业过程中能够全面有效地照顾到作业对象的角角落落，小型路面清扫车作业时须行动灵活、穿梭自如，这就要求车的整体结构紧凑、底盘转弯半径较小、灵活性和通过性良好。参考国外相关行业先进的设计，本课题设计了一款适合我国城市住宅区、校园、广场等中型场所使用的小型多功路面清扫车，很好地实现了多功能的要求。小型路面清扫车的总体结构如图2-1所示：（a）二维图1-导向轴；2-导向轴固定架；3-六角开槽螺母；4-刷盘；5-纵向传动轴；6-底座；7-垃圾箱；8-电动机；9-减速箱；10-底座；11-灰尘过滤器；12-大功率抽风机；13-管道；14-电源；15-座椅；16-带；（b）三维图图2-1 小型路面清扫车组成示意图小型路面清扫车主要由底盘、工作装置、气力输送装置三大部分组成。其主要外形特点是：电动机后置，驾驶员的坐位设在电瓶电源上方。简单的专用底盘是具有后驱动轮和前转向轮的自行式三轮小车，为小型马路清理车的所有部件提供支承，为整车的行驶、工作装置的工作提供动力。滑移装置和工作装置安装在底盘的下面，位于前、后支承轮之间，能够自动调节与地面的距离，灵活自如地根据路面高度清扫垃圾、根据积雪高度调节所需的工作距离。气力输送管道一端连接于工作装置，另一端连接在垃圾收集箱上。为了减轻振动对人体的影响，可以将缓冲减振结构安装在座椅与电动机之间。22小型路面清理车的底盘小型路面清扫车的总体结构如图2-2所示： （a）三维图（b）二维图图2-2 小型环境路面清扫车底座示意图目前国内采用专用底盘的清扫车还较少，大多利用汽车二类底盘改制而成。该款小型清扫车选用电动机动力通用底盘，没有行走部分的设计制造需求，确保了行走部分的独立性、可靠性，并且该底盘保证清扫车有较高的最高行驶速度，对于作业区，距车库较远或需远距离转场的地区，使清扫车有转场速度快的优点。同时，清扫车只配备一台电动机，由它来完成工作装置的驱动。采用单电动机驱动形式的优点：克服了体积大的不足，能够确保清扫车使用性能的需要，另外，行走系统和工作装置在动力上各自独立，行走速度和行走操作不会对工作装置的作业效果产生影响，从而可以使操作人员根据地面的污染状况选择最合适的清扫速度，进行最有效的清扫。23小型路面清理车吸扫方式该款小型清扫车采用“中置两盘刷+后置吸嘴”相结合的吸扫式作业方式。其工作原理为利用车底装置的两个左右正反方向旋转的盘刷将路缘、边角、护栏下的垃圾输送、集中于车底吸入区范围，再依靠吸入系统的强风力风机在管路系统中形成的真空度，由1贴近地面的吸嘴经吸管将垃圾捡拾和输送到垃圾箱内，从而完成对路面垃圾的清扫和保洁。吸扫式清扫车具有清扫范围宽，适应性好，对微细垃圾尘粒的捡拾，输送效果好等特点。小型路面清扫车的清扫结构如图2-3所示：图2-3 小型路面清扫车清扫结构示意图在清扫车底盘前后轮的中间位置装置两个盘刷，刷毛的材质选用合成塑料，虽然这种材料的耐磨性不如钢丝，但在清扫的过程中，塑料盘刷对地面的伤害较小，且具有良好的弹性和合适的刚度，可以加快垃圾尘粒的抛射速度和距离，提高盘刷的工作能力。盘刷处于工作状态时，应该外伸而且下落，与路面保持浮动接触，但在运输状态时，为了减小车辆宽度和刷毛的磨损，盘刷必须回收并且提升离地至一定高度，因此，盘刷的动作机构必须能实现外伸、下放、浮动和回收提升锁紧的复合动作。图2-4 小型路面清扫车吸尘结构二维示意图1-管道；2-大功率抽风机；3-过滤器；如图2-4，这种结构吸管比较短，垃圾很容易被吸入垃圾箱内，且清扫宽度大、前悬短，吸管更换和吸嘴调整方便，转场运输时整车通过性较好。另外，吸嘴相对于路面的距离对拾取垃圾的效果影响很大，因此，吸嘴在正常作业状态下，应能自动保持最佳离地间隙，离地问隙的调整由可调整的拖轮保证，并使吸口可随路面的高低而起伏。为了使吸嘴下的垃圾更容易地吸入吸管，并同时减少风机的排放量，该清扫车采用吹吸式吸嘴。这种吸嘴的工作原理是：风机排风口分两条通路，利用正风压一路是通向大气，大约占(30-40)的空气量；另一路通向吸嘴，这样，从清扫车排风口排出的风一部份排入大气中，另一部分则从反吹风风口吹出，再一次作为载体参与清扫作业。吸嘴采用反吹风的目的主要是将吸嘴下的紧贴地下的垃圾扰动并推向吸风道风口，以提高吸嘴清洁垃圾的能力，同时可以压制吸尘过程中的扬尘飞起。24小型清理车行走系 行走系的主要功用是将发动机经传动系传到驱动轮上的驱动扭矩和旋转运动转变为整车工作和行驶所需驱动力和牵引力；行走系还用来支承整车的重量，保证整车行驶；承载道路施加给车轮的各种作用力和力矩并将其传递出去；缓和路面对汽车的冲击，减轻震动并和转向系配合，保证汽车平顺行驶。行走系是小型清理车底盘的重要组成部分之一。根据汽车的用途及经常行驶的道路条件不同，行走系的结构形式也不相同，绝大多数汽车采用轮式行走系，但在一些特殊用途的汽车上，采用许多特殊的形式系统，如履带式、半履带式、车轮履带式。小型清理车采用轮式行走系，如图25所示，它通过车轮支撑整个车辆，并通过车轮的滚动驱动车辆行驶；行走系主要包括车架、车桥、车轮和悬挂(弹性 元件和减振器)等部分。（a）二维图1-V带轮；2-V型带；3-六角开槽螺母；4-驱动轮；5-驱动轴；6-底座；7-轴承端盖；8-滚子轴承；9-大齿轮；10-密封圈1；11-密封圈2；12-螺栓螺母；13-减速箱；14-电动机；（b）三维图图2-5 行走系示意图车架是用来安装车身，以及行驶所需要的发动机、车轴、悬挂、转向机构及制动装置等底盘单元的，由侧梁和横梁构成。小型清理车的驾驶座椅安装在车身外部，车身除了需要提供安全、舒适的乘坐空间外，同时还需要具备能够搭载电动机、悬挂等行驶所必要装置，以及防止振动噪声干扰操作者进行作业工作的功能。车桥又称车轴，承受清扫车的载荷是它最基本的作用，维持清扫车在道路上正常行驶所以车桥最基本的结构形式就是能装上车轮滚动前进的粱。车轮位于车轴和轮胎之问，它起着承受各种载荷的作用，主要包括轮辋、轮毂及这两个元件间的连接部分。连接部分有盘式和辐式，目前清扫机械一般采用盘式。盘式车轮的轮辋和轮毂间用钢质圆盘，多为冲压件，国产轮辋常见的有平式和深式两种。清扫机械车轮多用金属轮毂。小型清理车是三轮式自行小车，采用三轮驱动，前后轮大小规格不同。轮胎有充气轮胎和实心轮胎两种，充气轮胎二般用于大型清扫机械，而小型园林机械则一般选用实心轮胎。充气轮胎分无内胎和有内胎两种，坐骑式清扫车常采用无内胎充气轮胎。小型清理车即是坐骑式小车，所以选用无内胎充气轮胎，后轮轮胎规格为167.58，前轮轮胎规格为135.6。163小型多功能环境清理车主要零部件的设计31小型多功能环境清理车技术参数选择与计算小型环境清理车结构上相对比较简单，由于是针对宅区、校园、广场等比较平坦的环境设计的，所以对功率和转弯半径要求都比较低；该车的几种主要性能参数如表3-1 所示。表3-1 小型路面清理车主要性能参数项目规格电源三元锂电池72V30A电动机Y132M-4工作速度1400r/min行驶速度9kmh外形尺寸1600mm*800mm*800mm3.2小型多功能环境清扫车功率的分配小型多路面清理车的发动机功率，不仅要满足清扫作业装置和除雪作业装置的工作需求，还要满足风机旋转将垃圾从气力输送管道输送到垃圾箱的需求，其功率分配如图3-1所示。图3-1 电动机功率分配图发动机的功率P可以分配为行走系统行驶所需功率、风机输送垃圾所需功率和扫地装置所需最大功率。 由上图可以看出，当作业装置不工作，即风机所需功率和工作装置所需功率均为0时，行走系统的功率最大，此时，小型路面清理车可以高速行驶；当作业装置的作业量很大时，可以降低车速，从而提高发动机传给作业装置的功率，以获得较高的作业质量。33行走系统功率需求分析 行走系统的行走轮功率按经验数据，对于轮式小车来说，当其行驶速度为9kmh时，整车每吨重耗用功率为3565kW，由于小型路面清扫车重量约为320kg， 故其行走功率应为1120kW。34风机运转所需功率分析气力输送系统的压力损失由多个部分组成，主要包括：吸嘴的压力损失、垃圾起动的压力损失、垂直管路的压力损失、垃圾箱的压力损失以及除尘过滤装置的压力损失。气力输送系统的压力损失与各组成部分的具体结构形式有关，是气力输送系统设计是合理的重要参考指标，也是设计扫路车阶段的重要技术参数。气力输送系统依靠风机提供工作压力，更大的压力损失就意味着要选取更大的风机这样不仅会造成能源浪费也会加大扫路车的整体尺寸和自重。因此在设计阶段必须合理计算气力输送系统的压力损失。吸嘴内部机构复杂，扫路车工作过程中多次对气流进行变向，因此吸嘴是气力输送系统中压力损失最大的装置。携带垃圾的气流由垂直管路进入垃圾箱，断面突然增大气流速度急剧减小而垃圾颗粒由于质量重惯性大，运动速度依然较大，因此导致两相流的局部压力损失。风机是整个气力输送系统的动力源，能否提供足够的压力和风量将决定气力输送系统的工作性能，因此在选择风机时必须要使风机的全压和风量大于气力输送系统的风量需求和压力损失，通常是对风量需求和压力损失乘以一定的设计裕量。35齿轮的主要参数设计由接口传动的结构示意图，选用直齿圆柱齿轮传动；小型多功能环境清理车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GBl009588)。由机械设计表10-1选择小齿轮材料为45Cr(调质)，硬度为280HBS，大齿轮为45钢(调质)，硬度为240HBS， 二者材料硬度差为40HBS。由于小车的发动机转速为3600 rmin，依据经验取减速箱输出轴转速为1800rmin，设带轮转速为，所以传动比 （3-1）减速传动时 （3-2）对于硬齿面闭式传动及开式传动，承载能力往往取决于齿根弯曲强度，故齿数不宜过多，推荐。所以取为18，则 （3-3）参考机械设计可知，中心矩按承载能力要求算出后，尽可能圆整成整数，最好个位数为“0”或“5”。估算两轴中心矩口为100，中心矩与齿数和模数的关系式如下： （3-4）所以可算出=37，选取=4；则有实际中心矩为108； 小齿轮厚度 （3-5）大齿轮厚度 （3-6）图3-2 减速箱大齿轮结构图4 减速箱输出轴的设计计算4.1选择材料，决定最小直径没有特殊要求，轴的材料选用45钢，调质处理HBS为217-225MPa取220=126-103 取110所以 （4-1）轴上可能有两个键糟 （4-2）查手册，取标准值 35mm （4-3）4.2轴的结构设计根据轴向定位得要求，可确定每一段轴得轴径和各段轴得长度安装轴承得轴颈最小，d径=35mm，预选7207C轴承查手册 d=35mm （4-4） D=72mm （4-5）B=17 mm （4-6） a=21mm （4-7）取轴承端面到壳体内壁5mm，齿轮端面到壳体内壁15mm两齿轮端面距离为20mm表4-1 轴的结构尺寸=35=64=40=20=70 （4-8）查手册，取标准值为330 4.3轴向定位中间轴环： 套筒： d=35 大端直径50，小端直径44轴承端盖：轴承外圈用相应的轴承闷盖定位（采用凸缘式）。4.4轴上的周向定位 大齿轮；键轴承内圈和轴采用过盈配合 ；轴承的外圈和壳体孔采用间隙配合。4.5求作用在齿轮轴上的力 （4-9） （4-10） （4-11） （4-12） （4-13）已知 ， ， （4-14）（1）求比值 （4-15）查表13-5 预选的7308AC轴承的e=0.38 （4-16）所以 （4-17） （4-18）此时选基本额定动载荷值 （4-19）验算轴承寿命: （4-20）符合强度要求。5旋刷的设计旋刷的刷体类型多种多样，有尼龙丝、不锈钢丝、重合酰胺纤维和合成纤维等。清扫刷的刷体为尼龙丝，弹性好，清扫效果好，使用寿命长，且力度较不锈钢丝低，成本也相对很低，能够更好地保护草坪，便于推广应用。刷体主要材料为合成纤维、重合酰胺纤维、耐磨且富有弹性的金属丝，在作业过程中，刷体会存在弯曲度，可以方便清扫低凹处的积雪。刷的底座与工作轴连接，由于所设计的车宽为800ram，所以要求作业的副宽至少为800mm，这样才能够保证清扫到作业面的角角落落。由于工作轴到地面的高度一定，所以旋刷的高度受限，取刷体高度为155mm，保证不与地面干涉；又因旋刷有一定的角度，所以设计旋刷的底座