小型液压清扫除尘车液压系统设计

毕 业 设 计题 目 小型液压清扫除尘车液压系统设计学 院专 业班 级学 生学 号指导教师二一五年四月二十日 毕业设计I摘 要随着我国城市化进程的不断加快，垃圾清运的难度也不断加大，特别是在一些繁华地段，如广场、步行街、候车室等地，传统的垃圾清运方式难以满足现代社会的要求。相比于传统的人工清扫，小型液压清扫除尘车具有机动灵活、清扫效率高等特点，得到了各级政府的大力支持。本文首先对我国的垃圾清扫车的现状进行了研究和分析，通过对现有的垃圾清扫车的特点、性能和技术指标进行对比，力求设计出一款更加适应现代化社会需要的高效节能的液压清扫车。本设计的液压清扫车的驱动系统将采用静液压无级变速驱动，对盘刷和转向系统进行优先分流，这样的设计可以使液压清扫车在满足基本运动的前提下，对不同位置的垃圾进行灵活清扫。同时，本设计对调查研究阶段发现的问题以及垃圾清扫车日常使用中经常发生的故障进行了具有突破性的改进，减少垃圾清扫车的日常维护修理费用。关键词：垃圾清扫车；驱动系统；液压系统 毕业设计IIABSTRACTAlong with the our country city urbanization process accelerating, garbage removal difficulty is also increasing, especially in some downtown lots, such as square, pedestrian street, waiting room, the traditional garbage collection methods are difficult to meet the requirements of modern society. Compared with the traditional manual cleaning, small hydraulic cleaning dust removing vehicle with flexible, cleaning efficiency higher characteristic, has been the strong support of governments at all levels.The research and analysis of the current condition of this paper on Chinas garbage cleaning vehicle, through the characteristics, compared to existing garbage cleaning vehicle performance and technical indicators, and strive to design a more adaptable to hydraulic energy efficient modern society needs cleaning car. Hydraulic driving system of the design of the sweeper will adopts hydraulic step less variable drive, the disc brush and steering system preferred shunt, this design can make the hydraulic cleaning vehicle in the premise of satisfying the basic movement, to the different positions of the garbage flexible cleaning. At the same time, the design of the investigation found problems and garbage cleaning car fault often happens in daily use is improved with breakthrough, daily maintenance to reduce garbage cleaning vehicle repair costs.Key word:Garbage cleaning vehicle;Drive system;Hydraulic system 毕业设计III目 录摘要 .IABSTRACT .II1 前言 .- 1 -1.1 引言 .- 1 -1.2 课题研究的目标 .- 1 -1.3 课题研究的背景和意义 .- 1 -1.4 国内外清扫车的研发现状 .- 2 -1.5 本文需要进行设计的内容 .- 3 -1.6 本章小结 .- 4 -2 小型液压清扫车的结构及其液压系统设计 .- 5 -2.1 引言 .- 5 -2.2 小型液压清扫除尘车的主体结构 .- 5 -2.2.1 清扫除尘车的结构组成 .- 5 -2.2.2 小型液压清扫除尘车主要的液压系统 .- 6 -2.2.3 液压清扫车的工作装置 .- 7 -2.3 小型液压清扫除尘车液压系统总设计要求及设计参数 .- 8 -2.3.1 小型液压清扫除尘车液压系统总设计要求 .- 8 -2.3.2 液压系统的设计参数 .- 8 -2.4 小型液压清扫除尘车各液压系统方案设计与分析 .- 9 -2.4.1 确定恰当的调速方式 .- 9 -2.4.2 动力输出及供油方式的确定 .- 9 -2.4.3 转向系统调节方式 .- 10 -2.5 本章小结 .- 10 -3 小型液压清扫除尘车液压系统的设计与计算 .- 11 -3.1 引言 .- 11 -3.2 行驶驱动系统设计与计算 .- 11 -3.2.1 发动机的选择 .- 11 -3.2.2 变速器的选择 .- 11 -3.3 盘刷运转及车辆转向系统的设计与计算 .- 12 -3.3.1 盘刷运转的方案设计与计算 .- 12 -3.3.2 转向系统的设计与计算 .- 15 -3.4 风机系统和垃圾箱收放系统的设计与计算 .- 16 -3.5 液压系统油路管道直径的设计与计算 .- 21 -3.6 液压系统冷却器的设计与计算 .- 21 -3.7 小型液压清扫除尘车总液压系统图 .- 22 -3.8 本章小结 .- 24 -4 结论 .- 25 -4.1 小型液压清扫除尘车设计过程总结 .- 25 -4.2 小型液压清扫除尘车设计的期望 .- 25 -参 考 文 献 .- 27 -致 谢 .- 28 - 毕业设计- 1 -1 前言1.1 引言经济全球化使我国经济迅猛发展的同时，也带给我们许多社会问题，其中垃圾清运问题成为严重影响我国居民生活水平进一步提高的绊脚石。为了更好地解决这一问题，各级政府不断加大对环卫设施的资金投入，这也进一步促进了我国清洁设备市场的发展，据统计，我国每年至少潜在着数千亿元的清洁设备的市场需求。目前我国知名的清扫除尘车研发企业仅有烟台海德、中联重科和扬州三源三家，每年的总销量仅为 25 万台左右，远低于其它发达国家的制造销售水平。在我国，除了少数几个已经实现机械化清扫的城市以外，大多数城市依旧以人工清扫为主，辅助以机械化清扫设备，但是机械化清扫设备配套率却不足30%，这也暴露出了传统清扫方式清扫效率低、二次污染严重和人工作业量大等突出特点，因此，机械化清扫设备拥有巨大的市场空间，预计未来一段时期内，将成为世界各国的朝阳产业。1.2 课题研究的目标本设计力求设计出一款能够适应不同工作环境的液压清扫除尘车，无需任何调节，就能适应诸如广场、步行街和候车室的不同路面，进行高效的清扫。同时，积极响应国家节能减排的号召，提高车辆的能源利用率，不断调研发现更加适合液压清扫车的制造原料，打造一辆低成本、低能耗、高效率的液压清扫除尘车。1.3 课题研究的背景和意义目前我国城市化进程迅猛发展，制造的垃圾也不断增多，环卫工人的压力与日俱增，10 年前，每名环卫工人每天清扫 5 公斤左右的垃圾，但在今天，每名环卫工人每天需要清扫至少 20 公斤的垃圾，虽然各地政府不断加大对机械化清扫设备的资金投入，但是由于机械化清扫设备购价高，维护费用高等原因，一直很难得到普及。而像国外的许多发达国家，比如美国、德国、日本、德国等国家，生产垃圾清扫车已有几十年的历史 1，他们掌握着目前比较成熟的垃圾清扫车制造技术，这也为他们创造了巨大的经济利益，让他们的产品远销世界各国，销量数年领先。这些垃圾清扫车制造技术领先的国家开始在清扫车上安装速度、温度、压力、转速等多种监控器 2-3，在提高了车辆科技化水平的同毕业设计- 2 -时，也让驾驶员可以实时根据数据的变化对清扫车做出恰当的调整，这些传感器的工作原理是将反馈回来的各种信息在行车电脑进行统一分析处理，再由行车电脑发出各种指令，相应的执行机构执行系统命令，从而达到机电液全智能自动化控制的目的。这些国家不仅对扫路车的研究已经十分深入，而且机械化清扫设备在这些国家也有很高的普及率，这就在无形中提高了人们的生活水平，同时也提高了国家的竞争力。与这些发达国家相比，我国的液压清扫车还处于起步阶段，还有很多需要学习和借鉴的东西，还需要我国人民继续用自己智慧去开辟着一片新大陆。科学技术是第一生产力，在科学技术迅猛发展的今天，综合国力的提升不仅表现在经济水平的提高，也表现在各种现代化机械的研发水平。相比于其他发达国家而言，我国的扫路车研发水平已经落后了十几年，差距十分明显，加大对扫路车行业的研究，不仅是可以改善环境，提高人民的生活质量，也可以提高“中国创造”的水平，提升国家的软实力，在激烈的科技社会竞争中立于不败之地。1.4 国内外清扫车的研发现状目前，市面上的液压清扫车可分为三种：纯吸式、纯扫式和吸扫结合式。纯扫式清扫的原理是清扫车经过清扫区域是，利用扫刷将地面的垃圾扫进垃圾箱内，但是这种方式在清扫过程中容易产生二次扬尘污染，已经基本被淘汰；纯吸式清扫的原理是清扫车经过清扫区域是，通过风机系统产生强大的吸力，将位于盘刷范围内的垃圾吸入管道，进入垃圾箱中，这种方式有效的减轻了二次污染，目前已经广泛采用。为了进一步技能节能减排，人们也逐渐研发出了不需要洒水压尘就可以高效清洁工作的垃圾清扫车 4。纯扫式垃圾清扫车、纯吸式垃圾清扫车和吸扫结合式清扫车的实物图，分别如图 1.1、图 1.2 和图 1.3 所示。毕业设计- 3 -图 1.1 纯扫式垃圾清扫车图 1.2 纯吸式垃圾清扫车图 1.3 吸扫结合式垃圾清扫车毕业设计- 4 -目前我国国内垃圾清扫车研发尚处于起步阶段，主要以中大型清扫车的研发为主，主要研发企业也只有上文提到的三家，相对于其他产业，清扫车研发企业可以说是凤毛麟角。这几家企业主要以汽车底盘为载体，在它上面进行相应的改造创新，并没有专门用于垃圾清扫车的地盘，在使用上存在一定的局限性 5。国外经过几十年的研发，已经组成了许多专业的研发团队，他们的技术已经十分成熟，并且更加注重人机互动，力求做到机电液一体，实行全方位监控。通过监测器将实时数据传送至随车电脑进行处理，然后自动控制车辆做出相应的动作，减轻操作人员压力，提高清扫效率 6。这些技术目前在我国的清扫行业几乎鲜有涉及，所以说我国的清扫车专业研发还有很长的一段路要走。1.5 本文需要进行设计的内容根据课题的研究目标，把握住“小型液压清扫车”这一核心理念，本文中涉及到的液压系统主要包括：行驶驱动液压系统的设计、盘刷工作液压系统的设计与车辆转向系统的设计、风机液压系统的设计与垃圾箱收放液压系统的设计等内容。1.6 本章小结本章中介绍了课题研究的目标、课题研究的背景和意义以及国内外清扫除尘车的研发状况，对比分析了我国清扫车行业与国外研发水平的差距，指出了我国清扫车行业存在的不足。同时，对所设计的小型液压清扫除尘车的各个液压系统进行了简单的介绍，对容易出现的小问题进行了初步分析，力求在本文所涉及的产品中有效避免这些小问题，为后续章节的进行提供坚实的理论基础。毕业设计- 5 -2 小型液压清扫车的结构及其液压系统设计2.1 引言小型液压清扫除尘车的液压系统包括行走驱动系统、清扫系统、转向系统、风机系统和垃圾箱回收系统等多个方面，各个系统相互配合、相互协调，共同完成复杂的清扫动作。在进行液压系统的设计之前，我们不但要先了解我们要设计哪些系统，同时要对这些系统由哪些零件组成有初步的了解，明确它们之间的关系，进一步掌握其工作原理。在本文中设计的清扫车为吸扫结合式的清扫车，利用盘刷将地面垃圾扫起，风机系统产生强大的压力差，进而将垃圾收进垃圾箱中。2.2 小型液压清扫除尘车的主体结构本设计的小型液压清扫除尘车以“灵活机动、节能环保、高效便捷”的设计理念，力求设计出一款主要应用于广场、步行街和候车室等地的清扫设备，能够在影响市民正常出行的前提下，将环境卫生在最短的时间内清洁完成。2.2.1 清扫除尘车的结构组成一台完整的小型液压清扫除尘车的机构应该有：汽车底盘、驾驶室、控制电路、风机系统、动力系统（发动机）、盘刷及其升降机构、垃圾箱、小型洒水装置、吸嘴及其管道等部分组成，每一个大的系统中又包含若干个子系统，毕业设计- 6 -这些子系统相互协调，共同完成一个复杂的动作。其总体结构如下图 2.1 所示。1.驾驶室 2.变速器 3.水箱 4.汽车底盘 5.垃圾箱 6.盘刷 7.垃圾吸入口 8.垃圾箱液压顶杆图 2.1 小型液压清扫除尘车总体结构图2.2.2 小型液压清扫除尘车主要的液压系统(1)动力驱动系统由于本设计的液压清扫车主要应用于广场、步行街和公园等地，需要清扫的路面会有一点的差异，因此，需要对液压清扫车的动力驱动系统有一个能够适应各种环境的比较线性的动力输出，同时综合考虑液压清扫车的各类设计性能参数，本设计经采用单发动机作为主要的动力输出源。在繁华地段进行清扫作业，不但要考虑清扫车轻便灵活、节能环保、清扫效率高等特点，同时还要保证不会影响到市民的出行，比如需要避免二次扬尘污染和噪声污染等问题。经过综合考虑，日本三菱电机的产品能够比较好的适应该液压清扫车的清扫作业环境，所以本设计经采用该公司的发动机产品。本设计的小型液压清扫除尘车的车辆行驶、盘刷的旋转以及风机系统的运转将选用泵控马达进行调节，因此本设计的动力驱动系统中需要三个液压油泵，已提供更加稳定的动力输出，又不影响各个系统的正常工作。(2)行驶转向系统清扫除尘车的行驶需要驾驶员通过位于驾驶室的油门、刹车踏板进行调控，依靠前轮进行方向转换。为了提高驾驶员工作的舒适性以及清扫效率，本设计的清扫除尘车的行进装置将增加一个变量泵调节车速，进而实现无级变速，减少档位变换带来的不适感。对于转向辅助，通常包括机械助力、液压助力和电毕业设计- 7 -动助力 7，考虑到转向的效率、装置生产制造成本和安装维护的复杂程度，本设计采用液压助力的方式，包括方向盘、液压油缸、液压助力器和储油缸来完成车辆行驶过程中的转向控制。通过单发动机驱动，无级变速器控制档位变换来调节车速，以及液压助力器来增加转向助力，这套系统具有结构简单、成本适中、质量轻、换挡快速和转向灵活等特点，运用在本液压清扫车上，将最大限度的发挥他们的优势。行驶转向系统传动路线为：液压马达 前轮驱动发动机 液压油缸转向控制器 转向油缸 前轮转动转向方向盘(3)清扫车的工作装置这部分主要是指真正负责清扫工作的装置，在下文中将会详细介绍。2.2.3 液压清扫车的工作装置清扫车的工作装置是整个车辆的核心部件，清扫路面垃圾、降尘处理、垃圾转运等全都依靠工作装置来完成，这部分主要包括盘刷清扫及升降装置、风机气流系统、垃圾储运系统和洒水除尘系统等。(1)盘刷清扫及升降系统盘刷位于车辆的中间位置，以车辆宽度为基准，并排分布四个盘刷，这样分布可以把清扫作业面积最大化，提高清扫的效率。在清扫作业开始后，盘刷利用自身重力下降至预先设定好的清扫位置，液压马达输出负责盘刷旋转的动力，将垃圾收集到盘刷作业面内；在清扫结束后，盘刷再被马达提升至非工作位置，清扫车正常行驶。控制盘刷升降的系统除了基本的电气回路和液压回路外，还需要增加电磁换向阀、调速阀、节流阀等元器件，盘刷摆臂的运动用电磁换向阀来实现，盘刷旋转速度的调控可以在盘刷动力回路中增加一个调速阀，而节流阀可以控制盘刷在升降的过程中避免速度过快，保持盘刷升降的稳定性，延长设备的使用寿命。(2)风机气流系统风机位于盘刷系统的末端，风机的前端与盘刷相连接，末端与垃圾收集箱相连接。风机气流系统工作时，风机的高速旋转在管道内产生强大的气流，导毕业设计- 8 -致管道内的气流远远低于外界的大气压 8-9，当盘刷系统将垃圾扫进盘刷范围内时，利用气流的吸力以为机器内、外部巨大的压强差，将垃圾吸进管道中，管道内的垃圾再直接被输送进垃圾箱中。风机的运转主要靠发动机分流给液压马达的一部分动力，通过定量泵控制液压马达的动力输出大小，从而控制风机气流的大小，以保证风机不但具有足够的动力输出，又不影响车辆正常的行驶和各系统的运转。(3)垃圾储运系统垃圾储运系统主要依靠垃圾箱来完成，本设计的小型液压清扫除尘车的垃圾箱容量为 1500kg，这样可以减轻车辆的总质量，从而达到节省燃油的目的。这个垃圾箱主体由不锈钢材料制成，以防止腐蚀性垃圾对垃圾箱的腐蚀，提高设备使用寿命，同时垃圾箱的前端与风机末尾接口相连，将收集的垃圾储存进垃圾箱内。垃圾箱底部有一个液压顶杆，在箱内垃圾装满后，可以通过位于驾驶室的按键可以撑起液压顶杆，方便垃圾倾倒。(4)洒水除尘系统垃圾清扫车在工作过程中，盘刷的清扫难免造成许多颗粒物漂浮，造成二次扬尘污染，对市民的出行产生了极大的不便。本设计的垃圾清扫车为了有效的解决这一问题，特别在垃圾入口前部增加了一套洒水装置，在盘刷正常工作的同时，洒水装置进行喷洒作业，防止漂浮颗粒物造成的二次扬尘污染，彻底的做到保护环境，方便市民出行的目的。水箱主要靠喷洒，而不是漫灌，所以水箱容积不需要过大，本设计将使用载重为 500kg 的水箱，不但质量轻，而且减少空间占用，让垃圾清扫车充分的发挥原本的功能。2.3 小型液压清扫除尘车液压系统总设计要求及设计参数2.3.1 小型液压清扫除尘车液压系统总设计要求在城市广场、步行街和车站候车室由于人流量大，环境嘈杂等原因，必须紧贴“小型清扫车”这一主旨，尽量减少对行人的影响，作业时能够做到机动灵活，快捷高效，同时积极响应国家节能减排的号召，减少对环境的破坏。为了实现这些目标，就需要在设计阶段将这些因素考虑进去，才能保证所设计的液压清扫车达到上述要求。2.3.2 液压系统的设计参数小型液压清扫除尘车各液压系统的参数如表 2.1 所示。表 2.1 小型液压清扫车液压系统主要参数项目名称 单位 数值外形尺寸（长*宽*高） mm 6000*2400*2600毕业设计- 9 -空载质量 kg 3000发动机功率 kw 120清扫作业范围 m 1.5-2.0盘刷转速 r/min 0-500车辆行驶速度 km/h 0-60垃圾箱容量 kg 1500水箱容量 kg 500本文所设计小型液压清扫除尘车需要满足上表所列的项目要求，才能达到高效清扫、环保节能的目的。小型液压清扫除尘车各系统作业的流程是：驾驶员启动车辆后，发动机输出动力，一部分动力用于车辆行驶，同时还有一部分动力供给盘刷的液压马达，保证盘刷旋转的动力；到达需要清扫的区域后，盘刷利用自身重力下降，盘刷液压马达工作，盘刷高速旋转将垃圾收集，风机系统产生强大吸力，将垃圾收入垃圾箱内；清扫结束后，钢丝绳拉动盘刷上升至正常区域，清扫作业完成。小型液压清扫除尘车的工作流程如下所示：盘刷运转车辆转动发动机运行 车辆移动 盘刷下降 风机工作 扫水系统工作垃圾收入垃圾箱 盘刷上升至正常位置 2.4 小型液压清扫除尘车各液压系统方案设计与分析这部分将具体设计与分析清扫除尘车各系统的液压元器件、驱动输出的形式、液压回路的选择、行驶速度及转向系统等液压油缸和需要的零部件进行具体的分析，找到最适合“小型清扫车”的液压元器件，设计出真正符合要求的高效技能的清扫车。2.4.1 确定恰当的调速方式液压系统主要存在三种调速方式：节流调速回路、容积调速回路和容积节毕业设计- 10 -流调速回路。三种调速方式的具有不同的特点，如表 2.2 所示 10。表 2.2 液压系统三种不同的调速方式比较调速回路 节流调速回路 容积调速回路 容积节流回路机械特性 较差 较好 好调速特性 小 较大 大油路循环 开式 多采用闭式 开式功率特性 低 最高 较高适用范围 小功率、轻载或低速的中、低压系统大功率、重载高速的中高压系统中小功率的中压系统综合比较上述三种调速方式，节流调速回路具有功率小、载重轻以及适应低速中、低压系统的特点 11，在清扫车工作过程中，对盘刷旋转、风机的运转造成负载变化的影响小，并且成本低廉，适合本文所设计的小型液压清扫除尘车。2.4.2 动力输出及供油方式的确定为了保证清扫车工作时车辆行驶、盘刷及风机系统液压马达的正常工作，可以将这些连续的工作装置共用一个动力源，减少液压泵的数量。盘刷的旋转和转向系统需要的压力比较小，可以共用一套液压马达和液压油缸；风机系统需要压力较大，而垃圾箱的液压顶杆需要的压力可以与风机系统相互配合，他们可以共用一个液压马达和液压油缸；行驶驱动系统需要满足各种不同的工作环境，需要的压力较大，单独使用一套系统。这样一辆液压清扫除尘车就需要三套液压马达和液压油缸，才能更好的清扫车完成清扫工作。2.4.3 转向系统调节方式由于本设计的盘刷和转向系统共用一套液压马达和液压油缸，所以在两系统共同工作时必须保证都有足够的动力供给，所以在他们的回路上添加一个优先阀来满足要求。盘刷可以利用自身重力下降至工作位置，盘刷的转停和抬起可以设计一个电磁阀和单向阀共同控制。2.5 本章小结本章对液压清扫车的总体结构和各液压系统需要的元器件进行了分析与研究，通过比较，选择更加适合本设计的元件；同时也确定车辆的驱动、转向和调速等适当的工作方式；并且确定了车辆总体的设计参数，为后期的清扫车设计确定了设计路线。毕业设计- 11 -3 小型液压清扫除尘车液压系统的设计与计算3.1 引言本章节将对各液压系统的元器件进行设计与计算，根据计算结果确定所需要的元器件的数值，这样不但可以保证清扫车的正常工作，还能降低制造成本，避免浪费，提高清扫车的性价比。 3.2 行驶驱动系统设计与计算3.2.1 发动机的选择考虑到本设计的液压清扫车的工作环境主要是城市，车多人多，同时结合本清扫车的外形尺寸，若采用大排量的发动机，不但会造成动力的浪费，还会产生巨大的噪声，影响人们的正常出行，因此，通过计算选择一款合适的发动机想的尤为重要。本设计的液压清扫除尘车的外形尺寸为 6000*2400*2600(mm)，属于一款小型液压清扫车，汽车满载时整备质量为自身的车重、垃圾的质量和车上人员的毕业设计- 12 -质量总和，本设计自身的车重为 3000kg（包括水箱装满水时质量），垃圾箱的设计存储量为 1500kg，同时按照成年人 80kg，每辆车有 2 名驾驶员计算，清扫车在满载时的整备质量为 4800kg 左右，选用的发动机在工作时需要保证足够的动力输出，所以本设计的车辆驱动采用 C240 10 型柴油发动机，它的技术参数如下表 3.1 所示。表 3.1 C240 10 型柴油发动机型号 C240 10 型柴油发动机发动机转速 min/r2200额定功率 kw 235最大转矩 N880发动机排量 L 8.3压缩比 17.3:13.2.2 变速器的选择变速器是用于车辆换挡时，负责变换齿轮，更改传动比，从而适应不同车速需求的装置。合适的变速器可以保证车辆行驶的稳定性，减少顿挫感，避免车辆在不断地抖动中造成盘刷和垃圾吸入口的过度磨损，降低设备的使用寿命，造成资源的浪费。本设计的垃圾清扫车将采用 DF6S750 六挡自动变速器，其结构如图 3.1 所示，内部齿轮的传动比见下表 3.2。1.取力器 2.螺栓、螺母、垫圈 3.法兰 4.齿轮液压泵图 3.1 DF6S750 六挡自动变速器结构示意图表 3.2 DF6S750 六挡自动变速器内部齿轮变速比一挡 二挡 三挡 四挡 五挡 六挡 倒挡毕业设计- 13 -5.60 3.68 2.31 1.49 1.00 0.79 5.05这款变速为六挡无级变速，可以保证车辆具有良好的平顺性，减少了车辆元器件的磨损。为了进一步提高车辆工作时的稳定性，本设计还在变速器外侧安装了一个取力器，它是变速器一个单独的挡位，从变速器某个齿轮取得动力后，用于垃圾箱液压顶杆升举垃圾箱，降低了升举液压缸的工作压力，使设备的动力得到了充分的利用，取力器的结构图如图 3.2 所示。图 3.2 取力器结构示意图3.3 盘刷运转及车辆转向系统的设计与计算3.3.1 盘刷运转的方案设计与计算盘刷是完成清扫工作的做主要的部件，它的旋转速度关乎到地面的垃圾能否被彻底收集到吸扫范围内，如果盘刷旋转速度过低，垃圾不能集中到盘刷作业区域，而且还会对环境造成二次扬尘污染，盘刷速度过高，垃圾会被甩出作业区域。经过对比研究，当盘刷的转速在 300-400r/min 时，清扫效率最高。通过查阅资料我们知道，盘刷刷毛的分布形式可以分为片状、圆形和椭圆形等几种形式，片状刷毛主要用于纯扫式垃圾清扫车，椭圆形刷毛会对清扫区域造成二次清扫，并且它在纯吸式清扫车中应用较广，而圆形刷毛主要用于吸扫结合式垃圾清扫车，配合风机系统的吸力，清扫效率更高，因此本设计将采用圆形刷毛作为盘刷的选择 12-13。至于刷毛的材料，主要有钢制刷毛、尼龙刷毛和塑料刷毛等材料，我们在选择时需要考虑到它的清扫效率、制造成本和使用寿命等诸多因素，这主要与刷毛材料的硬度、热传导性和耐磨性有关，毋庸置疑，钢制刷毛的在这三种材料中是最好的，但是它在旋转过程中会产生静电，破坏盘刷马达，并且考虑经济性和安全性因素，并不适合本设计的清扫车。塑料刷毛的硬度和耐磨性都比较低，导热性也较差，在长时间使用时容易摩擦变软，加速刷毛磨损。经过综合分析，本设计将使用 PP 聚丙烯或 PE 聚乙烯材料作为刷毛的材料。毕业设计- 14 -本设计为盘刷主要由盘刷支撑板、刷毛、盘刷驱动轴和盘刷马达等部分组成。负责提供动力的低速摆线式液压马达，具有低转速、高扭矩、结构简单、与工作机构链接简单，不需要减速装置的特点 14。盘刷的结构如图 3.3 所示。1.盘刷液压马达 2.弹簧 3.盘刷马达驱动轴 4.盘刷端面 5.刷毛图 3.3 盘刷结构示意图本设计的清扫车有 4 个盘刷装置，位于车辆的中部，这样可以使得清扫效率达到最大化，它的分布如图 3.4 所示。图 3.4 小型液压清扫除尘车盘刷位置分布图忽略盘刷刷毛在清扫过程中消耗的功率和盘刷旋转是克服的空气阻力，可以知道盘刷驱动所需要的功率就是盘刷克服地面摩擦所需要的功率 。mp毕业设计- 15 -刷毛作用到路面的压力可以通过下列公式求得： vdBzm/5.1mRharcos1代入已知的数据，可以得到 ， ， 。代入求 的公式，可以求出：mP根据上述数据，同时考虑车辆的使用性能和制造成本，也为了提高本设计毕业设计- 16 -的清扫车的使用寿命，盘刷可以选择型号为 OMS-160 型液压马达，它的技术参数见下表 3.3。表 3.3 OMS-160 型液压马达技术参数型号 排量 rml/最高转矩N最高压差MPa最高转速min/r最高流量 i/l最大输出功率 kWOMS-160159.7 490 21 470 75 16.23.3.2 转向系统的设计与计算方向盘、转向油缸和转向器是构成转向系统最重要的三个部件。从图 3.3中我们可以看出，车辆的转向主要是通过液压油从油缸流出后，首先经过优先阀，再进入到转向器 11 中，此时驾驶员通过旋转方向盘改变转向器的偏角，从而控制进入液压油缸 12 液压油的排量，实现车辆的转动。在设计液压清扫车的过程中，需要考虑到车辆整体性能，在转向系统中的体现就是，盘刷与转向共用的一套液压系统，我们必须首先保证车辆的转向性能，保护好人员和车辆的安全，然后才要保证盘刷旋转所需要的压力。为了满足盘刷与转向液压油的压力充足，可以在液压回路中增加一个优先阀来保证车辆转向所需的压力，再保证盘刷旋转所需要的压力 15。本设计的液压清扫除尘车的转向系统为前轮转向，在转向时所需要的转向总力矩为：由总力矩的计算公式可以得出 。为了更好地配合转向系统，我们也需要对转换器的排量进行分析与计算，从而选择与转向系统更加匹配的转向器。毕业设计- 17 -代入数据可以求得 。查阅相关技术资料，为了更好地匹配转向系统，转向器选用 BZZ5-E160 型转向器，它的技术参数见下表 3.4。表 3.4 BZZ5-E160 型转向器技术参数型号 排量 rml/最大压差 MPa流量 min/l最大连续背压MPaBZZ5-E160 160 16 16 2.53.4 风机系统和垃圾箱收放系统的设计与计算在清扫车清扫过程中，垃圾被收集到盘刷作业区域后，下一步就到了风机系统发挥的时候了，风机系统产生强大的吸力，将位于盘刷范围内的垃圾利用高压气流产生的压强差和气流把垃圾回收到垃圾箱内。同时，本设计的风机系统和垃圾箱收放系统共用了一套液压马达和液压回路，不单单为了节约制造成本，这样的设计也能够充分利用发动机分配的功率，提高燃料的利用率，进而达到节能减排的最终目的。风机系统风机系统的工作原理是利用液压马达带动叶轮高速旋转，通过旋转在管道中产生强大的气流，使管道中的大气压因为剧烈的空气流动而下降，因此，液压车外部的大气压高于液压车内部的大气压，清扫区域内的垃圾由于巨大的压强差及风机的吸力将垃圾收集到垃圾箱中。风机系统工作时，风机叶轮的旋转是靠液压马达的工作实现的，而风机系统的开启闭合则是依靠图中二位二通的电磁换向阀来实现的。风机系统启动后，液压油泵输出液压油，进入到液压马达中，液压马达实现运转；当风机系统闭合后，风机的叶轮会由于惯性的作用继续旋转一段时间，这就会导致在风机的进气口形成真空状态，为了解决这一问题，本设计中在风机闭合回路中增加了一个单向阀，在断电后，单向阀闭合，可以防止出现风机进气口真空状态，避免风机的损坏。本设计采用的叶轮外圆直径 、 ，风机进气口与出气口 ，叶片轮的厚度为 ，蜗壳出口的尺寸为 ，使用径向直板式叶片，风机转速为 。毕业设计- 18 -风机系统中叶轮的外缘的圆周线速度对风机运转的稳定性有重要影响，它的计算公式为：代入预先计算好的数据，可得 。当计算风机系统的全压系数时，叶片 通常取 1.2-1.4，并且 与 的线t性关系式为：代入数据后可以就得 。根据计算得到的全压系数和流量系数可以求得设计所需的叶轮直径，并且求得全压和流量，即：代入已知数据后可以求得：风机全压 ；风机流量 。在设计的过程中，我们还需要考虑管道阻力对气流压力的影响，管道的阻力可以通过公式计算求得：毕业设计- 19 -代入数值后可以求得：所以管道中的总阻力值为：为了进一步确定适合本设计风机，还需要对全压系数和流量系数进行核算，核算公式如下：则此时驱动风机所需的功率、风机轴承的扭矩和马达的排量分别为：代入之前求得的数据可以得到：经过分析研究，本设计选用的风机液压马达型号为 CM-FE10E 型，它的性能参数见下表 3.5。表 3.5 CM-FE10E 型风机马达技术参数型号 排量 rml/额定压差 MPa最高转速 min/r额定输出功率kWCM-F10E 10.44 16 2500 6.2风机马达与风机的叶轮之间采用窄 V 带轮连接，可以提高传动效率，减少动力在马达与风机传动时的能量损耗，本设计中使用了 2 根窄 V 带轮，在保证动力得到充分输出的同时，防止因为其中一根窄 V 带轮损坏造成系统无法工作毕业设计- 20 -的尴尬。窄 V 带轮的主视图见图 3.5。图 3.5 窄 V 带轮主视图垃圾箱收放系统垃圾箱也是液压清扫车一个十分重要的组成部分，它的最重要的作用就是用于盛放垃圾。垃圾箱的机构示意图见图 3.6。1、2.垃圾进入管道 3.气流缓冲区 4.弧形挡板 5.垃圾箱 6.垃圾箱液压顶杆图 3.6 垃圾箱结构示意图被风机系统吸入管道内的垃圾，通过管道 1 和 2 进入风力缓冲区 3，风力的大小在 3 中明显下降，不过由于风机系统提供了充足的动力，所以收集的垃毕业设计- 21 -圾，特别是粉尘特别容易倒流回管道 2 中，造成管道堵塞，为了解决这一问题，本设计的垃圾箱中添加了一个弧形的挡板 4，高速气流通过 3 进入垃圾箱内，在弧形挡板 4 上端气流迅速减小，垃圾通过自身重力下降至垃圾箱底部 5。当垃圾箱收集满后，可以通过垃圾箱液压顶杆 6 把垃圾箱抬起，将垃圾倾倒出去16。垃圾箱液压缸在使用过程中收到力 F 的作用：由此可以计算得到液压缸受到的力 F 为 214.8N。计算液压缸的内径时，我们需要首先求出活塞运动的理论推力，其公式为：可以求得 D=25mm。3.5 液压系统油路管道直径的设计与计算为了保证系统供油管路的稳定，也需要对它进行独立的设计与计算，油路管道的内径计算公式为：表 3.6 管道内允许流速值管道 推荐流速 )/(sm液压泵吸油管道 0.5-1.5，一般在 1 以下液压系统压油管道 3-6，压力高，管道短，粘度小取大值毕业设计- 22 -液压系统回油管道 1.5-2.6根据公式可以求得，行驶驱动系统的液压系统管路内径，盘刷和转向系统共用液压系统的管路内径以及风机系统和垃圾箱收放系统的液压系统管路内经，分别为：查阅相关资料，根据 GB/T 2351-2005 规定，三个液压系统管路内经的取值分别为：3.6 液压系统冷却器的设计与计算冷却器也是液压系统中一个十分重要的辅助元件，它的主要功能是在液压马达高速运转过程中，会产生大量的热能，而冷却器就是通过冷却片，将产生的热能及时发散出去，防止液压系统长时间处在高温环境下，造成液压系统的热损坏，降低设备的使用寿命。冷却器有水冷式和风冷式两种类型。水冷式冷却器的主要介质是水，依靠水的比热容较小，可以吸收大量的热能，从而降低设备的温度；风冷式冷却器主要依靠风机的旋转，将热能发散出去，这样的设计不但可以减少管路的数量，也可以降低能源的使用，并且它与水冷式冷却器相比，安装维护更加方便简洁，也能够避免在使用过程中因内部压力过大造成管路爆裂，排出泄露出的油水混合物对液压系统造成损坏的状况。因此，本设计采用风冷式冷却器作为主要的散热元件 17。在使用风冷式冷却器之前，我们首先要确定它的散热面积，才能更好的选择合适型号的冷却器，用于液压系统散热。它的散热面积公式为：代入数据可以求得 。经过对比研究与分析，考虑到现有风冷式冷却器的技术参数，以及清扫车的工作环境和制造成本等因素，本设计最终选用 AH1012T 型风冷式冷却器作为小型液压清扫除尘车各液压系统的冷却器 18。毕业设计- 23 -3.7 小型液压清扫除尘车总液压系统图通过对小型液压清扫除尘车各液压系统的设计，以及对系统中需要的各种元器件的对比分析。结合小型液压清扫除尘车需要适应的不同的工作条件和工作环境，我们可以得到清扫车的总液压系统图，如图 3.7 所示。1.溢流阀 2.水泵液压马达 3.盘刷液压马达 4.二位二通换向阀 5.三位四通换向阀6.节流阀 7.盘刷升降液压缸 8.垃圾箱升降液压缸 9.储能器 10.单向阀11.变速齿轮液压泵 12.过滤器 13.液压油缸图 3.7 小型液压清扫除尘车液压系统总图当液压车开始工作时，二位二通换向阀 4 的 1YA 得电，液压油从液压油缸13 中流出，通过二位二通换向阀流进 4 个相同的盘刷液压马达，盘刷开始旋转；同时，三位四通换向阀的 2YA 得电，液压油流进盘刷升降液压缸 7 中，盘刷下降至工作位置，清扫作业开始，在此回路中，本设计添加了一个节流阀 6，它的主要作用是将流过节流阀的液压油进行局部收缩，从而使液压油流速增加，静压力增大，进一步起到降温减压的作用；清扫作业结束后，三位四通换向阀的 3YA 得电，液压油从换向阀右端流过，重新回到液压油缸中，盘刷升降液压缸 7 失去动力，盘刷回升至非工作位置；在盘刷旋转的同时，一部分液压油也会流进水泵液压马达 2 中，是洒水装置开