多功能小型环卫车的结构设计

I目 录目 录 .I第一章 绪 论 .11.1 环卫车的研制背景及意义 .11.1.1 我国环卫设备制造业的发展回顾及现状 .11.1.2 国内外环卫设备的对比 .21.1.3 环卫设备普遍存在的问题 .21.2 本课题研究的主要内容及研究方法 .31.2.1 研究内容 .31.2.2 研究方法 .31.3 多功能小型环卫车的基本设计过程 .41.3.1 方案设计 .41.3.2 技术设计 .5第二章 多功能小型环卫车的设计计算 .72.1 动力源的选取 .72.1.1 清雪机构消耗功率 .72.1.2 割草机构消耗功率 .82.1.3 确定动力源 .82.2 带传动的设计计算 .92.3 锥齿轮传动设计 .112.4 锥齿轮传动轴的设计 .122.4.1 轴的强度校核计算 .132.4.2 轴承的选择及寿命校核 .132.4.3 滚动轴承的轴向固定 .142.4.4 同步带轮的轴向固定 .142.5 轴承座的设计 .142.6 键连接强度校核 .152.7 本章小结 .15第三章 环卫车的主体机械结构设计 .163.1 割草装置的结构设计 .163.2 落叶清扫机构的设计 .173.3 清雪装置的设计 .183.3.1 及时清除积雪的必要性 .18II3.3.2 主要的清雪方法 .193.3.3 国内外清雪装置研究 .203.3.4 清雪机构螺旋轴 .213.3.5 工作过程 .223.3.6 有转子清雪车的螺旋轴结构设计 .223.4 环卫车的车体结构设计 .233.5 同步带轮的设计 .243.6 传动轴的结构设计 .243.6.1 选材及表面热处理 .243.6.2 传动轴 1 的校核 .243.6.2 传动轴 2 的校核 .253.7 本章小结 .26第四章 多功能小型环卫车的使用及保养 .274.1 环卫车的安装 .274.1.1 割草装置的安装 .274.1.2 螺旋轴及清扫刷的安装 .274.2 环卫车的使用 .274.2.1 使用前的预处理 .274.2.2 环卫车使用相关说明 .284.3 环卫车可能出现的故障及相应处理 .294.4 本章小结 .29结 论 .30致 谢 .31参考文献 .321第一章 绪 论1.1 环卫车的研制背景及意义1.1.1 我国环卫设备制造业的发展回顾及现状我国建国初期环卫设备(工具)主要是扫帚、粪勺、粪筐，以后发展到手推车脚踏车畜力车(图 1-1)，再后则出现较现代的机械设备及环卫专用车辆。环卫设备的制造最早主要依靠各地环卫部门的工具修理车间，加工清洁工具，改造粪便、垃圾运输车。京、津、沪、武汉等大城市力量较强的地方，逐渐改装、发展少量自用的车辆，如自卸车、小型扫路机、吸粪车、洒水车、清雪车等少数工厂能进行批量不大的环卫产品生产。这些产品标准化、系列化水平很低，质量不稳定，这跟很长一段时期环卫行业整体科技水平低、科技力量不足有关。改革开放以来，一批技术力量雄厚的科研院所，机械、电子、汽车行业的大中型企业，看到了优质环卫产品短缺与环卫行业实现装备现代化客观需要之间的矛盾，纷纷看好环卫市场，进入环卫行业，开发各种环卫专用车辆及垃圾处理、车辆冲洗成套设备。如东风汽车公司 80 年代开发的后装压缩垃圾收运车（图 1-2） ，沪州机器厂开发的 20、30 型系列清扫车，云马飞机制造厂、新谊工程有限公司开发的多种型号的后装压缩垃圾收运车，中国人民解放军空军 9502 工厂开发的仿英国 SK150 全液压计算机控制水循环的小型吸扫车，南京晨光厂、武汉新光厂、北京市政汽车改装厂、武汉市政机械厂以及环卫部门的北京清洁机械厂、上海环卫机械厂、广州市环卫机械设备厂等环卫机械和设备专业生产厂家现已超过 150 家。环卫业以外的生产机械设备的企业，是社会主义市场经济发展的产物，对环卫部门的企业是一种挑战，同样也是一种促进，两种类型的生产企业形成了竞争发展的良好局面，空前繁荣了环卫设备市场，对迅速改变环卫工作的落后面貌，尽快采用计算机控制、液压驱动等先进技术，对环卫机械装备的技术进步无疑是一个有力的推动。图 1-1 脚踏环卫车 图 1-2 东风压缩垃圾运输车21.1.2 国内外环卫设备的对比目前国内进口的主要有美国 Elgin sweeper company 生产的 Crosswind 扫路车,英国 Johnston Engineering Limited 生产的扫路车和 Schmidt 公司生产的全液压驱动扫路车等。进口扫路车由于有几十年的发展史,加之基础件可靠性高,因此都有一个共同的特点,可靠性相对国内产品要高。但它们中有些产品不太适合我国国情。进口扫路车有如下几个问题：一是价格高,一般均在 100 万人民币以上,是国产扫路车的 3 倍左右；二是不太适合我国国情,进口扫路车一般只能用于干净路面的保洁,而在我国由于路面垃圾较多,需要的不是保洁而是要清扫,因此受到技术上限制,扫不干净；三是使用费用太高、不经济,进口车的易损件(清扫刷，如图 1-3）的实际使用费用为国产的 5 到6 倍；四是售后服务不方便,进口产品虽然可靠性较高、故障较少,但是一旦出故障维修极不方便,配件至少要 4 个月以上才能到货。如需厂方派人来维修则时间更长,且维修费用相当高。中标实业有限公司曾为北京首都机场维修过一台进口扫路车的风机传动轴和液压马达，当时该车已停用数月无法修复，外商开价十多万人民币,中标公司用十天左右时间,仅花 2 万多元即修复了。图 1-3 清扫刷 图 1-4 H2113HSE 型割草机综上所述,国产环卫车发展到今天已完全可替代进口产品（图 1-4）,在适应方面甚至优于进口产品。1.1.3 环卫设备普遍存在的问题随着社会的发展进步,不再满足于单纯意义上的扫路车,将从多功能、环保、小型、经济等方面提出更多的要求,市场呼唤能满足各种需求的扫路车。目前的国产扫路车基本上是单纯意义上的扫路车即只能扫路，不能它用。而从全国许多环卫局的信息看,有的需要能清洗道路护栏,有的要求能铲雪等等。因此，扫路车多功能是其一个发3展方向。目前的扫路车尾气污染和噪音污染相对来说都较大。随着国家对环保要求越来越高,人们环保意识的普遍增强,现有扫路车就将很难适应需要,因此开发环保型扫路车势在必行。综上所述,要调整好产品开发方向,顺应市场的需求和国家政策的要求，研究多功能小型环卫车具有十分重要的意义。1.2 本课题研究的主要内容及研究方法环卫车在实际生活中应用的非常广泛，设备数量非常多，尤其是居民小区、非主干街道等场合；功能也比较齐全，但是一般都采用单一设备单一功能方式。通过了解在小区使用的小型环卫车的结构组成、工作原理，研究如何实现多功能的集成，考虑多功能集成时的工作状况，同时改进设计对提高劳动生产率，降低生产成本，改善劳动条件，实现安全生产的作用。1.2.1 研究内容1）能够完成落叶收集、草地修剪、积雪清理等功能；2）该设备可采用汽油机或电瓶驱动工作单元完成工作，能实现不同需要时各功能间的快速转换；3）要求总体结构尺寸最小化，关键零部件强度、刚度足够；4）动作安全可靠，运动平稳；5）整机结构布局好，适应实际生产现场情况；6）主要部件所选材料要耐腐蚀。1.2.2 研究方法1）查阅现有国内外有关环卫机械的文献资料，理解现有环卫机械的传动原理以及实现方式，设计过程中充分借鉴现有的优良结构，在此基础上进行创新性设计。2）重视理论分析，领会机械零件设计及传动相关的理论，对基本的传动有十分的了解，熟悉各种传动机构的传动特点。3）提出并论证新的机构，该机构要满足落叶收集、草地修剪、浮雪清扫等功能要求，这个阶段非常重要，直接影响到最终设计结果，需花较大精力和较长的时间与指导教师及其它老师共同探讨。4）在前期充分论证的基础上对其进行详细设计，主要对该机构中的创新点及相关附件进行设计，充分利用现有成形的机构，创新性地实现多功能的集成。41.3 多功能小型环卫车的基本设计过程1.3.1 方案设计本阶段对设计的成败起关键作用。在这一阶段中也充分地表现出设计工作有多个解（方案）的特点。在方案设计阶段，要正确地处理好借鉴与创新的关系。同类机器成功的先例应当借鉴，原先薄弱环节及不符合现有任务要求的部分应当加以改进或者根本改变。既要 积极创新，反对保守和照办原有设计，也要反对一味求新而把合理的原由经验弃置不用这两种错误倾向。在多功能小型环卫车的方案设计阶段，经过查阅大量的相关数据及市场上各种环卫机械的结构，最终从多个方案草图中确定为以下方案。采用模块化设计，关键在于执行机构的集成设计，要实现在草地修剪、落叶收集、浮雪清扫功能间的集成和快速转换。如图 1-5 为沙田牌电动清扫车清扫装置可以借鉴到多功能环卫车的设计上来，图 1-6 的清雪螺杆装置不仅可以清扫路面上的雪花，还可以通过其旋转，对雪进行收集。图 1-5 沙田牌电动清扫车 图 1-6 螺杆清雪装置方案的大致流程图如图 1-7 所示。本方案的行走装置由于考虑能量的节约采用手推式，操作方便简捷。环卫车的大致过程为：原动机通过带传动或链传动把运动和动力输出到减速装置，采用带传动或链传动的目的是考虑到减震，超载保护等要求，再经过减速装置把动力传输到执行机构，从而实现相应的动作。5图 1-7 环卫车方案流程图1.3.2 技术设计技术设计阶段的目标是产生环卫车的总装配图及部件装配草图。通过草图设计确定出各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之间的连接零、部件的外形及基本尺寸。最后绘制零件的工作图、部件装配图和总装图。为了确定主要零件的基本尺寸，必须做以下工作：1）环卫车的运动学设计根据确定的结构方案，确定原动机的参数（功率、转速、线速度等） 。然后，做运动学的计算，从而确定各运动构件的运动参数（转速、速度、加速度） 。2）环卫车的动力学计算结合个部件的结构及运动参数，计算各主要零件所受载荷的大小及特性。此时求出的载荷，由于零件尚未设计出来，因而知识作用于零件上的公称或名义载荷。3）零件的工作能力设计已知主要零件所受的公称载荷的大小和特性，即可做零部件的初步设计。设计所依据的工作能力准则，需参照零部件的一般失效情况、工作特性、环境条件等合理地拟定，一般有强度、刚度、振动稳定性、寿命等准则。通过计算或模拟，即可决定零部件的基本尺寸。4）部件装配草图及总装配草图的设计可根据已定出的主要零部件的基本尺寸，设计出部件的装配图及总的装配草图。草图上需对所有零件的外形及尺寸进行结构化设计。在此步骤中，需要很好的协调各零部件的结构及尺寸，全面地考虑所设计的零部件的结构工艺性，使全部零件有最好的构形。5）主要零件的校核6有一些零件，在上述第三步中由于具体的结构未定，难于进行详细的工作能力计算，所以，只能作初步计算及设计。在绘制部件装配草图及总装配草图以后，所有零件的结构及尺寸均为已知，相互邻接的零件之间的关系也为已知。只有在这时，才可以较为精确的定出作用在零件上的载荷，决定影响零件工作能力的各个细节因素。只有在此条件下，才有可能并且必须对一些重要的或者外形及受力情况复杂的零件进行精确的校核计算。根据校核的结果，反复地修改零件的结构及尺寸，直到满意为止。草图设计完成以后，即可根据草图业已确定的零件基本尺寸，设计零件的工作图。此时，仍有大量的零件结构细节要加以推敲和确定。设计工作图时，要充分考虑到零件的加工和装配工艺性、零件在加工过程中和加工完成后的检验要求和实施方法等。有些细节安排如果对零件的工作能力有值得考虑的影响时，还需返回去重新校核工作能力。最后绘制除标准以外的全部零件的工作图。按最后定型的零件工作图上的结构及尺寸，重新绘制部件装配图及总装配图。通过这一工作，可以检查出零件工作图中可能隐藏的尺寸和结构的错误。人们把这一工作通俗地称为“纸上装配” 。7第二章 多功能小型环卫车的设计计算2.1 动力源的选取由于环卫车的功率主要消耗在清雪装置和割草装置上，故通过这两者中消耗功率的较大者来选取动力源。查阅相关数据，考虑到新雪及压实雪的密度、湿度以及清雪时的摩檫系数，经计算清雪螺杆的消耗功率约为 1.75KW 左右。2.1.1 清雪机构消耗功率清雪装置消耗功率的计算过程如下。表 2-1 清雪装置参数参数名称 符号 参数值 单位集雪器回转直径 D 300 mm螺旋转数 jn240 minr螺旋线节距 S550 mm扫雪宽度 l560 mm汽油机效率 10.8轴承效率 20.99带传动效率 30.94雪层厚度 h 100 mm行进速度 V 0.40 sm除雪生产率 lQ2104.3与之相关的其它参数表。表 2-2 雪极限参数参数名称 符号 参数值 单位温度 T 20C雪的密度 r 0.4 3cmg摩擦系数 0.08雪的抗压强度 f 415.7pa雪块平均直径 a17 mm空气粘滞系数 0.00016 泊阻力系数 215.4rc0.0623 msec8由以上参数，可计算集雪器的消耗功率 fQnVDSPj si)60(cossin1 2代入数据，计算可得 kwPj75.1由于本设计方案考虑采用汽油机经带传动把动力和运动传递到集雪器的螺旋轴上，由上述表格中各传递环节的效率，可计算集雪器消耗的实际功率 。SP321Sj代入数据，经计算可得 kwPS40.2.1.2 割草机构消耗功率国外的旋刀式草坪割草机的配套动力有电动机(由电缆或蓄电池供电)和汽油机两种。基于方便和安全的原因由电缆供电的割草机只能在小面积上使用.而由蓄电他供电的割草机，因机器重量较大，且蓄电池需经常充电(一般剪完 700mz 后需进行充电). 所以，在小型割草机上(2.2kW)常采用电动机作为配套动力机.而在 2.2kW 上的割草机则多采用汽油机作为配套动力机.如果以电动机作为配套动力，则割草机的噪声源主要为带翼片的旋刀装置；如以汽油机作为配套动力，则割草机的噪声源是汽油机和带翼片的旋刀装置。本设计方案在实现割草功能时主要采用汽油机通过带传动在经一对锥齿轮进行变速换向把运动和动力传递给旋刀装置，实现割草的功能。锥齿轮传动效率： 98.04.查阅相关资料，小型割草机所需功率在 2.2KW 左右，考虑到各传动效率，其实际所需功率为： kwPg 19.305.2.4312.1.3 确定动力源考虑到以上因素，动力选取采用通用小型汽油机（通机）提供动力。与其它动力机组相比，通用小型汽油机具有体积小、重量轻、价格便宜、使用方便的有点。通过以上计算，初步选取江淮动力股份有限公司生产的型号为 JF168 的小型汽油机。9表 2-3 JF168 汽油机参数发动机型式 缸径 径程（）m汽缸排量（ ）l压缩比最大输出功率（ ）rpmHP单缸、四冲程 4568163 8.5：1 3605.最大扭矩（）rpmN点火系统 燃油箱容量 （L ）尺寸（ ）WL净重（ ）Kg2508.1晶体管点火 3.6 3608715该型号汽油机形状如图 2-1 所示。图 4JF168 汽油机实物图图 2-1 JF168 汽油机实物图2.2 带传动的设计计算考虑到减震，超载保护等工作要求，传动方式选用带传动，采用圆弧形同步带，查阅机械设计手册的机械传动分册，根据功率选取型号为 8M，节距为 8mm，基准带宽所传递功率的范围 0.0214.8kW，基准带宽为 20mm 的圆弧形同步带传动。其计算过程如下。设计功率 （kW ）：dPPKAdWAd 47.60.61：工况系数，根据工作情况，查机械设计手册， ；AK .1A：传动功率， ；PHP4.5.带轮节距 ：b查机械设计手册， mb8小带轮齿数 ：1Z36min1Z10取 361Z小带轮节圆直径 ：1dmZPb72.914.3681查机械设计手册，取标准值节径 ，外径 ；dd30.910带速 ： max106n查机械设计手册 s453max代入数据 smnd27.10637.91.106符合设计要求。max27.1s传动比 ：i 10283621ni：中间锥齿轮传动轴转速，由于设计考虑锥齿轮传动比为 1：1，所以中间轴2n转速即等于割草装置的转速，查阅相关资料，目前市场上割草装置转速一般为。本设计在此取 。min3601r min1802rn大带轮齿数 ：2Z723612iZ大带轮节圆直径 ：2di 4.8.91初定中心距 ：0a )(2)(7.021021dad代入数据 34.867.934.86.90即 ma5.1920取 0初定带的节线长度 及其齿数opLbZ0212104)()(2adda11代入数据 mLop17.940查机械设计手册取op62bZ实际中心距 ：a采用中心距可调整的结构， 20opLa代入数据得 ma260小带轮啮合齿数 ：Z)(21211ZaPZentb代入数据 符合要求。61minm基准额定功率 ：0P10)(20mTPa（N）：带宽为 的许用工作拉力；aT0sb（ ）：带宽为 的单位长度的质量；mKg代入数据，计算得 。KWP86.0带宽 （mm）：sb14.00PbZLds：小带轮啮合齿数系数，查机械设计手册取 ；ZK 1K：圆弧齿带长系数，查机械设计手册取 ；L L代入数据，计算得 符合设计要求，查机械设计手册，取18.5dmbs。mbs25作用在轴上的力 ：rF15dFrPK：向量相加修正系数，查机械设计手册，取 ；FKF代入数据，计算得 。NFr32.89122.3 锥齿轮传动设计本设计采用使用最广泛的直齿锥齿轮，齿形制为 GB/T123691998，其基准齿形参数如下。齿形角 ，齿顶高系数 ，顶隙系数 ，螺旋角 。201ah2.0C0大端端面模数 ：m查机械设计手册，根据模拟法确定为 。5.3m齿数比 ：u 21nZu本设计在此考虑到割草机构所需转速及传动比的要求，确定齿数比为 。1u齿数 ：Z本设计考虑到结构尺寸的要求，选取齿数为 。锥齿轮不产生根切的1621最少齿数 cosin2miahZ代入数据，计算得 。由于所选取的 ，故符合设计08.12min min216ZZ要求。分度圆直径 ；Zd56121锥距 dR6.39sin21齿宽系数 ；31R齿宽 ：b mRb07.136.93齿顶高 ：ahha5.齿高 ： Ca7.)2(齿根高 ：fh mhaf 2.4齿顶圆直径 ：addaa95.60cos1132.4 锥齿轮传动轴的设计由于锥齿轮齿顶圆直径 ，故设计成齿轮轴的形式。轴的mda1509.6材料选用广泛使用的 45 钢。在锥齿轮处进行正火处理，齿面硬度 220250HBS。2.4.1 轴的强度校核计算根据工作环境要求，传动轴主要承受扭矩，故按扭转强度条件设计计算。这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果还受不大的弯矩时，则用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。在做轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为 2.0953TTdnPW式中：扭转切应力， ；TMPa轴所受扭矩， ；mN轴的抗扭截面系数， ；W3轴的转速， ；ninr轴传递的功率， ；PKW计算截面处轴的直径， ；d许用扭转切应力， ，由于轴材料选用 45 钢，查机械电子工程师手册，TMPa得 ；452由上式可得轴的直径 32.095nPdT代入数据，径计算得 。m4.16应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于轴径 的轴，有一个键槽时，轴径增大 %；有两个键槽时，应增大 7%。md10 3对于轴径 的轴，有一个键槽时，轴径增大 5%7%；有两个键槽时，应增大 10%15%。然后将轴径圆整为标准直径。应当注意，这样求出的直径，只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。由于本设计中在轴端安装带轮需要开键槽，且为了防止轴向窜动，故设计时在轴端按开两个键槽处理，轴径增大 10%15%，再将轴径圆整为标准直径 20mm。142.4.2 轴承的选择及寿命校核轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。能否正确选用滚动轴承，对主机能否获得良好的工作性能，延长使用寿命；对能否缩短维修时间，减少维修费用，提高机器的运转率，都有着十分重要的作用。因此，不论是设计制造单位，还是维修使用单位，在选择滚动轴承时都必须高度重视，一般来说，选择轴承的步骤可能概括为：（1）根据轴承工作条件（包括载荷方向及载荷类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等） ，选择轴承基本类型、公差等级和游隙；（2）根据轴承的工作条件和受力情况和寿命要求，通过计算确定轴承型号，或根据使用要求，选定轴承型号，再验算寿命；（3）验算所选轴承的额定载荷和极限转速。 选择轴承的主要考虑因素是极限转速、要求的确良寿命和载荷能力，其它的因素则有助于确定轴承类型、结构、尺寸及公差等级和游隙工求的最终方案。在本设计中，轴承主要承受径向载荷外，由于割草装置的运动把载荷传递到齿轮轴上，故轴承还受到一定的轴向载荷的作用，所以在此考虑选用角接触球轴承。单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向负荷，在承受径向负荷时，将引起附加轴向力，并且只能限制轴或外壳在一个方向的轴向位移。若是成对双联安装，使一对轴承的外圈相对，即宽端面对宽端面，窄端面对窄端面。这样即可避免引起附加轴向力，而且可在两个方向使轴或外壳限制在轴向游隙范围内。考虑到以上因素，本设计最终采用成对安装角接触球轴承，采用背靠背的配置方式，以平衡轴向力。在设计中安装轴承处轴的直径为 30mm，查机械设计手册单行本轴承卷，选用角接触球轴承 7006C。材料选用国产常用的滚动轴承钢 GCr15 钢，其硬度一般为 6066HRC。由于上面计算得轴向力 ，查机械设计手册，远小于轴承所能承受NFr32.89的载荷，故在此可认为轴承寿命是足够的，因而对轴承寿命的校核计算省去。2.4.3 滚动轴承的轴向固定由于滚动轴承所受的轴向力相对较小，故采用弹性挡圈进行轴向定位与固定，具有结构简单、紧凑的特点。轴用弹性挡圈及轴槽的结构尺寸见 GB/T894.1 以及GB/T894.2。2.4.4 同步带轮的轴向固定对于带轮的周向固定采用平键，而对于轴向固定，则采用轴端挡圈加紧钉螺钉15的方法。轴端挡圈适于轴端需件的定位和固定。可承受剧烈的振动和冲击载荷。轴端挡圈的结构尺寸见 GB/T891 及 GB/T892。2.5 轴承座的设计在本设计中，滚动轴承座的设计主要参考 SN206 二螺柱滚动轴承座，材料选用HT200 灰铸铁制造，其力学性能等级不得低于 GB/T9439 的规定，轴承座也可采用与其性能相同或比其优越的材料制造。对滚动轴承座铸件的要求：（1）铸件的型砂应清除干净，对浇口、冒口和夹砂等均应铲除或打磨掉，清理后的毛坯表面应平整、光洁；（2）铸件表面不允许有裂纹、气孔、缩孔、浇注不足以及其它能降低轴承座强度和明显损害外观的铸造缺陷存在；（3）轴承座铸件在机械加工前应进行时效处理。对滚动轴承座机械加工后的要求：（1）轴承座加工后的表面不得有沙眼、毛刺和脱边；（2）轴承座上盖和底座相配后，其铸造外形不得有明显的错位；（3）轴承座内孔直径与其铸造外缘不得有明显偏心，在轴向不得有明显的偏移；（4）轴承座中心高的极限偏差应符合 GB/T1800.41999 中的规定；轴承座上盖底面与底座的配合面以及底座底面，其表面粗糙度值的最大值为 6.3 。m2.6 键连接强度校核传动轴与带轮的连接采用普通 A 型平键连接。键的参数为 ： ，hb6键长为 16mm。键的材料选用 45 钢。平键连接在传递转矩时，其主要失效形式是工作面被压溃。因此，通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。普通平键连接的强度条件为 ppkldT3102：传递的转矩（ ） ，代入数据计算得TFTr mN31089.代入数据，计算得 MPap4.32由于 小于 ，故键的强度足够。Pap1502162.7 本章小结本章主要对多功能小型环卫车的主体零件进行强度计算和校核，并在校核中对零件结构的合理性进行了分析，根据确定的结构方案，确定了原动机的类型及参数，通过运动学计算，确定了各运动构建的运动参数，作为本设计的重点之一，为小型环卫车的主体机械结构设计做基础性铺垫。第三章 环卫车的主体机械结构设计在小型环卫车的结构设计阶段，可根据已定出的主要零部件的基本尺寸，设计出部件的装配图及总的装配草图。草图上需对所有零件的外形及尺寸进行结构化设计。在此步骤中，需要很好的协调各零部件的结构及尺寸，全面地考虑所设计的零部件的结构工艺性，使全部零件有最好的构形。本设计在此过程中主要完成多功能小型环卫车的各执行功能部件的结构设计，主要包括清雪螺杆的设计，割草装置的设计以及清扫落叶所用的滚刷的设计。3.1 割草装置的结构设计目前世界各国对环境保护及环境绿化都予以高度重视，许多发达国家草坪及绿化花木的面积相当大，而用于保护和修整绿地或花木的机械或是手工割草工具；或是仅具有单一功能以汽油发动机为动力的割草机。而且，目前市场上广泛使用的旋刀式割草装置（图 3-1）存在着安装复杂，作为整体的刀片，浪费贵重的材料，最重要的是，在磨损后刃磨不方便。针对这些缺陷，本设计在割草机械模块上要实现体积小、质量轻、携带方便、对环境污染小，拆卸方便等特点，使之具有极大的市场开发价值。17图 3-1 旋刀式割草装置查阅相关技术数据及了解市场上的割草机构的结构和特点，本设计最终确定割草机构为刀盘式割草装置（图 3-2） 。这种装置不仅结构轻巧，安装容易，而且在刀片磨损后极易刃磨和更换。在本设计中，割草机构的圆盘状采用分离式，刀盘为铝合金材料，使整个结构轻巧，刀片通过螺栓固定在刀盘上，在刀片与刀盘的连接处，刀盘上开有一大一小两孔，在安装时，对上大孔再往外一拉用螺栓拧紧即可，极为方便。本设计新型的刀片不是直接安装在转轴的下端部，而是安装在刀盘的边缘，刀盘固定在转轴的下端。通过转动刀盘来使刀片进行割草，所以转动的刀盘可以清除草地上可能存在的石块等坚硬物体。本设计新型的刀片安装在刀盘边缘位置，并用螺栓固定。刀片的刃口呈外凸弧形，所以即使刀片万一碰到石块等坚硬物体，刀片会转过一定的角度让开，而不是与石块硬碰硬的的碰撞，从而也能免受损坏和产生火花。本设计新型的刀片上设有环形孔，安装极为方便。只要将环形孔的大孔套入螺栓，然后再外拉刀片，用螺栓拧紧，刀片便不会脱落。使用时，刀片高速转动，刀片在离心力的作用下更不可能脱落。图 3-2 刀盘式割草装置为了使割草机构割草时高度可调，在刀盘与之连接的传动轴采用花键连接，并用套筒进行轴向定位与紧固，通过调整套筒的不同高度，从而实现割草机构18的高度调节。经过设计，最终确定割草机构以下结构参数。割草机构刀片数：3 片；割草机构最大割幅：560mm；割草机构可调高度范围：2055mm。3.2 落叶清扫机构的设计在落叶清扫功能的实现中，由于市场上各种清扫机械（图 3-3）已经很普遍，且结构设计已相当成熟，故本设计直接参考市场上目前常用的清扫装置，加以简单改进而成。图 3-3 清扫刷本设计清扫机构的结构参数如下。清扫刷清扫范围：440mm；清扫刷直径：300mm。3.3 清雪装置的设计3.3.1 及时清除积雪的必要性地处寒带的城市冬季道路积雪给车辆和行人带来极大不便，甚至造成车祸，严重地影响了人们正常的生产和生活秩序，这已成为世界公认的城市危害之一。我国是个幅员辽阔的大国，地跨热带和温带，其中温带约占国土的 1/3 左右。19这些地区每年有不同程度的降雪，尤其在纬度较高的北方地区每年仅有 45 个月的无霜期。我国的东北、华北和内蒙东北部的部分地区，属于寒温带大陆性季风气候，冬季的降水量少且主要为降雪，而且无霜期较短。在这些地区由于冬季的积雪和积冰常常造成严重的交通阻塞，在有些路段例如坡道、转弯、交叉路口、机场跑道等，路面有积雪和积冰则影响更为严重，常常引发交通事故。因此，如何能在降雪后迅速、有效地清除积雪，保证道路通畅一直是困扰政府和交通部门的问题，也是各企事业单位的一个难题。由于目前我国清雪方法比较原始，主要是人工法，基本上是人海战术，不但浪费了较大的人力和物力，而且清雪的效率低，往往雪还没有被清理完，就被来往的车辆压实，又增加了清雪难度。所以，过多的降雪常常来不及得到及时有效的清除，给城市交通和人民生活带来了许多不便。因此，寻找一种既有较高效率，成本又比较低的清雪方法就成为当务之急。3.3.2 主要的清雪方法目前，各国普遍采用的除雪方法是机械除雪法(位移法)和融雪法(化学溶解法)两种基本方法。机械除雪法是通过机械对冰雪的直接作用而解除冰雪危害的一种方法。这种方法是迄今为止应用最为广泛的除雪方法，是人类传统而有效的除雪方法。研制性能优越的除雪机械成为世界上冬季降雪国家的一个重要课题。积雪按状态可分成三种类型：（1）新鲜雪，即降雪不久且未经人员和车辆碾压的雪，质地松软；（2）压实雪，即降雪后经人员和车辆碾压而形成的冰雪混合物，质地较硬且和地面粘接紧密；（3）冰层，是积雪因阳光暴晒或车辆碾压融化成水后又冻结成冰，冰层中除水分外还有大量尘土和泥沙，质地坚硬，和地面粘接牢固。所以除雪机械包括除雪机和除冰机两种。根据工作原理的不同，除雪机可分为推移式、抛雪式和吹雪式三种。推移式除雪机是将推雪铲刀，除雪犁等装置安装在推土机或其它车辆上，将雪推走，开出通道，然后用卡车将积雪运走。这种方法只能将积雪推到路边，不具备集雪能力，且只适用于新鲜雪或破碎后的压实雪，效率较低，容易划伤地面。常见的推移式除雪机有前置正铲式、前置侧铲式和 V 型除雪犁等等。抛雪式除雪机配有抛雪泵，将收集到的积雪抛到路边或送入运输车辆。为清除压实雪和冰层还配有破冰装置，主要有锤击式、压裂式、剁式和铲式，将压实雪或冰层破碎并和地面分离后清除。常见的抛雪式除雪机有螺旋式、手臂式和叶片式三种，其中以螺旋式最为常见。吹雪式除雪机一般配备航空发动机，产生强大的高压空气流由喷口吹除地面积雪。吹雪式除雪机运行速度较高，有很高的生产率，但它只适用于新鲜雪，只能在机场、桥梁20和高速路上应用，成本很高，不能开发小型产品。除冰机是指具有切割、破碎、剥离道路表面冰层和压实雪的机械。除冰机包括震动式除冰机、铣切式除冰机和撞击式除冰机。融雪法是一种靠热作用或撒布化学药剂使冰雪融化的方法。它包括化学融雪法和热融雪法。化学融雪法又包括固体融雪法和液体融雪法。固体融雪就是将化学药剂直接撒布在路面上使雪融化。液体融雪法是将化学药剂溶于水中，然后，进行液体喷洒使冰雪融化。其化学药剂多采用氯化物（如 NaCl）或尿素等。例如吉林交通科学研究所成功研制的 SY20 型撒盐机，使用效果很好。热融雪法就是用加热方法使雪融化，如电加热、红外线照射、天然气加热、蒸汽加热及利用发动机排气等。例如，北京西客站坡道工程中使用了热水化雪装置，当时该项目获得北京市新技术应用一等奖。不过，融雪法所需费用较高，易对道路和周围环境造成污染，而且气温过低时将失去作用，也不利于保护车轮胎，因此，这种方法的使用范围受到一定影响。由以上两种主要除雪方法的对比与分析，我们得出结论，除雪应以机械除雪为主。3.3.3 国内外清雪装置研究利用机械清雪是把人从繁重的扫雪工作中解放出来的一种最好的途径，并大大提高了清雪效率和速度。因此，科学工作者一直在探索如何研制出安全、可靠和实用的清雪机械。在国外，最初的清雪机械是采用推土机或装载机，利用其推土板和装载斗将积雪集中在一起，这后来发展成犁式除雪机。早在 1943 年日本就开始把 V 型犁装在载重卡车上用于除雪，经过多年的发展，国外犁式除雪机已具有较高的技术水准，如俄罗斯新产品 KO8122 型犁式除雪机便是其中的优秀产品之一。90 年代初我国的沈大高速公路上也引进了德国产的乌尼莫克道路综合养护车，辅机备有犁式除雪器。国内犁式除雪机的研究也取得一定的成绩，先后研制了一些成功的产品，如西安公路研究所研制的 L9280 型除雪机，吉林交通科学研究所研制的 CL3.6，CL3.5 型系列除雪犁，以及哈尔滨林业机械研究所研制的 CBX216 综合破冰除雪机等。犁式除雪机出现以后，又出现了将用合成材料制成的指向圆周不同方向排列的棒装在滚筒上作为清雪专用器械，但只对没冻的积雪效果好，直到后来出现了连续快速的大型旋转式清雪机后，清理积雪的工作才变得简单。旋转式除雪机一般具有切削、集中、推移和抛投的功能，具有结构复杂、功能多的特点。俄罗斯和日本是生产旋转式除雪机的主要国家，技术成熟，其产品性能居世界领先水平。国内己研制成功的旋转式除雪机主要有吉林工业大学等单位研制的