毕业设计（论文）-落叶清扫机设计

本科学生毕业论文 二〇二〇年六月XX学院本科生毕业设计I城市道路落叶清扫大多用手工清扫，效率低、劳动强度大，且不利于落叶的二次利用。本设计力求在落叶清扫过程中实现机械化，以利于路旁、树丛下落叶收集。本论文主要对手扶式落叶清扫机的机构设计，分别对清扫装置、传送装置、压缩装置进行分析设计。收集后的落叶，采用机械强力挤压的方法，把松散的落叶加工成固体块状以利于运输储存及二次利用。本设计采用清扫辊解决了落叶粘附传送链的问题，采用机械挤压的方式提高了作业效率。本设计对各个机构进行了精确的运动分析与计算，解决了机构运动的配合问题。本设计基本上实现了落叶收集的自动化，在城市环卫应用上可能将有广阔的应用前景。关键词：落叶清扫；强力挤压；传送装置；自动化SW三维图A3-收纳盒A0-总装图A3-小锥齿轮A3-大锥齿轮A3-带轮A3-直齿轮A3-链轮落叶清扫机设计A3-清扫轮全套图纸加扣3346389411或3012250582XX学院本科生毕业设计Mostoftheurbanroaddefoliationcleaningiscarriedoutbyhand,whichisinefficientandlabor-intensive,andisnotstrivestoachievemechanizationintheprocessofleafcleaning,soastofacilitatethecollectionofroadsideandtreeleaves.Inthispaper,themechanismdesignofhand-heldmechanicalextrusion,whichisconvenientfortransdesign,thecleaningrollerisusedtosolvetheproblemofthebladeattachedtotheconveyorchain,andthemechanicaledesignhascarriedontheaccuratemovementamechanism,hassolvedthemechanismmovementcoordinationquestion.Thisdesignbasicallyrealizestheautomationoftobaccoleafcollection,andhasabroadapplicationKeywords:Defoliation;Strongextrusion;Transportdevice;AutomationXX学院本科生毕业设计 IABSTRACT I 11.1引言 11.2研究目的及意义 11.3国内外研究现状 11.3.1国内研究现状 11.3.2国外研究现状 21.4本文研究的内容 2第2章总体结构设计 42.1结构设计 42.2工作原理 52.3动力方案选择 52.4机构类型确定 2.4.1工作速度 62.4.2机架设计 6第3章传动系统设计计算 73.1动力传递路线图 73.2电机和电瓶的选择 73.2.1电机总功率确定 73.2.2电动机及电瓶的选择 3.3带传动设计计算 93.4链传动设计计算 参考文献 1随着生活水平的提高，很多人会考虑买别墅或有院子的房子，在院子里种花种树。但是在秋冬，植物开始落叶。传统的扫帚不仅费劲，而且很难清洗。1.2研究目的及意义扫叶机是城市环保设备之一，是集道路清扫、落叶输送为一体的新型高效清扫设备。可广泛用于学校、公园、街道等场所的落叶清扫。落叶的清理不仅能保证道路的美观，保持环境的卫生，还能保持道路良好的工作状态，延长道路的使用寿命。大量的落叶不仅影响城市环境，而且给交通带来不便。现在一般采用手工扫叶，这样做不仅增加了保洁工人的劳动强度，而且因为收集树叶后空间大，运输不便。收集到的树叶通常被焚烧或掩埋，这不仅污染了环境，也浪费了资源。枯枝落叶是造纸、有机肥生产、饲料等需要收集的有机物质。本研究设计的扫叶机可以对叶片进行清洗，并将叶片的体积压缩成块，是一种综合性的扫叶机，具有很高的商业价值和推广价值。另一方面，随着中国经济的快速发展，人们的生活水平逐渐提高。在当今社会，随着信息技术的飞速发展，高效率的生活已经成为人们生活中的主导因素。同时，各种先进机械的发展和应用，传统的扫叶方式已经完全跟不上时代的步伐。现在我们已经进入了用电的时代，改变现在的扫叶方式势在必行。1.3国内外研究现状中国清扫车的发展历程与发达国家的发展历程基本相似。从单纯清扫机的研究开始，逐步发展到吸力清扫机。早在20世纪60年代，我国就研制出了一种纯扫清火车头，从此拉开了我国研究开发清火车头的序幕。由于当时中国的影响系统和城市卫生2类型的清洁工的历史中国的清洁工添加了一个厚厚的灌木丛。四川上海国家机器工作创建中国第一个扫吸式清洗机，填补我国在清洁吸扫式段空白，波及效率从纯粹的发展类型清洁工从80%上升到90%以上，更纯扫式清扫器是竞争优势迅速进入中国的大中型城市，如北京、上海、南京、深圳等。在20世纪后期，市场需求的快速扩张导致了各种类型和规格的清扫机的出现。清扫车的使用也逐渐从大中城市扩展到小城市，许多企事业单位和一些居民区也开始使用清扫车进行道路清扫。2000年后，国内扫地机市场继续蓬勃发展。20世纪40年代以来，一些国外发达国家开始大量生产清扫机车，如美国的埃尔金、德国的丰库卡、日本的加藤、英国的约翰斯顿等公司。这些公司在销售量和技术应用水平上都处于世界领先地位。在文献=中，提出了一种新的道路清扫方法，采用道路洒水车与清扫车联合作业的方式。该方法不仅能有效地解决普通道路清扫车的二次除尘问题，而且能有效地提高片状、絮凝、粉尘等轻物的低清扫效率。此外，国外清扫车的学术研究方向主要集中在性能优化、安全舒适、综合控制、环保节能等方面。皮通用和帕克G.A.采用离散单元模型和理论分析的方法扫刷盘子的工作与路面之间的互动关系和吸引了以下结论：在盘子和转速的提高，板之间的摩擦系1.4本文研究的内容本设计应考虑的问题首先是如何将落叶清扫进去，然后就是遇到特殊情况下雨后湿润落叶的落叶会粘附在传送机构上，如何解决这种问题。还有落叶收纳箱的容量控制，通过传感器带动压缩机构压缩落叶，当落叶无法压缩后整个系统停止工作，由工人将落叶排除后才能继续使用。根据要求，对于本设计要做以下几个方面的研究：(1)清扫机的工作过程和具体结构；(2)完成清扫机方案设计；(3)设计传动系统；(4)设计作业组件；3(5)传动系统计算；4第2章总体结构设计2.1结构设计本设计作为小型清洁设备，设计成四轮车形式，两后轮采用万向轮可以实现最小的转弯半径，方便在狭窄地带和往复式循迹清扫；本设计的总体结构如下图2-1所示：1.脚轮；2.收纳箱；3.压缩板；4.摇杆；5.上扶手；6.开关；7.箱体；8.齿轮2;9.齿轮1;10.毛刷辊；11.带1;12.传送链；13.电机；14.带2;15.轴承座；16.竖轴；17.平键；18.带3;19.弹性挡圈；20.带轮；21.从动辊；22.清扫轮；23.前轮；24.蓄电池；图2-1方案示意图落叶清扫机构由一对相对旋转的扫叶轮组成，扫叶轮所在轴与地面垂直布置，扫叶轮上均布扫叶板，扫叶轮的旋转带动扫叶板将落叶向车内扫入传送落叶链条。落叶传送机构由一倾斜布置的传送链构成，传送链由链板、主动轮、从动轮和均布在链板上的细长铁棍组成。主动轮带动传送链将落叶投入收纳箱中。落叶被收集到一起后自然状态下呈蓬松状态，占用体积较大，因此收纳箱很快会被装满，为了使收纳箱能够5发挥最大效果尽量多装落叶，必须有将落叶压缩的机构。压缩机构采用偏心曲柄滑块机构的原理，当传感器检测到落叶到达收纳箱上限后，压缩机构启动，执行一次压缩操作。当电机的扭矩传感器检测到无法进行压缩后说明收纳箱已满，系统停止。工人将收纳箱清空。2.2工作原理清扫机在工作过程中，动力由直流电机提供，用蓄电池供电。具体的工作流程如下：本设计由两台电机提供动力，一台电机为落叶清扫机构和落叶传送机构提供动力，另一台电机为落叶压缩机构提供动力。位于箱体上部的电机通过带传动将动力传递给横轴，横轴和竖轴间通过圆锥齿轮传动，将横向的旋转运动转变成纵向的旋转运动。竖轴通过带传动将动力传递给清扫轴，清扫轴带动扫叶轮转动清扫落叶。落叶被扫叶轮扫入传送装置。位于箱体上的电机还通过带传动和齿轮传动将动力传递给传送装置的主动轮和毛刷辊，为了使粘附在传送装置上的落叶能被毛刷辊扫入收纳盒中，传送装置主动轮和毛刷辊的旋转方向必须一致。因此在设计时特别加入一公共齿轮同时与传送装置主动轮和毛刷辊所在轴的齿轮啮合，以保证他们的转向相同。压缩机构的动力来源于箱体底部的电机，因为压缩机构是不定时的间歇运动，所以它必须单独控制，不能混入整个系统中。电机通过链传动带动曲柄轴转动，选择链传动的原因是链传动无滑移，可以改变传动方向。因为曲柄轴动作范围是弧形，到达极限位置后需要返回，因此不能选取带传动。又因为传递距离较远不适于齿轮传动。压缩机构采用偏心曲柄滑块机构的原理，当传感器检测到落叶到达收纳箱上限后，压缩机构启动，执行一次压缩操作。当电机的扭矩传感器检测到无法进行压缩后说明收纳箱已满，系统停止工作。2.3动力方案选择采用人力推动的行走方式，方便灵活；清扫的动力来源于电机的转动，再通过带传动、链传动和齿轮传动将动力分配给不同的运动机构实现响应功能。原清扫机为人力或拖拉机为动力带动，劳动强度大，工作速度慢，环境污染较为严重。我以直流电动机为动力装置，使其工作速度基本达到人的正常行走速度。较人力清扫方式提高工作速度和工作效率，直流电动机代替了拖拉机驱动清扫机，缩小了转弯半径，减少了6碳排放和噪声污染，降低了作业成本；适合在小块地域及封闭环境工作，节能环保。便于无电力条件的地方使用。2.4机构类型确定落叶清扫机的工作速度主要取决于工作部件和行走装置对速度快慢的适应性，还取决于人的步进速度，同时步行速度还受负重大小的影响，负重大步进速度就小，所以此机综合考虑了两方面的因素。由《新编工程师手册》查的人的正常步行速度为5km/h,而同时总行进速度不能高于人的正常速度，这样会使工作者劳累的，假定人在工作程中是匀速前进的，可将此机的速度定为3.6km/h(1m/s),稍低于人的正常步行速度。机架设计为方钢结构，可承受水平力、垂直力和扭力。方钢结构便于附属机构的安装和相对位置的调整。7第3章传动系统设计计算电机1—→横轴—→竖轴·扫叶轮轴电机2曲柄轴→压缩板图3—1动力传递路线图3.2电机和电瓶的选择P=F₇·V1.作业阻力的确定作业阻力主要是清扫轮与落叶接触作业阻力和提升装置的作业阻力故F₇=F+Ff查参考资料得：落叶的密度是0.79g/cm^3,如下图所示，考虑极限情况：清扫轮V=π(R²-r²)h=π(97.5²-50²)×200=4400cm³(3-3)G=pVg=0.79×4400×9.8=35N(3-4)单个清扫轮工作阻力约为35N,左右共2个清扫轮，8F₂=F+F=35×2+35×6=280N图3-2清扫轮横截面示意图2.作业速度v的确定由《新编工程师手册》查的人的正常步行速度为5km/h,单用人力时由于负重速度会减慢，3.6km/h,稍低于人的正常步行速度。即v=1m/s3.驱动功率P的确定考虑功率储备等因素，和由于工作阻力有的还没有考虑到且防止特殊情况出现，考虑功率储备和经济性等因素，选择大一些的直流减速电机取P=0.55KW.3.2.2电动机及电瓶的选择根据计算功率和转速选择电动机，由于工作阻力有的还没有考虑到又防止特殊情况出现，适当选择大一点功率的ZYT系列永磁直流电动机。并且考虑到安装方便的问题选它的各参数如下：输出功率：0.8kw额定电压：48V输出转速：3600r/min允许顺逆转速差率：100r/min9选择相应的减速器的参数如下：型号：8000系列XLD类型：配3600r/min电机，一级直联型输出转速：52r/min输出转矩：250N·m选择配用电瓶的参数如下：电池系列：电动三轮车电池型号：6-DG-1403.3带传动设计计算查表3-5得工作情况系数：K=1.1荷性质和动力机工作情况对带传动能力的影响而引进的大于1的可靠系数，其选取详见选择K=1.1。2.确定V带的型号：考虑到皮带传动是整个机组的薄弱环节，它的失效会影响到整个机组，而皮带传动的成本相对于本机组是可以忽略不计的，所以在这种情况下选择窄v型皮带。根据P=FV,宜中的速度是恒定的。功率越大，皮带的张力越大，选择的带钢类型也越大。在一定的功率下，速度越大，频带内的张力越小，选择的频带类型越小。根据P=0.88kW及n=52r/min,查图3.28确定选用SPZ型的窄V带。dd(1)确定小带轮的基准直径du依据图3.28的推荐，小带轮可选用的直径范围是63~100mm,参照表3.3,选择d=100mm。XX学院本科生毕业设计(2)验算带速v:根据公式3.13得：(1)初取中心距a₀a₀:0.7(da+da₂)≤a₀≤2(da+d₄₂)(3)计算实际中心距。:简短的中心距也会导致小带轮包角太小了。5.验算带轮上的包角a₁:6.计算V带的根数z:带的根数Z越大，各根带的带长、带的弹性和带轮轮槽尺寸形状间的误差越大，受力越不均匀，因而产生的带的附加载荷越大，所以Z不易过大，一般取Z≤7。查表3.1得SPZ型带的单位长度质量q=0.07kg/m,所以根据式3.20得：8.计算带轮轴所受的压力Q:带轮轴所受压力将作为后续轴和轴承设计的依据。3.4链传动设计计算链传动由主动链轮1、从动链轮2、啮合链轮3组成，如图3.30所示。链条有多种形式，最广泛使用的是套筒滚子链条，常用于较大的负荷，两轴平行开启驱动。链传动具有齿轮传动的啮合和带传动的柔性结构特点，是一种中间有柔性部件的啮合传动，在机械中应用广泛。①选择较小的链轮齿z,减小齿廓尺寸。但是，如果齿数过小，传动的不均匀性和动载荷会增大。当链条进入和退出啮合时，关节间的相对夹角增大，铰链磨损加剧。链传动的圆周力也会增大，从而加速链轮和链轮的损坏。到均匀磨损的问题，链轮齿数最好选质数。轮齿数不得超过120颗。否则需要重算。设链速v=(0.6~3)m/s,选小链轮齿数z₁=17Pe=1.3×0.88=1.1kW(1)初定中心距(2)取定链节数取L=106节(取偶数)。①中心距的大小对传动有很大的影响。当中心距较小时，链节数较少，且链速恒就会发生连锁反应。使运动不那么平稳。如无特殊结构要求，一般可初定中心距②链接的数量通常是偶数。只有这样，当链条连接成圆环时，外链板才与内链板时，弯曲板应承受额外的弯矩，强度比普通链条板低20%左右。(1)计算链传动所需额定功率P₀④当链速不高时，链传动的承载能力主要取决于链板的疲劳强度。随着链轮转速的增加，链传动的运动不均匀性也随之增加。(2)选择滚子链型号由n₁=52r/min,P0=2.86在A系列滚子链的额定功率曲线图中(图3.44),选择滚子链型号为16A,链节距p=25.4mm。且知原估计链工作在功率曲线左侧(链板疲劳破坏)为正确。链条节距越大，承载能力越高，但链条传动的运动不均匀性也会增加，振动冲击和噪声也会更加严重。因此，应尽量选择有杆间距的单链或多链。5.确定链长L和中心距a链传动的理论中心距a可根据几何关系求出：符合设计要求。取中心距减小量，即△a=(0.002～0.004)a=(0.002～0.004)×1020.03mm=(2.04~4.08)mm实际安装中心距a=a-△a=[1020.03-(2.04~4.08)]mm=(1018.26~1016.22)mm取a=1018mmXX学院本科生毕业设计①在一般的链传动设计中，为了保证链条松动边缘有合适的安装凹陷，实际中心距应小于理论中心距。②在这种情况下，由于链轮转速较低，传动力不大，加上结构的限制，所以采用特殊的布置，为了防止链条脱落，链条应做一些拉力。6.验算链速v与原假设v=0.6~3m/s相符。8.链传动的压轴力FF≈Kpp·Fe=4000×1.05N=4200N(3-27)9.选择润滑方式根据链速v=0.65m/s,链节距p=25.4,按图3.37选择滴油润滑。通过这段时间对落叶清扫机的设计，我得出了以下结论：(1)采用电动驱动，较人力清扫提高工作速度和工作效率。(2)本机的机架采用方钢，重量轻，同时也节省了材料。(4)后轮采用万向轮，缩小了转弯半径。(5)本机采用了链传动，比较平稳。(6)增加了落叶压缩机构，可以延长作业时间。(7)在传送装置上设置清扫辊，可有效避免落叶粘附于传送装置。这个设计，对我来说，真的是一个很重要的学习，通过画三维，二维的图，真的让我学到了很多东西。对以前不为人知的部分有更深刻的理解。但本设计也有不足之处，希望在今后的学习中改进。参考文献[1]机械设计.濮良贵，纪明刚主编，北京：高等教育出版社，20