矩形管道的清潔

1、前 言 室內(nèi)空氣質(zhì)量不佳而引起的城市“大樓病”正危害著大眾的健康，醫(yī)學(xué)專家因此提出了“病態(tài)建筑”和“病態(tài)建筑綜合癥”等新概念，而這些病的元兇主要藏于樓宇之“肺”集中/半集中式空調(diào)管道（即我們?nèi)粘ＫQ的中央空調(diào)管道）和通風(fēng)除塵管道中，這些管道在長(zhǎng)期使用中會(huì)積累許多灰塵、病菌、病毒、塵螨及放射物，這些有害物質(zhì)在送風(fēng)過(guò)程中便污染了空氣，長(zhǎng)期被人體吸入，就會(huì)導(dǎo)致上述疾病。“非典”和禽流感的出現(xiàn)更引起了人們對(duì)空氣質(zhì)量的高度重視。對(duì)管道進(jìn)行定期清洗勢(shì)在必行。 國(guó)外的中央空調(diào)管道清洗已形成產(chǎn)業(yè)化。我國(guó)還處于起步階段，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)生產(chǎn)的管道清洗機(jī)器人產(chǎn)品大多以仿造為主，技術(shù)性能較單一，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。國(guó)內(nèi)中

2、央空調(diào)風(fēng)管清洗市場(chǎng)經(jīng)過(guò)三年多的發(fā)展，在北京、上海、廣州、杭州等大中城市已經(jīng)開始發(fā)展。我們提供的核心設(shè)備和技術(shù)降低清洗成本；提供的清洗設(shè)備是根據(jù)國(guó)外設(shè)備的特點(diǎn)，針對(duì)國(guó)內(nèi)管道的特點(diǎn)歷時(shí)三年設(shè)計(jì)完成的，其完全可以勝任國(guó)內(nèi)任何管道的清洗工作。目前我國(guó)研發(fā)的管道清潔程度已經(jīng)達(dá)到國(guó)外同類裝置水平，但成本僅為國(guó)外同類機(jī)器人進(jìn)口價(jià)格的一半。矩形管道清潔裝置就是為自動(dòng)清掃中央空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。該裝置對(duì)封閉的中央空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)分段清洗消毒，清除垃圾細(xì)菌及有害氣體后，清除了大樓綜合癥和細(xì)菌傳染的溫床，暢通了風(fēng)管系統(tǒng)，使空調(diào)的通風(fēng)效率和空氣質(zhì)量都得到了恢復(fù)和提高。目前，中央空調(diào)清洗市場(chǎng)在我國(guó)許多地方幾乎是一片空白，

3、這一方面是由于人們的中央空調(diào)的清洗意識(shí)還不夠，但更重要的，是由于中央空調(diào)風(fēng)道清洗工程是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的服務(wù)項(xiàng)目，目前我國(guó)尚無(wú)生產(chǎn)這種設(shè)備的工廠，均需進(jìn)口。因此亟待功能完備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的國(guó)產(chǎn)機(jī)器人清潔系統(tǒng)面世。調(diào)查顯示，全國(guó)目前共有約上百萬(wàn)臺(tái)中央空調(diào)（包括家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)）亟待清洗保養(yǎng)，面臨著這樣一個(gè)大市場(chǎng)，中央空調(diào)風(fēng)管的清洗必將形成一個(gè)大產(chǎn)業(yè)，潛在市場(chǎng)巨大。但是目前空調(diào)制造業(yè)、家電維修服務(wù)業(yè)、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)治理行業(yè)、社區(qū)服務(wù)行業(yè)，以及一些國(guó)外專業(yè)公司都開始躍躍欲試。因此雖然市場(chǎng)前景誘人但是競(jìng)爭(zhēng)也很激烈。所以要盡量縮短清潔裝置的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)周期，盡快投入市場(chǎng)。1 矩形管道清潔裝置總體設(shè)

4、計(jì)方案清潔裝置有四大部分組成：監(jiān)視控制系統(tǒng)、清潔裝置系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)和集塵系統(tǒng)。關(guān)于方案的選定，下面將逐一進(jìn)行介紹。1.1監(jiān)視控制系統(tǒng)工作人員通過(guò)監(jiān)視器遠(yuǎn)程監(jiān)控風(fēng)管內(nèi)部情況，使作業(yè)前及作業(yè)后的清洗效果一目了然；并且攝像頭高度可根據(jù)風(fēng)管尺寸大小進(jìn)行調(diào)整，并可進(jìn)行俯仰控制，以達(dá)到最佳觀察效果，如圖2.1所示。 圖2.1 攝像頭系統(tǒng)Fig.2.1 The system of camera1.1.1攝像頭的選擇目前，市場(chǎng)上的主流攝像頭使用的感光元件主要有CCD和CMOS兩種。CCD是應(yīng)用在攝影、攝像方面的高端技術(shù)元件，采用CCD感光元件的攝像頭在各方面的性能表現(xiàn)都不錯(cuò)，具有成像靈敏度高、抗震動(dòng)、體積小

5、等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴。CMOS則主要應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中，具有價(jià)格低、響應(yīng)速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，但CMOS攝像頭對(duì)光源的要求較高?，F(xiàn)在市場(chǎng)上數(shù)碼攝像頭的連接方式有接口卡、并口和USB接口三種。通過(guò)對(duì)工作環(huán)境、圖像要求以及經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮，決定采用SG-388彩色數(shù)碼攝像機(jī)，由于管道內(nèi)光線較暗，所以另外安裝燈光照明系統(tǒng)，如圖2.1所示。1.1.2 攝像頭的固定和調(diào)整由于所清掃管道的高度變化范圍很大，所以需要方便的調(diào)整攝像頭的高度。本設(shè)計(jì)采用攝像頭螺管與清潔裝置基座螺紋連接，并用緊定螺釘壓緊，根據(jù)需要靈活可靠的調(diào)整攝像頭及照明系統(tǒng)的高度。另外攝像頭、照明系統(tǒng)、支架之間用緊定螺釘固定，可以旋松螺

6、釘，對(duì)攝像頭及照明系統(tǒng)進(jìn)行俯仰角的調(diào)整，再擰緊固定，也能很方便可靠的根據(jù)需要調(diào)整視角范圍。如圖2.1所示。1.1.3監(jiān)視器采用10英寸彩色視頻監(jiān)視器，攝像頭通過(guò)并行接口方便的接在監(jiān)視器上，監(jiān)視器還具有錄像功能，記錄整個(gè)清掃過(guò)程，使清掃工作有案可查。 1.2清潔裝置系統(tǒng)本部分的設(shè)計(jì)主要難題有兩個(gè)：（1） 清潔裝置的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)向控制；（2） 清潔裝置高度的調(diào)整和改變功能的實(shí)現(xiàn)；1.2.1 清潔裝置的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)向控制為此考慮了三個(gè)比較成熟的方案1：方案一：雙電機(jī)各自驅(qū)動(dòng)清潔裝置翼側(cè)前輪，工作人員通過(guò)攝像頭觀察清潔裝置在管道中的運(yùn)行情況，適時(shí)調(diào)整兩電機(jī)的速度，對(duì)清潔裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制。方案二：?jiǎn)坞姍C(jī)

7、驅(qū)動(dòng)清潔裝置前軸，在清潔裝置前方左右兩端各安裝一個(gè)導(dǎo)向輪系統(tǒng)，兩導(dǎo)向輪的角度可調(diào)，如圖24所示。清掃管道之前調(diào)整導(dǎo)向輪之間的橫向距離比管道寬度略窄，以大小相同、方向相反的轉(zhuǎn)速與清潔裝置驅(qū)動(dòng)輪同步啟停，導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)線速度比驅(qū)動(dòng)輪線速度略大，當(dāng)某一導(dǎo)向輪碰到管道壁時(shí)，導(dǎo)向輪的切向力和電機(jī)牽引力的合力會(huì)迫使清潔裝置轉(zhuǎn)向，從而保證清潔裝置始終運(yùn)行在管道的正中央并能完成自動(dòng)轉(zhuǎn)向。方案三：雙電機(jī)各驅(qū)動(dòng)清潔裝置兩后輪，兩側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪系統(tǒng)各自獨(dú)立。在清潔裝置前方左右兩端各安裝一個(gè)接觸感應(yīng)開關(guān)導(dǎo)向系統(tǒng)，兩接觸開關(guān)觸頭的角度可調(diào)。清掃管道之前調(diào)整觸頭之間的橫向距離比管道寬度略窄，當(dāng)某一接觸開關(guān)碰到管道壁時(shí)與它相反側(cè)

8、的電機(jī)停轉(zhuǎn)，而同側(cè)電機(jī)照常轉(zhuǎn)動(dòng)，使清潔裝置轉(zhuǎn)向，從而保證清潔裝置始終運(yùn)行在管道的正中央并能完成自動(dòng)轉(zhuǎn)向。工作人員還可以通過(guò)攝像頭觀察清潔裝置在管道中的運(yùn)行情況，適時(shí)調(diào)整兩電機(jī)的啟停，對(duì)清潔裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制。相比較而言：方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，但兩電機(jī)速度差的控制不好把握，兩電機(jī)啟動(dòng)的同步度不好控制，而且對(duì)工作人員的技術(shù)要求較高，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，清潔裝置的自動(dòng)化程度較低；方案二采用導(dǎo)向輪系統(tǒng)，提高了清潔裝置的智能化，大大減輕了工作人員的工作量；只是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜而且結(jié)構(gòu)尺寸大、重量大，使清潔裝置重心前移，其前傾的伸長(zhǎng)臂和導(dǎo)向輪會(huì)阻礙擺動(dòng)的清掃刷。方案三使用接觸開關(guān)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、在

9、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是個(gè)創(chuàng)新，重量輕、尺寸小，并能夠?qū)崿F(xiàn)方案二導(dǎo)向輪的功能而克服了導(dǎo)向輪系統(tǒng)的缺點(diǎn)。綜合考慮這三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我決定采用第三種方案，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2.2所示，接觸開關(guān)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖2.3所示。另外，本次設(shè)計(jì)采用履帶機(jī)構(gòu)傳輸。工業(yè)橡膠制履帶與鋼管的摩擦系數(shù)為0.8，是普通塑料輪子與鋼管摩擦系數(shù)的5.8倍，是鋁合金輪子與鋼管摩擦系數(shù)的4.7倍，另外，履帶增大了接觸面積，增加了摩擦力圖2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖Fig.2.2 Transmission system 圖 2.3 接觸開關(guān)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)圖Fig.2.3 Contact switch guidance organization chart1.

10、2.2 清潔裝置高度的調(diào)整和改變功能的實(shí)現(xiàn)之所以要為清潔裝置設(shè)計(jì)高度可以調(diào)整的機(jī)構(gòu)，主要是因?yàn)椋河捎谥醒肟照{(diào)風(fēng)管的尺寸規(guī)格有一系列好幾種，那么要保證旋轉(zhuǎn)刷的旋轉(zhuǎn)中心一直處于風(fēng)管高度方向的中心位置，就必須使清潔裝置的支撐體高度可以隨著風(fēng)管高度尺寸的改變而改變，以達(dá)到清掃目的。在此，我們采用了驅(qū)動(dòng)輪系統(tǒng)與主支撐體相對(duì)獨(dú)立、通過(guò)可轉(zhuǎn)角橋板連接，從而使高度的改變變得簡(jiǎn)單、穩(wěn)固。其原理如圖2.4所示：圖2.4 高度可調(diào)機(jī)構(gòu)原理示意圖Fig.2.4 Highly adjustable organization principle hint1.3 旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)刷的驅(qū)動(dòng)考慮了兩個(gè)較為成熟的方案4：方案一：直

11、流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，另外安裝一向前吹灰塵的大功率風(fēng)機(jī)，以方便收集灰塵。方案二：氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，在外接的螺管上加工一些斜孔，利用氣動(dòng)馬達(dá)吹出的高壓空氣，向前吹灰塵，以便于集塵器收集。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)旋轉(zhuǎn)刷的驅(qū)動(dòng)功率和轉(zhuǎn)速，在網(wǎng)上查得各廠家的合適的產(chǎn)品中，電機(jī)的尺寸、質(zhì)量較大，會(huì)導(dǎo)致清潔裝置重心前移，運(yùn)行平穩(wěn)度不夠；而且還需要另外安裝風(fēng)機(jī)，不經(jīng)濟(jì)。因此我決定采用第二種方案。另外，由于清潔裝置要實(shí)現(xiàn)對(duì)矩形管道在一次行程中徹底清掃，旋轉(zhuǎn)刷必須能夠在行進(jìn)的過(guò)程中一邊旋轉(zhuǎn)，一邊左右擺動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)這些功能而設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)模型如圖2.5所示。圖2.5 旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2.5 Revolving brus

12、hes the system structure drawing1.4 集塵系統(tǒng) 選用大功率專用管道吸塵機(jī)收集風(fēng)管內(nèi)清除的塵埃、污物；技術(shù)數(shù)據(jù)：過(guò)濾器：-          -    預(yù)過(guò)濾器；-          -   式濾器Hi-Flo 85%（選配）；-       &#

13、160;  -   HEPA過(guò)濾器DOP 99.97%；氣流：     帶過(guò)濾器，3500立方米/小時(shí)；發(fā)動(dòng)機(jī)： 1.5千瓦；供電：     230或120伏，單相，7.0安培或380伏，3相，3.5安培；尺寸：    長(zhǎng)度：940毫米              

14、60; 寬度：660毫米                高度：820毫米；重量：    58公斤。2 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)計(jì)算初定清潔裝置主要參數(shù)：箱體外形尺寸：長(zhǎng)×寬×高 =310mm ×160mm ×110mm；清潔裝置前進(jìn)速度：0.05 m/s (即3m/min)；旋轉(zhuǎn)刷旋轉(zhuǎn)速度：10000 r/min。2.1 清潔裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.1清

15、潔裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（1）電機(jī)的選擇小型減速交流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、輸出轉(zhuǎn)速低，輸出扭矩大等優(yōu)點(diǎn)，比較符合該清潔裝置的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因此優(yōu)先選用5。 根據(jù)外形尺寸估計(jì)清潔裝置總質(zhì)量MM= 箱體質(zhì)量m1+履帶機(jī)構(gòu)質(zhì)量m2+清潔裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)質(zhì)量m3+旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)質(zhì)量m4+接觸開關(guān)質(zhì)量m5+傳輸線質(zhì)量m6+攝像頭系統(tǒng)質(zhì)量m7= (240×280)+（240×120）+(280×120) ×1.5×7.9g/cm3 +0.25+3+2+0.5+2.4+0.75= 2+0.25+3+2+0.5+2.4+0.75=11（kg） 計(jì)算驅(qū)動(dòng)清潔裝置所需要的牽引力FF

16、= 履帶輪摩擦力F1+旋轉(zhuǎn)刷摩擦力F2= uMg + umg= 0.8×11×9.8+0.8×0.1×9.8=87(N)當(dāng)清潔裝置拐彎履帶與管道產(chǎn)生靜摩擦?xí)r，所需牽引力為， F*=1.2×F=1.2×87=105(N) 驅(qū)動(dòng)清潔裝置所需功率PP= F* ×v= 105N ×0.05 m/s = 5.25 W初選減速交流電機(jī)型號(hào)59TYD-D：TYD-可逆齒輪減速同步電動(dòng)機(jī)。生產(chǎn)廠家網(wǎng)址： 寧波市鄞州立興微特電機(jī)廠。電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)為：輸出功率P：15 W 電壓 U： 110 V頻率f：50 Hz電流I：0.16 A

17、旋轉(zhuǎn)方向：CCW，CW輸出轉(zhuǎn)速n1：15 r/min允許負(fù)載 T：24 電動(dòng)機(jī)的外形如圖3.1所示。圖3.1 同步交流減速電機(jī)尺寸外形圖Fig.3.1 Synchronized exchange deceleration electrical machinery size outline drawing（2）傳動(dòng)齒輪（二級(jí)傳動(dòng)比）的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，所以二級(jí)傳動(dòng)采用圓柱直齒輪傳動(dòng)。根據(jù)轉(zhuǎn)速要求，并考慮到軸中心線與履帶輪的大小距離、電機(jī)的尺寸、電機(jī)與履帶輪的相對(duì)位置，以及防止根切等問(wèn)題，初選二級(jí)傳動(dòng)比 i =1.36。 材料的選取與電機(jī)軸配合的齒輪1

18、選用45#鋼，整體淬火；與履帶輪驅(qū)動(dòng)軸配合安裝的齒輪選用45#鋼，調(diào)質(zhì)。 校核計(jì)算，確定主要尺寸：精度等級(jí)：選8級(jí)精度；齒數(shù)Z和模數(shù)m：初取齒輪1齒數(shù)Z1=27；Z2=iZ1=27×1.3=35， 所以，Z1=27, Z2=35。 取 m=2。 實(shí)際分度圓直徑d：d1= m Z1=2×27 = 54 mm d2= m Z2=2×35 = 70 mm中心距a：a=m(Z1 + Z2)/2 = 2×(27+35)/2 = 62mm齒寬：b1= dd1=0.2×54=10.8mm 取b1=12mm。齒輪1的幾何參數(shù)為：Z1=27, m = 2, b1

19、 = 12mm, d1 = 54 mm, =0°, =20°。齒根圓直徑： df1=d1-2(ha + c - xm)=54-2×(2+0.25×2)=54-2 2×2.5=49 mm齒頂圓直徑： da1=2a- df2-2c=2×62-65-1=58 mm 齒輪2的幾何參數(shù)為：Z2=35, m = 2, d2 = 70 mm, =0°, =20°。齒根圓直徑： df2=d2-2(ha + c)=70-2×(2+0.25×2)=70-2×2.5=65 mm 齒頂圓直徑： da2=2a-

20、 df1-2c=2×62-49-1=74 mm 齒寬b2： b2=dd2=0.2×70=14.0mm由于本設(shè)計(jì)中齒輪轉(zhuǎn)速極小、傳動(dòng)力也很小，所以齒輪寬度稍微減小不會(huì)影響傳動(dòng)的作用。為了使清潔裝置的外形尺寸盡量減小，因此取b2 = b1=11 mm。開式傳動(dòng)齒輪的主要失效形式是彎曲疲勞折斷（減少齒數(shù)，增大模數(shù)）和磨粒磨損。經(jīng)過(guò)彎曲疲勞強(qiáng)度校核驗(yàn)證，齒輪滿足強(qiáng)度要求。硬質(zhì)面齒輪采用表面淬火，軟齒面齒輪采用正火或調(diào)質(zhì)處理來(lái)提高其表面質(zhì)量，有效防止磨粒磨損2。那么再計(jì)算小車前進(jìn)速度：v=d輪w/i3.1415926×80×15/1.3 = 0.049 m/s0.

21、05m/s。（3）驅(qū)動(dòng)履帶軸1的設(shè)計(jì)計(jì)算軸的材料選用45#碳素鋼。 初選軸徑由于軸為傳動(dòng)軸，主要受轉(zhuǎn)矩，受很小的彎矩，所以利用切應(yīng)力公式，根據(jù)得， ，取 d = 17mm。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于履帶輪直徑較小，軸的直徑也很小，而且軸的寬度和履帶輪的寬度也很小，所以做成一體，如圖3.2所示。 圖3.2 驅(qū)動(dòng)帶輪 軸1結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3.2 Actuation belt wheel axle structure schematic drawing 強(qiáng)度校核根據(jù)軸的受力圖，畫出轉(zhuǎn)矩圖，并校核軸徑得知該軸符合強(qiáng)度要求。 剛度校核軸承受載荷小，主要受扭轉(zhuǎn)變形，對(duì)其扭角進(jìn)行校核，得出軸完全符合剛度要求。 軸

22、上零件的固定i）軸上齒輪的固定在此采用鍵連接來(lái)固定軸上齒輪，可多次裝卸。ii）軸承的固定由于軸跨距較短（L<400mm），在常溫下工作，所以支點(diǎn)采用兩端單向固定的方式，軸承兩端各用軸肩固定內(nèi)圈，利用驅(qū)動(dòng)輪系統(tǒng)外側(cè)板來(lái)固定外7。（4）驅(qū)動(dòng)履帶輪軸2的設(shè)計(jì)計(jì)算軸的材料選用45#碳素鋼。 初選軸徑由于軸為傳動(dòng)軸，主要受轉(zhuǎn)矩，受很小的彎矩，所以利用切應(yīng)力公式，根據(jù)得，取 d = 17mm。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖3.3所示。 圖3.3 驅(qū)動(dòng)帶輪軸2結(jié)構(gòu)示意圖Fig3.3 Actuation belt wheel axle structure schematic drawing 軸的剛度、強(qiáng)度校核軸2

23、與軸1所取參數(shù)完全相同，而且不須傳遞齒輪的扭矩，故強(qiáng)度和剛度的校核計(jì)算在此省略。 軸上零件的固定軸承的固定方式與軸1上軸承的固定方式完全相同，在此亦不再贅述。（4）軸承的選擇由于滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，具有摩擦阻力矩較小；徑向有隙較小、運(yùn)轉(zhuǎn)精度較高；結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而軸承主要須傳遞徑向載荷，所以選用應(yīng)用廣泛的深溝球軸承。 根據(jù)軸徑選取型號(hào)： 四對(duì)型號(hào)為 6201 的深溝球軸承。 軸承強(qiáng)度校核由于軸承轉(zhuǎn)速較低，所以只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，兩對(duì)軸承中，軸1上軸承受力大，所以只需對(duì)該對(duì)軸承進(jìn)行校核即可。根據(jù) C0=S0 P0得，C0 = 1×1.15 kN = 1.15 kN < C

24、0 =3.05 kN即該組軸承滿足強(qiáng)度要求。 2.2 旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算由于清潔裝置要能實(shí)現(xiàn)對(duì)矩形管道在一次行程中徹底清掃，其旋轉(zhuǎn)刷必須能夠在行進(jìn)的過(guò)程中一邊旋轉(zhuǎn)一邊左右擺動(dòng)。中央空調(diào)通風(fēng)管道尺寸規(guī)格：寬×高，寬、高差值 （單位mm）寬×高差值 寬×高差值 400×200200 400×250150400×32080 400×4000500×200300 500×250250500×320180 500×400100500×5000 630×250380630&#

25、215;320310 630×400230630×500130 630×6300800×320480 800×400400800×500300 800×630170800×8000 1000×3206801000×400600 1000×5005001000×630370 1000×8002001000×10000由上列數(shù)據(jù)，除去正方形截面的管道，則矩形管道截面寬高的差值為：200，150，80，300，250，180，100，380，310，230，13

26、0，480，400，300，170，680，600，500，370，200。對(duì)這組數(shù)據(jù)的比較可以看出：差值最小為80mm，最大為680mm；數(shù)值主要集中在200mm至300mm。根據(jù)這一現(xiàn)象，我決定將旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)設(shè)計(jì)為清掃時(shí)左右擺動(dòng)距離在80mm到250mm這樣幾乎所有尺寸規(guī)格的管道都可以得到均勻的、一次清掃。其工作原理如下圖3.4所示：圖3.4 旋轉(zhuǎn)刷平行擺動(dòng)原理圖Fig.3.4 evolving brushes the parallel swinging schematic diagram在上圖中，1點(diǎn)、2點(diǎn)固定在清潔裝置主支撐體上。由擺動(dòng)桿1、擺動(dòng)桿2和旋轉(zhuǎn)刷組件桿在1、2、3、4點(diǎn)框內(nèi)組

27、成一個(gè)平行四邊形曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。由于1點(diǎn)與2點(diǎn)和3點(diǎn)與4點(diǎn)之間的距離長(zhǎng)度相等（都是L），根據(jù)平行搖桿的特殊軌跡原理，旋轉(zhuǎn)刷組件的運(yùn)動(dòng)軌跡就會(huì)像圖式那樣，保持平行方向。這就保證了旋轉(zhuǎn)刷在旋轉(zhuǎn)工作的同時(shí)，其軸線一直與管道的軸線平行（之所以這樣設(shè)計(jì)，而不直接讓旋轉(zhuǎn)刷與擺動(dòng)桿1固定擺動(dòng)的原因已經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算分析，限于篇幅在此不再贅述）。下面是對(duì)擺動(dòng)臂各段長(zhǎng)度，和擺動(dòng)角度等相關(guān)設(shè)計(jì)尺寸的計(jì)算。取擺動(dòng)角度： = 45º，擺動(dòng)寬度： b = 250mm時(shí)，擺動(dòng)臂1上2點(diǎn)到4點(diǎn)的長(zhǎng)度： L1 = （b/2）x =176.75mm，取 L1=180mm；旋轉(zhuǎn)刷在中央位置時(shí)與擺動(dòng)到最大角度位置時(shí)的前后伸縮，

28、即圖中的高度h： h = 180-b/2 =180-125 =55mm；1、2點(diǎn)的距離(和3、4點(diǎn)距離相等)l： 取l = 20mm；根據(jù)清潔裝置主要設(shè)計(jì)尺寸選取圓心6點(diǎn)到點(diǎn)5的長(zhǎng)度R： 取 R =40mm；b = 80mm時(shí)，擺動(dòng)臂1上2點(diǎn)到4點(diǎn)的長(zhǎng)度： L1 = （b/2）x =56.56mm，取 L1=60mm；旋轉(zhuǎn)刷在中央位置時(shí)與擺動(dòng)到最大角度位置時(shí)的前后伸縮，即圖中的高度h： h = L1 -b/2 =60-40 =20mm。 根據(jù)上面的計(jì)算得出旋轉(zhuǎn)刷的前后伸縮值在20mm55mm之間，因此只要保證旋轉(zhuǎn)刷的刷頭部分到清潔裝置最前段部件的距離超過(guò)55mm，就不會(huì)產(chǎn)生干涉。擺動(dòng)的動(dòng)力采用減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，初選減速交流電機(jī)型號(hào)59TYD-D。生產(chǎn)廠家網(wǎng)址：寧波市鄞州立興微特電機(jī)廠8。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速w1 =0.5r/s（w1 =30 r/min）和小車行進(jìn)速度v=0.005m/s，得電機(jī)每1秒轉(zhuǎn)1/2轉(zhuǎn)，擺動(dòng)桿擺動(dòng)一個(gè)單程（旋轉(zhuǎn)刷擺動(dòng)一個(gè)單程）；同時(shí)小車前進(jìn)5cm。即小車每前進(jìn)10cm的距離，旋轉(zhuǎn)刷擺動(dòng)一個(gè)回程，這樣就可以完成設(shè)計(jì)的主要目