第三組多功能清潔車課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告書設(shè)計(jì)題目: 多功能道路清潔車的設(shè)計(jì) 課程名稱： 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：黃尚佳 黃青標(biāo) 黃興 靳浩然 李斌 學(xué)生學(xué)號：1316010213 1316010212 1316010214 1316010215 1316010217 所在學(xué)院： 海洋信息工程學(xué)院 學(xué)習(xí)專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 報(bào)導(dǎo)教師： 宮文峰 2015年12月12日目錄概述1第一章、 設(shè)計(jì)目的與任務(wù)1.1清潔車改裝的目的11.2多功能道路清潔車的任務(wù)1第二章、選題介紹（題目背景、意義、主參數(shù)）2.1多功能清潔車的背景及意義12.2多功能道路清潔車的發(fā)展與展望12.3 多功能清潔車參數(shù)2第三章、多功能

2、清潔車總體設(shè)計(jì)（方案設(shè)計(jì)、傳遞路線、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動分析）3.1掃盤結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)33.2方案評價(jià)準(zhǔn)則33.3盤刷清掃機(jī)理43.4滾刷結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)53.5 整車系統(tǒng)概況63.6傳動形式73.7垃圾收集過程7第四章、數(shù)據(jù)整理（曲線繪制、計(jì)算數(shù)據(jù)整理、程序抄寫）4.1 盤刷系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)計(jì)算74.2滾刷的相關(guān)參數(shù)94.3皮帶輪和垃圾箱的設(shè)計(jì)參數(shù)9第五章、設(shè)計(jì)小結(jié)參考文獻(xiàn)概述清潔車顧名思義，它是用于清除道路上的塵埃、落葉等一些比較輕小的垃圾。它適合作業(yè)地點(diǎn)，包括高等級公路、機(jī)場跑道、城市街道等，是清掃市政道路、街道和廣場，收集和運(yùn)輸垃圾的專用路面清掃機(jī)械。道路清掃車多種多樣，分類方式各不相同。其大概分

3、類如下：1.按工作原理分類 清潔車按其工作原理可以分為吸掃式、純掃式和真空吸塵車三大類。2.按除塵方式分類 道路清潔車按照清潔作業(yè)時(shí)的除塵方式分為兩種類型：濕式清潔車和干式清潔車。本文主要介紹的是吸掃式多功能清潔車，文中介紹了多功能道路清潔車的設(shè)計(jì)目的與任務(wù)。敘述了改裝道路清潔車的背景和意義。對清潔系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，敘述了相關(guān)專用設(shè)備的工作原理。對掃盤、吸嘴等設(shè)備的選擇進(jìn)行了仔細(xì)的數(shù)據(jù)整理和尺寸設(shè)計(jì)。保證了道路清潔作業(yè)的高效性和適應(yīng)性。第一章、 設(shè)計(jì)目的與任務(wù)1.1清潔車改裝的目的我國城市規(guī)模發(fā)展迅速，人力勞動成本的不斷攀升以及環(huán)保任務(wù)要求不斷增加。道路清潔車能大大減輕城市環(huán)衛(wèi)和道路的保養(yǎng)

4、，降低清潔道路的成本，提高清潔作業(yè)的效率，同時(shí)縮小我國在道路清掃車設(shè)計(jì)自造技術(shù)與國外的差異。1.2多功能道路清潔車的任務(wù) 現(xiàn)在，在我國清潔車市場中，吸掃式清潔車占有率在95%以上，而現(xiàn)有市面上的清潔車只能清除道路上的塵埃、落葉等一些比較輕小的垃圾。對于小石頭、水瓶類的垃圾只能是越過等待人員進(jìn)行二次清理。本課題多功能道路清潔車的任務(wù)，就是既能處理塵埃、落葉等一些比較輕小的垃圾同時(shí)也能處理一些小石頭等較大的垃圾，增強(qiáng)多功能道路清潔車的適應(yīng)性。第二章、 選題介紹2.1多功能清潔車的背景及意義近些年來，隨著我國的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人民生活水平也得到很大的提高。人民對城市的衛(wèi)生、道路清潔程度也越來越重視，之

5、前城市道路的清掃都是依靠環(huán)衛(wèi)清潔工人的雙手來清掃，這種的方式顯然已經(jīng)變得很落后，不再能夠滿足當(dāng)今大中城市對現(xiàn)代化環(huán)境衛(wèi)生工作的發(fā)展需求。人工清掃，工作效率低，工作量大這就會在很大程度上阻礙了城市道路環(huán)境衛(wèi)生工作向更深的層次方向發(fā)展，對城市的整體形象造成了很大的影響，對人民的生活環(huán)境也會造成很大的影響。因此，全國各地的環(huán)境衛(wèi)生部門對城市道路清掃作業(yè)機(jī)械化程度的提高提出了迫切的需求。依據(jù)城市道路建設(shè)部門的量化要求，大中城市的街道清掃作業(yè)機(jī)械化量需要占到城市道路清掃作業(yè)量的百分之六十以上。目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、人們對健康生活環(huán)境的需求，大大地推動了道路清掃機(jī)械領(lǐng)域上的發(fā)展，并且使它獲得了持續(xù)

6、發(fā)展的動力。因此對當(dāng)前存在掃路車進(jìn)行持續(xù)不斷的深入研究和科技創(chuàng)新的問題，迫切得以解決?？v觀這十幾年，我國道路清掃車快速發(fā)展，其產(chǎn)品從以前單一的純掃式發(fā)展到現(xiàn)在的多種型式，多形式的掃路車以致滿足我國不同地方不同氣候的需求。不管是產(chǎn)品的質(zhì)量何時(shí)性能等各方面都得到了迅猛提高。不過現(xiàn)在，由于我國在一些技術(shù)領(lǐng)域上仍然相對落后，使得我國道路清潔車的整體水平都還存在各種各樣的不足。為了提高我國的清潔車水平，滿足我國環(huán)衛(wèi)部門對城市街道清掃作業(yè)的要求。我們小組五人針對現(xiàn)有道路清潔車存在的不足，提出了改進(jìn)。2.2多功能道路清潔車的發(fā)展與展望道路清掃保潔機(jī)械19世紀(jì)20年代起源于歐洲，其技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了純掃式、純吸式

7、、吸掃式掃路車3個(gè)階段。其中吸掃式又有干、濕2種類型。 在我國的發(fā)展則始于20世紀(jì)60年代，其發(fā)展歷史可分為3個(gè)階段。20世紀(jì)60年代至80年代末，第1代純掃式清掃車研制成功，揭開了我國自主研發(fā)清掃車技術(shù)的序幕；但因純掃式清掃車有性能差、質(zhì)量差、外觀差，清掃效果差等缺陷。直至20世紀(jì)80年代末，建設(shè)部長沙建設(shè)機(jī)械研究院設(shè)計(jì)出我國第一輛吸掃式清掃車，迅速縮短了我國清掃車與發(fā)達(dá)國家之間的差距，成為我國清掃機(jī)械發(fā)展里程中的新起點(diǎn)。第2代吸掃式掃路車具有清掃效率高、清掃能力強(qiáng)、清掃污染小等優(yōu)點(diǎn)，被迅速應(yīng)用到我國大中城市的主要道路清掃作業(yè)中。21世紀(jì)之后，國內(nèi)路面清掃車市場開始呈現(xiàn)多元發(fā)展的態(tài)勢，出現(xiàn)了

8、不同工作原理和模式的清掃機(jī)械，如純吸式清掃車、干式清掃車等第3代掃路車。由于全國各地氣候差異大，冬季水易結(jié)冰，對濕式除塵的吸掃式清掃車在部分區(qū)域作業(yè)效果有影響；而在高速公路，城市高架橋等處，由于取水點(diǎn)遠(yuǎn)，不便于濕式除塵清掃車連續(xù)作業(yè)，隨著人們節(jié)水意識的加強(qiáng)，催生出無需灑水壓塵的干式除塵掃路車系列1。隨著創(chuàng)建清潔城市的指標(biāo)越來越高及環(huán)衛(wèi) 系統(tǒng)對清掃保潔車輛要求多功能化，出現(xiàn)了各種各樣的道路清潔車，但是現(xiàn)有的路面清潔車只有清掃和整理微塵和樹葉的功能，而不能清掃和整理比微塵大和重一點(diǎn)或較大和就好、較重的垃圾，所以我們現(xiàn)在設(shè)計(jì)一輛可以清掃和整理微塵、樹葉、重物等路面垃圾。2.3 多功能清潔車主要參數(shù)

9、通過結(jié)合國內(nèi)外各類掃路車的設(shè)計(jì)理念、運(yùn)用技術(shù)、使用情況的總結(jié)和分析，并參照國家對環(huán)衛(wèi)車輛的排放要求以及政策法規(guī)，最終確定了基于實(shí)用方便、性能可靠為最大設(shè)計(jì)要求進(jìn)行本車的設(shè)計(jì)開發(fā)。并基于此確定如下整車方案：底盤選用NKR77LLLACJAY五十鈴國四排放標(biāo)準(zhǔn)底盤；根據(jù)設(shè)計(jì)要求配置副發(fā)動機(jī)以驅(qū)動工作裝置；清掃方式采用吸掃結(jié)合，車兩側(cè)分別放一個(gè)掃盤以清掃集中垃圾，掃盤上加吸塵器吸嘴以吸取微塵和樹葉等不重的垃圾；滾刷放在兩掃盤中間以清掃兩掃盤集中的垃圾經(jīng)皮帶輪帶動入垃圾箱。整車方案確定的具體設(shè)計(jì)參數(shù)【2】如表1所示： 表 1整車設(shè)計(jì)參數(shù)外形尺寸570019902450前懸/后懸1015/1325mm前

10、輪距1504mm后輪距1425mm最高時(shí)速97Km發(fā)動機(jī)功率96KW第三章、多功能清潔車總體設(shè)計(jì)3.1掃盤結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)已知數(shù)據(jù)：所有液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速為120r/min，故盤刷的最高轉(zhuǎn)速為120r/min3。如下圖1、2、3三種盤刷結(jié)構(gòu)方案圖1 方案1 圖2 方案21液壓馬達(dá)，2 重物 1液壓馬達(dá)，2 花鍵配合3 盤刷，4 支架 3 盤刷，4 支架，5 彈簧 圖3方案3 1 液壓馬達(dá)，2盤，3 液壓油缸4支架，5防塵罩，6 除塵器接口3.2方案評價(jià)準(zhǔn)則 （1）從實(shí)現(xiàn)功能考慮，盤刷結(jié)構(gòu)盡可能靈活、能夠很好的除去路面上的垃圾，而且要適合除去牙路的垃圾。（2）從經(jīng)濟(jì)性考慮，機(jī)構(gòu)盡可能簡潔，盤刷磨損少

11、，造價(jià)便宜。方案1是利用鐵板自身擁有的彈性來越過較大的石頭等阻礙物以減少盤刷和支撐盤刷的損傷，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜，但是這樣就不能有效地除去垃圾等阻礙物，與設(shè)計(jì)目標(biāo)相悖，這種方案不可行。方案2是利用彈簧來讓盤刷可以上下、左右有一定距離的移動，這樣當(dāng)遇到較大的石頭等阻礙物時(shí)，可以減少盤刷的損傷，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜，方案2 和方案1的工作原理差不多，兩者都是不能有效的清除垃圾，故方案2也是不可行的。方案3是直接以清掃垃圾為目的而設(shè)計(jì)的，把盤刷一端設(shè)計(jì)成與地面有一定的距離，當(dāng)盤刷遇到較大的石頭等阻礙物時(shí)，可以防止盤刷和支撐盤刷軸等的損傷，同時(shí)，可以有效地清除垃圾，這種方案是可行的。方案3中各部件依據(jù)各

12、自的機(jī)動原理，相互配合，相互作用而構(gòu)成了整個(gè)盤刷的裝置，從而也保證整個(gè)盤刷系統(tǒng)具有如下的功能： (1)由液壓油缸是給盤刷的伸縮、升降提供動力，保證掃盤的升降伸縮。(2)防塵罩將盤刷圍起來，罩住了作業(yè)過程產(chǎn)生的塵粒，同時(shí)吸塵接口與氣系統(tǒng)吸管連接，可將清掃過程中小的粉塵顆粒直接吸入除塵箱，降低干式作業(yè)時(shí)的揚(yáng)塵，有效的抑制了揚(yáng)塵問題。（3）盤刷是盤刷系統(tǒng)的執(zhí)行裝置，清掃車工作時(shí)盤刷與地面接觸液壓馬達(dá)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)清掃，刷毛較容易磨損，需定期更換。(4)液壓馬達(dá)是用來驅(qū)動盤刷旋轉(zhuǎn)的裝置，使盤刷按照一定方向、一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)速度過大或過小時(shí)，可以按照需求來改變液壓油通過液壓馬達(dá)的流量來改變液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，從

13、而達(dá)到改變盤刷轉(zhuǎn)速的目的。用液壓馬達(dá)來驅(qū)動盤刷，最大的優(yōu)勢就是可以有效的控制其轉(zhuǎn)速的大小。3.3盤刷清掃機(jī)理盤刷的轉(zhuǎn)動是由液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動的。清掃車行車作業(yè)，盤刷旋轉(zhuǎn)過程中遇到垃圾，使垃圾獲得一定的速度，拋向吸嘴可吸區(qū)域和中間的垃圾帶區(qū)域，細(xì)小的微塵由吸嘴吸收，較大的垃圾由滾刷清掃，經(jīng)過皮帶輪帶動進(jìn)入垃圾箱，從而達(dá)到清掃的目的。 圖4 盤刷全部接地掃塵示意圖 圖5盤刷部分接地掃塵示意圖在盤刷清掃作業(yè)過程中，道路經(jīng)過盤刷旋轉(zhuǎn)清掃后，垃圾沿著盤刷旋轉(zhuǎn)的切線方向被拋出。如果在盤刷底面整體觸地旋轉(zhuǎn)的情況下，如圖4，就會造成廢物沿著整個(gè)圓周的切線方向被拋出，這樣不僅起不到清掃收集廢物的作用，卻會造成

14、廢物四溢、揚(yáng)塵四起，使路面更加混亂，城市更加不整潔。所以，盤刷設(shè)計(jì)安裝時(shí)，如圖5，需要與地面呈一定的角度，從而使盤刷在工作時(shí)，與地面的接觸面始終保持一定的角度，這樣便不會造成揚(yáng)塵污染，順利保證清掃作業(yè)的實(shí)現(xiàn)4。在保證合理的拋塵方向的同時(shí)，還要盡量使盤刷的清掃區(qū)間最大化，以達(dá)到最大的清掃寬度。圖6盤刷與地面示意圖如圖6，傾角方位的選擇，主要必須保證盤刷底面外邊緣應(yīng)該與地表面恰好接觸，便能保證道路上各街角的垃圾隨著盤刷的運(yùn)動都被掃除，而且又不造成揚(yáng)塵。盤刷內(nèi)側(cè)觸地位置的確定，以扇形角度為120處為宜。整個(gè)扇面與地面接觸過程中，扇面邊緣與地面的接觸壓力為臨界值0，隨著向扇面中心的不斷運(yùn)動，壓力越來越

15、大，直到扇面中線處達(dá)到最大，整個(gè)扇面壓力對稱分布。這樣，既保證了合理的拋塵方向，又保證了有效的清掃寬度。3.4滾刷結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)已知數(shù)據(jù)：所用液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速為120r/min，故盤刷的最高轉(zhuǎn)速為120r/min。圖7 滾輪示意圖1 滾刷 圖8,滾刷清掃垃圾入垃圾箱示意圖 1滾刷，2 皮帶輪，3 垃圾箱圖7為滾刷示意圖，滾刷在液壓馬達(dá)帶動下，把兩邊盤刷集中起來的較大的垃圾掃上皮帶輪，然后帶入垃圾箱，從而實(shí)現(xiàn)較大的垃圾清掃收集，整個(gè)過程如圖8。3.5 整車系統(tǒng)概況 各個(gè)工作裝置均有獨(dú)立的液壓馬達(dá)來驅(qū)動，比如液壓馬達(dá)帶動液壓油泵，通過液壓系統(tǒng)來控制工作裝置。氣路系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、吸嘴、風(fēng)管、集塵箱、過

16、濾裝置等組成。在清掃作業(yè)中，液壓系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)都是由液壓馬達(dá)帶動提供動力。液壓系統(tǒng)通過液壓油缸和液壓馬達(dá)控制盤刷機(jī)構(gòu)的升降和盤刷的旋轉(zhuǎn)清掃動作，同時(shí)還操縱吸嘴的升降，滾刷的旋轉(zhuǎn)，盤刷系統(tǒng)液壓馬達(dá)、螺紋連桿，彈簧連桿等機(jī)構(gòu)動作下旋轉(zhuǎn)清掃等。氣路系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)使集塵箱內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，氣流從吸嘴吸入，垃圾在垃圾箱沉降室內(nèi)被收集起來。3.6傳動形式整體傳動原理圖如圖9：圖9.清潔車的轉(zhuǎn)動形式如圖9所示：車輛的行駛有底盤發(fā)動機(jī)來提供動力，不參與工作裝置的驅(qū)動；而風(fēng)機(jī)和液壓系統(tǒng)通常由液壓馬達(dá)通過離合器來驅(qū)動。盤刷以及后置滾刷的旋轉(zhuǎn)和擺動、吸口的擺動、尾門的開閉以及垃圾箱的傾倒動作都是通過液壓系統(tǒng)來完成的，其中

17、，盤刷和滾刷的旋轉(zhuǎn)是靠液壓泵帶動液壓馬達(dá)來驅(qū)動的。3.7垃圾收集過程如圖10為較大垃圾的清掃收集過程：圖10 較大垃圾的清掃收集過程1滾刷，2 皮帶輪，3 垃圾箱，4 盤刷如圖10兩邊盤刷把較大的垃圾向中間垃圾帶集中，然后滾刷把較大的垃圾掃上皮帶輪，垃圾經(jīng)過皮帶輪的帶動進(jìn)入垃圾箱，從而實(shí)現(xiàn)較大的垃圾清掃收集。第四章、數(shù)據(jù)整理4.1 盤刷系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)計(jì)算 如圖11盤刷的相關(guān)參數(shù)，參數(shù)設(shè)計(jì)如表2：表2盤刷相關(guān)參數(shù)L1110mmL2590mmL3607mmL488mmR1600mmR2400mmH1100mmH2525mmH3150mm 圖11盤刷系統(tǒng)的整體參數(shù)簡圖其中，盤刷內(nèi)傾角可由下面式子計(jì)算

18、5：代入相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)=20時(shí)，=4。通過查資料，盤刷接地中心角一般取=120。盤刷傾斜角，即盤刷與地面的夾角取366。我們可以通過改變盤刷下放角度來改變盤刷內(nèi)傾角以適應(yīng)不同環(huán)境的路面。設(shè)垃圾的速度為V，車輛行駛速度為V1，盤刷的線速度為V2,，垃圾拋出與法線之間的角度為，如圖12：圖12盤刷拋出垃圾的速度示意圖則垃圾拋出的速度7：其中，V2=WR=20.6=1.2m/s 我們可以通過改變盤刷的線速度來指定垃圾拋出的方向，以形成一定的垃圾帶，方便滾刷清掃和收集垃圾。4.2滾刷的相關(guān)參數(shù)如圖13滾刷的相關(guān)參數(shù)，相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)如表3：表3滾刷的相關(guān)參數(shù)R3200mmB1100mmB2100mmB310

19、0mm圖13滾刷的整體參數(shù)簡圖已經(jīng)所用液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速為120r/min，故滾刷的最高轉(zhuǎn)速為120r/min，則滾刷的線速度V3=W(R1+B3+B2)=0.8m/s。4.3皮帶輪和垃圾箱的設(shè)計(jì)參數(shù) 已知電動機(jī)功率P=709W，轉(zhuǎn)速n1=400 r/min,傳動比i=1:1,每天工作10-16小時(shí)8。a) 計(jì)算功率Pca=KAP=1.1709=780 Wb) 根據(jù)Pca、n1，選用A型。c) 帶速2.8 m/sd) 帶所需的基準(zhǔn)長度1540mm故基準(zhǔn)長度Ld=1550 mm。e) 實(shí)際中心距555 mm中心距的變化范圍為532602 mm。選用A型，帶基準(zhǔn)長度1550 mm。帶輪基準(zhǔn)直接140 mm,中心距控制在532602 mm。 垃圾箱規(guī)格：280019901100 mm。第五章、設(shè)計(jì)小結(jié)本小組研究的課題為多功能清潔車，我和組員對市面上現(xiàn)有的道路清潔車進(jìn)行了分析和研究，針對了市面上現(xiàn)有清潔車存在的不足提出了改進(jìn)和設(shè)計(jì)，現(xiàn)有市面上的清潔車只能處理塵埃、落葉等一些比較輕小的垃圾，而對于一些小塊石頭等較大較重的垃圾只能是越過，等待人員進(jìn)行二次清理，清潔效率不高。作為組長，我首先詳細(xì)地進(jìn)行了任務(wù)的分配，我翻