第三组多功能清洁车课程设计报告材料.docx
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第三组多功能清洁车课程设计报告材料
机械原理课程设计报告书
设计题目:
多功能道路清洁车的设计
课程名称：
《机械原理课程设计》
学生姓名：
黄尚佳黄青标黄兴靳浩然李斌
学生学号：
131601021313160102121316010214
13160102151316010217
所在学院：
海洋信息工程学院
学习专业：
机械设计制造及其自动化
报导教师：
宫文峰
2015年12月12日
概述……………………………………………………………………………………1
第一章、设计目的与任务
1.1清洁车改装的目的………………………………………………………………1
1.2多功能道路清洁车的任务………………………………………………………1
第二章、选题介绍（题目背景、意义、主参数）
2.1多功能清洁车的背景及意义……………………………………………………1
2.2多功能道路清洁车的发展与展望………………………………………………1
2.3多功能清洁车参数………………………………………………………………2
第三章、多功能清洁车总体设计（方案设计、传递路线、机构设计、运动分析）
3.1扫盘结构方案设计………………………………………………………………3
3.2方案评价准则……………………………………………………………………3
3.3盘刷清扫机理……………………………………………………………………4
3.4滚刷结构的方案设计……………………………………………………………5
3.5整车系统概况……………………………………………………………………6
3.6传动形式…………………………………………………………………………7
3.7垃圾收集过程……………………………………………………………………7
第四章、数据整理（曲线绘制、计算数据整理、程序抄写）
4.1盘刷系统的相关参数计算………………………………………………………7
4.2滚刷的相关参数…………………………………………………………………9
4.3皮带轮和垃圾箱的设计参数……………………………………………………9
第五章、设计小结
参考文献
概述
清洁车顾名思义，它是用于清除道路上的尘埃、落叶等一些比较轻小的垃圾。
它适合作业地点，包括高等级公路、机场跑道、城市街道等，是清扫市政道路、街道和广场，收集和运输垃圾的专用路面清扫机械。
道路清扫车多种多样，分类方式各不相同。
其大概分类如下：
1.按工作原理分类清洁车按其工作原理可以分为吸扫式、纯扫式和真空吸尘车三大类。
2.按除尘方式分类道路清洁车按照清洁作业时的除尘方式分为两种类型：
湿式清洁车和干式清洁车。
本文主要介绍的是吸扫式多功能清洁车，文中介绍了多功能道路清洁车的设计目的与任务。
叙述了改装道路清洁车的背景和意义。
对清洁系统进行了详细的设计，叙述了相关专用设备的工作原理。
对扫盘、吸嘴等设备的选择进行了仔细的数据整理和尺寸设计。
保证了道路清洁作业的高效性和适应性。
第一章、设计目的与任务
1.1清洁车改装的目的
我国城市规模发展迅速，人力劳动成本的不断攀升以及环保任务要求不断增加。
道路清洁车能大大减轻城市环卫和道路的保养，降低清洁道路的成本，提高清洁作业的效率，同时缩小我国在道路清扫车设计自造技术与国外的差异。
1.2多功能道路清洁车的任务
现在，在我国清洁车市场中，吸扫式清洁车占有率在95%以上，而现有市面上的清洁车只能清除道路上的尘埃、落叶等一些比较轻小的垃圾。
对于小石头、水瓶类的垃圾只能是越过等待人员进行二次清理。
本课题多功能道路清洁车的任务，就是既能处理尘埃、落叶等一些比较轻小的垃圾同时也能处理一些小石头等较大的垃圾，增强多功能道路清洁车的适应性。
第二章、选题介绍
2.1多功能清洁车的背景及意义
近些年来，随着我国的经济迅速发展，人民生活水平也得到很大的提高。
人民对城市的卫生、道路清洁程度也越来越重视，之前城市道路的清扫都是依靠环卫清洁工人的双手来清扫，这种的方式显然已经变得很落后，不再能够满足当今大中城市对现代化环境卫生工作的发展需求。
人工清扫，工作效率低，工作量大这就会在很大程度上阻碍了城市道路环境卫生工作向更深的层次方向发展，对城市的整体形象造成了很大的影响，对人民的生活环境也会造成很大的影响。
因此，全国各地的环境卫生部门对城市道路清扫作业机械化程度的提高提出了迫切的需求。
依据城市道路建设部门的量化要求，大中城市的街道清扫作业机械化量需要占到城市道路清扫作业量的百分之六十以上。
目前，随着我国经济的迅速发展、人们对健康生活环境的需求，大大地推动了道路清扫机械领域上的发展，并且使它获得了持续发展的动力。
因此对当前存在扫路车进行持续不断的深入研究和科技创新的问题，迫切得以解决。
纵观这十几年，我国道路清扫车快速发展，其产品从以前单一的纯扫式发展到现在的多种型式，多形式的扫路车以致满足我国不同地方不同气候的需求。
不管是产品的质量何时性能等各方面都得到了迅猛提高。
不过现在，由于我国在一些技术领域上仍然相对落后，使得我国道路清洁车的整体水平都还存在各种各样的不足。
为了提高我国的清洁车水平，满足我国环卫部门对城市街道清扫作业的要求。
我们小组五人针对现有道路清洁车存在的不足，提出了改进。
2.2多功能道路清洁车的发展与展望
道路清扫保洁机械19世纪20年代起源于欧洲，其技术发展经历了纯扫式、纯吸式、吸扫式扫路车3个阶段。
其中吸扫式又有干、湿2种类型。
在我国的发展则始于20世纪60年代，其发展历史可分为3个阶段。
20世纪60年代至80年代末，第1代纯扫式清扫车研制成功，揭开了我国自主研发清扫车技术的序幕；但因纯扫式清扫车有性能差、质量差、外观差，清扫效果差等缺陷。
直至20世纪80年代末，建设部长沙建设机械研究院设计出我国第一辆吸扫式清扫车，迅速缩短了我国清扫车与发达国家之间的差距，成为我国清扫机械发展里程中的新起点。
第2代吸扫式扫路车具有清扫效率高、清扫能力强、清扫污染小等优点，被迅速应用到我国大中城市的主要道路清扫作业中。
21世纪之后，国内路面清扫车市场开始呈现多元发展的态势，出现了不同工作原理和模式的清扫机械，如纯吸式清扫车、干式清扫车等第3代扫路车。
由于全国各地气候差异大，冬季水易结冰，对湿式除尘的吸扫式清扫车在部分区域作业效果有影响；而在高速公路，城市高架桥等处，由于取水点远，不便于湿式除尘清扫车连续作业，随着人们节水意识的加强，催生出无需洒水压尘的干式除尘扫路车系列[1]。
随着创建清洁城市的指标越来越高及环卫系统对清扫保洁车辆要求多功能化，出现了各种各样的道路清洁车，但是现有的路面清洁车只有清扫和整理微尘和树叶的功能，而不能清扫和整理比微尘大和重一点或较大和就好、较重的垃圾，所以我们现在设计一辆可以清扫和整理微尘、树叶、重物等路面垃圾。
2.3多功能清洁车主要参数
通过结合国内外各类扫路车的设计理念、运用技术、使用情况的总结和分析，并参照国家对环卫车辆的排放要求以及政策法规，最终确定了基于实用方便、性能可靠为最大设计要求进行本车的设计开发。
并基于此确定如下整车方案：
底盘选用NKR77LLLACJAY五十铃国四排放标准底盘；根据设计要求配置副发动机以驱动工作装置；清扫方式采用吸扫结合，车两侧分别放一个扫盘以清扫集中垃圾，扫盘上加吸尘器吸嘴以吸取微尘和树叶等不重的垃圾；滚刷放在两扫盘中间以清扫两扫盘集中的垃圾经皮带轮带动入垃圾箱。
整车方案确定的具体设计参数【2】如表1所示：
表1整车设计参数
外形尺寸
5700×1990×2450
前悬/后悬
1015/1325mm
前轮距
1504mm
后轮距
1425mm
最高时速
97Km
发动机功率
96KW
第三章、多功能清洁车总体设计
3.1扫盘结构方案设计
已知数据：
所有液压马达的最高转速为120r/min，故盘刷的最高转速为120r/min[3]。
如下图1、2、3三种盘刷结构方案
图1方案1图2方案2
1液压马达，2重物1液压马达，2花键配合
3盘刷，4支架3盘刷，4支架，5弹簧
图3方案3
1液压马达，2盘，3液压油缸
4支架，5防尘罩，6除尘器接口
3.2方案评价准则
（1）从实现功能考虑，盘刷结构尽可能灵活、能够很好的除去路面上的垃圾，而且要适合除去牙路的垃圾。
（2）从经济性考虑，机构尽可能简洁，盘刷磨损少，造价便宜。
方案1是利用铁板自身拥有的弹性来越过较大的石头等阻碍物以减少盘刷和支撑盘刷的损伤，结构简单，造价便宜，但是这样就不能有效地除去垃圾等阻碍物，与设计目标相悖，这种方案不可行。
方案2是利用弹簧来让盘刷可以上下、左右有一定距离的移动，这样当遇到较大的石头等阻碍物时，可以减少盘刷的损伤，结构简单，造价便宜，方案2和方案1的工作原理差不多，两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是直接以清扫垃圾为目的而设计的，把盘刷一端设计成与地面有一定的距离，当盘刷遇到较大的石头等阻碍物时，可以防止盘刷和支撑盘刷轴等的损伤，同时，可以有效地清除垃圾，这种方案是可行的。
方案3中各部件依据各自的机动原理，相互配合，相互作用而构成了整个盘刷的装置，从而也保证整个盘刷系统具有如下的功能：
（1）由液压油缸是给盘刷的伸缩、升降提供动力，保证扫盘的升降伸缩。
（2）防尘罩将盘刷围起来，罩住了作业过程产生的尘粒，同时吸尘接口与气系统吸管连接，可将清扫过程中小的粉尘颗粒直接吸入除尘箱，降低干式作业时的扬尘，有效的抑制了扬尘问题。
（3）盘刷是盘刷系统的执行装置，清扫车工作时盘刷与地面接触液压马达驱动旋转清扫，刷毛较容易磨损，需定期更换。
（4）液压马达是用来驱动盘刷旋转的装置，使盘刷按照一定方向、一定的转速旋转。
当速度过大或过小时，可以按照需求来改变液压油通过液压马达的流量来改变液压马达的转速，从而达到改变盘刷转速的目的。
用液压马达来驱动盘刷，最大的优势就是可以有效的控制其转速的大小。
3.3盘刷清扫机理
盘刷的转动是由液压马达的旋转来驱动的。
清扫车行车作业，盘刷旋转过程中遇到垃圾，使垃圾获得一定的速度，拋向吸嘴可吸区域和中间的垃圾带区域，细小的微尘由吸嘴吸收，较大的垃圾由滚刷清扫，经过皮带轮带动进入垃圾箱，从而达到清扫的目的。
图4盘刷全部接地扫尘示意图图5盘刷部分接地扫尘示意图
在盘刷清扫作业过程中，道路经过盘刷旋转清扫后，垃圾沿着盘刷旋转的切线方向被抛出。
如果在盘刷底面整体触地旋转的情况下，如图4，就会造成废物沿着整个圆周的切线方向被抛出，这样不仅起不到清扫收集废物的作用，却会造成废物四溢、扬尘四起，使路面更加混乱，城市更加不整洁。
所以，盘刷设计安装时，如图5，需要与地面呈一定的角度，从而使盘刷在工作时，与地面的接触面始终保持一定的角度，这样便不会造成扬尘污染，顺利保证清扫作业的实现[4]。
在保证合理的拋尘方向的同时，还要尽量使盘刷的清扫区间最大化，以达到最大的清扫宽度。
图6盘刷与地面示意图
如图6，倾角方位的选择，主要必须保证盘刷底面外边缘应该与地表面恰好接触，便能保证道路上各街角的垃圾随着盘刷的运动都被扫除，而且又不造成扬尘。
盘刷内侧触地位置的确定，以扇形角度为120°处为宜。
整个扇面与地面接触过程中，扇面边缘与地面的接触压力为临界值0，随着向扇面中心的不断运动，压力越来越大，直到扇面中线处达到最大，整个扇面压力对称分布。
这样，既保证了合理的拋尘方向，又保证了有效的清扫宽度。
3.4滚刷结构的方案设计
已知数据：
所用液压马达的最高转速为120r/min，故盘刷的最高转速为120r/min。
图7滚轮示意图
1滚刷
图8,滚刷清扫垃圾入垃圾箱示意图
1滚刷，2皮带轮，3垃圾箱
图7为滚刷示意图，滚刷在液压马达带动下，把两边盘刷集中起来的较大的垃圾扫上皮带轮，然后带入垃圾箱，从而实现较大的垃圾清扫收集，整个过程如图8。
3.5整车系统概况
各个工作装置均有独立的液压马达来驱动，比如液压马达带动液压油泵，通过液压系统来控制工作装置。
气路系统由风机、吸嘴、风管、集尘箱、过滤装置等组成。
在清扫作业中，液压系统和气路系统都是由液压马达带动提供动力。
液压系统通过液压油缸和液压马达控制盘刷机构的升降和盘刷的旋转清扫动作，同时还操纵吸嘴的升降，滚刷的旋转，盘刷系统液压马达、螺纹连杆，弹簧连杆等机构动作下旋转清扫等。
气路系统中风机旋转使集尘箱内产生负压，气流从吸嘴吸入，垃圾在垃圾箱沉降室内被收集起来。
3.6传动形式
整体传动原理图如图9：
图9.清洁车的转动形式
如图9所示：
车辆的行驶有底盘发动机来提供动力，不参与工作装置的驱动；而风机和液压系统通常由液压马达通过离合器来驱动。
盘刷以及后置滚刷的旋转和摆动、吸口的摆动、尾门的开闭以及垃圾箱的倾倒动作都是通过液压系统来完成的，其中，盘刷和滚刷的旋转是靠液压泵带动液压马达来驱动的。
3.7垃圾收集过程
如图10为较大垃圾的清扫收集过程：
图10较大垃圾的清扫收集过程
1滚刷，2皮带轮，3垃圾箱，4盘刷
如图10两边盘刷把较大的垃圾向中间垃圾带集中，然后滚刷把较大的垃圾扫上皮带轮，垃圾经过皮带轮的带动进入垃圾箱，从而实现较大的垃圾清扫收集。
第四章、数据整理
4.1盘刷系统的相关参数计算
如图11盘刷的相关参数，参数设计如表2：
表2盘刷相关参数
L1
110mm
L2
590mm
L3
607mm
L4
88mm
R1
600mm
R2
400mm
H1
100mm
H2
525mm
H3
150mm
图11盘刷系统的整体参数简图
其中，盘刷内倾角θ可由下面式子计算[5]：
代入相关数据，当α=20°时，θ=4°。
通过查资料，盘刷接地中心角一般取ψ=120°。
盘刷倾斜角，即盘刷与地面的夹角取3～6°[6]。
我们可以通过改变盘刷下放角度α来改变盘刷内倾角θ以适应不同环境的路面。
设垃圾的速度为V，车辆行驶速度为V1，盘刷的线速度为V2,，垃圾抛出与法线之间的角度为γ，如图12：
图12盘刷抛出垃圾的速度示意图
则垃圾抛出的速度[7]：
其中，V2=W·R=2×0.6=1.2m/s
我们可以通过改变盘刷的线速度来指定垃圾抛出的方向，以形成一定的垃圾带，方便滚刷清扫和收集垃圾。
4.2滚刷的相关参数
如图13滚刷的相关参数，相关参数设计如表3：
表3滚刷的相关参数
R3
200mm
B1
100mm
B2
100mm
B3
100mm
图13滚刷的整体参数简图
已经所用液压马达的最高转速为120r/min，故滚刷的最高转速为120r/min，则滚刷的线速度V3=W·（R1+B3+B2）=0.8m/s。
4.3皮带轮和垃圾箱的设计参数
已知电动机功率P=709W，转速n1=400r/min,传动比i=1:
1,每天工作10-16小时[8]。
a）计算功率Pca=KAP=1.1×709=780W
b）根据Pca、n1，选用A型。
c）带速
2.8m/s
d）带所需的基准长度
1540mm
故基准长度Ld=1550mm。
e）实际中心距
555mm
中心距的变化范围为532～602mm。
选用A型，带基准长度1550mm。
带轮基准直接140mm,中心距控制在532～602mm。
垃圾箱规格：
2800×1990×1100mm。
第五章、设计小结
本小组研究的课题为多功能清洁车，我和组员对市面上现有的道路清洁车进行了分析和研究，针对了市面上现有清洁车存在的不足提出了改进和设计，现有市面上的清洁车只能处理尘埃、落叶等一些比较轻小的垃圾，而对于一些小块石头等较大较重的垃圾只能是越过，等待人员进行二次清理，清洁效率不高。
作为组长，我首先详细地进行了任务的分配，我翻阅了网上的论文资料和书籍，完成了资料和数据和收集，对可用的数据进行简单的分析和取用，并完成了第一章设计的目的与任务和第二章选题介绍，组员再根据资料和数据对清洁车的部分机构进行了改进，并对其余机构的设计和数据的整理。
通过本次实验，我们完成了整个清洁车的清洁系统的改进与设计，期间也遇到了一定的分歧和争论，就比如三种清扫机构哪种是最优方案，各有各的意见和见解，最终经过宫老师的指导和组员之间具体的分析才敲定了方案。
还遇到参数数据上计算的障碍，我们翻阅了大量的资料和经过较为具体计算，才得出了机构参数的最优解。
本次课程设计能够顺利完成，得益于小组成员间的相互配合和共同努力，让我明白组长协同各个成员的重要性。
我们深知一个设计的完善和合理应用，必须还要以大量的试验为基础，虽然本次多功能清洁车经过了较为详细的计算和大量资料的翻阅，但是缺乏实践验证，或多或少存在一些缺陷与不足，资源有限，至此完结。
参考文献
[1]凌品权.路面清扫车的选型及使用[J].广东交通职业技术学报，2004.12.
[2]道路清扫车毕业设计说明书[D].
[3]孙恒等。
机械原理（第八版）[M].高等教育出版社，2013.
[4]宋永刚等.高等级公路清扫车盘刷性能与技术研究[J].西安公路学院学报，1995，2010.
[5]盛金良.清扫机立刷摆动轴倾角的设计[J].工程机械，1993.
[6]王健.纯扫式扫路车滚刷装置设计与计算[J].工程机械，2011.
[7]袁正前.浅析吸扫式扫路车清扫效率的主要影响因素[R].江苏交通科技，2003.
[8]濮良贵等.机械设计（第九版）[M].高等教育出版社，2013.
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