街道護欄清洗機設(shè)計【7張CAD高清圖紙、文檔所見所得】【YC系列】

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哈爾濱理工大學學士學位論文 街道護欄清洗機設(shè)計 摘 要 工業(yè)化的建設(shè)使城市人口和車輛逐年增多，人、車道路交通產(chǎn)生很大的矛盾，幾乎所有道路擁擠的地方都安上了護欄隔離，城市公路中央護欄可以引導駕駛員的視線，以防車輛駛出路外造成交通事故。隔離護欄經(jīng)過日曬雨淋，經(jīng)常是臟兮兮的，不僅影響路容的整潔美觀，而且護欄本身容易損耗。城市公路中央護欄的清洗，不僅是為了整潔的市容，而且能夠延長護欄的使用壽命。為了保持城市公路中央護欄良好的引導視線功能和清潔美觀，需要對護欄進行定期清洗。 本文就現(xiàn)有街道護欄設(shè)備所存在的一些問題對其進行重新設(shè)計。首先對比現(xiàn)有護欄清洗機現(xiàn)況提出設(shè)計方案，接著對清洗機的主要傳動零件、清洗裝置、液壓系統(tǒng)進行了詳細設(shè)計，最后采用AutoCAD軟件繪制了該街道護欄清洗機的裝配圖和主要零件圖。 為此，本次設(shè)計的街道護欄清洗機采用雙液壓規(guī)避機構(gòu)，可橫向與上下升降運動的街道護欄清洗機，清潔率得到了很大提升，解決了以往清洗機由于車輛行駛線路不能適時與道路曲線平行，無法刷到車行逆向的平面；而多種規(guī)格的網(wǎng)孔花紋圖案加之車速過快，使刷子無法“伸入”網(wǎng)格內(nèi)清洗等缺陷。 關(guān)鍵詞：護欄，清洗機，液壓系統(tǒng)，設(shè)計 Street cleaning machine guardrail design Abstract Industrialization and the construction of the urban population increasing year by year vehicles, people, vehicles and road traffic have a huge contradiction, almost all roads crowded places isolated on a fence, the central city highway guardrail can guide the driver's line of sight, to prevent vehicles driving Way outside cause accidents. Isolation barrier through sun and rain, often dirty, not only affects the capacity of the road clean and beautiful, but the fence itself is easy to wear and tear. Central City highway guardrail cleaning, not only to clean the cityscape, and can prolong the life of the fence. In order to keep the city center highway guardrail good guide features and clean and beautiful sight, the need for regular cleaning fence. In this paper, some of the problems existing street guardrail equipment redesign its existence. First, compare the current status of the design scheme cleaning machine guardrail, and then on the main transmission parts cleaning machines, cleaning equipment, hydraulic system detailed design, final assembly using AutoCAD software to draw a diagram of the street cleaning machine guardrail and major parts diagram . For this reason, the design of the street cleaning machine guardrail dual hydraulic circumvent institutions, laterally and up and down movement of the fence street cleaning machines, cleaning rate has been greatly improved, solves the washing machine because the line can not be timely vehicle and road curve parallel to the dealers can not brush reverse plane; while a variety of specifications of the mesh patterns combined with excessive speed, the brush can not be "stretching" the grid cleaning and other defects. Keywords: Fence, Washing machine, Hydraulic system, Design 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 國內(nèi)外同類技術(shù)的發(fā)展水平及應(yīng)用 1 1.3 國內(nèi)的清掃車存在的技術(shù)差距 4 第2章 總體設(shè)計 6 2.1總體參數(shù)選定 6 2.1.1設(shè)計要求 6 2.1.2總體參數(shù) 6 2.2 清洗機方案選定 7 2.2.1清洗裝置方案的選用 7 2.2.2清洗裝置傳動方案的選用 7 第3章 主要零件設(shè)計 9 3.1設(shè)計要求 9 3.2主要傳動零件的設(shè)計 9 3.2.1橫梁 10 3.2.2伸縮桿 10 3.2.3轉(zhuǎn)軸 12 3.2.4軸承的選取 12 3.3 清洗裝置的設(shè)計 13 3.3.1 毛刷的選擇與安裝方式 13 3.3.2 清洗裝置的基本設(shè)計計算 13 3.3.3 水泵的選擇和計算 14 3.4毛刷的設(shè)計 16 第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 19 4.1系統(tǒng)的設(shè)計要求 19 4.2工況分析 19 4.3液壓缸主要參數(shù)的確定 19 4.4液壓系統(tǒng)圖的擬訂 21 4.4.1液壓回路的選擇 21 4.4.2擬訂液壓系統(tǒng)圖 21 4.4.3液壓元件的選擇 22 4.5液壓系統(tǒng)的性能驗算 23 4.5.1回路壓力損失驗算 23 4.5.2系統(tǒng)動作過程分析 23 總 結(jié) 25 參考文獻 26 致 謝 27 28 第1章 緒論 1.1 研究背景 目前，街道隔離帶護欄的清洗多數(shù)是用人工清洗，勞動強度大，效率低，而且還存在著人身安全問題。偶爾也有個別地方在灑水車的側(cè)面或前面加上一個可以低速旋轉(zhuǎn)的毛刷在噴淋情況下刷洗護欄，但是，由于毛刷不能橫向移動，也不能升降運動，所以刷洗面很有限，刷洗效果也欠佳。 圖1-1 街道護欄 街道護欄，多為鋼制焊接成各種網(wǎng)格圖案，幾十種形狀及尺寸使鋼護欄難以規(guī)范和統(tǒng)一。近年來，鑄鐵鋼花護欄、不銹鋼護欄也十分普遍。清洗街道護欄，一般采用人工刷洗或涂漆蓋污的方法，但由于街道行駛車輛多，人工在此環(huán)境下刷洗很不安全、且洗潔率極低，無法達到城市環(huán)衛(wèi)標準。我國部分城市（如北京，上海，廣州，成都等地）研制使用的護欄清洗機，有如下缺陷：由于車輛行駛線路不能適時與道路曲線平行，無法刷到車行逆向的平面；而多種規(guī)格的網(wǎng)孔花紋圖案加之車速過快，使刷子無法“伸入”網(wǎng)格內(nèi)清洗；凡此種種，最終的洗潔率約為35%。為此，我設(shè)計了采用雙液壓規(guī)避機構(gòu)，可橫向與上下升降運動的街道護欄清洗機。 1.2 國內(nèi)外同類技術(shù)的發(fā)展水平及應(yīng)用 工業(yè)化的建設(shè)使城市人口和車輛逐年增多，人、車道路交通產(chǎn)生很大的矛盾，幾乎所有道路擁擠的地方都安上了護欄隔離，城市公路中央護欄可以引導駕駛員的視線，以防車輛駛出路外造成交通事故。隔離護欄經(jīng)過日曬雨淋，經(jīng)常是臟兮兮的，不僅影響路容的整潔美觀，而且護欄本身容易損耗。城市公路中央護欄的清洗，不僅是為了整潔的市容，而且能夠延長護欄的使用壽命。為了保持城市公路中央護欄良好的引導視線功能和清潔美觀，需要對護欄進行定期清洗。人工清洗護欄的勞動強度大，清洗效率低，每人每天大約只能清洗600米左右。白天車流量很大，人工清洗護欄不安全且影響交通，一般在晚上車流量相對較小時清洗，而晚上清洗時經(jīng)常有發(fā)生車撞環(huán)衛(wèi)工人的事故。于是城市公路中央護欄清洗機的出現(xiàn)具有實際的意義。通過調(diào)查，目前公路隔離護欄的清洗方式主要有2種：大型清洗機、人工清洗。 （1）大型清洗機圖1-2 人工清洗護欄 圖1-3 清洗機清洗護欄 圖1-2大型清洗機 郊區(qū)或車輛較少的公路中央護欄常由大型清洗機來清洗。這是一種依靠卡車攜帶清洗刷和水來進行清洗工作的方式。清洗護欄時，護欄如有轉(zhuǎn)彎時，卡車要及時隨護欄的變化而變化。在清洗速度較高時，駕駛員操作不可能反應(yīng)足夠快，而且駕駛的車載清洗機必須與護欄保護在同一軸線上，否則就會損壞護欄。如果短距離使用大型卡車搭載清洗機清洗，駕駛員精心操作還是可以做到，但是達到真正實用是不可行的；而且大型卡車占用車道，阻礙交通，因此該方式適用于郊區(qū)或車輛較少的公路中央護欄的清洗，在市中心交通繁忙的情況下難以發(fā)揮作用。 而車載式高壓水洗刷清洗一次性投資過高，一般中小城市難以承受，且由于車輛行駛路線不能保證與道路護欄平行，容易發(fā)生交通事故，一般清洗機體積較大，在高速行駛的公路上占用路道，容易造成交通事故及堵塞，而在實際清洗中無法清洗護欄處在車行逆向的部分表面，耗水量大，清洗效果不佳，對城市交通也有一定影響，故其應(yīng)用和發(fā)展受到了一定的限制。 （2）人工清洗 圖1-3 人工清洗 車流量大的城市公路中央護欄常由人工進行清洗。這是一種依靠人工作業(yè)來進行市中心護欄清洗的工作方式。人工清洗的成本低，但需要的環(huán)衛(wèi)工人多，環(huán)衛(wèi)工人需要反復蹲站，攜帶盛水器具，勞動強度大，且清洗效率低；清洗過程中需要經(jīng)常穿梭馬路換水，對交通的干擾大，存在很大的安全隱患。 通過對以上兩種護欄清洗方式進行比較分析，對于城市公路中央護欄的機械清洗是一項市場空白。通過體積小、清洗效率較高的機械清洗護欄減輕勞動強度和保證環(huán)衛(wèi)工人的人身安全，對城市公路中央護欄清洗無疑具有很大的迫切性和需求。 圖1-1 城市護欄 由于人工清洗勞動強度大、清洗效率低，且由于清洗工人身處高速行駛的機動車輛中間，極易發(fā)生安全事故，清洗人員的安全得不到保障，而且周圍空氣中汽車尾氣濃度很高，嚴重危害清洗工人的健康，故其清洗方式正被初步淘汰。 （3）成型產(chǎn)品介紹 目前國內(nèi)已經(jīng)有成型的產(chǎn)品上市，比如北京澤通科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的公路護欄清洗機，對公路隔離欄進行清洗時，護欄兩側(cè)同時擦洗。可對最高1.4米的護欄進行清洗，特別適合圖案復雜的金屬護欄。可按護欄的污濁程度控制作業(yè)速度。備有清洗劑添加箱，目前采用國產(chǎn)躍進2.5噸底盤。 作業(yè)時可同時兩次刷洗，三次噴水一次清洗劑，潔凈度可達到85%。它的操縱部分采用人性化的設(shè)計使操縱更加方便。作業(yè)時由駕駛員一人同時完成駕駛與操作，方便，簡潔，降低了作業(yè)成本。它的執(zhí)行機構(gòu)是掛接在灑水車上的，在更換執(zhí)行機構(gòu)時，只須旋轉(zhuǎn)齒輪柄，就可以很方便的將執(zhí)行機構(gòu)滑出。它的水系統(tǒng)采用高壓雙聯(lián)泵，使刷洗和高壓水槍能同時工作，從而保證了清洗的質(zhì)量。它的A型毛刷采用復合聚酯材料，質(zhì)地柔軟，經(jīng)久耐用。作業(yè)完畢，可快速將刷體載于特制的車架上入庫從存放。還有北京科力威清潔機械廠生產(chǎn)的BXH5040TQX型城市護欄高速清洗機。 BXH5040TQX型清洗機是新一代多功能公路設(shè)施清洗設(shè)備。它可全自動高速的擦洗街道各種型式的隔離護欄。適用于街道隔離護欄、道路兩側(cè)墻體的刷洗；根據(jù)用戶需要加裝高壓水泵、水槍，還可適用于沖刷城市小廣告和刷洗城市雕塑等。 圖1-4 BXH5040TQX型城市護欄高速清洗機 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)： 底盤型號 BJ1049V9JW6-A 發(fā)動機型號 BJ491EQ2 噴水系統(tǒng) ZMB240 副發(fā)動 492Q 水箱容積 1.76m3 外形尺寸 5910×2045×2380(mm) 刷洗速度 2-8（km/h） 清洗系統(tǒng) 滾刷4個 滾刷高度 300-1500（mm） 噴嘴 狹縫式噴嘴 刷洗寬度 0-200（mm） 滾刷轉(zhuǎn)速 800-1200（r/min） 1.3 國內(nèi)的清掃車存在的技術(shù)差距 （1）水平和質(zhì)量的差距 雖然，我國清掃車技術(shù)的發(fā)展令世界矚目，但是，與發(fā)達國家相比，我國清掃車還存在不少差距。 我國的清掃車在清掃效率、清掃能力、除塵效果等清掃作業(yè)性能方面與發(fā)達國家的水平相當，而在清掃車的噪聲、排放、可靠性、舒適性，自動調(diào)整等方面仍存在較大差距，特別是全液壓清掃車，僅相當于發(fā)達國家20世紀80年代末到90年代初產(chǎn)品的水平。就目前我國清掃車的水平和質(zhì)量可知，我國在清掃車設(shè)計中，還缺少對專用部件的研究，缺少設(shè)計理論的指導，經(jīng)驗多于計算，模仿較多，創(chuàng)新較小。可以說，目前我國對清掃車的研究能力還較差，還未真正達到對清掃車進行研究的目的和要求，同時，缺乏必要的研究條件。目前，我國中小型全液壓清掃車除與汽車底盤改裝的清掃車存在同樣的缺陷外，還存在舒適性差、噪聲大、空車質(zhì)量大、外形不夠美觀等缺點。另外國內(nèi)的清掃車在以 下幾個方面有待改進：如在高可靠性上，設(shè)備的高可靠性就是指某種設(shè)備的可靠程度，即在其正常使 用當中的無故障間隔時間的長短。國產(chǎn)工程機械平均無故障間隔時間為150小時--300小時。而國外工程機械都在600小時-2000小時。我國工程機械的平均使用壽命僅為國外同類產(chǎn)品的1/2，甚至不到1/2。因此目前的首要工作是解決產(chǎn)品經(jīng)久耐用的問題，提高可靠性的各項指標。就工程機械的重要品種清掃車、裝載機、推土機、挖掘機等而言，這個指標和國外同類產(chǎn)品相比，差距還是非常大的。用戶和廠家的想法往往相悖，用戶是買進一臺設(shè)備，首選指標應(yīng)該是可靠性，設(shè)備要能經(jīng)久耐用，不出大故障，小毛病也最好不要有。廠家則認為小毛病無所謂。殊不知，用戶最頭疼的是小毛病不斷的設(shè)備，而對生產(chǎn)影響最大的恰恰也經(jīng)常是出現(xiàn)小毛病的設(shè)備。任何一臺設(shè)備在生產(chǎn)過程中不是單獨作戰(zhàn)，而是既有上線也有下線，一旦因任何一個小毛病而停止作業(yè)，影響工作的還有與其配套的其它生產(chǎn)系統(tǒng)。所以，廠家決不能忽視小毛病的危害程度。小毛病不但是病，而且是影響生產(chǎn)的“大病”， 它直接影響一臺設(shè)備的使用，甚至損害一個廠家的聲譽。國內(nèi)的清掃車產(chǎn)品可靠性不如國外，有三個方面的原因：一是國產(chǎn)基礎(chǔ)件質(zhì)量不穩(wěn)定；二是制造工藝問題；三是技術(shù)不完善造成先天不足；在多功能上：目前國產(chǎn)路面清掃車基本上是單純意義上的清掃車即只能清掃護欄、不能它用。而從全國許多環(huán) 保部門的需求信息來看，有的需要能清洗道路護欄，有的要求能鏟雪等等；目前的清掃車需要噴水壓塵除塵，在缺水地區(qū)和北方的冬季無法使用；目前的清掃車尾氣污染和噪音污染相對來說都較大。 隨著國家對環(huán)保要求越來越高，人們的環(huán)保意識普遍增強，現(xiàn)有清掃車就將很難適應(yīng)需要。 （2）生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)手段落后 由于國內(nèi)清掃車生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模都較小，而且掃路機產(chǎn)品批量也較小，所以采用的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)手段都較為落后，加工的零部件難以有穩(wěn)定的質(zhì)量。此外，我國通用零部件制造水平較低，也影響了掃路機的質(zhì)量。分析其原因主要在材料和設(shè)計上。所以對清掃車易磨損件材料的研究和合理設(shè)計，提高易磨損件的耐磨性也是提高我國清掃車可靠性必不可少的工作。因此提高清掃車外觀質(zhì)量。國產(chǎn)清掃車的老面孔仍未得到徹底改變，尤其是油漆的光澤性、附著力、抗沖擊、硬度、耐候性和彎曲性能等還存在不小差距，特別是耐時性上不過關(guān)，新車放不到3個月就失光、退色。 （3）設(shè)備的舒適性的差距 設(shè)備的舒適性是指駕駛員在操作設(shè)備作業(yè)時所感受的舒適程度，包括環(huán)保方面的排放標準和噪聲大小等。有的廠家在駕駛室里安裝收錄音和CD等 音響系統(tǒng)，其實在沒解決設(shè)備噪聲之前，這些都是徒勞的。同理，在沒解決駕駛室密閉問題之前，一切空調(diào)通風換氣設(shè)置都是沒有任何意義的。以清掃車、裝載機、推土機為例，首先應(yīng)該解決噪聲和排放污染問題。因為它不但對駕駛員身心健康有影響，更重要的是對與其配合工作的其它設(shè)備及人群 有影響。而其駕駛室搞成轎車標準其實并不困難。要知道清掃車、裝載機、推土機等工程機械駕駛員 比轎車司乘人員更需要舒適。因為他在非常惡劣的環(huán)境當中不停的作業(yè)。 （4）性能水平的差距 提高性能水平。我國工程機械的整體性能參數(shù)與國外水平差距不是很大，但在舒適性、低污染、施工質(zhì)量以及生產(chǎn)率等指標上都不同程度地落后于國外先進水平15-20年，主要原因是在許多先進的 技術(shù)、結(jié)構(gòu)、材料及工藝上存在著差距。 從上述國內(nèi)清掃車的發(fā)展現(xiàn)狀簡要介紹可以看出，我國清掃車與國外清掃車相比，存在較大差距，主要表現(xiàn)在：從產(chǎn)品構(gòu)成上看，國產(chǎn)機械品種、規(guī)格較少，產(chǎn)品缺乏系列化：我國對清掃車機械的開發(fā)、生產(chǎn)起步較晚，近年來，隨著高速公路通車里程的不斷增加，清掃車的研制開發(fā)工作才逐漸為有關(guān)方面重視。 第2章 總體設(shè)計 2.1總體參數(shù)選定 2.1.1設(shè)計要求 （1）由于設(shè)計的裝置要懸掛在現(xiàn)有的灑水車底盤上，由于現(xiàn)有的灑水車形式多樣，因此整套裝置要有很強的通用性，可以和大多數(shù)的灑水車配合 （2）工作是主要有兩個動作，即旋轉(zhuǎn)和垂直動作，豎直位移 （3）護欄高度1m （4）要求操作系統(tǒng)簡單，效率高 （5）整體質(zhì)量不能太大，但結(jié)構(gòu)必須滿足強度要求 （6）設(shè)計成本不能太高，要進行經(jīng)濟可行性論證 2.1.2總體參數(shù) 護欄清洗機由底盤、水罐、清洗液水箱、橫向水平伸縮機構(gòu)、垂直舉升機構(gòu)、柱刷及驅(qū)動機構(gòu)、液壓傳動及控制系統(tǒng)、水路系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成，其外形如圖2-1示． 圖2-1 護欄清洗機總體結(jié)構(gòu) 該車采用載重為2.75T的東風EQ1061G2D2汽車底盤改制而成，取力器的離合采用推拉軟軸控制，伸縮機構(gòu)手柄、舉升機構(gòu)手柄、水泵控制手柄及柱刷控制手柄均集中分布在駕駛室內(nèi)。整車參數(shù)如下： 整車外形尺寸（長×寬×高）：6480×2200×2850mm 工作尺寸（長×寬×高）：6480×3100×3140mm 水箱最大容積：3m3 水箱額定容積：2.3m3 清洗液箱容積：0.1m3 液壓系統(tǒng)額定壓力：6.3MPa 柱刷橫向伸縮距離：700mm 柱刷上下往復距離：600mm 整車整備質(zhì)量：5000kg 滿載總質(zhì)量：7800kg 工作尺寸（長×寬×高）：6480×3100×3140mm 水路壓力：0.5MPa 清洗道路護欄車速：3~4km/h 發(fā)動機功率：88Kw/2800r/min 發(fā)動機額定扭矩：343N.m/1500～1800r/min 輪距（前/后）：1750/1586 發(fā)動機型號：EQD6102-1型 底盤型號：EQ1061G2D2 軸距：3650mm 2.2 清洗機方案選定 2.2.1清洗裝置方案的選用 1）清洗裝置是箱子即清洗機 2）清洗裝置是固定式即長臂清洗機 以上兩種種設(shè)備是目前最具代表性的兩類產(chǎn)品，從其應(yīng)用，技術(shù)方面都有各自的優(yōu)缺點。 第一類，結(jié)構(gòu)簡單，成本低；但是不能很好的清洗到高一點的護欄。工作時工作速度較高。 第二類：克服了第一類的缺陷，而且可清洗多種類型的護欄。但是它不靈活，自由度不夠，不能上下運動在清洗的過程中，清洗不夠清潔。工作時效率很高 綜合以上種布局形式各自的優(yōu)缺點，我們的布局方式采用懸掛式裝置，并且能夠在清洗工作過程中垂直方向上有上下線運動這樣不僅能清洗到高一點的護欄同時能保證清潔度。 2.2.2清洗裝置傳動方案的選用 （1）轉(zhuǎn)動軸方案選用 1）齒輪傳動 齒輪傳動第一結(jié)構(gòu)上會增加總體的設(shè)計重量，第二會增加成本。但是傳動效率高。 2）鏈輪傳動 鏈輪傳動在工作過程中很容易出現(xiàn)卡鏈，斷鏈子，維修不方便。但是設(shè)計簡單經(jīng)濟。 通過上兩個方案比較，我們采用帶輪傳動更合適。經(jīng)濟又簡單而且減少了設(shè)計總體重量 （2）垂直運動方案選用 1）曲柄滑塊機構(gòu) 由于此清洗機構(gòu)比較小巧所以這方案不適用 2）液壓機構(gòu) 液壓機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，而且能夠輸出較大的力來使整個清洗機構(gòu)上下垂直運動維修也比較方便裝配起來也比較簡單。所以我們選用液壓機構(gòu)來實現(xiàn)垂直方向上的運動 。 第3章 主要零件設(shè)計 3.1設(shè)計要求 系統(tǒng)工作環(huán)境為街道由于外界的影響，所以非常不穩(wěn)定。而且系統(tǒng)由于清洗對象具有多樣性，可以針對不同的護欄進行清洗，所以在設(shè)計時只須確定最大工作強度對其進行校核。 3.2主要傳動零件的設(shè)計 護欄清洗機裝配圖主視圖（草圖）如圖3-1所示： 圖3-1主視圖（草圖） 其俯視圖（草圖）如圖3-2所示： 圖3-2俯視圖（草圖） 3.2.1橫梁 對橫梁，由于安裝尺寸的需要，必須裝上兩馬達且要安裝在兩伸縮桿上，設(shè)計尺寸為[長寬高=930150120（mm）]，用45號鋼機械加工造成，零件圖見附圖。橫梁上只有兩個柱刷清洗系統(tǒng)重量為：G3 =24.502+2070kg 由經(jīng)驗可知其強度與剛度遠遠大雨所須強度與剛度，故無須校核。 3.2.2伸縮桿 對伸縮桿進行設(shè)計校核： 由于行程為伸縮距離700mm，故初定尺寸如圖3-3示： 圖3-3 伸縮桿 其尺寸為：[長寬高=17808080（mm）] 工件由45號鋼機械加工而成。 對其強度進行校核： 其受力圖如圖3-4所示： 液壓馬達選取為：ZM-40 ，質(zhì)量：15.68kg。 所以有：G橫梁=（930150120）7.8103130kg=1300N 所以G1=G橫梁＋G馬達＋G附＝1300+156.82+N2000N G2=0.08*0.08*1*7.8X103=5000N f=1000N G3=0.08*0.08*0.7*7.8*103=350N 由力矩平衡可得平衡方程： f0.8+G11+G20.5=G30.35+FB0.7 帶入得：10000.8+20001+5000.5=3500.35+FB0.7 解得 FB＝4182N 又FA=FB+G1+G2+G3 所以　　FA=7032N 圖3-4 受力圖 故： 　　Ｍmax=f0.8+20001+5000.5=3050 N.m 　　 其中安全系數(shù)為2. 所以滿足設(shè)計強度要求． 3.2.3轉(zhuǎn)軸 對轉(zhuǎn)軸設(shè)計校核： 一般護欄高度為1.2m以下，故設(shè)計時毛刷長度為1400mm，其草圖如圖3-5： 圖3-5 轉(zhuǎn)軸 需要有清潔水與清潔液從轉(zhuǎn)軸中流出，故選擇如上圖所示工件，工件由45號鋼加不銹鋼無縫管焊接而成，中間鉆有一些小孔以便清潔液的流出。故計算是需要有大的保險系數(shù)，我們選擇為3。 最大摩擦力為F=1000N。 則其最大轉(zhuǎn)矩為： 由 所以 故零件尺寸滿足工作需求。 3.2.4軸承的選取 選用兩種軸承分別為：向心軸承（GB273.3-82）直徑系列為1，寬度系數(shù)為0的正常型軸承。其中 雙向推力軸承（GB273.2-81），直徑系列2。寬度正常的軸承。 其中 3.3 清洗裝置的設(shè)計 3.3.1 毛刷的選擇與安裝方式 清洗作業(yè)時, 護欄兩對側(cè)面滾刷將護欄欄桿??夾擊" 在中間, 刷毛相互重疊( 2 ~ 3cm) ,使兩滾刷形成一個整體, 中間不留間隙，兩滾刷刷高速旋轉(zhuǎn), 在護欄表面刮擦, 同時, 沿護欄豎向表面噴水, 從而實現(xiàn)清洗。兩滾根據(jù)采集所得數(shù)據(jù), 護欄柵格之間的最大距離是170 mm, 最小距離是120 mm, 護欄所用鋼管直徑22 mm， 為了使?jié)L刷與護欄表面有效發(fā)生摩擦，利用相切的原理設(shè)計滾刷直徑( 包括毛長) , 通過分析驗證, 滾刷直徑為260 mm 時, 清洗效果好, 不留清洗死角. 當兩滾刷轉(zhuǎn)相反時, 可使臟物或臟水沿著箭頭方向甩出去, 兩滾刷的刷毛在重疊處移動方向相同, 可加快刷子的轉(zhuǎn)速, 滾刷兩邊各布置一個噴水嘴, 這樣可將飛濺的水珠帶到護欄板面上, 節(jié)約用水, 達到良好的清洗效果。 圖3-6 毛刷的安裝方式 3.3.2 清洗裝置的基本設(shè)計計算 根據(jù)毛刷的轉(zhuǎn)速選定電機的大小和功率，由于毛刷是通過軸，聯(lián)軸器和電機連在一起的。所以選定好毛刷的轉(zhuǎn)速即可以確定電機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)周圍環(huán)境和灰塵的特點，為保證能夠把護欄清洗干凈，再根據(jù)裝置的大小，選定電機的轉(zhuǎn)速為500/min ，即毛刷的轉(zhuǎn)速就是500r/min.所選定的電機。 電機型號為：110SZ10H5，電機參數(shù)表如下： 電機主要外形及基本安裝尺寸： 中心高度 外形尺寸 底腳安裝尺寸 地腳螺栓孔直徑 軸伸尺寸 安裝部件尺寸 36 197.5x72x72 83x83 10 22.5x12 16x9.5 電機的基本參數(shù) 型號 110SZ10H5 轉(zhuǎn)速 500r/min 功率 36W 轉(zhuǎn)矩 686mN.m 最大電流 4.8A 蓄電池的基本參數(shù) 型號 12V-9 電壓 12V 凈重 2.13KG 電容 9AH 規(guī)格 150mmX95mmX60mm 3.3.3 水泵的選擇和計算 （1）水泵的工作原理 電機的圓周運動，通過機械裝置使水泵內(nèi)部的隔膜做往復式運動，從而壓縮、拉伸泵腔(固定容積)內(nèi)的空氣，在單向閥作用下，在排水口處形成正壓(實際輸出壓力大小跟泵排水口受到的助力和泵的特性有關(guān))；在抽水口處形成真空，從而與外界大氣壓間產(chǎn)生壓力差。在壓力差的作用下，將水壓入進水口，再從排水口排出。在電機傳遞的動能作用下，水持續(xù)不斷的吸入、排出，形成較穩(wěn)定的流量。 （2）水泵的選擇 由于此裝置受到水，電機，毛刷等裝置的限制，還有必須控制水的流量，以免造成水的浪費。因此，所選的水泵不能過大，水的流量也必須符合要求，不能造成水的浪費，同時能保證水能從箱體里順利抽出，所以，選定的水泵揚程必須大于箱體的高度。 根據(jù)工作需求，要使得裝一次水能夠有效工作至少一小時，水箱容積大小為250L,所以選擇的水泵流量最多為每小時250L/H，查得型號為CD1245型號的泵能滿足需求，而且經(jīng)濟實惠，故選擇泵的型號為CD 1245。 圖3-7 水泵 基本參數(shù)如下： 型號 CD 1245 功率 13.5W 揚程 最高4.5M 流量 200L/H 尺寸及重量 83x68x48 250g 進水口徑 3.8mm 出水口徑 3.8mm 驅(qū)動方式 無刷 磁力隔離 直流供電 壽命 大于30000小時 供電 蓄電池 12V （3）為水泵提供動力源的蓄電池基本參數(shù) 型號 12V-9 電壓 12V 凈重 2.13KG 電容 9AH 規(guī)格 150mmX95mmX60mm （4）毛刷工作時間計算： 根據(jù)：P=UI 通過電機的電流的大小取最大電流為4.8A 充滿一次電能持續(xù)工作時間 T=Q/4.8 =9/4.8=1.875h 所以充一次電能持續(xù)工作時間為1.875小時 （5）水泵的工作時間計算： 通過水泵的電流：I=2A 充滿一次電能持續(xù)工作時間T=Q/I-9/2=4.5h 所以充一次電能持續(xù)工作時間為4.5小時 3.4毛刷的設(shè)計 根據(jù)毛刷的工作要求，毛刷選用國產(chǎn)的尼龍66做成的尼龍絲均布在旋轉(zhuǎn)軸上，分布間隙為0.2，其彈性模量 （1）尼龍絲個數(shù)N的確定可采用先把整個軸按高度分層，再求每個層的尼龍絲個數(shù)。 具體計算如下： 初定旋轉(zhuǎn)軸的內(nèi)徑，長度,尼龍絲的直徑為4mm,以間隙0.2分布在其上： a.軸的一圈上尼龍絲的個數(shù)n b.旋轉(zhuǎn)軸上分布的尼龍絲層數(shù)f 則：尼龍絲的總個數(shù)N為： （2）旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)工作時，清洗護欄的尼龍絲發(fā)生變形，其發(fā)生變形的尼龍絲在旋轉(zhuǎn)軸清洗一周時，從OA到OC，其變形如圖3-8示：其中最大變形時，護欄離旋轉(zhuǎn)軸的中心距離為17mm。 圖3-8 即OA=OC=20mm,OB=17mm 那么在這一瞬間發(fā)生變形的尼龍絲個數(shù)為： （3）從任一根軸上抽取一根尼龍絲作為研究對象如圖3-9示： 圖3-9 可假設(shè)尼龍絲是一個懸臂梁，在自由端受集中力F作用，可用如圖示的撓度公式求解尼龍絲所受的力F。 而此時： 尼龍絲的轉(zhuǎn)動慣量I為： 即 （4）假設(shè)尼龍絲在與護欄相接觸的過程中，都發(fā)生最大變形，則在一根旋轉(zhuǎn)軸上，參與變形的尼龍絲個數(shù)與F之積為刷洗裝置要工作，電動機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所提供的徑向力。則總的徑向力為： 此時旋轉(zhuǎn)軸的力矩M為： （其中r為護欄離中心的距離） 第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 4.1系統(tǒng)的設(shè)計要求 此系統(tǒng)主要完成對街道護欄的清洗工作。所須完成動作包括橫向水平運動、垂直上下運動與旋轉(zhuǎn)運動。在橫向運動時，由于汽車運動時與護欄的平行度不能保持絕對一致，故柱刷與護欄之間存在碰撞與分離現(xiàn)象，設(shè)計中必須消除這兩種情況的發(fā)生，為此設(shè)計液壓自動規(guī)避裝置。前后兩液壓油缸在壓力作用下可自動發(fā)生規(guī)避。以達到清洗的潔度與保護裝置。 液壓系統(tǒng)的工作壓力在一定范圍內(nèi)均為可調(diào)，以滿足對不同護欄的清洗工作。由于主要完成清洗工作，故系統(tǒng)精度要求一般。對于系統(tǒng)穩(wěn)定性，因工作環(huán)境差，外界干擾大，故系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定要求。 4.2工況分析 系統(tǒng)工作時主要工作工況為橫向伸縮、垂直升降、旋轉(zhuǎn)運動。其各部分工作所需最大負載如表4-1所示： 表4-1工況分析 工況 負載組成 負載值 負載/ 水平移動 F=f+f’ 1000+100=1100N 1200N 垂直升降 F=G 2000+500+350=2850N 3170N 旋轉(zhuǎn) M=f.R 0.21000=200N.m 220N.m 注：1、液壓缸的機械效率?。?.9 2、不考慮滑臺在導桿上的顛覆力作用，不計導套與導桿之間的摩擦。 4.3液壓缸主要參數(shù)的確定 由[1]《液壓傳動與氣壓傳動》第二版（華中科技大學出版社）P270表9-2先選取執(zhí)行元件工作壓力．則P1=4MPa． 水平移動缸由于要使其在一定的壓力下可以自動調(diào)節(jié)，所以缸應(yīng)采用兩桿結(jié)構(gòu)，因為對稱結(jié)構(gòu)可以在兩端壓力不對稱時調(diào)節(jié)更為快捷與方便。 伸縮克服最大力設(shè)定為F＝1000N，在水平作用時，系統(tǒng)須保持一定的轉(zhuǎn)軸對護欄的壓力，也要使儲能器有一定的壓力以便在儲能器中有一定的液壓油使得當在壓力達到一定程度時系統(tǒng)對轉(zhuǎn)軸進行一定的緩沖，從而保護轉(zhuǎn)軸不受到撞擊而受到損壞．又要使其能在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，所以選用一調(diào)壓閥作為背壓閥。調(diào)壓閥最大背壓為：。在工作進油時，因液壓缸工作為可調(diào)，故在進油前也必須使用一調(diào)壓閥對伸縮桿對護欄工作壓力進行調(diào)節(jié)。其調(diào)節(jié)壓力為： 垂直升降缸，對其進油設(shè)定一單向閥，防止在回油時由于系統(tǒng)自重而使得液壓油回流．系統(tǒng)最大壓力為：．采用單桿缸．系統(tǒng)提供壓力為： 所以，液壓缸選取為： 水平伸縮缸： 采用長江液壓件廠的型號為：HSGL-63/De 公稱壓力：10MPa　　　液壓缸外徑：D1=102mm 缸徑： D=80mm 桿徑：d=45 行程：　L=800mm 速比：1.46 垂直液壓缸： 采用首鋼液壓機械廠的型號為：SDG-80/50A-e 缸徑：D＝90mm　 　桿徑：d＝４５mm 推力：8200N　　　　拉力：8950N 行程：L=800mm 速比：1.46 對于轉(zhuǎn)動馬達，采用天津液壓件廠的觸式通軸馬達；其尺寸如圖4-1所示： 圖4-1 馬達 排量：25/(Ml/r) 壓力：6.3/MPa 轉(zhuǎn)速范圍：Rmin=30(r/min) R額定＝1500(r/min) Rmax=2000(r/min) 5MPa時轉(zhuǎn)矩：24.50(N.m) 容積效率： 總效率： 質(zhì)量：15.78kg 4.4液壓系統(tǒng)圖的擬訂 4.4.1液壓回路的選擇 （1）選擇調(diào)速回路。 由系統(tǒng)要求可知，柱刷在清洗過程中對于不同的工作對象需要有不同的轉(zhuǎn)速，所以馬達的轉(zhuǎn)速必須為可調(diào)，在轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)動效率小，轉(zhuǎn)速低，工作負載的變化在橫向系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)下工作負載小，故可采用進口節(jié)油。 （2）水平伸縮機構(gòu)。 由于用兩個柱刷，排列在同一橫桿上，當出現(xiàn)護欄轉(zhuǎn)角或者當汽車出現(xiàn)移動路線與護欄之間有一定的角度時，則前后兩伸縮桿之間的壓力將發(fā)生差異，故前后兩伸縮桿分別采用獨立的壓力提供系統(tǒng)，使其兩者發(fā)生差異時不會發(fā)生互相干涉。并且當不同的情況下兩者可以獨立調(diào)節(jié)以滿足更多的工作場合。在橫向伸縮過程中，由于需要移動的速度非常小，故系統(tǒng)的流量低，壓力低。采用進口節(jié)油，用雙聯(lián)葉片泵的小流量與小壓力泵提供壓力油。在伸縮缸自動調(diào)節(jié)時，為防止在在回油時造成吸入空氣的現(xiàn)象，在出口設(shè)置一儲能器，采用調(diào)壓閥背壓，同時可以進一步保證伸縮缸的工作的穩(wěn)定性。在進口處設(shè)置一可調(diào)先導溢流閥，也可以調(diào)整柱刷對護欄之間的壓力。當出現(xiàn)異常情況下時可作為備用系統(tǒng)。 （3）垂直升降機構(gòu)。 垂直升降機構(gòu)由于所需壓力大，但在工作時不發(fā)生移動，并不需要提供液壓油設(shè)計為與柱刷馬達由同一泵提供液壓油。采用單向閥可以防止以外情況下升降臺由于自重而發(fā)生壓力油的回流而損壞泵且發(fā)生碰撞的情況發(fā)生。所需提供壓力大，采用出口節(jié)流的調(diào)速方式。 4.4.2擬訂液壓系統(tǒng)圖 綜合上述分析和所擬訂的方案，將各種回路合理地組合成為該系統(tǒng)的工作原理圖如圖4-2所示：（詳圖見附圖） 圖4-2 液壓系統(tǒng)原理圖 4.4.3液壓元件的選擇 （1）液壓泵 液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為4MPa，進油壓力損失取為1MPa（調(diào)節(jié)范圍），背壓損失取為0.5MPa，則壓力?。? 　　　　　　　　　　　　　 橫向伸縮缸由于工作壓力小，且移動速度慢，v=1cm/s 所以流量為 馬達的流量為： 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選取YB-4/25型雙聯(lián)葉片泵. （2）閥類元件及輔助元件 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件的實際流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格，表4-2表示了所選出的一種方案。 表4-2各元件選取 序號 元件名稱 估計通過流量/L.min-1 型號 規(guī)格 調(diào)節(jié)壓力/MPa 1 液壓油箱 100L 2 濾油器 42 XU-J6380 3 雙聯(lián)葉片泵 YB-4/25 6.3MPa25和4L/MPa 4 二位二通電磁閥 30 GB2514-AA-02-4-A 5 單向閥 10 A-Ha10-L 6 升降油缸 10 SDG-80/50A-e L=800 7 調(diào)壓閥 OF3-E6XB 1 8 溢流閥 1 YF3-10L 9 轉(zhuǎn)軸油馬達 15 ZM-40 10 水泵 YB-A6B 11 橫向升縮缸 HSGL-63/DE 12 三位四通電磁閥 VE1D-RK/DC36/V/B/CM 13 油馬達 20 PV2R1-6 14 蓄能器 HXQ-B4.0D 4L 耐壓25.5MPa 15 先導溢流閥 FBG-03-124-11 1 4.5液壓系統(tǒng)的性能驗算 4.5.1回路壓力損失驗算 由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個回路的壓力損失無法估算，僅只閥類元件對壓力損失所造成的影響可以看得出來，供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時參考，這里估算從略。 4.5.2系統(tǒng)動作過程分析 清洗機的動作過程見附圖。系統(tǒng)工作流程如圖4-3所示： 圖4-3 工作流程 在調(diào)節(jié)中，各部分調(diào)節(jié)旋扭、開關(guān)均在駕駛室內(nèi)，工作人員可以隨時對于壓力，馬達轉(zhuǎn)速，清潔劑提供垂直高度等參數(shù)進行調(diào)節(jié)，各部分可分別調(diào)節(jié)，也可以同時調(diào)節(jié)。以滿足不同工作環(huán)境對于系統(tǒng)的需要。車的倒后鏡對準兩柱刷，在橫桿上裝有照明燈，當光線不良時打開照明系統(tǒng)以便觀察，便于隨時對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié).在正常情況下，車輛邊行走邊擦洗護欄，遇有特別臟的地方，放慢車速甚至可停下來，直到清洗干凈為止。在清洗過程中，要邊噴水、邊清洗，噴水嘴噴水主要起三方面作用： （1）降溫作用。刷子高速轉(zhuǎn)動，擦洗護欄，使刷毛與刷毛之間、刷毛與護欄之間摩擦起熱，如不進行噴水降溫，將使刷毛變形，損壞材料，影響清洗效果。 （2）去塵作用。刷毛是用樹脂做成的，光滑柔軟，用水噴洗刷子，刷毛上的塵土會自動離去；刷子擦洗完護欄，護欄上仍留有擦起來但未離去的灰塵，用水噴洗護欄，灰塵就會隨水流走。 （3）壓塵作用。噴水清洗，塵土不會飛揚，作業(yè)環(huán)境得到改善，清洗效果得到保證。 總 結(jié) 近三個月的畢業(yè)設(shè)計終于結(jié)束了，通過這些天的設(shè)計學習，自己的專業(yè)知識和獨立思考問題的能力有了很大的提高，對我走向社會從事專業(yè)工作有著深遠的影響。現(xiàn)在就談?wù)剬Ρ敬萎厴I(yè)設(shè)計過程中的認識和體會。 首先，我學會了查閱資料和獨立思考。我的課題是街道護欄清洗機設(shè)計。當開始拿到畢業(yè)設(shè)計題目時，心里面是一片迷茫，不知從何入手，幸好在老師的指導下及時理清了頭緒，避免了走很多的彎路。認真翻閱相關(guān)資料，由于圖書館相關(guān)資料非常少，并且在Internet上也很少有相關(guān)資料的發(fā)布，所以同時也學會了怎樣檢索文件，這也是此次設(shè)計的一個收獲之一． 在設(shè)計過程中，我有進入公司參加工作，在工作過程中，我通過對相關(guān)知識的接觸與思考，學會了日式設(shè)計風格：通用性，獨立性的設(shè)計手法．在設(shè)計中多處用到很多的通用元件，使得系統(tǒng)在制造過程中的制作過程更加的方便，同時獨立設(shè)計手法可以讓系統(tǒng)更加的便于維護與使用．方便了在使用過程中對于問題出現(xiàn)的處理． 進行結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計。由于圖冊上已有一定的結(jié)構(gòu)，我要做的結(jié)構(gòu)方面就只是把尺寸確定下來，然后把自己的一些思想設(shè)計進去，做適當?shù)母倪M。使結(jié)構(gòu)更合乎門口要求。每一個設(shè)計都是一個創(chuàng)新、完善的過程。在設(shè)計過程中運用所掌握的知識，發(fā)揮自己的想象力，完美原有的結(jié)構(gòu)。這個過程也是一個學習的過程。 其次，認識到實踐的重要性。這次設(shè)計我做了很多重復工作、無用功，但是這些重復工作和無用功積累了設(shè)計經(jīng)驗。同時也認識到設(shè)計不能只在腦子里想其結(jié)構(gòu)、原理，必須進行實際操作。另外，也應(yīng)從多個角度來思考問題的所在，嘗試其它的方法，以求找到最佳方法，因為即使想的很完美，但到實際的設(shè)計時會遇到很多想不到的實際問題。 參考文獻 [1]宋建安，趙鐵栓 . 液壓傳動[M] .世界圖書出版社 [2]楊利平 .液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計 .化學工業(yè)出版社 [3]上海煤礦機械研究院所編 .液壓傳動設(shè)計手冊 .上海人民出版社 [4]吳永平，姚懷新. 工程機械設(shè)計.人民交通出版社 [5]第二版，機械設(shè)計手冊5 機械工業(yè)出版社 [6]羅迎社，李桌球.材料力學.武漢理工大學出版社 [7]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.第七版.高等教育出版社 [8]周良德，朱泗芳，楊世平.現(xiàn)代工程圖學.第二版.湖南科學技術(shù)出版社 [9]成大先，王德夫，姬奎生，姜勇，李長順.機械設(shè)計手冊.第四版.第四卷.化學工業(yè)出版社 [10]何存興主編．液壓傳動與氣壓傳動．華中科技大學出版社，2000 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