道路栅栏清洗机减速箱的设计【含CAD图纸、说明书】
道路栅栏清洗机的结构设计摘 要:本设计是通过液压传动,电器控制来实现运动的。开篇分析了城市栅栏清洗的几种洗刷方法,通过对其结构与原理的比较确定方案。对清洗机工作部分进行分析,并运用力学,机械原理等有关知识对某些重要零件做了准确的强度的强度校核及设计整个机械实现其运动的机构与零件各部分。其中对规避机构的设计做了详细的分析,并进行了简单的校核。关键词:变速机构;清洗滚筒;升降机构;规避机构;清洗系统Design of Road Fence Washing-MachineAbstract:The Road Fence Washing-Machine achieve movement by hydraulic drive and electrical control . The opening page analyses several methods of cleaning of the machine and ascertain a program by determine the structure and the Principles. Then, it analyzes the working part of the cleaning part , and use mechanical principles and other relevant knowledge to do the exact some important parts of the intensity check and the whole design to achieve the movement of the mechanical device and components parts. It made a detailed analysis and a simple check for the evade strudure .Key words:transmissions;cleaning roller;elevator;circumvent agencies; cleaning system1目录目录 11 前言 22 国内外研究现状 33 设计方案的确定 43.1 动力的选择 63.2 滚刷设计方案的确定 73.2.1 滚刷的设计计算 93.3 规避机构的设计计算 103.3.1 承受变载荷的圆柱螺旋拉伸弹簧的设计 .123.3.2 根据强度条件计算弹簧钢丝直径 .123.4 清洗系统的设计 123.4.1 高压喷管的设计 134 结束语 15参考文献 1621 前言想起环卫工人,人们脑海中总会浮现这样一幅画面:马路上,戴着口罩,拿着大扫帚和抹布,顶着烈日工作,如今,在北京、上海、广州等大城市,人们在街上看到的不再是环卫工人拿着大扫帚,而是越来越多的环卫机械露面了。随着社会经济的发展,人们对生活环境要求越来越高。在人口居住集中的城市,垃圾的处理水平,代表着一个城市的经济水平和文明程度。以广州为例,垃圾绝大部分实现袋装收集、压缩中转、密封运输,据了解,广州环卫机械化程度以达到 80%,必建设部要求的 40%高出一倍。在公路交通中,广泛采用了隔离栅栏的物理隔离方法,使不同的车种,不同行驶方向的车辆分离及人车辆分离,以确保交通安全。由于机动车的碾扎道路污水、灰尘、飞溅致使交通栅栏污浊变色,与周围的环境极不协调有碍市容。由此带来了栅栏清洗问题,过去的清洗由工人的手擦,效率及其缓慢,同时更带来了清洁工人的人身安全问题,阻碍交通的问题。为此专门开发了道路隔离栅栏清洗车,极大的提高了劳动效率和工作质量,给栅栏清洗工作带来了质的飞跃。推广这种清洗车,为取代工人擦洗作业,提高道路机械化养护和整体管理水平初步发挥作用;这种清洗车的开发给城市清洁工作带来了极大的方便,有非常广阔的市场前景。32 国内外研究现状高速公路 自从 2 0 世纪 30 后期在德国出现以后 ,直至 7 0 年代 ,一直依 靠人力来完成高速公路护栏的清洗,实现起来特别困难,并增加了高速公路的安全隐患。此后人们一直在尝试机械作业清洗车,比较有代表性的当数德国慕迪卡多功能高速公路养护车,该车为全液压驱动,用于护栏清洗时,在车前部装有悬 挂式的清洗装置,以双刷射水完成作业。它的最大特点是液压液力传动。目前我国已引进该清洗车,并投入到高速公路上使用。在我国大、中城市道路栏杆大部分是铁栅栏 ,由钢管、钢筋或铁条焊接而成 ,多段 (节)栅栏间采用焊接或螺栓连接组成长栅栏.铁栅栏直接与路面固定或作成带底盘的可移动式 ,栅栏高度 11. 5m 不等 ,长度数千米到数万米 ,形状各异 ,主要用于快慢车道、上下行车道的隔离栏.目前城市道路栏杆有三种清洁方式:(1)人工擦洗.劳动强度大、 效率低、 成本高、 危险性高 ,影响 “市容” ;(2)利用洒水车的消防笼头冲洗栏杆.这种方式耗水量大 ,效果;;(3)刷涂新漆.应付每年的文明城市达标或评比检查;国内的一些栅栏清洗机大多采用单边滚筒刷的工作,工作效率不高,且不能同时对栅栏两边进行清洗。本设计采用双边清洗,解决了上述问题。国外的如美国,德国等一些发达国家栅栏清洗方面已进入人工智能阶段。43 设计方案的确定方案一:本样机采用单面清洗方式,一次清洗栏杆的一个侧面,汽车往返运行一次完成栏杆两侧的清洁工作。下图 1 为清洁机结构原理图,清洁机由旋转刷洗系统和压力水冲洗系统两部分组成,冲洗系统和旋转毛刷固定在同一个框架上,框架固定在汽车前面的防撞梁上。1-汽车轮 2-摩擦轮 3-软轴 4-软管 5-压力表 6-喷管 7-框架 8-轴承及轴承座图 1 清洗机结构原理图Figure 1 Cleaning machine structure diagram旋转刷洗系统主要有摩擦轮、拉紧弹簧、软轴、毛刷组成.摩擦轮由拉紧弹簧压在汽车轮胎上,车轮旋转带动摩擦轮旋转,摩擦轮通过软轴带动毛刷旋转。方案二:本实用新型的目的是用以下方式来实现的。该道路护栏清洗装置包括水箱、输水管、洗刷头,洗刷头由进水管、刷毛组成,进水管上有喷水孔,进水管连接在刷头安装杆上,安装杆上的别头转动电动机与洗刷头的进水管传动连接,刷头安装杆连接在与承重活动杆连接的连杆一端,承重活动杆套在水平承重套管内,水平承重套管与套在垂直承重套管内的承重杆连为一体,固定在水箱和水车底板上的固定架固定垂直承重套管,有水泵的进水管与水箱连接,水泵的出水口与物水管连接,洗刷头的进水管与输水管连接。51 一连杆 2 一连杆调节器 3 一刷头转动电动机 4 一进水管 5 一翰水管 6 一传动齿轮 7 一刷头安装杆 8 一洗刷头 9 一道路护栏 10 一刷毛 图 2 清洗机结构原理图Figure 2 Cleaning machine structure diagram方案三:本设计是采用“液压悬挂式侧前置栅栏清洗工作头中置四盘刷的工作装置总体结构配置形式,具有清洗效率高、清洗宽度大、清扫速度高、扫净度高等优点。图 3 清洗机结构示意图Figure 3 Schematic diagram of washing machine整机特点:l 本设计的城市道路栏杆滚筒式清洗车清洗速度快,除了需要一个驾驶员外不再需要其他劳动力,因此实现了对道路栏杆清洗作业最合理的优化,既浪费了大量的人力资源,实现了清洗工作的自动化,也最大可能地实现了高效率;2 本设计的城市道路栏杆滚筒式清洗车采用多级滚筒清洗,并可通过传动机构实现正、反两方向同时清洗,加上水箱内水泵不断供应自流水,因此保证了清洗的效果6远比人工清洗的效果要好,使城市道路得到亮化;3 本设计的城市道路栏杆滚筒式清洗车从根本上解决了原来从事清洁工作的劳动者的工作环境,现在通过自动化的清洗车只需坐在驾驶室驾驶车辆,就能轻松完成清洗栏杆的工作,降低了原有的危险性,也不再需要在恶劣工作环境中完成道路栏杆的清洁工作;4 本设计的城市道路栏杆滚筒式清洗车结构简单、制造容易、维修方便成本低、经济性能好,易于在城市中大量推广。根据其工作效率为 3-5km/h.操作方便及工作的合理性,我国公路的特点确定选择方案三。其整机样图如下:图 4 整机示意图Figure 4 Schematic diagram of machine3.1 动力的选择液压式:操作力大、体积小、动作平稳,其特点是漏油会影响系统的工作性能,液压油的粘度对温度的变化敏感 :2气动式:气源方便,维护简单、易于获得高速度,其缺点是操作力有限。体积大、空气压缩性大,速度控制困难,动作不平稳、控制有滞后现象;电动式:动力源方便,操作力较大,其缺点是需要设置减速机构,结构复杂,或需要特殊电机驱动;综上所述本设计选用电动式驱动装置。本设计道路栅栏清洗机采用动力是柴油机主柴油机动力型号为 Deutz BF4M1013C,该柴油机采用水冷的方式对发动机进行冷却,额定功率为 112Kw,最大扭矩为 570Nm,额定转速为 2300/min,副发动机采用的是五十铃技术的柴油发动机,额定功率为725Kw,额定转速为 3000r/min,冷却方式以水冷。经过实验清洗刷清洗滚刷对栅栏的正压力为 F=200N。摩擦系数 f 取 0.3 则摩擦力为 60N,应有四滚刷故摩擦力 F=240N 滚刷转速设定为 900r/min,其清洗速度为v=10.0m/s则其所需功率为:p=Fv/1000=240Nx10m/s1000=2.4KW查表得 表 1.1 电机的选择Table 1.1 Motor selection方案号 电机类型 额定功率 同步转速 满载转速 总传动比1 Y100L2-4 3 1500 1420 22.2942 Y132S-6 3 1000 960 15.072根据以上两种可行同步转速电机对比可见,方案 2 传动比小且质量价格也比较合理,所以选择 Y132S-6 型电动机。3.2 滚刷设计方案的确定本人设计的清洗头所采用的是四滚筒,电力驱动双边清洗,能自动调节并配液压提升机构车载道路栅栏清洗机 。3旋转刷洗系统主要有变速机构、规避弹簧、滚刷轴、毛刷组成,通过安装在清洗头上的电机,通过变速箱带动滚刷旋转。压力水冲洗系统由水泵、软管、压力表及喷管等部件组成 ,喷管固定在框架上部 ,自上向下喷洗栏杆。喷水系统有三个作用:首先对栏杆进行冲洗 ,除去栏杆上的浮尘 ,然后对栏杆进行预湿润 ,接着配合旋转毛刷的刷洗工作 ,最后冲去旋转毛刷刷掉的污物。在栅栏清洗头的开发中,关键是专用设备清洗刷的设计,根据清洗刷的工作原理及结构可分为盘氏清洗刷、滚筒式清洗刷、滑块式清洗刷等形式 。1盘式清洗刷如图 1 所示,清洗刷旋转与栅栏垂直,刷毛排列方向与旋转轴平行; 8图 5 盘式清洗刷Figure 5 disc cleaning brush滑块式清洗刷结构如图 2 所示,清洗刷上下平移面与栅栏平行,刷毛排列方向垂直;图 6 滑块式清洗刷Figure 6 slider-cleaning brush滚筒式清洗机构如图 3 所示,清洗刷旋转与栅栏平行,刷毛排列方向与旋转方向垂直; 图 7 滚筒式清洗刷Figure 7 roller cleaning brush通过比较盘式清洗刷、滚筒式清洗刷及清洗刷的优缺点,经考虑本设计采用滚筒式清洗刷。9滚筒式栅栏清洗车主要用于完成各种高等级公路栅栏的快速清洗,基本配置采用自行式底盘工作装备以液压滚刷辅助射水,单向行驶双侧作业为设计思想,整机技术先进、机动性好、结构简单、操作简易,对道路栏杆的清洗具有效率高、清洁度高、适用范围广等优点。3.2.1 滚刷的设计计算大、 中城市道路栏杆大部分是铁栅栏 ,由钢管、钢筋或铁条焊接而成 ,多段(节)栅栏间采用焊接或螺栓连接组成长栅栏.铁栅栏直接与路面固定或作成带底盘的可移动式 ,栅栏高度 11. 5m 不等,故本机整体高度 1.6m,应考虑到本机的体积等因素毛刷的直径选择 0.3m,滚刷的轴选用 45 号钢。如图所示:图 8 滚刷Figure 8 brush rolled1) 滚刷轴的设计计算因本轴受弯矩不大,则因降低许用扭转切应力的办法予以考虑。在轴的机构设计时,通常用这种方法初步估算轴径。轴的扭转强度条件为= =2.94 MPaTW3d2.0nP95T式中 扭转切应力 MPa;T 轴所受的扭矩,Nmm;W 轴的抗扭截面系数,mm 3n 轴的转速,r/min;p 轴传递的功率,KW;10d 计算截面处轴的直径,mm; 许用扭转切应力,MPa 见表 .T 16由上式可得轴的直径d = =A mm=22.6mm3Tn0.2P953T2.0953np03式中 A = ,查表 。/16故轴取 30mm 符合要求; 应当指出,当轴截面上开键槽时,应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径 d 100mm,有键槽时,轴径增大 5-7%;然后将轴圆整为标准直径。2)滚刷轴上螺栓的剪切强度校核:由于装配时只需要对联接中的螺栓施加较小的预紧力,所以不考虑预紧力和螺栓摩擦力矩的影响,故螺栓联接的挤压强度为=pmin0SLdFp螺栓杆的剪切强度为= = =2.5520s4210x.3式中的 F 为螺栓所收的工作剪力,N;d 为螺栓剪切面的直径,mm;L 为螺栓0 min与孔壁挤压面的最小高度,mm;L 1.25d ; 为螺栓或孔壁材料的许用挤压力,minpMPa;见机械设计手册3.3 规避机构的设计计算实践证明,刷毛旋转伸开半径的 1/3-1/2 时清洗的效果最好,H 过大就会使毛刷脱离栅栏表面,失去作业效能;H 过小又会增大功耗,甚至会出现滚刷卡死、机架损坏的坏现象。怎样才能保证 H 的值呢?考虑到作业机构的整体布置和安装维修方便,滚刷规避机构设置在前臂和后 5 臂之间的位置上。规避机构的工作是通过弹簧的伸缩来实现的使 H 值得到迅速恢复,从而达到恒定滚刷对栅栏表面正压力的目的。下图为滚刷的工作状态:11图 14 规避原理图1 滚筒刷 2 前臂 3 规避机构 4 后臂Figure 14 avoid diagram在初始状态即当毛刷不完全展开时,经测定滚刷对栅栏表面的正压力为 150-200N即 F=150-200N。这里的 F,就是初始状态下作用于规避机构与 P 相平衡的力是设计规避机构的重要依据。前臂用 L1 表示后臂用 L2 表示。设定初始状态下前后臂之间的夹角为 =30,l=30mm,L=50mm,F=200N 则由公式 lxf=LxF 可算出 f=333.4N。根据 f 选用合适的规避装置图 15 规避机构Figure 15 circumvent agencies123.3.1 承受变载荷的圆柱螺旋拉伸弹簧的设计具体设计方法和步骤如下:1)根据工作状况及具体条件选定材料,并查取其机械性能数据。2)选择旋绕比 C,通常可取 C5-8 并查 表算出补偿系数 K 值。143)弹簧螺旋升角 a,对于圆柱螺旋压缩一般取 5-9范围内选取。一般右旋4)初选弹簧丝直径 d,由式 d1.6 KCPmax因弹簧在一般载荷条件下工作,可按照第类弹簧来考虑。现选用组碳素弹簧钢丝。并根据 D-D 22-18=4mm,故取弹簧直径为 3.0mm。暂选 =1275Mp ,可知2 Ba=0.5X1275。3.3.2 根据强度条件计算弹簧钢丝直径现选取旋转比 C=6, 则有式得K= + = =1.254-C165.04-x1由上式可得 d1.6 =1.6 =3.16mmKCPma 5.637x412改取 d=3.2mm,查表 的 =1177Mpa, =0.5 =588.5MPa,取14BBD =18,C=18/3.2=5.625.计算得 K=1.253,于是2d1.6 =1.6 =3.19mmKCPmax 5.83x62.41上值预估计取值相近,取弹簧钢丝标准直径 d=3.2mm(与计算值 3.19 仅差 0.6%可用)所得尺寸与题中的限制相条件符合,合适。弹簧的圈数可根据空间大小选取 n=10。3.4 清洗系统的设计高压水供给系统如图所示:13图 16 高压供水系统1 吸水管 2 水泵 3 出水管Figure 16 high-pressure water supply system水泵的选择与本机所配备的副发动机相匹配输出的高压水通过管输送到清洗工作头,压力的控制通过阀管。3.4.1 高压喷管的设计1)喷水清洗系统的工作要求水流冲击物体时产生一定的打击力 ,水流速度越高水流量越大 ,打击力越大 ,对栏杆清洁效果越好.水压小于 1 MPa 时 ,只能冲掉栏杆上的浮尘 ,粘着力较强的痰迹等不能被冲掉. 水压达到 2 MPa 时 ,不仅可以冲掉栏杆上的浮尘等粘着力小的脏物 ,而且可以冲掉粘着力较小的痰迹等 ,但粘着力较强的痰迹不能被冲掉. 压力进一步升高 ,超过 3 MPa 时 ,清洁效果更好 ,但能剥离粘着力较小的油漆涂层 ,同时水流速度大 ,对操作人员和行人有一定的危险性 ,不宜采用 . 本试验采用两种工作水压: 0. 8MPa 和 2. 0 MPa.2)喷管的设计喷管是喷水冲洗系统的执行部件.喷管水平安装在框架上部,超过栏杆上端约 0. 3 m ,喷管上布置一定数量的喷嘴,自上向下喷水,冲掉栏杆上的浮尘.喷管上喷嘴布置原则是 ,喷管前端(以汽车前进方向为前)集中布置一组喷嘴 ,对栏杆进行预湿润和冲洗栏杆上的脏物 ,耗水量占总水量的 60 %左右;喷管中部均布几只喷嘴 ,配合毛刷的刷洗工作;喷管后部的几只喷嘴冲洗掉旋转毛刷刷掉的脏物.3)高压喷管的抗张强度计算如图:14图 17 高压水管Figure 17 high-pressure water supply pipe管中水流压强 P=2MP 它作用在内径为 D 长度为 L 的管内臂的圆柱面上,设管的断裂张力为 Fx,则按公式可得F =F =pDLXLy在壁厚为 = =2pD只要 小于管材的许用应力,则在正常情况下,管子就不会破裂。4)喷头的设计如图:154 结束语通过这次设计,使我对所学的知识有了新的认识,个人能力有了很大的提高;同时,通过它对自己的不足也有了重新的认识。本次的设计主要是针对道路栅栏清洗装置的研究,而对它的底盘,传动控制部分只作了简单的介绍,在设计中我们充分考虑到城市道路栅栏的特点及该设备在清洗过程中所需的运动方式,做到设计结构紧凑,适用的特点。同时还保证了它的结构合理性和安全可靠性。设计中大量采用标准元件,使该设备的生产做到了很高的经济效益。实现了一定程度的自动化,提高了工作,降低了人工劳动的比例,改善了城市道路环境。当然,由于本人知识和实际经验的缺乏,设计时间比较短,设计所需要的一手资料不充分,以至我的设计不可避免的存在了较多的不足之处。从设计原理来看,本设计自动化程度不是很高,还有在设计中对一些不太关键的地方没有进行校核。使得本次设计还有很大的改善空间,同时,市场价值的实现还需要实际的考验,希望,以后研究类似机构的设计者,能切实改善它,将它的工作潜力完全释放出来。16参考文献1徐学林主编.互换性与测量技术基础M.长沙:湖南大学出版社.2005:10-502章宏甲等编。液压行动M.北京:机械工业出版社.2000:25-503孙恒等编。机械原理M,第六版.北京:高等教育出版社,2000:30-404濮良贵等编。机械设计M.第七版.北京:高等教育出版社,2001:15-325朱张校主编。工程材料M.第三版.北京.清华大学出版社,2001:21-426哈尔滨工业大学理论力学教研室编,程靳等编.理论力学M.第六版.北京:高等教育出版社,2002:18-327梁天才,梁磊,何维庆等.高等级公路护栏清洗机械规避装置J.工程机械,2004(8):19-21.8赵强,李永胜,王建安等.HXC600 型防撞护栏清洗车的基本设计J.新产品新技术,2003:10-509宁维庆,靳长征.护栏清洗车滚刷规避机构的设计计算J.筑路机械与施工机械化,1996(6):6-7.10葛如海.清洁车滑块式清洗刷清洗效果分析J.江苏理工大学学报,1995(10):44-5011葛如海.栅栏清洗车盘式清洗刷清洗效果分析J.机械科学与技术,1995(5):8-1112郁明山等编.现代机械传动手册S.北京:机械工业出版社,1996:45-6013吴宗泽主编.机械设计M.北京:中央广播电视大学出版社,1998:28-4214机械工程手册编委会.机械工程手册S. 第 34 编液压传动.北京:机械工业出版社,1997:46-7015苏尔皇主编.液压液体力学S.北京:国防工业出版社,1979:25-60道路栅栏清洗机的结构设计摘 要:本设计是通过液压传动,电器控制来实现运动的。开篇分析了城市栅栏清洗的几种洗刷方法,通过对其结构与原理的比较确定方案。对清洗机工作部分进行分析,并运用力学,机械原理等有关知识对某些重要零件做了准确的强度的强度校核及设计整个机械实现其运动的机构与零件各部分。其中对规避机构的设计做了详细的分析,并进行了简单的校核。关键词:变速机构;清洗滚筒;升降机构;规避机构;清洗系统Design of Road Fence Washing-MachineAbstract:The Road Fence Washing-Machine achieve movement by hydraulic drive and electrical control . The opening page analyses several methods of cleaning of the machine and ascertain a program by determine the structure and the Principles. Then, it analyzes the working part of the cleaning part , and use mechanical principles and other relevant knowledge to do the exact some important parts of the intensity check and the whole design to achieve the movement of the mechanical device and components parts. It made a detailed analysis and a simple check for the evade strudure .Key words:transmissions;cleaning roller;elevator;circumvent agencies; cleaning system1目录目录 11 前言 22 国内外研究现状 33 设计方案的确定 43.1 动力的选择 63.2 滚刷设计方案的确定 73.2.1 滚刷的设计计算 93.3 规避机构的设计计算 103.3.1 承受变载荷的圆柱螺旋拉伸弹簧的设计 .123.3.2 根据强度条件计算弹簧钢丝直径 .123.4 清洗系统的设计 123.4.1 高压喷管的设计 134 结束语 15参考文献 1621 前言想起环卫工人,人们脑海中总会浮现这样一幅画面:马路上,戴着口罩,拿着大扫帚和抹布,顶着烈日工作,如今,在北京、上海、广州等大城市,人们在街上看到的不再是环卫工人拿着大扫帚,而是越来越多的环卫机械露面了。随着社会经济的发展,人们对生活环境要求越来越高。在人口居住集中的城市,垃圾的处理水平,代表着一个城市的经济水平和文明程度。以广州为例,垃圾绝大部分实现袋装收集、压缩中转、密封运输,据了解,广州环卫机械化程度以达到 80%,必建设部要求的 40%高出一倍。在公路交通中,广泛采用了隔离栅栏的物理隔离方法,使不同的车种,不同行驶方向的车辆分离及人车辆分离,以确保交通安全。由于机动车的碾扎道路污水、灰尘、飞溅致使交通栅栏污浊变色,与周围的环境极不协调有碍市容。由此带来了栅栏清洗问题,过去的清洗由工人的手擦,效率及其缓慢,同时更带来了清洁工人的人身安全问题,阻碍交通的问题。为此专门开发了道路隔离栅栏清洗车,极大的提高了劳动效率和工作质量,给栅栏清洗工作带来了质的飞跃。推广这种清洗车,为取代工人擦洗作业,提高道路机械化养护和整体管理水平初步发挥作用;这种清洗车的开发给城市清洁工作带来了极大的方便,有非常广阔的市场前景。32 国内外研究现状高速公路 自从 2 0 世纪 30 后期在德国出现以后 ,直至 7 0 年代 ,一直依 靠人力来完成高速公路护栏的清洗,实现起来特别困难,并增加了高速公路的安全隐患。此后人们一直在尝试机械作业清洗车,比较有代表性的当数德国慕迪卡多功能高速公路养护车,该车为全液压驱动,用于护栏清洗时,在车前部装有悬 挂式的清洗装置,以双刷射水完成作业。它的最大特点是液压液力传动。目前我国已引进该清洗车,并投入到高速公路上使用。在我国大、中城市道路栏杆大部分是铁栅栏 ,由钢管、钢筋或铁条焊接而成 ,多段 (节)栅栏间采用焊接或螺栓连接组成长栅栏.铁栅栏直接与路面固定或作成带底盘的可移动式 ,栅栏高度 11. 5m 不等 ,长度数千米到数万米 ,形状各异 ,主要用于快慢车道、上下行车道的隔离栏.目前城市道路栏杆有三种清洁方式:(1)人工擦洗.劳动强度大、 效率低、 成本高、 危险性高 ,影响 “市容” ;(2)利用洒水车的消防笼头冲洗栏杆.这种方式耗水量大 ,效果;;(3)刷涂新漆.应付每年的文明城市达标或评比检查;国内的一些栅栏清洗机大多采用单边滚筒刷的工作,工作效率不高,且不能同时对栅栏两边进行清洗。本设计采用双边清洗,解决了上述问题。国外的如美国,德国等一些发达国家栅栏清洗方面已进入人工智能阶段。43 设计方案的确定方案一:本样机采用单面清洗方式,一次清洗栏杆的一个侧面,汽车往返运行一次完成栏杆两侧的清洁工作。下图 1 为清洁机结构原理图,清洁机由旋转刷洗系统和压力水冲洗系统两部分组成,冲洗系统和旋转毛刷固定在同一个框架上,框架固定在汽车前面的防撞梁上。1-汽车轮 2-摩擦轮 3-软轴 4-软管 5-压力表 6-喷管 7-框架 8-轴承及轴承座图 1 清洗机结构原理图Figure 1 Cleaning machine structure diagram旋转刷洗系统主要有摩擦轮、拉紧弹簧、软轴、毛刷组成.摩擦轮由拉紧弹簧压在汽车轮胎上,车轮旋转带动摩擦轮旋转,摩擦轮通过软轴带动毛刷旋转。方案二:本实用新型的目的是用以下方式来实现的。该道路护栏清洗装置包括水箱、输水管、洗刷头,洗刷头由进水管、刷毛组成,进水管上有喷水孔,进水管连接在刷头安装杆上,安装杆上的别头转动电动机与洗刷头的进水管传动连接,刷头安装杆连接在与承重活动杆连接的连杆一端,承重活动杆套在水平承重套管内,水平承重套管与套在垂直承重套管内的承重杆连为一体,固定在水箱和水车底板上的固定架固定垂直承重套管,有水泵的进水管与水箱连接,水泵的出水口与物水管连接,洗刷头的进水管与输水管连接。51 一连杆 2 一连杆调节器 3 一刷头转动电动机 4 一进水管 5 一翰水管 6 一传动齿轮 7 一刷头安装杆 8 一洗刷头 9 一道路护栏 10 一刷毛 图 2 清洗机结构原理图Figure 2 Cleaning machine structure diagram方案三:本设计是采用“液压悬挂式侧前置栅栏清洗工作头中置四盘刷的工作装置总体结构配置形式,具有清洗效率高、清洗宽度大、清扫速度高、扫净度高等优点。图 3 清洗机结构示意图Figure 3 Schematic diagram of washing machine整机特点:l 本设计的城市道路栏杆滚筒式清洗车清洗速度快,除了需要一个驾驶员外不再需要其他劳动力,因此实现了对道路栏杆清洗作业最合理的优化,既浪费了大量的人力资源,实现了清洗工作的自动化,也最大可能地实现了高效率;2 本设计的城市道路栏杆滚筒式清洗车采用多级滚筒清洗,并可通过传动机构实现正、反两方向同时清洗,加上水箱内水泵不断供应自流水,因此保证了清洗的效果6远比人工清洗的效果要好,使城市道路得到亮化;3 本设计的城市道路栏杆滚筒式清洗车从根本上解决了原来从事清洁工作的劳动者的工作环境,现在通过自动化的清洗车只需坐在驾驶室驾驶车辆,就能轻松完成清洗栏杆的工作,降低了原有的危险性,也不再需要在恶劣工作环境中完成道路栏杆的清洁工作;4 本设计的城市道路栏杆滚筒式清洗车结构简单、制造容易、维修方便成本低、经济性能好,易于在城市中大量推广。根据其工作效率为 3-5km/h.操作方便及工作的合理性,我国公路的特点确定选择方案三。其整机样图如下:图 4 整机示意图Figure 4 Schematic diagram of machine3.1 动力的选择液压式:操作力大、体积小、动作平稳,其特点是漏油会影响系统的工作性能,液压油的粘度对温度的变化敏感 :2气动式:气源方便,维护简单、易于获得高速度,其缺点是操作力有限。体积大、空气压缩性大,速度控制困难,动作不平稳、控制有滞后现象;电动式:动力源方便,操作力较大,其缺点是需要设置减速机构,结构复杂,或需要特殊电机驱动;综上所述本设计选用电动式驱动装置。本设计道路栅栏清洗机采用动力是柴油机主柴油机动力型号为 Deutz BF4M1013C,该柴油机采用水冷的方式对发动机进行冷却,额定功率为 112Kw,最大扭矩为 570Nm,额定转速为 2300/min,副发动机采用的是五十铃技术的柴油发动机,额定功率为725Kw,额定转速为 3000r/min,冷却方式以水冷。经过实验清洗刷清洗滚刷对栅栏的正压力为 F=200N。摩擦系数 f 取 0.3 则摩擦力为 60N,应有四滚刷故摩擦力 F=240N 滚刷转速设定为 900r/min,其清洗速度为v=10.0m/s则其所需功率为:p=Fv/1000=240Nx10m/s1000=2.4KW查表得 表 1.1 电机的选择Table 1.1 Motor selection方案号 电机类型 额定功率 同步转速 满载转速 总传动比1 Y100L2-4 3 1500 1420 22.2942 Y132S-6 3 1000 960 15.072根据以上两种可行同步转速电机对比可见,方案 2 传动比小且质量价格也比较合理,所以选择 Y132S-6 型电动机。3.2 滚刷设计方案的确定本人设计的清洗头所采用的是四滚筒,电力驱动双边清洗,能自动调节并配液压提升机构车载道路栅栏清洗机 。3旋转刷洗系统主要有变速机构、规避弹簧、滚刷轴、毛刷组成,通过安装在清洗头上的电机,通过变速箱带动滚刷旋转。压力水冲洗系统由水泵、软管、压力表及喷管等部件组成 ,喷管固定在框架上部 ,自上向下喷洗栏杆。喷水系统有三个作用:首先对栏杆进行冲洗 ,除去栏杆上的浮尘 ,然后对栏杆进行预湿润 ,接着配合旋转毛刷的刷洗工作 ,最后冲去旋转毛刷刷掉的污物。在栅栏清洗头的开发中,关键是专用设备清洗刷的设计,根据清洗刷的工作原理及结构可分为盘氏清洗刷、滚筒式清洗刷、滑块式清洗刷等形式 。1盘式清洗刷如图 1 所示,清洗刷旋转与栅栏垂直,刷毛排列方向与旋转轴平行; 8图 5 盘式清洗刷Figure 5 disc cleaning brush滑块式清洗刷结构如图 2 所示,清洗刷上下平移面与栅栏平行,刷毛排列方向垂直;图 6 滑块式清洗刷Figure 6 slider-cleaning brush滚筒式清洗机构如图 3 所示,清洗刷旋转与栅栏平行,刷毛排列方向与旋转方向垂直; 图 7 滚筒式清洗刷Figure 7 roller cleaning brush通过比较盘式清洗刷、滚筒式清洗刷及清洗刷的优缺点,经考虑本设计采用滚筒式清洗刷。9滚筒式栅栏清洗车主要用于完成各种高等级公路栅栏的快速清洗,基本配置采用自行式底盘工作装备以液压滚刷辅助射水,单向行驶双侧作业为设计思想,整机技术先进、机动性好、结构简单、操作简易,对道路栏杆的清洗具有效率高、清洁度高、适用范围广等优点。3.2.1 滚刷的设计计算大、 中城市道路栏杆大部分是铁栅栏 ,由钢管、钢筋或铁条焊接而成 ,多段(节)栅栏间采用焊接或螺栓连接组成长栅栏.铁栅栏直接与路面固定或作成带底盘的可移动式 ,栅栏高度 11. 5m 不等,故本机整体高度 1.6m,应考虑到本机的体积等因素毛刷的直径选择 0.3m,滚刷的轴选用 45 号钢。如图所示:图 8 滚刷Figure 8 brush rolled1) 滚刷轴的设计计算因本轴受弯矩不大,则因降低许用扭转切应力的办法予以考虑。在轴的机构设计时,通常用这种方法初步估算轴径。轴的扭转强度条件为= =2.94 MPaTW3d2.0nP95T式中 扭转切应力 MPa;T 轴所受的扭矩,Nmm;W 轴的抗扭截面系数,mm 3n 轴的转速,r/min;p 轴传递的功率,KW;10d 计算截面处轴的直径,mm; 许用扭转切应力,MPa 见表 .T 16由上式可得轴的直径d = =A mm=22.6mm3Tn0.2P953T2.0953np03式中 A = ,查表 。/16故轴取 30mm 符合要求; 应当指出,当轴截面上开键槽时,应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径 d 100mm,有键槽时,轴径增大 5-7%;然后将轴圆整为标准直径。2)滚刷轴上螺栓的剪切强度校核:由于装配时只需要对联接中的螺栓施加较小的预紧力,所以不考虑预紧力和螺栓摩擦力矩的影响,故螺栓联接的挤压强度为=pmin0SLdFp螺栓杆的剪切强度为= = =2.5520s4210x.3式中的 F 为螺栓所收的工作剪力,N;d 为螺栓剪切面的直径,mm;L 为螺栓0 min与孔壁挤压面的最小高度,mm;L 1.25d ; 为螺栓或孔壁材料的许用挤压力,minpMPa;见机械设计手册3.3 规避机构的设计计算实践证明,刷毛旋转伸开半径的 1/3-1/2 时清洗的效果最好,H 过大就会使毛刷脱离栅栏表面,失去作业效能;H 过小又会增大功耗,甚至会出现滚刷卡死、机架损坏的坏现象。怎样才能保证 H 的值呢?考虑到作业机构的整体布置和安装维修方便,滚刷规避机构设置在前臂和后 5 臂之间的位置上。规避机构的工作是通过弹簧的伸缩来实现的使 H 值得到迅速恢复,从而达到恒定滚刷对栅栏表面正压力的目的。下图为滚刷的工作状态:11图 14 规避原理图1 滚筒刷 2 前臂 3 规避机构 4 后臂Figure 14 avoid diagram在初始状态即当毛刷不完全展开时,经测定滚刷对栅栏表面的正压力为 150-200N即 F=150-200N。这里的 F,就是初始状态下作用于规避机构与 P 相平衡的力是设计规避机构的重要依据。前臂用 L1 表示后臂用 L2 表示。设定初始状态下前后臂之间的夹角为 =30,l=30mm,L=50mm,F=200N 则由公式 lxf=LxF 可算出 f=333.4N。根据 f 选用合适的规避装置图 15 规避机构Figure 15 circumvent agencies123.3.1 承受变载荷的圆柱螺旋拉伸弹簧的设计具体设计方法和步骤如下:1)根据工作状况及具体条件选定材料,并查取其机械性能数据。2)选择旋绕比 C,通常可取 C5-8 并查 表算出补偿系数 K 值。143)弹簧螺旋升角 a,对于圆柱螺旋压缩一般取 5-9范围内选取。一般右旋4)初选弹簧丝直径 d,由式 d1.6 KCPmax因弹簧在一般载荷条件下工作,可按照第类弹簧来考虑。现选用组碳素弹簧钢丝。并根据 D-D 22-18=4mm,故取弹簧直径为 3.0mm。暂选 =1275Mp ,可知2 Ba=0.5X1275。3.3.2 根据强度条件计算弹簧钢丝直径现选取旋转比 C=6, 则有式得K= + = =1.254-C165.04-x1由上式可得 d1.6 =1.6 =3.16mmKCPma 5.637x412改取 d=3.2mm,查表 的 =1177Mpa, =0.5 =588.5MPa,取14BBD =18,C=18/3.2=5.625.计算得 K=1.253,于是2d1.6 =1.6 =3.19mmKCPmax 5.83x62.41上值预估计取值相近,取弹簧钢丝标准直径 d=3.2mm(与计算值 3.19 仅差 0.6%可用)所得尺寸与题中的限制相条件符合,合适。弹簧的圈数可根据空间大小选取 n=10。3.4 清洗系统的设计高压水供给系统如图所示:13图 16 高压供水系统1 吸水管 2 水泵 3 出水管Figure 16 high-pressure water supply system水泵的选择与本机所配备的副发动机相匹配输出的高压水通过管输送到清洗工作头,压力的控制通过阀管。3.4.1 高压喷管的设计1)喷水清洗系统的工作要求水流冲击物体时产生一定的打击力 ,水流速度越高水流量越大 ,打击力越大 ,对栏杆清洁效果越好.水压小于 1 MPa 时 ,只能冲掉栏杆上的浮尘 ,粘着力较强的痰迹等不能被冲掉. 水压达到 2 MPa 时 ,不仅可以冲掉栏杆上的浮尘等粘着力小的脏物 ,而且可以冲掉粘着力较小的痰迹等 ,但粘着力较强的痰迹不能被冲掉. 压力进一步升高 ,超过 3 MPa 时 ,清洁效果更好 ,但能剥离粘着力较小的油漆涂层 ,同时水流速度大 ,对操作人员和行人有一定的危险性 ,不宜采用 . 本试验采用两种工作水压: 0. 8MPa 和 2. 0 MPa.2)喷管的设计喷管是喷水冲洗系统的执行部件.喷管水平安装在框架上部,超过栏杆上端约 0. 3 m ,喷管上布置一定数量的喷嘴,自上向下喷水,冲掉栏杆上的浮尘.喷管上喷嘴布置原则是 ,喷管前端(以汽车前进方向为前)集中布置一组喷嘴 ,对栏杆进行预湿润和冲洗栏杆上的脏物 ,耗水量占总水量的 60 %左右;喷管中部均布几只喷嘴 ,配合毛刷的刷洗工作;喷管后部的几只喷嘴冲洗掉旋转毛刷刷掉的脏物.3)高压喷管的抗张强度计算如图:14图 17 高压水管Figure 17 high-pressure water supply pipe管中水流压强 P=2MP 它作用在内径为 D 长度为 L 的管内臂的圆柱面上,设管的断裂张力为 Fx,则按公式可得F =F =pDLXLy在壁厚为 = =2pD只要 小于管材的许用应力,则在正常情况下,管子就不会破裂。4)喷头的设计如图:154 结束语通过这次设计,使我对所学的知识有了新的认识,个人能力有了很大的提高;同时,通过它对自己的不足也有了重新的认识。本次的设计主要是针对道路栅栏清洗装置的研究,而对它的底盘,传动控制部分只作了简单的介绍,在设计中我们充分考虑到城市道路栅栏的特点及该设备在清洗过程中所需的运动方式,做到设计结构紧凑,适用的特点。同时还保证了它的结构合理性和安全可靠性。设计中大量采用标准元件,使该设备的生产做到了很高的经济效益。实现了一定程度的自动化,提高了工作,降低了人工劳动的比例,改善了城市道路环境。当然,由于本人知识和实际经验的缺乏,设计时间比较短,设计所需要的一手资料不充分,以至我的设计不可避免的存在了较多的不足之处。从设计原理来看,本设计自动化程度不是很高,还有在设计中对一些不太关键的地方没有进行校核。使得本次设计还有很大的改善空间,同时,市场价值的实现还需要实际的考验,希望,以后研究类似机构的设计者,能切实改善它,将它的工作潜力完全释放出来。16参考文献1徐学林主编.互换性与测量技术基础M.长沙:湖南大学出版社.2005:10-502章宏甲等编。液压行动M.北京:机械工业出版社.2000:25-503孙恒等编。机械原理M,第六版.北京:高等教育出版社,2000:30-404濮良贵等编。机械设计M.第七版.北京:高等教育出版社,2001:15-325朱张校主编。工程材料M.第三版.北京.清华大学出版社,2001:21-426哈尔滨工业大学理论力学教研室编,程靳等编.理论力学M.第六版.北京:高等教育出版社,2002:18-327梁天才,梁磊,何维庆等.高等级公路护栏清洗机械规避装置J.工程机械,2004(8):19-21.8赵强,李永胜,王建安等.HXC600 型防撞护栏清洗车的基本设计J.新产品新技术,2003:10-509宁维庆,靳长征.护栏清洗车滚刷规避机构的设计计算J.筑路机械与施工机械化,1996(6):6-7.10葛如海.清洁车滑块式清洗刷清洗效果分析J.江苏理工大学学报,1995(10):44-5011葛如海.栅栏清洗车盘式清洗刷清洗效果分析J.机械科学与技术,1995(5):8-1112郁明山等编.现代机械传动手册S.北京:机械工业出版社,1996:45-6013吴宗泽主编.机械设计M.北京:中央广播电视大学出版社,1998:28-4214机械工程手册编委会.机械工程手册S. 第 34 编液压传动.北京:机械工业出版社,1997:46-7015苏尔皇主编.液压液体力学S.北京:国防工业出版社,1979:25-60
收藏