【導(dǎo)讀】課題背景及意義············································································2. 國內(nèi)外掃路車發(fā)展現(xiàn)狀···································································5. 2整車結(jié)構(gòu)布置····················&#1

　　

【正文】 s sin ) ( c o s c o s ) ( sin )E E ES L x L y L z? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 此時(shí)彈簧的拉伸力 T3N 為： 3 3 0( S )TN p S?? 則在垂直于面 OABC 的方向上，彈簧提供的用于克服盤刷與地面的摩擦阻力的拉伸力T3N， 為： ,T 3 3,7,7sin c o s( )sina r c ta nc o sTEENNxLLy? ? ???????????，其 中 ， 當(dāng)盤刷磨損到限度位置并避讓時(shí)，此時(shí)，盤刷機(jī)構(gòu)下壓角為 ?， ，外伸角為 ?， ，彈簧與桿 OC夾角變?yōu)??， ，則彈簧長度 4S 為： , , 2 , , 2 , 24 7 7 7( c o s sin ) ( c o s c o s ) ( sin )E E ES L x L y L z? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 此時(shí)彈簧的拉伸力 T4N 為： 4 4 0( S )TN p S?? 則垂直于面 OABC 的方向上，彈簧提供的用于克服盤刷與地面的摩擦阻力的拉伸力 T4N，為： ,44,7,7sin c o s( )sina r c ta nc o sTTEENNxLLy? ? ???????????，其 中 ， 綜上分析可知，清掃車工作過程中，隨著盤刷的逐漸磨損，彈簧的彈力也逐漸減??；當(dāng)遇到障礙物時(shí)，盤刷系統(tǒng)發(fā)生避讓，隨后盤刷的逐漸回復(fù)正常作業(yè)狀態(tài)。因此在進(jìn)行彈簧設(shè)計(jì)時(shí)，既要保證合理的盤刷觸地壓力及避讓時(shí)機(jī)構(gòu)有合理的回縮量即彈簧的伸長量，同時(shí)還要克服摩擦阻力，使盤刷機(jī)構(gòu)能恢復(fù)正常作業(yè)位置 ??12 。以前面確定的盤刷系2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 統(tǒng)機(jī)構(gòu)參數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合盤刷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路與構(gòu)造，參照整車布局的設(shè)計(jì)思路與性能參數(shù)，并通過對該機(jī)構(gòu)的各主要工況進(jìn)行靜力學(xué)分析和計(jì)算，可以確定出盤刷系統(tǒng)各力學(xué)性能參數(shù)如表 3： 表 3 盤刷系統(tǒng)力學(xué)性能參數(shù) 7L =330mm 1d =4mm ?， =190 EX =100mm P=7N/mm 1G = EY =20mm 0S =332mm 2G = EZ =220mm ? =270 3G = L? =100mm ? =130 D=40mm ?， =240 盤刷的參數(shù)選擇與計(jì)算 盤刷接地壓力可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： ? ?2 13 3mP = 5 . 3 1 0 1 0 . 1 8 ( 2 ) a r c c o s 1BmE J hd h Z vLR ????? ? ? ??????? ?? 式中： 式中： d — 刷毛直徑，取 210 3m? ； mR — 盤刷半徑，取 m ； L — 刷毛自由長度，取 ； E — 刷毛的彈性模量，取 10 Pa? ； J — 刷毛斷面的慣性矩，取 12 10 m?? ； h 刷毛的最大變形量，當(dāng)刷毛的最大變形量 ? 的時(shí)候，刷毛或以側(cè)面開始沿路面滑動(dòng)，減小其自由長度，因此，取 0． 02m ； ??13 n — 盤刷的轉(zhuǎn)速，取最高轉(zhuǎn)速 120 /minr mV — 盤刷線速度，取 /ms； BZ — 工作刷毛數(shù)，取 500。 代入各參數(shù)值，求得： P 164N? 克服刷毛和路面間摩擦力所需的功率： 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 ? ?a 1000 mp V VP KN ? ??? (2． 2) 式中： K —— 功率儲備系數(shù)，取 1． 1； N 一盤刷數(shù)量，取 2； ?—— 機(jī)械傳動(dòng)效率，取 O． 9； ? —— 刷毛和路面的摩擦因數(shù)，取 O． 4； v —— 清掃車工作時(shí)的行走速度，取 (3— 15) /kmh 。 由以上參數(shù)，求得： a KW? 。 3)消耗在刷毛變形上的功率 ??14 ： ? ?23 / 26 3 ( 6 10 a r c sin( 2)mmbmmR h R h hn E JP zN hd L R R????????? ??? 利用以上參數(shù)，求得： bP =0． 55kW。 (5)驅(qū)動(dòng)盤刷所需的功率： E=Pa+Pb= 盤刷磨損及壽命計(jì)算 對于掃路車盤掃系統(tǒng)來說，盤刷由于易磨損而造成的使用壽命短的問題是關(guān)系到清掃性能的重要一環(huán)，所以必須 加以考慮。同時(shí)盤刷作為受磨損件，它也直接關(guān)系到了掃路車的使用成本等問題。通常導(dǎo)致盤刷磨損的主要原因有：刷絲材質(zhì)特性、觸地壓力、作業(yè)工況等。 （ 1）刷絲材質(zhì)特性的影響 現(xiàn)有的掃路車盤刷材質(zhì)有鋼片、尼龍和塑料三種類型，刷絲截面形狀上也有許多樣式。但是盤刷刷絲形狀基本對其磨損影響較小。所以刷絲材料是關(guān)系到盤刷磨損及壽命的主要考慮因素。而刷絲在實(shí)際作業(yè)中所涉及到的摩擦特性、傳熱性等是材質(zhì)特性的具體表現(xiàn)，可以用耐磨性這一概念來綜合反映這些具體特性。鋼質(zhì)刷絲耐磨性是三者中最優(yōu)的，然而由于其硬度較大，對路面造成的磨損破壞 較嚴(yán)重，故現(xiàn)實(shí)中使用較少?，F(xiàn)在通常大多使用聚丙烯材料制作盤刷單絲刷頭，用于掃路車，保潔車等特種車輛刷盤或主2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 刷組合板用環(huán)衛(wèi)用刷。這種材料的盤刷具有很好的耐磨性。 （ 2）觸地壓力的影響 掃路車作業(yè)時(shí)，盤刷會對地面施加一定的觸地壓力，適當(dāng)?shù)挠|地壓力是保證清掃率的重要條件，同時(shí)也正是由于觸地壓力的存在才使盤刷與地面產(chǎn)生磨檫，造成磨損。觸地壓力是盤刷系統(tǒng)自身重力、液壓缸壓力、彈簧的拉力以及地面支持力共同作用的結(jié)果。 （ 3）路面狀況的影響 掃路車主要用于公路、街道、廣場、廠房等道路場所的垃圾清理工作。其中，由于地面平整 程度以及廢棄物類型和數(shù)量不同，造成了掃路車作業(yè)量不同，盤刷與地面的摩擦情況也不同。一般情況下，高等級公路路面平整，廢棄物少，對盤刷造成的磨損較小；街道廣場地面平整度不一，生活廢棄物相對較多，對盤刷造成的磨損較大；廠房地面平整度一般，工業(yè)廢料等較多，對盤刷磨損較嚴(yán)重。盤刷刷絲的壽命分析由上述對盤刷刷絲的磨損因素分析可知，在路面清掃作業(yè)中盤刷刷絲的耐磨性與可持續(xù)能力是與盤刷系統(tǒng)清掃率等性能密切相關(guān)的。耐磨性好，持續(xù)時(shí)間長的刷絲，不僅可以為用戶節(jié)省費(fèi)用，同時(shí)也減少了用戶頻繁更換刷絲的苦惱。刷絲磨損率是衡量刷絲壽命 的主要參考因素，受刷絲的硬度、導(dǎo)熱性、摩擦因數(shù)的綜合影響。盤刷刷絲壽命是刷絲所能保證有效清掃性能的總工作時(shí)長。通過對影響盤刷壽命的各種因素及其運(yùn)動(dòng)機(jī)理的分析，可以通過以下公式研究和分析刷絲壽命狀況： ,3LT= (1 2 0 R n + 1 0 0 0 v )h? 式中： T—— 盤刷壽命， h； L—— 盤刷磨損限度， m； R—— 盤刷半徑， m； n—— 盤刷轉(zhuǎn)速， r/min； v—— 清掃速度， km /h； h′ —— 盤刷磨損系數(shù)。 通過前面內(nèi)容及分析可知盤刷刷絲的磨損對掃路車無論是在清掃性能上還是結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)上都有較大影響，故 需要進(jìn)行分析計(jì)算。然而由于盤刷在作業(yè)時(shí)，刷絲與地面的接觸工況比較復(fù)雜，刷絲的磨損程度是受刷絲本身的物質(zhì)特性以及路面狀況共同作用的，況且在復(fù)雜的路況下，刷絲本身的物質(zhì)特性也可能會發(fā)生一些難以預(yù)計(jì)的變化，所以壽命計(jì)算只是對盤刷系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一個(gè)參考。選用市面上普通的聚丙烯材質(zhì)的盤刷刷絲和刷柄，為了保證其能夠滿足正常的清掃作業(yè)，參照國家有關(guān)規(guī)定，盤刷的技術(shù)參數(shù)要求如下： （ 1）性能要求： 盤刷刷絲的物理性能是保證刷絲能否滿足正常作業(yè)的決定性因素，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及相關(guān)資料，該刷絲須符合表 4的規(guī)定： 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 表 4刷絲的性能要求 項(xiàng)目 指標(biāo) 抗張強(qiáng)度 MPa ≥ 30 抗張伸長率 % ≤ 20 結(jié)節(jié)強(qiáng)度 MPa ≥ 23 單根刷絲拉力 N ≥ 30 刷柄球壓痕硬度 MPa ≤ 20 跌落高度 高處自由下落無裂紋產(chǎn)生 （ 2）外觀要求 聚丙烯刷絲及刷柄的外觀在一定程度上會影響其物理性能的發(fā)揮，同時(shí)合適的外觀也會為整車增添不少亮點(diǎn)。其外觀顏色可以是材料本身顏色，也可以通過化學(xué)加工生成其他的顏色，產(chǎn)品其他外觀要求應(yīng)符合表 5的規(guī)定： 表 5盤刷的外觀要求 項(xiàng)目 要求 聚丙烯單絲 整潔、挺直、色差小、光滑柔軟、 無傷痕、 無氣泡、無裂紋 刷柄 光滑、清潔、無毛刺 裝配 裝配端正，不允許有可見雜質(zhì) 如下由公式式，結(jié)合本車清掃性能的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)可知盤刷刷絲壽命為 T： ,3LT= (1 2 0 R n + 1 0 0 0 v )h? 式中： L—— 盤刷磨損限度，取 ； R—— 盤刷半徑，取 m； n—— 盤刷轉(zhuǎn)速，取最大值 120r/min； v—— 清掃速度，取最大值 10km /h； 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 h′ —— 盤刷磨損系數(shù)，取 107。 代入相應(yīng)數(shù)值， 求得， T = h 由于盤刷在工作過程中會經(jīng)歷各種各樣復(fù)雜的工況，難以用具體 的公式對 其各工況進(jìn)行詳盡的描述，故上式只作為對盤刷性能的一個(gè)參考。 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 4 吸嘴的設(shè)計(jì) 吸嘴結(jié)構(gòu) 吸嘴是掃路車的一個(gè)重要工作裝置 ,它是把前方掃刷掃進(jìn)車輛中部的垃圾由地面輸送到垃圾箱體內(nèi)的一種垃圾導(dǎo)向輸送裝置。吸嘴結(jié)構(gòu)、性能的好壞直接影響到掃路車的吸塵效果。掃路車的吸嘴一般由金屬焊接而成 ,有呈扁平狀，有傘形狀的 ,當(dāng)它下放到地面時(shí)，猶如一個(gè)空間罩，罩住了地面，地面與吸嘴形成一個(gè)空間腔體。吸嘴頂部的出風(fēng)口通過一根可以伸縮的橡膠吸管與垃圾箱箱體相連。整個(gè)吸嘴體下方分布 3個(gè)橡膠滾輪 ,當(dāng)吸嘴水平放置后，滾輪水平接觸地面時(shí)，最底邊與地面的距離大約 5~10 mm。工作時(shí) ,風(fēng)機(jī)在副發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，使得集塵箱處于正空態(tài)，由于集塵箱高真空產(chǎn)生的負(fù)壓，使吸嘴周邊產(chǎn)生強(qiáng)氣流。在吸嘴前方由兩掃刷掃到車子中間的垃圾，在吸嘴高速吸風(fēng)氣流的作用下被吸入，再經(jīng)過休息的出風(fēng)口進(jìn)入垃圾箱。吸嘴停止作業(yè)時(shí)，通過液壓缸的作用，而使得吸嘴能夠提升到規(guī)定的高度，保證車輛的通行安全。 ??15 。 圖 15 吸嘴的結(jié)構(gòu) 如圖 15所示，通過液壓缸來控制吸嘴的放下與提升。吸嘴 上設(shè)有連接支耳，油缸與吸嘴之間的連接，就是通過支耳與 U型扣來連接的。油缸只對吸嘴的提升有作用，并沒有對吸嘴下放起作用，即下放時(shí)，油缸活塞在吸嘴重力的作用下自由伸長，活塞缸腔內(nèi)不產(chǎn)生壓力，這樣使得吸嘴即使在不平路面上工作時(shí)，吸嘴都能隨路面的起伏而上下浮動(dòng)，油缸也隨之自由伸縮，相當(dāng)于吸嘴下放到地面后，就不受到油缸的約束了。為了使能按照給定方向作業(yè)，在其前端設(shè)有導(dǎo)向連桿，連桿與吸嘴連接處增設(shè)有一個(gè)鉸接機(jī)構(gòu)。鉸接機(jī)構(gòu)由鉸接座和兩根連接軸銷組成。其中一根銷將導(dǎo)向桿與鉸接支座連接起來，另一根銷將鉸接支座和吸嘴連接起來。 這兩根銷成十字交叉布置，如此布置，吸嘴將可2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 以前后左右擺動(dòng)，是吸嘴在駛過不平的路面時(shí)能保持一定的離地間隙，而不會導(dǎo)致漏風(fēng)嚴(yán)重，保持了吸嘴的吸力，使得垃圾吸收干凈，也延長了吸嘴的使用壽命，同時(shí)還能減小吸塵口處的噪音。 加裝臥式掃刷 ,提高清掃效率。隨著城市建設(shè)不斷發(fā)展 ,沙土型垃圾越來越多。沙土型垃圾比較濕 ,壓實(shí)后對地面具有一定的附著力 ,傳統(tǒng)型吸嘴需靠提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速才能吸干凈。吸嘴尾部加裝臥式掃刷可以減輕風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，又可以提高清掃效率。在靠近吸嘴后部，加裝有滾刷，滾刷由4把掃刷固定在一根軸上，在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng) 。滾刷沿清掃車作業(yè)前進(jìn)的反向滾動(dòng)，將吸嘴下方的垃圾塵埃揚(yáng)起，增大塵埃的受壓面積，即減小垃圾塵埃的懸浮速度，減輕風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，也可以使得垃圾更容易被吸入。增加臥式滾刷，對于清掃車在雨天作業(yè)或地面濕的環(huán)境作業(yè)時(shí)，這些潮濕的垃圾更容易清掃干凈。 圖 16滾輪受力分析 在吸嘴上拉簧、調(diào)節(jié)筒和鏈條的功：可以有效的延長吸嘴的使用壽命。將吸嘴下放到正常作業(yè)位置，調(diào)節(jié)好鏈條的長度，確保吸嘴的 3個(gè)輪子都著地，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)筒使彈簧拉長，彈簧的拉力作用于吸嘴上，承 受部分吸嘴的重力。受力如圖 16,根據(jù)公式：= F F = G FFFf ??壓 壓 自 重 提摩壓提， 。 在 相 同 的 條 件 ， 相 同 的 路 面 條 件 下 ， 摩 擦 系 數(shù) 相 同 ， 加 大 彈 簧 的提 升 力 ， 滾 輪 的 觸 地 壓 力 就 減 小 ， 從 而 降 低 滾 輪 的 摩 擦 力 ， 減 輕 輪 子 的 磨 損 。 臥式掃刷的參數(shù)選擇與計(jì)算 臥式掃刷刷接地壓力可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： ? ?2 13 3P = 5 . 3 1 0 1 0 . 1 8 ( 2 ) a r c c o s 1BmE J hd h Z vLR? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 式中： 式中： d — 刷毛直徑，取 210 3m? ； mR — 盤刷半徑，取 ； L — 刷毛自由長度，取 m ； E— 刷毛的彈性模量，取 10 Pa? J— 刷毛斷面的慣性矩，取 12 10 m?? h刷毛的最大變形量，當(dāng)刷毛的最大變形量 h≥ O． 15L的時(shí)候，刷毛或以側(cè)面開始沿路面滑動(dòng)，減小其自由長度，因此，取 0． 01m； 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 n— 盤刷的轉(zhuǎn)速，取最高轉(zhuǎn)速 120r/m mV — 盤刷線速度，取 /s； BZ — 工作刷毛數(shù)，取 50。 代入各參數(shù)值，求得： P ? 由于臥式滾刷只有一部分毛刷接地，所以 1P 124 / 50 N?? 又因?yàn)榕P式滾刷上分布有 5個(gè)滾刷，所以整個(gè)滾刷的觸地壓力為 1p 4 1 0 0NN? ? ? 克服刷毛和路面間摩擦力所需的功率： ? ?a 1000 mp V VP KN ? ??? (2． 2) 式中： K—— 功率儲備系數(shù)，取 1． 1； N一滾刷刷數(shù)量，取 1； ?—— 機(jī)械傳動(dòng)效率，取 O． 9； ? —— 刷毛和路面的摩擦因數(shù)，取 O． 4； v_清掃車工作時(shí)的行走速度，取 (3— 15)km／ h。 由以上參數(shù)，求得： a KW? 。 3)消耗在刷毛變形上的功率： ? ?23 / 26 3 ( 6 10 a r c sin( 2)mmbmmR h R h hn E JP zN hd L R R????????? ??? 利用以上參數(shù)，求得： bP =0． 05kW。 (5)驅(qū)動(dòng)滾盤刷所需的功率： E=Pa+Pb= 滾刷軸的直徑計(jì)算： 對于承受彎扭復(fù)合作用的軸可用經(jīng)驗(yàn)公式估算其最小直徑： 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 3 PdAn? 式中： ? ?63 9 .5 5 1 0 / 0 .2TA ??? P—— 液壓馬達(dá)的功率 n—— 掃刷的轉(zhuǎn)速 當(dāng)彎矩相對扭矩很小或只受扭矩時(shí)， ??T? 取較大值， A取較小值；反之， ??T? 取較小值，A取較大值。當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，會削弱軸的強(qiáng)度。因此開一個(gè)鍵槽，軸徑應(yīng)增大 3%。開兩個(gè)鍵槽，軸徑應(yīng)該增大 7%。通過查機(jī)械設(shè)計(jì)教程得出 ??T? 和 A值如表 6： 表 6 ??T? 和 A值 軸的材料 A3 1Cr18Ni9Ti 45 40Cr、 35SiMn、42SiMn ??T? /MPa 1525 2035 2545 3555 A 14926 13512 126103 12997 本設(shè)計(jì)采用的臥式掃刷軸采用 45鋼， A取 110。帶入上式，就算得 27d mm? ，由于軸上開鍵槽較多，取 D=70mm。鍵連接，采用 GB/T 1096 鍵 20 12 80，軸承選用 6207深溝球軸承。 塵粒的懸浮速度 吸掃式清掃車是依靠風(fēng)機(jī)使垃圾箱產(chǎn)生負(fù)壓而將垃圾吸入垃圾箱的。因此想要使清掃車清掃的地面更加干凈，就必須研究道路上塵粒的種類，幾何性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等。吸掃式清掃車的負(fù)壓吸收垃圾都有一定的限度。因此，要對垃圾塵粒的起動(dòng)速度（懸浮速度）進(jìn)行研 究。垃圾的起動(dòng)速度大則就越難被吸入，對風(fēng)機(jī)的要求也高，對吸嘴的設(shè)計(jì)，副發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇都有很大限制。 在地球的空氣場中，由于受到地球的引力，物體會受到自身手里作用而下落，在下落過程又受到阻力的作用，空氣阻力會隨著下落的速度變化而變化，知道物體所受到的重力與阻力平衡，此時(shí)該速度就稱為懸浮速度。物體的懸浮速度與其形狀、體積有關(guān)。在吸掃式清掃車中，垃圾箱的負(fù)壓，使得吸嘴產(chǎn)生高速氣流，只有吸嘴處的告訴氣流大于或等于物體的懸浮速度時(shí)，垃圾才會會被吸嘴吸入垃圾箱。而懸浮速度與物體的平均粒徑、密度有很大的關(guān)系。密度、平均粒徑 越大，物體的懸浮速度也就越大，吸嘴就越難以將其吸入垃圾箱。相反，物體的密度、平均粒徑越小，其懸浮速度就越小，就越容易被吸嘴吸入垃圾箱。本身固有的懸浮速度時(shí)，垃圾塵粒就會懸浮在氣流中，這樣便具備了負(fù)壓稀相吸送的基本條件。