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落葉清理機的設(shè)計研發(fā)
摘要:該落葉清理器主要用于對道路旁的落葉進行清掃,該機器操作維護方便,
便于工人使用,其結(jié)構(gòu)需簡單,可靠性好,清掃機構(gòu)可調(diào)節(jié)。
該機器在整體方案上采用三輪傳動形式,通過前輪的旋轉(zhuǎn)來帶動整個機構(gòu)的運動。清掃功能實現(xiàn)形式確定為掃把運動方向與機器前進方向相同。掃把環(huán)繞工作軸成星形布置(放射狀),工作軸與車輪所在軸平行。落葉收集方式確定為掃把成環(huán)狀布置在一根軸上,環(huán)軸一圈掃把逐漸增長,通過軸旋轉(zhuǎn),掃把一點點地將落葉送上斜坡,由最長的那根掃把將落葉彈入垃圾箱。傳動的方式采用的兩軸間的帶傳動。改機器的設(shè)計適用于各種道路的落葉垃圾等的清理
2、,有著很高的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:落葉收集清掃功能調(diào)節(jié)機構(gòu)
1.設(shè)計背景
目前路面上的清潔車基本都是用吹吸式或沖水式來清除垃圾,只能在大路中間行駛,清潔范圍有限。路邊或小路上等無法用清潔車清掃的地方,只能依靠工人手工清掃垃圾,勞動量大且效率低。所以有必要開發(fā)一種小型清潔機器,以減少工人勞動量,同時提高效率。
2.產(chǎn)品規(guī)劃
設(shè)計的是一種用于路面落葉(垃圾)清掃的機器。機器露天工作,工作環(huán)境為小路或主要街道旁的人行道。使用期限10年,清掃工具1-2兩年更換一次。動力來源為人力、或小型機車牽引,在中等規(guī)模機械廠大批生產(chǎn)。
3.方案設(shè)計選擇
該機器應(yīng)具備以下特點:
1、結(jié)構(gòu)簡單。因是小型
3、清潔機器,要求成本低,操作維護方便,便于工人使用,其結(jié)構(gòu)需簡單,可靠性好。目前國內(nèi)雖然已有同類機器,但其結(jié)構(gòu)偏復(fù)雜,成本高,無法推廣使用。
2、清掃機構(gòu)可調(diào)節(jié),即清掃時該機構(gòu)工作,不清掃時該機構(gòu)不工作,以免做無用功。
在以上分析的基礎(chǔ)上,對機器各部分方案進行設(shè)計。
1、整體方案的設(shè)計,即機器的整體結(jié)構(gòu)形式(外觀)的確定。有兩種方案可供選擇:
(1).機器為四輪車形式,由人推動或機車拖動。清掃的動力來源為前輪與地面的摩擦力。前輪旋轉(zhuǎn),帶動前輪所在軸旋轉(zhuǎn),再帶動工作軸旋轉(zhuǎn),掃把旋轉(zhuǎn),完成運動。
(2).機器為三輪車形式,由人力驅(qū)動。清掃的動力來源為人蹬腳踏板的力。人蹬腳踏板,帶動后輪
4、運動,再將后輪運動傳遞給工作軸,掃把旋轉(zhuǎn),完成運動。
對方案(1)(2)進行比較:方案(1):
優(yōu)點:僅有一個傳動(從前輪所在軸到工作軸),結(jié)構(gòu)簡單,緊湊。若機器自備動力源,通過一定方式控制機器運動,還可實現(xiàn)自動清掃。
缺點:動力來源不穩(wěn)定,可能會使機器無法正常工作。而且要產(chǎn)生足夠大的摩擦力,機器自重必須足夠大。
方案(2):
優(yōu)點:動力來源穩(wěn)定,可直接在現(xiàn)有三輪車基礎(chǔ)上進行改裝,成本低。因是騎行,效率較手推車高。
缺點:結(jié)構(gòu)尺寸相對較大。
方案(1)動力開源問題難以解決,方案(2)雖然結(jié)構(gòu)尺寸較大,但相對來說,其穩(wěn)定性好,效率高。最終選擇方案(2),同時選定動力源為人力。
5、
2、清掃功能實現(xiàn)形式的確定
因是小型清潔機器,考慮到動力及成本,選擇清掃功能實現(xiàn)形式為:通過掃把與地面的相對運動,將落葉(垃圾)掃起。主要運動為旋轉(zhuǎn)運動。有以下兩種方案:
(1).掃把運動方向與機器前進方向相同。掃把環(huán)繞工作軸成星形布置(放射狀),工作軸與車輪所在軸平行。掃把與地面相對運動,將落葉掃起。
(2).掃把運動方向與機器前進方向交錯。掃把均勻布置在一盤狀物體周圍,盤狀物體與地面平行,通過盤裝物體旋轉(zhuǎn),掃把與地面相對運動,將落葉掃起。
分析方案(1)(2)的優(yōu)缺點:
方案(1)結(jié)構(gòu)簡單,清掃功能易實現(xiàn),但清掃能力有限,即可能清掃的不徹底。
方案(2)清掃能力強,但是是交錯
6、傳動,需借助圓錐齒輪或渦輪蝸桿來實現(xiàn),結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,會增加機器成本,而且效率較低。
考慮到機器清潔的主要是落葉或其他片狀體,不需要較強的清掃能力,故選方案(1)。
3、落葉收集方式的確定
收集容器為一放在車后的垃圾箱。需確定的是如何將落葉由地面送入垃圾箱。有三種方案:
(1).通過一傳送機構(gòu)。將落葉掃到傳送機構(gòu)上,再由傳送機構(gòu)將落葉送入垃圾箱。需另設(shè)一條傳送鏈,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高。
(2).將掃把成環(huán)狀布置在兩個滾筒上,滾筒轉(zhuǎn)動,則掃把連續(xù)地將落葉掃入垃圾箱,如下圖所示:
此方案可行性好,傳輸平穩(wěn),但結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜。
(3) .掃把成環(huán)狀布置在一根軸上,環(huán)軸一圈掃把逐漸增長,通
7、過軸旋轉(zhuǎn),掃把一點點地將落葉送上斜坡,由最長的那根掃把將落葉彈入垃圾箱。
此方案結(jié)構(gòu)簡單,容易實現(xiàn)。但最短掃把對落葉的清掃會受到最長掃把的限制,因最長掃把與地面接觸時被壓彎,最短掃把可能掃在它的上面,不能與地面接觸,只有通過增加兩掃把之間的距離才能解決。同時最長掃把將落葉彈起時會產(chǎn)生灰塵,傳送過程不平穩(wěn),但不影響機器正常工作。
綜合考慮,選擇方案(3)
4、傳動方案的選取
主要傳遞的是運動,且是在兩平行軸之間傳遞,可選的傳動方案有:
(1).帶傳動。雖然傳動平穩(wěn),但不適合低速傳動,且要求有一定的初拉力,不合適。(2).齒輪傳動。傳動比穩(wěn)定,效率高,但制造及安裝精度高,價格較貴,且
8、不宜用于傳動距離過大的場合,不合適。
(3).鏈傳動安裝精度低,可在惡劣環(huán)境下工作,可用于遠距離傳動。雖然瞬時傳動比不恒定,但不影響本機器工作。
最終選擇鏈傳動。
至此,機器的方案設(shè)計完成。其三維圖如下:
4.各部分零件的具體設(shè)計及參數(shù)選定
4.1傳動件的設(shè)計,參數(shù)選定
1、腳踏板到后輪軸的傳動
可直接利用三輪車上原有的鏈輪傳動。大鏈輪齒數(shù)為38,分度圓直徑為200mm,飛輪齒數(shù)為23,分度圓直徑為121mm。大鏈輪與飛輪中心距為1000mm。
2、后輪軸到工作軸的傳動鏈輪輪齒要有足夠的耐磨性和強度。因小鏈輪的嚙合次數(shù)較大鏈輪多,所受的沖擊也較大,故小鏈輪應(yīng)采用較好的材料制造。
人正常騎行速度約為5m/s,車輪直徑為700mm,后輪軸轉(zhuǎn)速為n
60136.4
/min700nrp
=
=
,則主動輪轉(zhuǎn)速為
10136.4/min
nnr==
設(shè)計時必須保證工作軸轉(zhuǎn)速高于后輪軸轉(zhuǎn)速(掃把與地面的相對速度必須大
于零,才可將落葉掃起)??紤]到鏈條傳動的多邊形效應(yīng),取掃把與地面的平均相對速度為0.5m/s,以保證任意時刻掃把與地面的相對速度均大于零。4.2清掃及收集機構(gòu)的設(shè)計、參數(shù)選定
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