滾筒式城市道路柵欄清洗機設計【含CAD圖紙、說明書】

全日制普通本科生畢業(yè)設計 滾筒式城市道路柵欄清洗機設計Drum type washing machine design of city road fence學生姓名： 學 號： 年級專業(yè)及班級： 指導老師及職稱： 學 部： 提交日期： 年6月01目錄摘要1關鍵詞11 前言12 國內外現(xiàn)狀23 設計方案的確定23.1 整機方案的確定 33.1.1 整機特點 4 3.1.2 動力選擇 44 工作頭部分設計計算 54.1 道路柵欄清洗工作頭設計方案的確定 54.2 清洗滾筒設計 74.2.1 滾軸的設計計算 84.2.2 毛刷的排列 104.2.3 毛刷的材質 104.3 滾刷軸承型號的選擇計算 104.4 變速機構的設計 114.4.1 齒輪軸的設計 134.4.2 第二軸的設計 144.4.3 軸的輕度校核 154.5 規(guī)避機構的設計計算 1524.5.1 承受變載荷的圓柱旋轉拉伸彈簧設計 164.6 洗系統(tǒng)的設計 17 4.6.1 高壓噴水管設計 175 吊臂的校核計算 186 結束語 18參考文獻 19致謝 20附錄 213滾筒式城市道路柵欄清洗機設計摘 要：本設計是通過液壓傳動，電器控制來實現(xiàn)運動的。開篇分析了城市柵欄清掃機的集中常見方案，通過比較選定方案。對清洗機工作部分進行分析，并運用動力學，機械原理等有關知識對某些重要零件做了準確的強度校核及設計整個機械實現(xiàn)運動的機構與零件各部分。其中對清洗系統(tǒng)、規(guī)避機構等做了較詳細的分析，并做了較簡單的校核。關鍵詞：清洗滾筒；變速機構；規(guī)避機構；升降機構Drum fence cleaning machine is designed for urban roadsAbstract：The design is to achieve movement through the hydraulic transmission, electrical control. Begins with analysis of the urban fence sweeper centralized common program by comparing the selected program. To analyze the working part of the washing machine, and some important parts to do the exact strength check and design the entire mechanical movement of bodies and parts of the various parts of the knowledge of the use of dynamics, and mechanical principles. Cleaning system, to avoid institutions, which do a more detailed analysis, and to do a simple checkKey words：Cleaning roller; speed change mechanism; circumvent institutions; lifting mechanism 41、前言：想起環(huán)衛(wèi)工人，人們腦海中總會容易浮現(xiàn)這樣的一幅畫面：馬路上，戴著口罩，拿著大掃帚和抹布，頂著烈日工作。如今，在北京，上海，廣州等發(fā)達城市，人們在街上看到的不再是環(huán)衛(wèi)工人在工作，而是越來越多的環(huán)衛(wèi)機械露面了。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活環(huán)境要求越來越高了，在人口集中度很高的城市，垃圾的處理水平代表了一個城市的經(jīng)濟發(fā)展水平和文明程度。以廣州為例，目前廣州大部分的家庭生活垃圾收集率達到 45%左右，廣州每天產(chǎn)生5000 多噸，絕大部分市實現(xiàn)袋裝收集，壓縮中轉，密封運輸，據(jù)了解：廣州環(huán)衛(wèi)機械化程度已經(jīng)達到 80%，比建設部要求的 40%的標準高出一倍,我國環(huán)衛(wèi)車輛經(jīng)過 30 多年的努力，從無到有，從局部使用到大量推廣使用，基本形成了一個品種比較齊全，技術水平較高的新興產(chǎn)業(yè)，全國約有 100 余家各類廠家生產(chǎn)的環(huán)衛(wèi)車輛，為環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)提供了大量裝備，改善了工人的勞動條件，提高了城市現(xiàn)代化管理水平。我國垃圾處理設備起步較晚，經(jīng)過十多年的努力，雖已有了一定的基礎，但與國外相比尚有一定差距,掃路機在 90 年代前都是國內自行研制生產(chǎn)，品種少、技術性能不高。90 年代后，在引進、吸收國外先進技術的基礎上，開發(fā)生產(chǎn)了大、中、小型多種掃路機，基本型式為吸掃結合，使我國掃路機達到了比較先進的技術水平。主要生產(chǎn)廠家有長沙的中標公司，揚州的船舶集團公司、滬州機器廠、天津掃地王公司、北京天路通科技有限責任公司等。國內生產(chǎn)的各種掃路機基本上滿足了國內市場需要，已很少進口。雪后留心的市民在出行中注意觀察的話可以看到，由于氣溫逐漸回升，快行道上布滿融化的殘留冰水，由于機動車的飛濺導致道路中央潔白的隔離護欄污濁變色，與周圍的環(huán)境不協(xié)調，影響市容市貌。為了讓精美漂亮的護欄潔白如初，確保市容環(huán)境干凈整潔。在公路交通中，廣泛采用了隔離柵欄的物理隔離方法，使不同車種。不同行駛方向的車輛以及人車分離，以確保交通安全。由于機動車輾壓道路污水，灰塵，致使道路柵欄污濁變色，與周圍環(huán)境不協(xié)調，影響市容。由此帶來了柵欄的清洗問題，過去由人工清洗，動作緩慢，效率比較低，同時既帶來了清潔工人自身的人身安全問題，阻礙交通。為此專門開發(fā)研制了道路隔離柵欄清洗車，極大的提高了清洗效率，保障了清潔工人的人身安全，美化了市容，這種清洗車的開發(fā)給城市清潔工作帶來了極大的方便，有非常廣闊的開發(fā)前景。52. 國內外研究現(xiàn)狀：在我國的大中城市道路欄桿大部分是鐵柵欄，由鋼管，鋼筋或鐵條焊接而成，多段（節(jié)）柵欄采用焊接或者螺栓連接而成，鐵柵欄與路面固定或者做成帶底盤的可移動的、式的，柵欄高度約為 11.5 不等，長度長達數(shù)千或者數(shù)萬米，形狀各異，主要用于快車或慢車道，上行或者下行的隔離柵欄，目前城市道路柵欄有三種清潔方式：（1） 人工清洗方式，勞動強度大，效率低，成本高，危險性高，影響市容；（2） 利用灑水車的消防龍頭沖洗柵欄，這種方式耗水量大，效果差；（3） 刷涂新漆，應付每年的文明城市達標或者評比檢查；國內的一些柵欄清洗機大多數(shù)采用單邊滾筒式滾刷工作；工作效率不高，而且不能同時對柵欄兩邊進行清洗。國外的發(fā)達國家，荷蘭等國柵欄清洗機方面已經(jīng)進入人工智能階段化、數(shù)字化方向發(fā)展，由單一的作業(yè)功能特征向集作業(yè)、信息、監(jiān)管為一體的綜合功能特征方向發(fā)展，使國內環(huán)衛(wèi)裝備水平滿足現(xiàn)代化國際大都市發(fā)展的需求，并建立起具有一流技術、符合中國國情的環(huán)衛(wèi)作業(yè)裝備系統(tǒng),世紀年代末以來，我國環(huán)衛(wèi)車輛的研發(fā)機構、改裝生產(chǎn)企業(yè)通過引進、消化、吸收國外先進技術，加快了國產(chǎn)環(huán)衛(wèi)車輛新產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，使國產(chǎn)環(huán)衛(wèi)車輛的技術裝備水平得到較快發(fā)展和很大提高，改變了傳統(tǒng)的環(huán)衛(wèi)作業(yè)方式，由人工作業(yè)向機械化、半機械化方向發(fā)展，環(huán)衛(wèi)車輛的裝備技術由簡易型向技術密集型方向發(fā)展, 目前存在的主要問題是，垃圾處理設備生產(chǎn)還沒有形成像環(huán)衛(wèi)車輛那樣一個產(chǎn)業(yè)，缺少專業(yè)生產(chǎn)廠家，只是根據(jù)訂貨臨時尋找某個生產(chǎn)廠家組織生產(chǎn)，不利于產(chǎn)品性能的提高和垃圾處理設備產(chǎn)業(yè)的形成。3. 設計方案的確定：3.1 整機方案的確定：本機是通過液壓臂懸掛于 BJ1059VCJD62 清洗車上，由液壓升降機構自由調節(jié)高度，并配備規(guī)避裝置，高壓清洗系統(tǒng)，能有效的對道路柵欄清洗機的道路柵欄清洗機，其整機工作樣式圖如下：6圖 1 主要技術性能參數(shù)表Table 1 the main technical performance parameters table外形尺寸 70*120*160 最大清掃速度 5km/h底盤型號 奧鈴 BJ1059VCDJ62 最大清掃能力 500mh副發(fā)動機型號 五十鈴柴油機 不銹鋼水箱容積 800L最高行駛速度 95km/h 垃圾箱底部型式 平底最大清掃寬度 1.5m 滿載最大質量 5200kg 3.1.1 整機特點（1）.采用液壓式懸掛式側前置柵欄清洗機工作頭中置四盤刷后置吸嘴并在吸嘴內設置臥掃的掃，吸工作裝置總體結構配置形式，并具體有清晰效率高，清洗寬度大，清掃速度高，掃凈度等優(yōu)點。（2）.各部分清掃獨立或聯(lián)動工作。（3）.清掃具有自動避讓保護功能和自動復位功能，滾筒轉速可根據(jù)各種不7同清掃工況調速選擇度高，中，低三檔。（4）.液壓系統(tǒng)有副發(fā)動機取力和汽車動力分別控制，方便使用和維修；（5）.灑水系統(tǒng)通過本身的廢水回收系統(tǒng)能有效克服清洗作業(yè)時產(chǎn)生二次污染；（6）.液壓式系統(tǒng)通過采用疊加式電磁換向閥向閥組高度集中而成。（7）.控制開關集中安裝在駕駛室內，所以電控操作可以在駕駛室內完成。3.1.2 動力選擇：液壓式：操作力大，體積小，動作平穩(wěn)，其特點是漏油會影響系統(tǒng)的工作性能，液壓油的粘度對溫度的變化敏感；氣動式：氣源方便，維護簡單，易于獲得高速度，其缺點是操作力有限，體積大，空氣壓縮性大，速度難控制困難，動作不平穩(wěn)，控制有滯后現(xiàn)象；電動勢：動力源方便，操作力較大，其缺點是需要設置減速機構，結構復雜，或許要特殊電機驅動；綜上所述本設計選用電動式驅動裝置。本設計是道路柵欄清洗機采用動力是柴油機，柴油機動力型號是 Deutz BF4M1013C,該柴油機采用水冷式對發(fā)動機進行冷卻，額定功率為 112KW，最大扭矩為 570Nm,額定轉速為 2300/min,副發(fā)動機采用的是五十鈴技術的柴油機,額定功率為 25KW，額定轉速為 3000r/min冷卻方式為水冷。經(jīng)過試驗清洗刷清洗灌刷對柵欄的正壓力為 F=200N 。磨檫系數(shù) f 取 0.2 則磨檫力為 40N因有四個滾刷故磨檫力 F=160N 滾刷轉速設定為 900r/min，其清洗速度V=5.0m/s.則其所需功率：P= 0.8KW （1）10FV0/5*6Nsm故選用 J04-21-2 功率為 1.5KW，電壓 220V 轉速 n 為 2860r/min 重量的電機4 工作頭部分設計及其計算4.1 道路柵欄清掃機工作頭設計方案的確定本人設計的清洗頭所需采用的是四滾筒，電力驅動雙邊清洗，能自動調節(jié)并配8液壓提升機構車載道路式柵欄清掃機其整機工作原理圖如下：圖 2 清洗機工作頭工作原理1 電動機 2 變速箱 3 滾筒刷 4 規(guī)避裝置1. motor 2. gearbox 3. roller brush 4. circumvention devicesFigure 2 washing machine head works旋轉刷洗系統(tǒng)主要有變速機構，規(guī)避裝置，滾刷軸，毛刷組成，通過安裝在清洗頭上的電動機，通過變速箱帶動滾刷旋轉。壓力沖水系統(tǒng)由水泵，軟管，壓力表以及噴管等部件組成，噴管固定在框架上部，自上向下噴洗柵欄桿，噴水系統(tǒng)有三個作用：首先它是對欄桿進行沖洗，出去欄桿上的浮塵，然后對欄桿進行預潤濕，接著是配合旋轉毛刷的刷洗工作，最后沖去毛刷刷掉的贓物。在對柵欄清洗頭的開發(fā)中，關鍵是專用裝備-清洗刷的設計，根據(jù)清洗刷的工作原理及結構可以分為盤刷式清洗刷，滾筒式清洗刷，滑塊式清洗刷，根據(jù)清洗刷的工作方式等形式。盤式清洗刷如圖 1 所示，清洗刷旋轉軸和柵欄垂直，刷毛的排列方式方向與旋轉軸平行，9圖 3 盤式清洗刷Figure 3 disc cleaning brush滑塊式清洗刷結構如圖 2 示，清洗刷上下移動的平面和柵欄桿式平行的，刷毛的排列方向垂直。圖 4 滑塊式清洗刷Figure 4 slider cleaning brush滾筒式清洗刷的結構如圖 3 所示，清洗刷的旋轉和柵欄平行，刷毛排列方向和旋轉方向垂直；10圖 5 滾筒式清洗刷Figure 5 roller cleaning brush通過比較盤刷式清洗刷，滑塊式清洗刷，滾筒式清洗刷等的優(yōu)缺點，經(jīng)過考慮，本設計采用滾筒式清掃清洗刷。滾筒式清洗刷主要大部分用于各種高級公路柵欄的快速清洗工作，基本配置采用自行式底盤，以液壓等輔助設備，輔助以射水清洗，預濕，清洗等工作，單向行使但是同時雙邊作業(yè)作為設計思想，整機有清洗效率高，自動化程度高，工作比較可靠，機動性能比較好和操作方便，維修簡單等優(yōu)點。護欄清洗機中滾刷是其主要的工作執(zhí)行機構，滾刷的直徑是 30CM，滾刷通過的一級齒輪帶動向前行駛，利用刷子的強磨檫力和附加的高壓射水沖洗雙重作用，使附著在柵欄趕上的污垢和灰塵得到徹底的清洗，化市容環(huán)境。4.2 清洗滾筒的設計計算大，中城市的道路柵欄桿大部分都是鐵欄桿，有鋼管，鋼筋或者鐵焊條焊接而成，多段（節(jié)）柵欄高度 11.5m 不等，故本機整體高度 1.6m.因考慮到本機體機等因素，毛刷的直徑選擇 0.3M 的，滾涌直徑選用 45 號鋼。如圖所示:11圖 6 滾刷Figure 6 Gunshua the4.2.1 滾軸設計計算：因本軸受的彎矩不大，則用降低許用壓力的辦法予以考慮，在軸的機構設計時，通常用這種方法初步估算周徑。軸的轉矩強度條件為(2)adnMP93.2.0P95WTT3式中 -扭轉切應力 Mpa；TT-軸所受的扭矩， ；mN-軸的抗扭距截面系數(shù)，mm ;T 2n-軸的轉速，r/min;p-軸傳遞的功率，KW；d-計算截面處軸的直徑，mm；許用扭轉切應力，Mpa 見表 15-3. 16表 2 軸中集中材料的 及 A 值T0Table 2 shaft centralized material and A value軸的材料 Q235-A 20 Q275 35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr 35SiMn38SiMnMo 3Cr1312)MP(aTA015 2514912620351351122545126103355511297由上式可得軸的直徑：d (3)mnPAn6.22.0950.295P3033T3T 式中 A = ，查表 15-303.T故取 30mm 符合要求應當指出，當軸截面積上開鍵槽的時候，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度削弱，對于直徑 d 100mm，有鍵槽的時候，周經(jīng)增大 5%-7%，然后將軸圓整為標準直徑。滾刷裝配時只需對連接的中的螺栓施加較小的預緊力，所以不考慮預緊力和螺紋磨檫力的影響，故螺栓連接的擠壓強度為(4)FP0PMINsLd螺栓桿的剪切強度為(5)5.2104.320Sd式中 F 為螺栓所受的工作剪力，N; d 為螺栓剪切力的直徑，mm L 為螺s MIN栓與孔壁擠壓面的最小高度，mm Lmin ; 為螺栓或者孔壁0.p材料的許用擠壓力，Mpa；見機械手冊 164.2.2 毛刷的排列如圖 12 所示，清洗刷旋轉與柵欄平行，刷毛排列方向與旋轉方向垂直13圖 7 毛刷的排列Fig 7 brush arrangement4.2.3 毛刷的材質刷毛的材料采用塑料，鑲嵌的方式鑲嵌在滾刷軸上。4.3 滾刷軸承型號的選擇和計算工作提條件：由成本及工作環(huán)境決定選用角接觸球軸承，軸承徑向載荷F =300Nr軸向載荷 F =200N,軸承轉速 n=900r/min，裝軸承處的軸徑直徑可在 30mm50mm，范圍內選擇旋轉時有輕微的沖擊，預期計算奉命 L =5000hh求比值:(6)0.6732FR根據(jù)機械手冊，角接觸球軸承的最大 e 值為 0.56，故此時 erF.初步計算當角動載荷中:由 p= )(YFxfrp查設計手冊，f =1.0-1.2, 取 f =1.2; X=0.56 Y 值需要在已知型號0p和基本額定靜載荷 C 后才能求出，先暫時選金似中間值，取 Y=1.5 則：561.7N20)1.3(.5612P求軸承應有的基本額定功率動載荷值：C=P (7)nLH306614按照設計手冊選擇 C=1.6810 N 的 7206AC 軸承，此軸承的基本額定靜載荷4C =1.2210 ,驗算如下 :04（1） 求相對軸向載荷對應的 e 值與 Y 值，對角接觸球軸承取 f =14.6,則相0對軸向載荷為 ，在表中介 0.172-0.345 之間，296.017.40CFf對應的 e 值為 0.190.22，Y 值為 2.301.99（2） 用線性插值法求 Y 值：(8)2.060.172)-(.345.94)-(921.9Y故 X=0.56 Y=2.06（3） 求當量的動載荷 P:P=1.2(0.56300+2.08200)=700.6驗算 7206AC 角接觸球軸承完全滿足工作要求。4.4 變速機構設計(1)滾筒刷的轉速可以根據(jù)已知的清洗速度 V=35m/s，滾筒的半徑R=0.15m，再由公式計算；W=V/R=9.3rad/s 即 n2=1.48r/s已知電動機的轉速 n=2860r/in根據(jù)清洗效果圖分析取滾筒的轉速 n2=15r/s 則 i= ,故選用一級圓柱齒18.32n輪減速器如下圖所示：圖 8 變速箱Figure 8 gearbox選擇齒輪材料以及確定的許應力為：小齒輪用 40Cr，滲碳淬火，齒面硬度為 260HRC，大齒輪選用 45 號鋼，調質，齒面的硬度為 225HBS。查閱機械設計手冊得 =700Mpa =570Mpa,imHLimHL15=240Mpa =190MpaimHLimHLSH=1.1,SF=1.3 于是許應力為： = 1/SH =700/1.1=636(Mpa)；HiL = 1/SH =570/1.1=518(Mpa)；im = 1/SF=240/1.3=185(Mpa)；iL = 1/SF =240/1.3=185(Mpa)Hi = 1/SF=190/1.3=146.1(Mpa)imL(2) 按齒輪彎曲強度計算設計：選 8 級精度齒輪，查表取載荷系數(shù) K=1.4，尺寬系數(shù) 小齒輪的傳遞的轉矩：4.0aT1=9.55 （9）16 )(10.5269P3mNn在減速器中，齒數(shù)比 u=i=3.18.中心距（10）6.518.340.)583()1.(KT35121H uu）（）（取 ，則 ，則 ，則模數(shù)81Z78Z12i Z2M= （11）6.1521圓整為表準值，取 m=2mm，確定中心距：)(7)8(2)(21 mZm（12）齒寬： b= )(5.30764.?。?b =35mm b =32mm 11(3）校核齒輪彎曲強度：由機械設計手冊查得 Y =2.87 Y =2.35 】 41F2F=1.742SY16齒輪彎曲強度（按最小齒計算）123122 )(07.21854.0.54 FSF MPaZbmYKT （13）27.09YS1FF2 2FP25.41.873）（ a（14）(4）計算齒輪的圓周速度：)/(39.5106smnd（15）查表可知，選用 8 級精度的齒輪是合適的。4.4.1 齒輪軸的計算選擇軸的材料，并確定許應力為：選用 45 號鋼調質處理，查機械手冊得強度極限 =600Mpa 許用彎曲應力 =55Mpa C=110Bb1-13確定輸出端直徑：按鈕轉強度估算軸的直徑，則：d=C mm 85.260.P33n（16）考慮軸上有鍵槽，將軸的直徑增大 5%，則：d=8.85 mm29.%)51（此段軸的直徑和長度應與聯(lián)軸器相符，聯(lián)軸器選用 TL2 型彈性圈柱銷聯(lián)軸器，其軸孔直徑為 14mm，與軸的配合長度為 32mm ，故軸的輸出直徑應取 14mm.17圖 9 高速軸Figure 9 high speed shaft4.4.2 第二軸的設計：選擇材料，并確定許用應力：選用 40Cr 正火處理，查機械手冊 得強度極限4【=800Mpa 許用彎曲應力 =75Mpa C=110Bb1確定軸輸出直徑：按照扭曲強度計算輸出直徑 其n r/min23.891.602id= mnPC40.123.89103（17）考慮到軸上有鍵槽，將其直徑增大 5%，則：d=11.40+(1+5%)=11.94mm取整 d=12mm如圖所示：圖 10 低速軸Figure 10 Low-speed shaft18此段軸的直徑和長度應與聯(lián)軸器相符，聯(lián)軸器選用 TL2 型彈性圈柱銷式聯(lián)軸器，其軸孔直徑為 12mm ，與軸的配合長度為 32mm，故軸的輸出端直徑取 12mm .4.4.3 軸的輕度校核(1）由于軸主要是承受轉矩，彎曲變形可以忽略不計，所以，按鈕距計算：(18)0.2P195WT36nd查表得 =30MPa14式中： 為軸的扭切應力，Mpa；T 為轉矩， ，W 為抗扭距界面系數(shù)，mNt為對圓截面軸 W = ;P 為傳遞的功率，KW；n 為軸的轉速，r/min 3mt 332.016d；d 為軸的直徑，mm; 為許用應力，Mpa.選用 45 號鋼調質 查機械手冊得 C=110 14將公式變?yōu)椋篸 （19）85.260.0.219533336 mnPC所以，所選軸合格。(2）第二軸的校核查選用 45 號鋼 調質 查機械手冊得 C=110 表 =40Mpa 14d （20）133 05.7.890PCmn所以所選軸合格。4.5 機構的設計及其計算事件證明，刷毛旋轉伸開半徑的 1/3-1/2 時清晰的效果最好，H 過大時就會使毛刷脫離柵欄表面，失去作業(yè)技能；H 過小又會增大消耗功率，甚至出現(xiàn)滾刷卡斯機架或者損壞現(xiàn)象。怎樣去保證 H 的值是關鍵?？紤]到作業(yè)時的作業(yè)機構整體布局和安裝維修方便，滾刷規(guī)避機構設置在前臂或者后臂之間的位置上，規(guī)避機構的工作是通過彈簧來實現(xiàn)的是 H 值得到迅19速恢復，從而達到恒定滾刷柵欄表面的正壓力的目的。在初始狀態(tài)下不全展開的時候，經(jīng)試驗測定滾刷對柵欄表面的正壓力為 150200N 即 F=150200N 。這里的 F ，就是初始狀態(tài)下用于規(guī)避機構與 P 相平衡的力是設計規(guī)避機構的重要的依據(jù)。前臂用 L1 表示，后臂用 L2 表示滾刷轉動。設定初始狀態(tài)下前后臂之間的夾角 ，I=30mm L=50mm F=200N 則由30公式 1 可計算出發(fā) f=333.8NLf根據(jù) f 選用的合適的規(guī)避裝置圖 11 規(guī)避機構Fig 11 evasion mechanism4.5.1 承受變載荷的圓柱旋轉拉伸彈簧設計具體的設計方法和步驟如下：(1)根據(jù)工作狀況具體條件選定的材料，并查取機械性能數(shù)據(jù)。(2)選擇旋繞比 C 58 并查表 算出補償系數(shù) K 值。 14(3)彈簧螺旋伸角 ，對于圓柱螺旋壓縮一般取 范圍內選取。一般-95右旋。(4)初選彈簧絲的直徑 d，有公式：d P1.6KCMAX（21）因彈簧在一般的載荷工作環(huán)境下，可按第類彈簧來考慮?，F(xiàn)在選用組20碳素彈簧鋼絲。并在根據(jù) D-D ，故取彈簧直徑為 3.0，暫2m4-18時選 =12757MPa,且可知 =0.5 ,5.2 根據(jù)強度條件計算彈簧鋼絲B75直徑現(xiàn)在選取旋繞比 C=6， 則有：K= 1.264-C0.614-（22）由上式可得 d (23)3.1567.231.KP1.6MAX, 改取 d=3.2mm 查 得 =1176Mpa, =0.5 =588.4Mpa ，取 D4BB=18 C=18/3.2=5.625 計算得 K=1.253 ，于是有2D m17.35.86214.36.CP1.6MAX （24）上值與估計取值相近，彈簧鋼絲標準直徑 d=3.2mm（與計算值 3.19 僅差 0.6%可用）所得尺寸與問題中的限制條件相符，合適彈簧的圈數(shù)可根據(jù)空間的大小選取 n=104.6 清洗系統(tǒng)的設計水泵的選擇與本機所配備的副發(fā)動機相匹配輸出的高壓水輸送到清洗工作頭，壓力控制通過閥門。4.6.1 高壓噴管選用(1）噴水系統(tǒng)的工作要求水流沖擊對物體時產(chǎn)生的一定的打擊力，水流速度越高水流量越大，打擊力越大，對欄桿的清潔效果也就會愈好，當水壓小于 1Mpa 時，只能沖掉柵欄上的浮塵，粘著力小較強的痰跡或者其他的硬物垃圾不能被沖洗掉，當水壓大于2Mpa 時，不僅可以沖洗掉柵欄上的粘著力比較小的贓物，還能沖洗掉粘著力比較強的痰跡等垃圾，當水壓進一步伸高時，超過 3Mpa 時，清潔效果較好，但能夠剝離粘著力比較小的油漆，同時水流較大，對操作人員和路上行人有一定的危險性，不宜采用，本實驗采用兩種工作水壓：08Mpa 2.0Mpa 有車載系統(tǒng)水泵提供。(2）噴管的分布設計21噴管是噴水系統(tǒng)中的執(zhí)行部件，噴水管平裝在框架上部，超過欄桿上端約0.3m .噴管上布置一定數(shù)量的噴嘴，自上而下噴水，沖掉柵欄上的贓物或者浮塵。噴管上的噴嘴布置原則是，噴管前端（以汽車前進方向為前，集中布置一組噴嘴，對欄桿上進行預濕和對欄桿上的贓物進行沖洗，耗水量占總水量的 60%左右；噴管中部分均布贓物布置幾只噴嘴，配合毛刷的刷洗工作；噴嘴后部的幾只噴嘴沖洗掉旋轉毛刷刷掉的贓物。(3）廢水的回收是通過裝載在車上的真空吸力泵安裝在清洗頭的頭部，動力仍然有副發(fā)動機提供動力，(4）高壓噴管的選用管仲水流的壓強 P=2MP 它作用在半徑為 D 為 L 的管內圓珠臂上的圓柱面上，設管的斷裂指出張力為 F ,按照公式可得：XF (25)PYL在壁厚為 (26)2只要 小于棺材的許用應力，則在正常的情況下，管子就不會破裂。噴頭噴射角 30 成扇形，噴頭的鏈接可以相愛用螺紋，或者焊接，本設計所用噴頭均采用銅焊接與高壓水管連接。噴頭按要求選用。5吊臂的校核計算本機設計的整機重量約 140，即 G=13010=1300N=1.3KN普通鋼材的許應力為 =150MpaAN則要求 A 故掛壁的直徑要大于算得值，因考慮一些其他的地方的要求掛壁軸直徑 D=30mm估算變速箱的重量為 10，則 F=G=100N根據(jù)公式 )(16.540.342MPa（27）由上式分析計算可知螺釘來連接即可。具體的設計見道路柵欄清洗機機臂的設計計算陳勝利6. 結束語22通過這次的設計，是我對多學的知識有了更深刻，更新的認識，個人能力得到了很大的提升，同時也認識到自身的不足。本次設計主要是針對城市道路柵欄清洗機工作頭的研究，而對于它的底盤，傳動系統(tǒng)部分制作了很簡單的介紹，在設計過程中充分考慮到城市道路柵欄的特點及其該設備在清洗過程中所需要的運動方式，做到設計結構緊湊，比較美觀，適用的特點。同時還保證了它的結構安全可靠性能，設計中大量采用了標準元件，是該設備的生產(chǎn)有很高的經(jīng)濟效益性，實現(xiàn)了一定程度上的自動化，使它的工作效率，工作強度都有了較大的提高，節(jié)省了人力，美化了城市環(huán)境。當然，由于本人知識和實際經(jīng)驗的不足，設計時間的短促，設計需要的一手資料不是很充分，以致設計存在很多的不足之處。從設計原理來看，本設計還有很大的改善空間，在設計中好有很多不是很關鍵的零部件沒有進行校核，使得設計還有很多需要改進的地方，同時本設計的經(jīng)濟實用價值還有待考驗，希望以后類似的機構設計者，能更好的，更完美的將它的工作潛力完全釋放出來。再次感謝全老師四年以來的悉心指導，本人各方面都有質的飛躍。參考文獻1 徐學林主編.互換性測量技術基礎.長沙：湖南大學出版社.2005:66-69.2 章宏甲等編.液壓行動.北京：機械工業(yè)出版社.2000:54-59.3 孫恒等編.機械原理.第六版.北京：高等教育出版社.2000:62-69.4 濮良貴等編.機械設計.第七版.北京：高等教育出版社.2001:84-86. 5 朱張校主編.工程材料.第三版.北京:清華大學出版社，2001:91-95.6 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室，程薪等編.理論力學.第六版.北京.高等教育出版社2002：32-35.7 梁天才，梁磊，何維慶等.高等級公路護欄清洗機規(guī)避裝置【J】工程機械，2004（8）19-21.8 趙強，李永勝，王建安等.HXC600型防護撞護欄清洗車餓基本設計【J】新產(chǎn)品.新技術 1995：87-91.9 寧維慶，蘄長征.護欄清洗車滾刷規(guī)避機構的設計計算【J】.筑路機械與施工機械化1996（6）：67.2310 葛如海清洗車滑塊式清洗刷清洗效果分析【J】江蘇理工大學學報,1995:44-5011 葛如海 .柵欄清洗車盤式清洗刷清洗效果分析【J】機械科學與技術，1995 （5）:8-1112 郁明山等編.現(xiàn)代機械傳動手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1998:12-1513 吳宗澤等編 機械設計.北京:中央廣播電視大學出版社，1998:22-2914 機械工程手冊編委會.機械工程手冊 第34篇液壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社， 1997:2536.15 蘇爾皇主編. 液壓液體力學.北京：國防工業(yè)出版社，1979:63-64.16 李益民主編 機械制造工藝設計簡明手冊M 北京：機械工業(yè)出版社，1993:55-61.17 成大先主編 機械設計手冊M.北京:化學工業(yè)出版社 2004：24-26.18 方鍵，機械結構設計M.北京：化學工業(yè)出版社，2005：50-52.19 王旭、王積森編.機械設計課程設計M.北京：機械工業(yè)出版社，2003:44-52.20 趙韓、黃康，陳科.機械系統(tǒng)設計M.北京：高等教育出版社，2001:55-58.21 Budeanu C I. Puissances et fictives .Bucharest,Roman is: Inst. Romain de 1Engergie,1927:30-35.22 BiswarupDas.SuitableconfigurationofASVCfor powertransmissionapplication.ElectricPower Systems Research.1999,49：61-65.致 謝本次設計能順利完成，首先要感謝全臘珍老師教授耐心指導，感謝她在百忙之中抽出寶貴時間來指導我們，提供我們許多寶貴的資料；她知識淵博，視野開闊，思維敏銳，給我們深深的啟迪。24通過這次畢業(yè)設計，我們更加清楚的了解了自己在學習上哪些方面不足，使我對科學研究有了進一步的了解。同時對自己獨立思考、研究、及動手能力是個很好的鍛煉機會。通過這次設計，我覺得自己在各方面的能力都有了很大的提高，在以后的學習和生活中，我將會抓住沒一個機會，努力提高自己。最后，在對關心、幫助我的老師和同學表示衷心的感謝，他們嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我學習的榜樣；他們循序漸進的教導和不拘一格的思路給我無盡的啟迪。附錄附錄 1： 主裝配圖附錄 2： 高速軸零件圖附錄 3： 低速軸零件圖附錄 4： 齒輪零件圖附錄 5： 滾刷部件圖附錄 6： 規(guī)避機構部件圖附錄 7： 套筒零件圖附錄 8： 管刷軸零件圖附錄 9： 端蓋零件圖 全日制普通本科生畢業(yè)設計 滾筒式城市道路柵欄清洗機設計Drum type washing machine design of city road fence學生姓名： 學 號： 年級專業(yè)及班級： 指導老師及職稱： 學 部： 提交日期： 年6月01目錄摘要1關鍵詞11 前言12 國內外現(xiàn)狀23 設計方案的確定23.1 整機方案的確定 33.1.1 整機特點 4 3.1.2 動力選擇 44 工作頭部分設計計算 54.1 道路柵欄清洗工作頭設計方案的確定 54.2 清洗滾筒設計 74.2.1 滾軸的設計計算 84.2.2 毛刷的排列 104.2.3 毛刷的材質 104.3 滾刷軸承型號的選擇計算 104.4 變速機構的設計 114.4.1 齒輪軸的設計 134.4.2 第二軸的設計 144.4.3 軸的輕度校核 154.5 規(guī)避機構的設計計算 1524.5.1 承受變載荷的圓柱旋轉拉伸彈簧設計 164.6 洗系統(tǒng)的設計 17 4.6.1 高壓噴水管設計 175 吊臂的校核計算 186 結束語 18參考文獻 19致謝 20附錄 213滾筒式城市道路柵欄清洗機設計摘 要：本設計是通過液壓傳動，電器控制來實現(xiàn)運動的。開篇分析了城市柵欄清掃機的集中常見方案，通過比較選定方案。對清洗機工作部分進行分析，并運用動力學，機械原理等有關知識對某些重要零件做了準確的強度校核及設計整個機械實現(xiàn)運動的機構與零件各部分。其中對清洗系統(tǒng)、規(guī)避機構等做了較詳細的分析，并做了較簡單的校核。關鍵詞：清洗滾筒；變速機構；規(guī)避機構；升降機構Drum fence cleaning machine is designed for urban roadsAbstract：The design is to achieve movement through the hydraulic transmission, electrical control. Begins with analysis of the urban fence sweeper centralized common program by comparing the selected program. To analyze the working part of the washing machine, and some important parts to do the exact strength check and design the entire mechanical movement of bodies and parts of the various parts of the knowledge of the use of dynamics, and mechanical principles. Cleaning system, to avoid institutions, which do a more detailed analysis, and to do a simple checkKey words：Cleaning roller; speed change mechanism; circumvent institutions; lifting mechanism 41、前言：想起環(huán)衛(wèi)工人，人們腦海中總會容易浮現(xiàn)這樣的一幅畫面：馬路上，戴著口罩，拿著大掃帚和抹布，頂著烈日工作。如今，在北京，上海，廣州等發(fā)達城市，人們在街上看到的不再是環(huán)衛(wèi)工人在工作，而是越來越多的環(huán)衛(wèi)機械露面了。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活環(huán)境要求越來越高了，在人口集中度很高的城市，垃圾的處理水平代表了一個城市的經(jīng)濟發(fā)展水平和文明程度。以廣州為例，目前廣州大部分的家庭生活垃圾收集率達到 45%左右，廣州每天產(chǎn)生5000 多噸，絕大部分市實現(xiàn)袋裝收集，壓縮中轉，密封運輸，據(jù)了解：廣州環(huán)衛(wèi)機械化程度已經(jīng)達到 80%，比建設部要求的 40%的標準高出一倍,我國環(huán)衛(wèi)車輛經(jīng)過 30 多年的努力，從無到有，從局部使用到大量推廣使用，基本形成了一個品種比較齊全，技術水平較高的新興產(chǎn)業(yè)，全國約有 100 余家各類廠家生產(chǎn)的環(huán)衛(wèi)車輛，為環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)提供了大量裝備，改善了工人的勞動條件，提高了城市現(xiàn)代化管理水平。我國垃圾處理設備起步較晚，經(jīng)過十多年的努力，雖已有了一定的基礎，但與國外相比尚有一定差距,掃路機在 90 年代前都是國內自行研制生產(chǎn)，品種少、技術性能不高。90 年代后，在引進、吸收國外先進技術的基礎上，開發(fā)生產(chǎn)了大、中、小型多種掃路機，基本型式為吸掃結合，使我國掃路機達到了比較先進的技術水平。主要生產(chǎn)廠家有長沙的中標公司，揚州的船舶集團公司、滬州機器廠、天津掃地王公司、北京天路通科技有限責任公司等。國內生產(chǎn)的各種掃路機基本上滿足了國內市場需要，已很少進口。雪后留心的市民在出行中注意觀察的話可以看到，由于氣溫逐漸回升，快行道上布滿融化的殘留冰水，由于機動車的飛濺導致道路中央潔白的隔離護欄污濁變色，與周圍的環(huán)境不協(xié)調，影響市容市貌。為了讓精美漂亮的護欄潔白如初，確保市容環(huán)境干凈整潔。在公路交通中，廣泛采用了隔離柵欄的物理隔離方法，使不同車種。不同行駛方向的車輛以及人車分離，以確保交通安全。由于機動車輾壓道路污水，灰塵，致使道路柵欄污濁變色，與周圍環(huán)境不協(xié)調，影響市容。由此帶來了柵欄的清洗問題，過去由人工清洗，動作緩慢，效率比較低，同時既帶來了清潔工人自身的人身安全問題，阻礙交通。為此專門開發(fā)研制了道路隔離柵欄清洗車，極大的提高了清洗效率，保障了清潔工人的人身安全，美化了市容，這種清洗車的開發(fā)給城市清潔工作帶來了極大的方便，有非常廣闊的開發(fā)前景。52. 國內外研究現(xiàn)狀：在我國的大中城市道路欄桿大部分是鐵柵欄，由鋼管，鋼筋或鐵條焊接而成，多段（節(jié)）柵欄采用焊接或者螺栓連接而成，鐵柵欄與路面固定或者做成帶底盤的可移動的、式的，柵欄高度約為 11.5 不等，長度長達數(shù)千或者數(shù)萬米，形狀各異，主要用于快車或慢車道，上行或者下行的隔離柵欄，目前城市道路柵欄有三種清潔方式：（1） 人工清洗方式，勞動強度大，效率低，成本高，危險性高，影響市容；（2） 利用灑水車的消防龍頭沖洗柵欄，這種方式耗水量大，效果差；（3） 刷涂新漆，應付每年的文明城市達標或者評比檢查；國內的一些柵欄清洗機大多數(shù)采用單邊滾筒式滾刷工作；工作效率不高，而且不能同時對柵欄兩邊進行清洗。國外的發(fā)達國家，荷蘭等國柵欄清洗機方面已經(jīng)進入人工智能階段化、數(shù)字化方向發(fā)展，由單一的作業(yè)功能特征向集作業(yè)、信息、監(jiān)管為一體的綜合功能特征方向發(fā)展，使國內環(huán)衛(wèi)裝備水平滿足現(xiàn)代化國際大都市發(fā)展的需求，并建立起具有一流技術、符合中國國情的環(huán)衛(wèi)作業(yè)裝備系統(tǒng),世紀年代末以來，我國環(huán)衛(wèi)車輛的研發(fā)機構、改裝生產(chǎn)企業(yè)通過引進、消化、吸收國外先進技術，加快了國產(chǎn)環(huán)衛(wèi)車輛新產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，使國產(chǎn)環(huán)衛(wèi)車輛的技術裝備水平得到較快發(fā)展和很大提高，改變了傳統(tǒng)的環(huán)衛(wèi)作業(yè)方式，由人工作業(yè)向機械化、半機械化方向發(fā)展，環(huán)衛(wèi)車輛的裝備技術由簡易型向技術密集型方向發(fā)展, 目前存在的主要問題是，垃圾處理設備生產(chǎn)還沒有形成像環(huán)衛(wèi)車輛那樣一個產(chǎn)業(yè)，缺少專業(yè)生產(chǎn)廠家，只是根據(jù)訂貨臨時尋找某個生產(chǎn)廠家組織生產(chǎn)，不利于產(chǎn)品性能的提高和垃圾處理設備產(chǎn)業(yè)的形成。3. 設計方案的確定：3.1 整機方案的確定：本機是通過液壓臂懸掛于 BJ1059VCJD62 清洗車上，由液壓升降機構自由調節(jié)高度，并配備規(guī)避裝置，高壓清洗系統(tǒng)，能有效的對道路柵欄清洗機的道路柵欄清洗機，其整機工作樣式圖如下：6圖 1 主要技術性能參數(shù)表Table 1 the main technical performance parameters table外形尺寸 70*120*160 最大清掃速度 5km/h底盤型號 奧鈴 BJ1059VCDJ62 最大清掃能力 500mh副發(fā)動機型號 五十鈴柴油機 不銹鋼水箱容積 800L最高行駛速度 95km/h 垃圾箱底部型式 平底最大清掃寬度 1.5m 滿載最大質量 5200kg 3.1.1 整機特點（1）.采用液壓式懸掛式側前置柵欄清洗機工作頭中置四盤刷后置吸嘴并在吸嘴內設置臥掃的掃，吸工作裝置總體結構配置形式，并具體有清晰效率高，清洗寬度大，清掃速度高，掃凈度等優(yōu)點。（2）.各部分清掃獨立或聯(lián)動工作。（3）.清掃具有自動避讓保護功能和自動復位功能，滾筒轉速可根據(jù)各種不7同清掃工況調速選擇度高，中，低三檔。（4）.液壓系統(tǒng)有副發(fā)動機取力和汽車動力分別控制，方便使用和維修；（5）.灑水系統(tǒng)通過本身的廢水回收系統(tǒng)能有效克服清洗作業(yè)時產(chǎn)生二次污染；（6）.液壓式系統(tǒng)通過采用疊加式電磁換向閥向閥組高度集中而成。（7）.控制開關集中安裝在駕駛室內，所以電控操作可以在駕駛室內完成。3.1.2 動力選擇：液壓式：操作力大，體積小，動作平穩(wěn)，其特點是漏油會影響系統(tǒng)的工作性能，液壓油的粘度對溫度的變化敏感；氣動式：氣源方便，維護簡單，易于獲得高速度，其缺點是操作力有限，體積大，空氣壓縮性大，速度難控制困難，動作不平穩(wěn)，控制有滯后現(xiàn)象；電動勢：動力源方便，操作力較大，其缺點是需要設置減速機構，結構復雜，或許要特殊電機驅動；綜上所述本設計選用電動式驅動裝置。本設計是道路柵欄清洗機采用動力是柴油機，柴油機動力型號是 Deutz BF4M1013C,該柴油機采用水冷式對發(fā)動機進行冷卻，額定功率為 112KW，最大扭矩為 570Nm,額定轉速為 2300/min,副發(fā)動機采用的是五十鈴技術的柴油機,額定功率為 25KW，額定轉速為 3000r/min冷卻方式為水冷。經(jīng)過試驗清洗刷清洗灌刷對柵欄的正壓力為 F=200N 。磨檫系數(shù) f 取 0.2 則磨檫力為 40N因有四個滾刷故磨檫力 F=160N 滾刷轉速設定為 900r/min，其清洗速度V=5.0m/s.則其所需功率：P= 0.8KW （1）10FV0/5*6Nsm故選用 J04-21-2 功率為 1.5KW，電壓 220V 轉速 n 為 2860r/min 重量的電機4 工作頭部分設計及其計算4.1 道路柵欄清掃機工作頭設計方案的確定本人設計的清洗頭所需采用的是四滾筒，電力驅動雙邊清洗，能自動調節(jié)并配8液壓提升機構車載道路式柵欄清掃機其整機工作原理圖如下：圖 2 清洗機工作頭工作原理1 電動機 2 變速箱 3 滾筒刷 4 規(guī)避裝置1. motor 2. gearbox 3. roller brush 4. circumvention devicesFigure 2 washing machine head works旋轉刷洗系統(tǒng)主要有變速機構，規(guī)避裝置，滾刷軸，毛刷組成，通過安裝在清洗頭上的電動機，通過變速箱帶動滾刷旋轉。壓力沖水系統(tǒng)由水泵，軟管，壓力表以及噴管等部件組成，噴管固定在框架上部，自上向下噴洗柵欄桿，噴水系統(tǒng)有三個作用：首先它是對欄桿進行沖洗，出去欄桿上的浮塵，然后對欄桿進行預潤濕，接著是配合旋轉毛刷的刷洗工作，最后沖去毛刷刷掉的贓物。在對柵欄清洗頭的開發(fā)中，關鍵是專用裝備-清洗刷的設計，根據(jù)清洗刷的工作原理及結構可以分為盤刷式清洗刷，滾筒式清洗刷，滑塊式清洗刷，根據(jù)清洗刷的工作方式等形式。盤式清洗刷如圖 1 所示，清洗刷旋轉軸和柵欄垂直，刷毛的排列方式方向與旋轉軸平行，9圖 3 盤式清洗刷Figure 3 disc cleaning brush滑塊式清洗刷結構如圖 2 示，清洗刷上下移動的平面和柵欄桿式平行的，刷毛的排列方向垂直。圖 4 滑塊式清洗刷Figure 4 slider cleaning brush滾筒式清洗刷的結構如圖 3 所示，清洗刷的旋轉和柵欄平行，刷毛排列方向和旋轉方向垂直；10圖 5 滾筒式清洗刷Figure 5 roller cleaning brush通過比較盤刷式清洗刷，滑塊式清洗刷，滾筒式清洗刷等的優(yōu)缺點，經(jīng)過考慮，本設計采用滾筒式清掃清洗刷。滾筒式清洗刷主要大部分用于各種高級公路柵欄的快速清洗工作，基本配置采用自行式底盤，以液壓等輔助設備，輔助以射水清洗，預濕，清洗等工作，單向行使但是同時雙邊作業(yè)作為設計思想，整機有清洗效率高，自動化程度高，工作比較可靠，機動性能比較好和操作方便，維修簡單等優(yōu)點。護欄清洗機中滾刷是其主要的工作執(zhí)行機構，滾刷的直徑是 30CM，滾刷通過的一級齒輪帶動向前行駛，利用刷子的強磨檫力和附加的高壓射水沖洗雙重作用，使附著在柵欄趕上的污垢和灰塵得到徹底的清洗，化市容環(huán)境。4.2 清洗滾筒的設計計算大，中城市的道路柵欄桿大部分都是鐵欄桿，有鋼管，鋼筋或者鐵焊條焊接而成，多段（節(jié)）柵欄高度 11.5m 不等，故本機整體高度 1.6m.因考慮到本機體機等因素，毛刷的直徑選擇 0.3M 的，滾涌直徑選用 45 號鋼。如圖所示:11圖 6 滾刷Figure 6 Gunshua the4.2.1 滾軸設計計算：因本軸受的彎矩不大，則用降低許用壓力的辦法予以考慮，在軸的機構設計時，通常用這種方法初步估算周徑。軸的轉矩強度條件為(2)adnMP93.2.0P95WTT3式中 -扭轉切應力 Mpa；TT-軸所受的扭矩， ；mN-軸的抗扭距截面系數(shù)，mm ;T 2n-軸的轉速，r/min;p-軸傳遞的功率，KW；d-計算截面處軸的直徑，mm；許用扭轉切應力，Mpa 見表 15-3. 16表 2 軸中集中材料的 及 A 值T0Table 2 shaft centralized material and A value軸的材料 Q235-A 20 Q275 35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr 35SiMn38SiMnMo 3Cr1312)MP(aTA015 2514912620351351122545126103355511297由上式可得軸的直徑：d (3)mnPAn6.22.0950.295P3033T3T 式中 A = ，查表 15-303.T故取 30mm 符合要求應當指出，當軸截面積上開鍵槽的時候，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度削弱，對于直徑 d 100mm，有鍵槽的時候，周經(jīng)增大 5%-7%，然后將軸圓整為標準直徑。滾刷裝配時只需對連接的中的螺栓施加較小的預緊力，所以不考慮預緊力和螺紋磨檫力的影響，故螺栓連接的擠壓強度為(4)FP0PMINsLd螺栓桿的剪切強度為(5)5.2104.320Sd式中 F 為螺栓所受的工作剪力，N; d 為螺栓剪切力的直徑，mm L 為螺s MIN栓與孔壁擠壓面的最小高度，mm Lmin ; 為螺栓或者孔壁0.p材料的許用擠壓力，Mpa；見機械手冊 164.2.2 毛刷的排列如圖 12 所示，清洗刷旋轉與柵欄平行，刷毛排列方向與旋轉方向垂直13圖 7 毛刷的排列Fig 7 brush arrangement4.2.3 毛刷的材質刷毛的材料采用塑料，鑲嵌的方式鑲嵌在滾刷軸上。4.3 滾刷軸承型號的選擇和計算工作提條件：由成本及工作環(huán)境決定選用角接觸球軸承，軸承徑向載荷F =300Nr軸向載荷 F =200N,軸承轉速 n=900r/min，裝軸承處的軸徑直徑可在 30mm50mm，范圍內選擇旋轉時有輕微的沖擊，預期計算奉命 L =5000hh求比值:(6)0.6732FR根據(jù)機械手冊，角接觸球軸承的最大 e 值為 0.56，故此時 erF.初步計算當角動載荷中:由 p= )(YFxfrp查設計手冊，f =1.0-1.2, 取 f =1.2; X=0.56 Y 值需要在已知型號0p和基本額定靜載荷 C 后才能求出，先暫時選金似中間值，取 Y=1.5 則：561.7N20)1.3(.5612P求軸承應有的基本額定功率動載荷值：C=P (7)nLH306614按照設計手冊選擇 C=1.6810 N 的 7206AC 軸承，此軸承的基本額定靜載荷4C =1.2210 ,驗算如下 :04（1） 求相對軸向載荷對應的 e 值與 Y 值，對角接觸球軸承取 f =14.6,則相0對軸向載荷為 ，在表中介 0.172-0.345 之間，296.017.40CFf對應的 e 值為 0.190.22，Y 值為 2.301.99（2） 用線性插值法求 Y 值：(8)2.060.172)-(.345.94)-(921.9Y故 X=0.56 Y=2.06（3） 求當量的動載荷 P:P=1.2(0.56300+2.08200)=700.6驗算 7206AC 角接觸球軸承完全滿足工作要求。4.4 變速機構設計(1)滾筒刷的轉速可以根據(jù)已知的清洗速度 V=35m/s，滾筒的半徑R=0.15m，再由公式計算；W=V/R=9.3rad/s 即 n2=1.48r/s已知電動機的轉速 n=2860r/in根據(jù)清洗效果圖分析取滾筒的轉速 n2=15r/s 則 i= ,故選用一級圓柱齒18.32n輪減速器如下圖所示：圖 8 變速箱Figure 8 gearbox選擇齒輪材料以及確定的許應力為：小齒輪用 40Cr，滲碳淬火，齒面硬度為 260HRC，大齒輪選用 45 號鋼，調質，齒面的硬度為 225HBS。查閱機械設計手冊得 =700Mpa =570Mpa,imHLimHL15=240Mpa =190MpaimHLimHLSH=1.1,SF=1.3 于是許應力為： = 1/SH =700/1.1=636(Mpa)；HiL = 1/SH =570/1.1=518(Mpa)；im = 1/SF=240/1.3=185(Mpa)；iL = 1/SF =240/1.3=185(Mpa)Hi = 1/SF=190/1.3=146.1(Mpa)imL(2) 按齒輪彎曲強度計算設計：選 8 級精度齒輪，查表取載荷系數(shù) K=1.4，尺寬系數(shù) 小齒輪的傳遞的轉矩：4.0aT1=9.55 （9）16 )(10.5269P3mNn在減速器中，齒數(shù)比 u=i=3.18.中心距（10）6.518.340.)583()1.(KT35121H uu）（）（取 ，則 ，則 ，則模數(shù)81Z78Z12i Z2M= （11）6.1521圓整為表準值，取 m=2mm，確定中心距：)(7)8(2)(21 mZm（12）齒寬： b= )(5.30764.?。?b =35mm b =32mm 11(3）校核齒輪彎曲強度：由機械設計手冊查得 Y =2.87 Y =2.35 】 41F2F=1.742SY16齒輪彎曲強度（按最小齒計算）123122 )(07.21854.0.54 FSF MPaZbmYKT （13）27.09YS1FF2 2FP25.41.873）（ a（14）(4）計算齒輪的圓周速度：)/(39.5106smnd（15）查表可知，選用 8 級精度的齒輪是合適的。4.4.1 齒輪軸的計算選擇軸的材料，并確定許應力為：選用 45 號鋼調質處理，查機械手冊得強度極限 =600Mpa 許用彎曲應力 =55Mpa C=110Bb1-13確定輸出端直徑：按鈕轉強度估算軸的直徑，則：d=C mm 85.260.P33n（16）考慮軸上有鍵槽，將軸的直徑增大 5%，則：d=8.85 mm29.%)51（此段軸的直徑和長度應與聯(lián)軸器相符，聯(lián)軸器選用 TL2 型彈性圈柱銷聯(lián)軸器，其軸孔直徑為 14mm，與軸的配合長度為 32mm ，故軸的輸出直徑應取 14mm.17圖 9 高速軸Figure 9 high speed shaft4.4.2 第二軸的設計：選擇材料，并確定許用應力：選用 40Cr 正火處理，查機械手冊 得強度極限4【=800Mpa 許用彎曲應力 =75Mpa C=110Bb1確定軸輸出直徑：按照扭曲強度計算輸出直徑 其n r/min23.891.602id= mnPC40.123.89103（17）考慮到軸上有鍵槽，將其直徑增大 5%，則：d=11.40+(1+5%)=11.94mm取整 d=12mm如圖所示：圖 10 低速軸Figure 10 Low-speed shaft18此段軸的直徑和長度應與聯(lián)軸器相符，聯(lián)軸器選用 TL2 型彈性圈柱銷式聯(lián)軸器，其軸孔直徑為 12mm ，與軸的配合長度為 32mm，故軸的輸出端直徑取 12mm .4.4.3 軸的輕度校核(1）由于軸主要是承受轉矩，彎曲變形可以忽略不計，所以，按鈕距計算：(18)0.2P195WT36nd查表得 =30MPa14式中： 為軸的扭切應力，Mpa；T 為轉矩， ，W 為抗扭距界面系數(shù)，mNt為對圓截面軸 W = ;P 為傳遞的功率，KW；n 為軸的轉速，r/min 3mt 332.016d；d 為軸的直徑，mm; 為許用應力，Mpa.選用 45 號鋼調質 查機械手冊得 C=110 14將公式變?yōu)椋篸 （19）85.260.0.219533336 mnPC所以，所選軸合格。(2）第二軸的校核查選用 45 號鋼 調質 查機械手冊得 C=110 表 =40Mpa 14d （20）133 05.7.890PCmn所以所選軸合格。4.5 機構的設計及其計算事件證明，刷毛旋轉伸開半徑的 1/3-1/2 時清晰的效果最好，H 過大時就會使毛刷脫離柵欄表面，失去作業(yè)技能；H 過小又會增大消耗功率，甚至出現(xiàn)滾刷卡斯機架或者損壞現(xiàn)象。怎樣去保證 H 的值是關鍵?？紤]到作業(yè)時的作業(yè)機構整體布局和安裝維修方便，滾刷規(guī)避機構設置在前臂或者后臂之間的位置上，規(guī)避機構的工作是通過彈簧來實現(xiàn)的是 H 值得到迅19速恢復，從而達到恒定滾刷柵欄表面的正壓力的目的。在初始狀態(tài)下不全展開的時候，經(jīng)試驗測定滾刷對柵欄表面的正壓力為 150200N 即 F=150200N 。這里的 F ，就是初始狀態(tài)下用于規(guī)避機構與 P 相平衡的力是設計規(guī)避機構的重要的依據(jù)。前臂用 L1 表示，后臂用 L2 表示滾刷轉動。設定初始狀態(tài)下前后臂之間的夾角 ，I=30mm L=50mm F=200N 則由30公式 1 可計算出發(fā) f=333.8NLf根據(jù) f 選用的合適的規(guī)避裝置圖 11 規(guī)避機構Fig 11 evasion mechanism4.5.1 承受變載荷的圓柱旋轉拉伸彈簧設計具體的設計方法和步驟如下：(1)根據(jù)工作狀況具體條件選定的材料，并查取機械性能數(shù)據(jù)。(2)選擇旋繞比 C 58 并查表 算出補償系數(shù) K 值。 14(3)彈簧螺旋伸角 ，對于圓柱螺旋壓縮一般取 范圍內選取。一般-95右旋。(4)初選彈簧絲的直徑 d，有公式：d P1.6KCMAX（21）因彈簧在一般的載荷工作環(huán)境下，可按第類彈簧來考慮?，F(xiàn)在選用組20碳素彈簧鋼絲。并在根據(jù) D-D ，故取彈簧直徑為 3.0，暫2m4-18時選 =12757MPa,且可知 =0.5 ,5.2 根據(jù)強度條件計算彈簧鋼絲B75直徑現(xiàn)在選取旋繞比 C=6， 則有：K= 1.264-C0.614-（22）由上式可得 d (23)3.1567.231.KP1.6MAX, 改取 d=3.2mm 查 得 =1176Mpa, =0.5 =588.4Mpa ，取 D4BB=18 C=18/3.2=5.625 計算得 K=1.253 ，于是有2D m17.35.86214.36.CP1.6MAX （24）上值與估計取值相近，彈簧鋼絲標準直徑 d=3.2mm（與計算值 3.19 僅差 0.6%可用）所得尺寸與問題中的限制條件相符，合適彈簧的圈數(shù)可根據(jù)空間的大小選取 n=104.6 清洗系統(tǒng)的設計水泵的選擇與本機所配備的副發(fā)動機相匹配輸出的高壓水輸送到清洗工作頭，壓力控制通過閥門。4.6.1 高壓噴管選用(1）噴水系統(tǒng)的工作要求水流沖擊對物體時產(chǎn)生的一定的打擊力，水流速度越高水流量越大，打擊力越大，對欄桿的清潔效果也就會愈好，當水壓小于 1Mpa 時，只能沖掉柵欄上的浮塵，粘著力小較強的痰跡或者其他的硬物垃圾不能被沖洗掉，當水壓大于2Mpa 時，不僅可以沖洗掉柵欄上的粘著力比較小的贓物，還能沖洗掉粘著力比較強的痰跡等垃圾，當水壓進一步伸高時，超過 3Mpa 時，清潔效果較好，但能夠剝離粘著力比較小的油漆，同時水流較大，對操作人員和路上行人有一定的危險性，不宜采用，本實驗采用兩種工作水壓：08Mpa 2.0Mpa 有車載系統(tǒng)水泵提供。(2）噴管的分布設計21噴管是噴水系統(tǒng)中的執(zhí)行部件，噴水管平裝在框架上部，超過欄桿上端約0.3m .噴管上布置一定數(shù)量的噴嘴，自上而下噴水，沖掉柵欄上的贓物或者浮塵。噴管上的噴嘴布置原則是，噴管前端（以汽車前進方向為前，集中布置一組噴嘴，對欄桿上進行預濕和對欄桿上的贓物進行沖洗，耗水量占總水量的 60%左右；噴管中部分均布贓物布置幾只噴嘴，配合毛刷的刷洗工作；噴嘴后部的幾只噴嘴沖洗掉旋轉毛刷刷掉的贓物。(3）廢水的回收是通過裝載在車上的真空吸力泵安裝在清洗頭的頭部，動力仍然有副發(fā)動機提供動力，(4）高壓噴管的選用管仲水流的壓強 P=2MP 它作用在半徑為 D 為 L 的管內圓珠臂上的圓柱面上，設管的斷裂指出張力為 F ,按照公式可得：XF (25)PYL在壁厚為 (26)2只要 小于棺材的許用應力，則在正常的情況下，管子就不會破裂。噴頭噴射角 30 成扇形，噴頭的鏈接可以相愛用螺紋，或者焊接，本設計所用噴頭均采用銅焊接與高壓水管連接。噴頭按要求選用。5吊臂的校核計算本機設計的整機重量約 140，即 G=13010=1300N=1.3KN普通鋼材的許應力為 =150MpaAN則要求 A 故掛壁的直徑要大于算得值，因考慮一些其他的地方的要求掛壁軸直徑 D=30mm估算變速箱的重量為 10，則 F=G=100N根據(jù)公式 )(16.540.342MPa（27）由上式分析計算可知螺釘來連接即可。具體的設計見道路柵欄清洗機機臂的設計計算陳勝利6. 結束語22通過這次的設計，是我對多學的知識有了更深刻，更新的認識，個人能力得到了很大的提升，同時也認識到自身的不足。本次設計主要是針對城市道路柵欄清洗機工作頭的研究，而對于它的底盤，傳動系統(tǒng)部分制作了很簡單的介紹，在設計過程中充分考慮到城市道路柵欄的特點及其該設備在清洗過程中所需要的運動方式，做到設計結構緊湊，比較美觀，適用的特點。同時還保證了它的結構安全可靠性能，設計中大量采用了標準元件，是該設備的生產(chǎn)有很高的經(jīng)濟效益性，實現(xiàn)了一定程度上的自動化，使它的工作效率，工作強度都有了較大的提高，節(jié)省了人力，美化了城市環(huán)境。當然，由于本人知識和實際經(jīng)驗的不足，設計時間的短促，設計需要的一手資料不是很充分，以致設計存在很多的不足之處。從設計原理來看，本設計還有很大的改善空間，在設計中好有很多不是很關鍵的零部件沒有進行校核，使得設計還有很多需要改進的地方，同時本設計的經(jīng)濟實用價值還有待考驗，希望以后類似的機構設計者，能更好的，更完美的將它的工作潛力完全釋放出來。再次感謝全老師四年以來的悉心指導，本人各方面都有質的飛躍。參考文獻1 徐學林主編.互換性測量技術基礎.長沙：湖南大學出版社.2005:66-69.2 章宏甲等編.液壓行動.北京：機械工業(yè)出版社.2000:54-59.3 孫恒等編.機械原理.第六版.北京：高等教育出版社.2000:62-69.4 濮良貴等編.機械設計.第七版.北京：高等教育出版社.2001:84-86. 5 朱張校主編.工程材料.第三版.北京:清華大學出版社，2001:91-95.6 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室，程薪等編.理論力學.第六版.北京.高等教育出版社2002：32-35.7 梁天才，梁磊，何維慶等.高等級公路護欄清洗機規(guī)避裝置【J】工程機械，2004（8）19-21.8 趙強，李永勝，王建安等.HXC600型防護撞護欄清洗車餓基本設計【J】新產(chǎn)品.新技術 1995：87-91.9 寧維慶，蘄長征.護欄清洗車滾刷規(guī)避機構的設計計算【J】.筑路機械與施工機械化1996（6）：67.2310 葛如海清洗車滑塊式清洗刷清洗效果分析【J】江蘇理工大學學報,1995:44-5011 葛如海 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