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　　摘要 近年来清扫机层出不穷,较为常见的是汽车清扫机,汽车清扫机的出现大大减少了人工。但汽车清扫机只能在主干道和平坦的公路进行清扫,且汽车清扫机结构复杂、成本高,使用数量较少,环卫工人的工作强度并未减少。电动清扫机逐渐发展起来,但是清扫机的蓄电池较重、电压变化等 针对这种情况，了一种扫式小型。城市住宅小区、厂矿、小街小巷等比较狭窄及有台阶的复杂路面。基于人杌工程学的设计理念和设计理论，从人性化设计、功能区的布局和总体造型3个方面对小型清扫车进行了创新设计。此设备属中小型清扫工具，可以对各种大小的垃圾进行清理，两侧的清扫刷可方便的清扫墙角及靠近障碍物的地方。其特点是操作方便，结构紧凑，节能环保。在实际使用中，得到很好的作业效果。 本文小型清扫车三轮式布局轮子是驱动轮，前面是转向轮子。主要包括、传动链、盘刷介绍了方案设计选择、齿轮的设计，以及的设计计算，的设计，扫盘的设计详细设计。确定出各个机构零部件的尺寸及型号后，并对其进行了校核以保证其能够满足设计要求。由于该设备的零部件相对比较普通易于制造，因此该设备的制造成本较低，是一种较为理想的经济实用的道路清扫工具。 关键词：小型车式 The designing of a minitype hands push road sweeper Abstract A minitype hands push road sweeper is designed for road cleaning on complex roads which is compare narrow and has stairs in residential quarters of city, factory area, back street and so on. Combined with the future developing direction, based on ergonomics, a new small cleaning Vehi: ele wag designed. The innovating design considered humanization, aesthetics, and environment protection. The humanization design, function areas layout, and general modeling were introduced. This equipment is the medium and small sweeper, which can carry on the cleaning to each kind of trash. Both brushes can facilitate to sweep the wall corner and the near obstacle clearly. It features simple operation, compact structure, and high efficiency and it is better for energy conservation and environment protection. The article introduces design theory, design plan of mostly parts and technology parameter of this vehicle. In this article, massive materials can be collected. One more ideal corridor sweeper design proposal has been determined by analysis and comparison of the different scavenging arrangement. Then the concrete structure design calculation can be made according to this plan. The structure of this equipment can be made more compacted. The strength of all parts are calculated, and they all guarantee the request of design. Because the parts of equipment can be made quite easily, and the production cost is quite low, it is one more ideal economical practical corridor sweeper. Key Words: A minitype hands push road sweeper the design environmental protection Production cost 目录 摘要 2 第一章 绪论 5 1.1背景和意义 5 1.2国内外研究现状 6 1.2.1国外研究现状 6 1.2.2国内发展现状 6 1.3本文研究的内容 6 第二章 清扫车方案设计 8 2.1 清扫车概况 8 2.2清扫车的方案确定 8 第三章 主滚刷电机的选择 9 3.1 相关计算 9 3.2 电动机的选择 10 第四章 滚刷V带传动设计计算 14 4.1 V带的带型选择及优缺点 14 4.2 对V带轮设计的主要要求 14 4.3 带轮材料的选用 14 4.4 传动比的计算 14 4.5 带轮的选择设计 15 第五章 主轴的设计计算 23 5.1 主轴的结构设计与计算 23 5.2 轴的校核 24 第六章 清扫车清扫盘结构及设计参数 11 3.1 盘刷的概述 11 3.2 盘刷系统避让装置设计 15 3.3 盘刷磨损及寿命计算 18 总结 21 致谢 22 参考文献 23 绪论 1.1背景和意义 近些年来，随着我国的经济迅速发展，人民生活水平也得到很大的提高。人民对城市的卫生、道路清洁程度也越来越重视，之前城市道路的清扫都是依靠环卫清洁工人的双手来清扫，这种的方式显然已经变得很落后落后，不再能够满足当今大中城市对现代化环境卫生工作的发展需求。人工清扫，工作效率低，工作量大这就会在很大程度上阻碍了城市道路环境卫生工作向更深的层次方向发展，对城市的整体形象造成了很大的影响，对人民的生活环境也会造成很大的影响。因此，全国各地的环境卫生部门对城市道路清扫作业机械化程度的提高提出了迫切的需求。依据城市道路建设部门的量化要求，大中城市的街道清扫作业机械化量需要占到城市道路清扫作业量的百分之六十以上。目前，随着我国经济的迅速发展、人们对健康生活环境的需求，大大地推动了道路清扫机械领域上的发展，并且使它获得了持续发展的动力。因此对当前存在扫路车进行持续不断的深入研究和科技创新的问题，迫切得以解决。纵观这十几年，我国道路清扫车快速发展，其产品从以前单一的纯扫式发展到现在的多种型式，多形式的扫路车以致满足我国不同地方不同气候的需求。不管是产品的质量何时性能等各方面都得到了迅猛提高，尤其是在改革开放之后，通过从国外进口一些扫路车，将国外的扫路车与国内的相结合，取其精华，去其糟粕，将各自优点相融合，使得我国扫路车的产品性能、质量以及可靠性得到很大程度的提高。不过现在，由于我国在一些诶技术领域上仍然相对落后，使得我国道路清扫车的整体水平同国外一些发达国家的扫路车水平相比，还有一定程度的差距，尤其是在产品的性能方面，仍存在较大的差距。为了使我国的道路清扫车水平在较短的时间内得到提高，缩小和一些发达国家道路清扫车性能水平上的差距，满足我国环卫部门对城市街道清扫作业的要求，扫路车制造企业应该加大对道路车性能方面的研究。只有明确扫路车的研究方向，从扫路车的基础研究方面入手，根据中国城市街道对扫路车的要求，研发出高质量、高性能，低成本、符合中国国情的扫路车。 针对目前国内清扫车在适用性和功能方面存在的不足和价格相对较高等缺陷，研究开发出成本较低、有三个旋转清扫盘、能够同时具备清扫路面及台阶角落垃圾功能的电动清扫车。即在现有配备两个旋转清扫盘刷的清扫车基础上，增加一个旋转清扫盘机构和装置，能够调整控制清扫的方向和位置，具备清扫台阶及角落垃圾的功能。 1.2国内外研究现状 1.2.1国内发展现状 一种先进的技术装备的研制，必然经历一个逐步完善的过程。为了拥有先进的技术装备，满足国内市场的需求，国内不少城市从20世纪60年代就着手组织科技力量研制扫路车。虽然到目前，我国研制生产扫路车已有50多年的历史。但相对于国外发达国家，我国扫路车从技术水平、操作性能、清扫效果等方面都存在一定的差距。目前我国生产扫路车的企业有30余家。从产销量和技术实力上看，中联重科中标事业部（原长沙中标实业有限公司）、烟台海德专用汽车有限公司和福建龙马环卫装备股份有限公司等厂家处于行业的领先地位。国内扫路车的技术主要来源于三方面。一是借鉴国外同类产品的先进技术，并结合我国现有的技术能力以及我国国情，自行开发的产品。二是直接引进国外技术的产品。三是从国家科研院所转让技术，再在生产中进行改进的产品。总体而言，我国目前并没有专门的道路清扫车技术研发中心，没有专门的自主研发知识产权。再研发上投入的资金也相对比较少，因此使得我国清扫车产品在整体技术水平比较低。特别是在控制系统、清扫效率和专业化清扫等方面与国外产品有相当大的差距。国内企业已经认识到，随着外资企业的不断进入国内市场，竞争将越来越激烈，产品的技术水平将成为重中之重。国内大多数企业都在积极引进国内外先进技术与外国公司进行合作，以提高自己的技术含量较高的产品。在借鉴国外先进技术的基础上，开发新型路面清扫车以期形成产品多功能化、系列化，并进一步提高产品的清扫效率。 1.2.2国外研究现状 在工业相对发达的国家，在19世纪末半岛真人，就有人着手研究道路清扫车，到20世纪20年代，在市场上已经出现有大型中型的扫路车销售。近年来，随着科学技术水品的提高，国外生产厂家对产品性能不断改进、研究，采用各种先进技术和优良的配套元件，制造出多种总体布局合理、具有优良险能的各类扫路车。从1894年英国发明第一台马拉扫路车算起，扫路车的发展历史已超过百年半岛真人。日本、美国、德国、英国等国家从20世纪30年代开始就形成了扫路车量产。目前国外先进的扫路车，都在不断地提高，甚至出现了机、电、液一体化的智能水平。以美国某公司生产的扫路车为例，其功能动作设计包括了清扫工作中遇到的各种问题，垃圾箱液压倾倒、盘刷的伸缩、旋转、提升、避障、记忆、警示、自我保护及检测等。利用计算机、液压、传感检测、信息处理、自动控制和接口等技术达到机、电、液一体化智能控制的目的。扫路车上使用了温度、物位、倾角、转速、货重、液位、避障、压力、电量等多种传感器。由传感器采集扫路车控制所需的各种信息。这些信息被送到中央控制计算机，进行运算、存储、变换、加工等处理，控制系统发出各种命令，执行机构按照要求实现功能。 1.3 研究的主要内容本课题要求是设计一种简单，经济实用的，其关键问题就在于如何很好的实现清扫功能。尤其使传动系统、整体结构、工作装置的设计。 其主要设计内容为： 1、扫地车的方案设计； 2、电机的选择；3、 3、轴设计； 5、传动的设计； 清扫盘设计7、绘制清扫车的零件图及装配图；  第二章 清扫车 2.1 清扫车概况 按清扫方式小型扫路车可分为纯扫式、纯吸式和吸扫式三类。小型清扫车特点图下：纯扫式小型扫路车依靠位于扫路车两侧的蝶形刷和位于扫路车中部的滚筒刷的相互接力完成对路面的清扫此扫路机所需功率小，操作简单，其主要缺点是对尘土特别是细小颗粒的尘土清扫效果差清扫过程产生扬尘纯吸式小型扫路车主要由风机、风道、吸尘嘴等组成。作业时发动机直接驱动风机将落尘箱内的空气通过出气管道输送到吸尘罩内，在吸尘罩内产生漩涡气流，罩内的垃圾在气流的冲击下悬浮起来；在吸尘嘴的另一端有吸气管道，在风机的作用下将悬浮的垃圾随气流吸进落尘箱内。此扫路机克服了纯扫式扫路车对尘土清扫不利的缺点，吸尘率较高，但它的缺点是不利于对马路边沟垃圾清除，在湿地上作业效果不好。 吸扫式小型扫路车清扫系统通过由蝶形刷和风机、风管道、吸尘嘴等组成。蝶形刷的设置加强了对马路边沟的清扫，将两侧的垃圾扫到吸尘嘴的工作区域，再由吸尘系统将垃圾吸入车内的垃圾箱。此扫路车工作效率高，适合任何道路环境的清扫，但其结构比较复杂，成本较高。使用环境要求，以及考虑到半岛真人，经济的，设计了是扫式 2.2清扫车的 电动式纯扫式清扫车如图。 式清扫车主要包括：电机，减速机，差速器，传动半轴，链传动，车架组成。工作原理为前进经过减速机传动到差速器，然后驱动后在通过链将动力传到轮胎整车进退，带有刹车盘可以刹车油泵将刹车盘夹住实现车辆停止前轮手柄，转动手柄可以实现前轮的转动；带有倾斜角度的将垃圾扫到中间滚主滚刷将垃圾扫到垃圾桶，完成垃圾的清扫：主滚刷是由独立的滚刷点机带动的，此外升降还受电推杆带动的连杆机构控制，推杆的升降可以实现滚刷与地面接触，更好清扫效果相互配合，实现清扫车的清扫工作。简图。 现有市面同类产品拟定的小型清扫车技术参数如表 表1 主要技术参数Z3040摇臂钻床进给箱三维设计 eeIV陕西理工学院毕业设计论文ee毕 业 论 文 ﹙设计﹚ 说 明 书题 目 Z3040摇臂钻床进给箱三维设计 学生姓名 ee 学号 ee 所在院(膛践牟皮机酞诲毡晴毛圆川侗坏谐捶榷森疟蜘瑟恒羡袄础呸羡裳坏峡月躬淹楼踌汕掀庙张挥耳挫仕隆谦芽扣泛爷铱饵咕楷夷殿囚辗耳荷僚巴慢纸氨 主刷直径 300毫米 工作宽度 1350毫米 最大情扫面积 700m2/h毫米 工作时间 6---8h 电池电压 36V 前进速度 0-8km/h 爬坡能力 25度 整车质量 460kg 最大吸物高度 5直径500mm 滚刷长度 700毫米 垃圾桶容量 98L 额定功率 2800W 转弯半径 1200mm 整体尺寸 1480*1350*1280 第章 电机的 3.1 相关计算 滚刷传动结构如图，路线.大带轮 6.滚刷 图3.1 滚刷传动结构图功率计算 式中： 一因扫毛与地面摩擦而消耗的功率； —因扫毛弯曲变形所消耗的功率； —因克服空气阻力转动而消耗的功率； —因扫毛与滚扫外壳摩擦而消耗的功率。 式中： —变形扫毛对地面的压力，根据实际情况取100N； —扫毛与地面的摩擦因数，取=0．4； V—扫路车工作速度，根据设计要求km／h即2.22m/s； 一扫毛圆周线速度，km／h； 根据滚刷直径=300mm，转速取=80r/min,计算得到 — 传动效率，取=0．9。 代入式子3-2，得 其他摩擦损耗较少，因此滚刷电机功率200W即可。外面工作，因此采用直流减速电机带动滚刷。资料，品牌电机如所示。 24V直流有刷电机参数 因此，选择，减速机型号为为减速机，此时电机额定功率输出最大扭矩.m,转速165r/min。 第四章 滚刷V带传动设计 4.1 V带的传动特点 本次设计采用普通。传动下列： （2）V带没有接头，传动较平稳，噪声小； （3） 缺点： （2）带对轴有很大的压轴力。 （3）带传动装置结构不够紧凑。 （4）带的寿命较短。 （5）不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。 V带的截面形状为梯形,工作面为两侧面, 带轮的轮槽截面也为梯形。 在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下, V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力大,所以, V带传动能力强, 结构更紧凑, 在机械传动中应用最广泛。根据负载情况以及工作要求，本设计选择等腰梯形V带作为动力传送带。 4.2 V带轮的设计要求 设计V 带轮时应满足的要求有： （1）带轮应具有足够的强度和刚度，无过大的铸造内应力； （2）质量小且分布均匀，结构工艺性好，便于制造； （3）转速高时要经过动平衡； （4）轮槽工作面应光滑，以减小带的磨损。 4.3 带轮材料的选用 带轮的材料主要采用铸铁、钢、铝合金或工程塑料等，灰铸铁应用最广。常用材料的牌号为HT150（v≤25m/s时）或HT200 （v=25～30m/s时） ；转速较高时宜采用球墨铸铁、铸钢或锻钢，也用采用钢板冲压后焊接带轮。小功率时可采用铸铝或塑料等材料。 由于带速不大于10m/s，所以带轮选用铸铁HT200。 4.4 传动比的计算 减速电机到滚刷处传动比 4.5 带轮的选择设计 4.5.1 滚刷轴带轮的设计计算 1、确定计算功率 带的型号可根据计算功率P小轮转速，普通。 图4.2 普通V带选型功率 式中 p为名义传动功率，即电机传动功率; 表4.2工况系数 根据表取则=0.3KW0.3KW，n＝165r/min，由图4.2选取A型V带。 3、确定带轮的基准直径dd1、dd2 一般取，若过小则带的弯曲应力太大而导致带的寿命降低；反之，则带传动的外廓尺寸增大。普通V带轮的最小基准直径见表4.2。 表4.2 V带轮的最小直径dd1min/mm V带型号 Y Z A B C D E dd1min 20 50 75 125 200 355 500 推荐直径 28 可见，最小直径为mm。A型V带小带轮基准直径为d=80mm。 则 4、带速v的验算 5、初定中心距a 即 则初取中心距=300mm。 6、计算基准长度 带长 标准基准长度见表4.2. 表4.2普通V带的 因此选取最接近的基准长度，取=990mm 7、实际中心距a a＝a+ ＝300+ ＝306.6mm 取a=310mm。 8、验算小带轮包角α 所以小带轮包角合适。 9、确定V带根数A Z＝＝ 由d=80mm，n＝165r/min,在该条件下，手册A型V带可传递的功率达0.35KW。查机械设计手册表8.8可得=0.95，查表8.3得=0.89，查表8.11得=0.05KW。计算用一根V带足以。 10、单根V带的张紧力F F=500()+qv 式中：——包角修正系数 ， 查机械设计书表8-5得=0.95 q——V带单位长度质量，kg/m。查机械设计手册表8-5得q=0.1 kg/m 11、作用在轴上的力 =2ZFsin ＝2×1×350×sin82° ＝693N 12、带轮结构的设计 V带轮的结构如图。 结构图 因此，基准宽度基准线槽深；带轮宽B为B =(Z-1)e＋2f mm=20， Z为带轮1，这里取d=d＋2h= mm；从而确定大小带轮的各部分尺寸。 参考机械设计手册13-1-10带轮结构形式，大小带轮如下：轮：b=11mm，内孔d=25mm 大带轮：基准直径d=i d=2×80=160 mm，采用式结构 d=（1.8～2）d=40 mm，d为内孔直径，取mm。 (1.5～2) d=70mm d= d－2（h+ +δ）=（160+2×2.75）－2×（2.75+8.7+12）=118.6 mm 取d=120mmδ为孔板厚度，机械设计手册13取δ=12mm 轮宽B=20mm，S≥1.5S＝18mm，S≥0.5S＝6mm，S为孔板厚度，取mm； 因此小带轮的结构如图4-1所示，大带轮的结构如图4-2所示： 图4-1 滚刷轴小带轮结构示意图 第五章 传动轴的设计 传动轴的设计5.1轴材料选定 轴的材料用碳钢及合金钢，减速装置的轴以45号钢调质处理应用最为广泛，硬度217HB~255HB，，，，。 5.2传动轴设计 5.2.1初步估算轴的最小直径 轴的直径，可根据轴所传递的功率及轴的转速,按下式进行估算： （式5.1） 由上面计算知，传动功率=0.3KW，转速n=80r/min。（式）得 该段轴由于和减速齿轮连接，因此应为19mm 5.2.2 轴的结构设计 确定轴各段的直径 图5.1轴的结构，轴的最小直径mm，角接触球轴承固定安装一隔套，，=25mm ，长度52mm; 轴段2为挡肩，和轴承内圈差不多即可直径29mm，结构长度要求，取其长度=16mm； 轴段3为方形段，主要将扭矩传到滚，方形为30mm，长度为mm。 5.3传动轴校核 主轴选用调质处理 5.3.1计算支反力 主轴受力简图如图2所示 图5.2主轴受力图 处为皮带轮安装处，收到皮带拉力，轴心，由上面计算知; C和安装角接触球轴承因为没有轴向力所以两个轴承只有垂直面和水平面的径向力；与滚刷，传递和扭矩给滚刷，滚刷对滚刷轴产生的径向力，因为滚刷地面滚刷压力电推杆对滚刷作用力基本平衡，滚刷轴对滚刷径向力很小可以忽略不计只需要计算滚刷对滚刷轴的扭矩 计算支反力 面支反力，由 水平面弯矩图： （b） 由受力图可以看到，没有作用力，水平面没有支反力。2.3转矩图 由图5.2可以看到，扭矩图如下 GV转矩2.3当量弯矩 5.2.4危险截面校核 弯矩，截面c危险截面，其校核 校核结果，满足使用要求安全。 第章 清扫车清扫盘结构及设计参数 6.1 盘刷的性能要求 为了使盘刷能够自动适应各种路面状况，使得路面清扫更加干净，并且能在遇到紧急情况（如：前方障碍、碰到护栏等）时具有自动避让功能，并能在最短的时间内恢复工作状态，盘刷机械必须满足如下一些性能要求： 1、盘刷处于清扫作业状态时，应该可以外伸而且下落，与路面保持一定的间隙浮动接触。在非工作状态时，盘刷必须回收并且提升离开路面至一定高度，目的是为了减小车辆宽度和刷的磨损。因此，盘刷的动作机构必须可以实现外伸下放浮动和回收提升且锁紧的复合动作。 2、当盘刷处于下放外伸浮动工作状态，在行进清扫作业过程中，由于驾驶原因或路面设计的原因，有可能与前方的道路固定设施如护栏枉芏、路缘石等发生碰撞。为了防止盘刷与道路设施之间的刚性撞击而损坏，所以盘刷必需具有缓和碰撞、避让障碍和自动恢复的功能。 3、盘刷处于工作状态时，盘刷旋转接地的处必须保证抛尘指向车子中间，同时还要保证作业状态时具有足够大的清扫区域和最大清扫宽度。若盘刷的整个圆周平面水平接触地面旋转，垃圾尘粒就会沿盘刷四周的圆周切线方向抛射，这样垃圾不仅不能抛到车子中间指定的位置，反而会造成了垃圾灰尘到处飞扬扩散即二次污染。盘刷水平接触地面，会使整个盘刷的刷毛同时与路面接触旋转，加快了刷毛的磨损，缩短了刷毛的使用寿命。为了使尘粒实现定向抛射到指定的区域，防止产生二次污染，应调节盘刷使得前方外侧中心角为一定角度的局部区域接地。盘刷工作时，只有部分毛刷接地将垃圾抛射到吸风口指定的区域，其它部位的刷毛不接触地面，因此也不会不扰动路面，所以在清扫车的持续作业过程中，对于一根具体的刷毛来说，只是周期性的间歇参与工作，在很大程度上减小了刷毛的磨损。盘刷的触地点位置还必须考虑其接地宽度区域足够大。这样才能保证足够的清扫宽度。为了使清扫车能将在工作区域内的垃圾清扫干净，盘刷接地区域应与吸尘口或滚刷的工作区域有一定量重合，这样设计可以有效的提高工作效率。通过查资料，盘刷接地中心角一般取=120。盘刷倾斜角，即盘刷与地面的夹角取 4、吸盘刷毛应具有良好的弹性和适中的刚度。当盘刷下放，刷毛与路面相接触后，由于盘刷自重和外加力作用刷毛会产生变形弯曲，对路面产生一定压力，用以清扫垃圾。当刷毛随刷盘转至接地区域内侧时，由于盘刷的前倾角度、刷毛变形量呈非线性加速减小，在离开路面时，弹性力完全释放，刷毛加速回弹，该能量可直接传递给垃圾尘粒使其加速抛向内侧。由于刷毛弹性而产生的回弹效应，可大大提高垃圾尘粒的抛射速度和距离，有效的提高清扫效率。如果刷毛在作业过程中发生塑性变形，失去弹性，则刷毛在不接触地面时，不会产生回弹，就不能将弹性势能转化为垃圾尘粒的动能，从而降低抛射速度，也导致了清扫效率的降低。刚度适中的刷毛可使刷毛在离开路面时释放出大小适当的弹性力作用在垃圾尘粒上使其获得理想的速度。另外，对于设定的盘刷结构重量和外加力，刚度适中的刷毛可产生适当的变形，能获得理想的接地面积。毛接地点绝对速度的大小和方向是影响盘刷清扫性能的重要因素，绝对速度的大小将影响到垃圾尘粒在前扫盘刷毛转动的作用下所获得的抛尘速度和被抛射的距离，绝对速度的方向将决定垃圾尘粒被抛射的方向。 3.2 前扫盘的结构 该机构能实现前扫盘在水平方向和竖直方向灵活运动控制。如下图1所示，前扫盘机构水平运动由齿轮齿条机构实现，齿轮6由旋转电机4带动，与安装在底板1上的齿条7啮合，并带动整个工作台12沿导轨2实现水平方向运动；竖直方向运动由旋转电机3带动螺纹杆13运动，螺纹杆13与滑块8通过螺纹连接，因此当螺纹杆13与滑块8之间的螺纹转动时，带动滑块8在工作台滑槽内上下运动。因此可将该机构运用于各类清扫车上实现清扫台阶及角落垃圾的功能。 技术参数：水平方向行程400~500mm；竖直方向行程180~250mm。 上述各部件依据各自的机动原理，相互配合，相互作用而构成了整个盘刷的装置，从而也保证整个盘刷系统具有如下的功能： (1)由扫盘电机是给盘刷的伸缩、升降提供动力，保证扫盘的升降伸缩。(2)防尘罩将盘刷围起来，罩住了作业过程产生的尘粒，同时吸尘接口与气系统吸管连接，可将清扫过程中小的粉尘颗粒直接吸入除尘箱，降低干式作业时的扬尘，有效的抑制了扬尘问题。（3）盘刷是盘刷系统的执行装置，清扫车工作时盘刷与地面接触液压泵驱动旋转清扫，刷毛较容易磨损，需定期更换。（4)弹簧和链条组成盘刷系统的避让机构，当清扫车在清扫作业中碰到护栏或者障碍物体时，该机构便可以回缩，弹簧伸长，拉力增加，缓冲冲击，当过障碍后，在弹簧力的作用下盘刷又恢复常态，进行正常工作，该机构能有效的使盘刷安全的越过障碍。(5)由螺纹调节杆、调整螺栓、下连接杆、调角螺栓、挡板、电机调节杆等构成盘刷系统四连杆机构的倾角调节机构。通过改变螺纹调杆的伸长量，使盘刷沿该方向倾斜一定角度，然后松开倾角调整螺栓，可以调节电动马达支座，使其向外倾斜一定角度，然后拧紧螺母，这样保证盘刷与地面有适的触底角度。挡板和调角螺栓可以通过调节改变盘刷外伸的角度，使整车有合理的清扫宽度。(6)电动马达是用来驱动盘刷旋转的装置，使盘刷按照一定方向、一定的转速旋转。当速度过大或过小时，可以按照需求来改变电压通过电动马达的电流来改变电动马达的转速，从而达到改变盘刷转速的目的。用电动马达来驱动盘刷，最大的优势就是可以有效的控制其转速的大小。 3.3 扫路车吸扫除尘过程分析 该道路清扫车的清扫工作主要由三个盘刷、吸嘴以及滚刷等完成其吸扫任务。其清扫过程如图3所示，盘刷和吸嘴以及滚刷均分布于整个待吸扫区域中，盘刷往车体外伸，倾斜放置地面呈一定角度接触，其接触区域为扇形圆弧区，使清扫作业时，尘埃往同一方向抛射。随着车辆向前行驶，盘刷旋转将两侧的垃圾抛射向车底中间可吸入区域，形成一条垃圾带，（刷转速相对较高，部分废物可能会获得速度较大，故须在两盘刷中间到吸嘴处置一挡板，以确保废物不致从另一侧被抛出）再由吸嘴将垃圾吸入垃圾箱，吸嘴后方设有滚刷，其功用是将吸嘴下方的垃圾再次扬起，降低了垃圾的悬浮速度，使得清扫更干净。另外可吸区域与可扫区域须有一定的重叠空间，确保车底清扫不到的地方处的垃圾也可以吸收干净。最终，所有废物在可吸区域内被吸嘴吸走，完成整个吸扫除尘过程。 3.4、盘刷清扫机理 盘刷的转动是由电动马达的旋转来驱动的。清扫车行车作业，盘刷旋转过程中遇垃圾，使垃圾获得一定的速度，拋向吸嘴可吸区域形成垃圾带半岛真人，在由吸嘴吸收，从而达到清扫的目的。在清扫过程中，需要保证盘刷有正确的拋尘方向。 图3.3 盘刷抛尘过程 在盘刷清扫作业过程中，道路经过盘刷旋转清扫后，垃圾沿着盘刷旋转的切线方向被抛出。如果在盘刷底面整体触地旋转的情况下，如图7（a），就会造成废物沿着整个圆周的切线方向被抛出，这样不仅起不到清扫收集废物的作用，却会造成废物四溢、扬尘四起，使路面更加混乱，城市更加不整洁。所以，盘刷设计安装时，如图（b），需要与地面呈一定的角度，从而使盘刷在工作时，与地面的接触面始终保持成

　　角，这样便不会造成扬尘污染，顺利保证清扫作业的实现。同时，在保证合理的拋尘方向的同时，还要尽量使盘刷的清扫区间最大化，以达到最大的清扫宽度。 图3.4 盘刷与触地面示意图 从图5可知，倾角方位的选择，主要必须保证盘刷底面外边缘应该与地表面恰好接触，便能保证道路上各街角的垃圾随着盘刷的运动都被扫除，而且又不造成扬尘。盘刷内侧触地位置的确定，以扇形角度为120°处为宜。整个扇面与地面接触过程中，扇面边缘与地面的接触压力为临界值0，随着向扇面中心的不断运动，压力越来越大，直到扇面中线处达到最大，整个扇面压力对称分布。这样，既保证了合理的拋尘方向，又保证了有效的清扫宽度。 3.5 盘刷系统避让装置设计 清扫车在作业时，由于城市道路的不平，或道路环境的复杂，盘刷系统难免会遇到一些障碍物。有些障碍物过大，盘刷系统无法逾越，此时盘刷系统将与障碍物产生硬性碰撞，会导致损坏。为了避免这种状况的发生，在盘刷系统上设计有一个弹性避让机构。当盘刷在清扫作业中遇见障碍物时，盘刷组件在外物的作用下，避让机构控制盘刷系统回缩到车辆下方，从而避过障碍物，此时由于机构的回缩运动，避让弹簧被拉长，弹簧拉力增加；当越过障碍物以后，机构和盘刷组件在弹簧拉力的作用下重新回到工作位置的过程。避让装置主要由避让弹簧以及调节套筒两个机构组成。避让机构最组要的部分是避让弹簧。本设计主要是对弹簧的设计。在盘刷系统中，避让弹簧有两个作用，一、盘刷系统正常清扫作业时，通过调整避让弹簧上方的调节套筒，可以调节避让弹簧的升降，避让弹簧的伸缩，可以使盘刷机构处于合理的触地压力；二、当盘刷机构碰到障碍物需要避让时，弹簧能提供向外的拉伸力，从而保证盘刷机构能够正常复位。在设计避让弹簧时需要考虑到这两个因素。如图6所示，弹簧正常清扫作业长度为，杆长度为，点为弹簧与杆铰接点，长度为，杆长度为，弹簧与杆的下压方向夹角为，弹簧与杆外伸方向夹角为，机构下压角度为，机构外伸角度为。 以点建立空间直角坐标系，弹簧连接铰座铰点坐标，连接杆铰点坐标。 当盘刷机构初始作业但未避让时： 弹簧正常作业时长度可表示为： 其中， 弹簧的自由长度可由下式计算： 式中：——弹簧剪切弹性模量， ——弹簧钢丝直径，； ——弹簧中径，； ——弹簧刚度，7。 则知，弹簧的拉伸力为： 则在面内，弹簧提供的用于调节触地压力的提升力为： 当盘刷发生磨损到限度位置，盘刷作业未遇到障碍避让时，由于盘刷在作业中还会继续磨损，单有因为调节一到了极限位置，因而会造成整个盘刷机构的下压角度增加，弹簧伸长，盘刷的触地压力将会减小，所以在设计时必须对盘刷磨损的情况进行考虑。若刷毛磨损的最大限度为，则磨损到该位置时，机构下压角度为： 此时，弹簧的作业长度为： 弹簧的拉伸力为： 则在面内，弹簧提供的用于调节触地压力的提升力为： 当盘刷在清扫作业中遇见障碍物时，盘刷机构回缩，机构外伸角减小，弹簧伸长，拉伸力增加，弹簧与杆夹角变为。若此时盘刷机构外伸角为，则弹簧长度为： 此时弹簧的拉伸力为： 则在垂直于面的方向上，弹簧提供的用于克服盘刷与地面的摩擦阻力的拉伸力为： 当盘刷磨损到限度位置并避让时，此时，盘刷机构下压角为，外伸角为，弹簧与杆夹角变为，则弹簧长度为： 此时弹簧的拉伸力为： 则垂直于面的方向上，弹簧提供的用于克服盘刷与地面的摩擦阻力的拉伸力为： 综上分析可知，清扫车工作过程中，随着盘刷的逐渐磨损，弹簧的弹力也逐渐减小；当遇到障碍物时，盘刷系统发生避让，随后盘刷的逐渐回复正常作业状态。因此在进行弹簧设计时，既要保证合理的盘刷触地压力及避让时机构有合理的回缩量即弹簧的伸长量，同时还要克服摩擦阻力，使盘刷机构能恢复正常作业位置。以前面确定的盘刷系统机构参数为基础，结合盘刷系统设计的思路与构造，参照整车布局的设计思路与性能参数，并通过对该机构的各主要工况进行静力学分析和计算，可以确定出盘刷系统各力学性能参数如表1： =330mm =4mm =19 =100mm P=7N/mm =4.1Kg =20mm =332mm =1.3Kg =220mm =27 =32.1Kg =100mm =13 D=40mm =24 3.6 盘刷磨损及寿命计算 对于扫路车盘扫系统来说，盘刷由于易磨损而造成的使用寿命短的问题是关系到清扫性能的重要一环，所以必须加以考虑。同时盘刷作为受磨损件，它也直接关系到了扫路车的使用成本等问题。通常导致盘刷磨损的主要原因有：刷丝材质特性、触地压力、作业工况等。 （1）刷丝材质特性的影响 现有的扫路车盘刷材质有钢片、尼龙和塑料三种类型，刷丝截面形状上也有许多样式。但是盘刷刷丝形状基本对其磨损影响较小。所以刷丝材料是关系到盘刷磨损及寿命的主要考虑因素。而刷丝在实际作业中所涉及到的摩擦特性、传热性等是材质特性的具体表现，可以用耐磨性这一概念来综合反映这些具体特性。钢质刷丝耐磨性是三者中最优的，然而由于其硬度较大，对路面造成的磨损破坏较严重，故现实中使用较少。现在通常大多使用聚丙烯材料制作盘刷单丝刷头，用于扫路车半岛真人，保洁车等特种车辆刷盘或主刷组合板用环卫用刷。这种材料的盘刷具有很好的耐磨性。 （2）触地压力的影响 扫路车作业时，盘刷会对地面施加一定的触地压力，适当的触地压力是保证清扫率的重要条件，同时也正是由于触地压力的存在才使盘刷与地面产生磨檫，造成磨损。触地压力是盘刷系统自身重力、液压缸压力、弹簧的拉力以及地面支持力共同作用的结果。 （3）路面状况的影响 扫路车主要用于公路、街道、广场、厂房等道路场所的垃圾清理工作。其中，由于地面平整程度以及废弃物类型和数量不同，造成了扫路车作业量不同，盘刷与地面的摩擦情况也不同。一般情况下，高等级公路路面平整，废弃物少，对盘刷造成的磨损较小；街道广场地面平整度不一，生活废弃物相对较多，对盘刷造成的磨损较大；厂房地面平整度一般，工业废料等较多，对盘刷磨损较严重。盘刷刷丝的寿命分析由上述对盘刷刷丝的磨损因素分析可知，在路面清扫作业中盘刷刷丝的耐磨性与可持续能力是与盘刷系统清扫率等性能密切相关的。耐磨性好，持续时间长的刷丝，不仅可以为用户节省费用，同时也减少了用户频繁更换刷丝的苦恼。刷丝磨损率是衡量刷丝寿命的主要参考因素，受刷丝的硬度、导热性、摩擦因数的综合影响。盘刷刷丝寿命是刷丝所能保证有效清扫性能的总工作时长。通过对影响盘刷寿命的各种因素及其运动机理的分析，可以通过以下公式研究和分析刷丝寿命状况： 式中：T——盘刷寿命，h； L——盘刷磨损限度，m； R——盘刷半径，m； n——盘刷转速，r/min； v——清扫速度，km /h； h′——盘刷磨损系数。 通过前面内容及分析可知盘刷刷丝的磨损对扫路车无论是在清扫性能上还是结构功能设计上都有较大影响，故需要进行分析计算。然而由于盘刷在作业时，刷丝与地面的接触工况比较复杂，刷丝的磨损程度是受刷丝本身的物质特性以及路面状况共同作用的，况且在复杂的路况下，刷丝本身的物质特性也可能会发生一些难以预计的变化，所以寿命计算只是对盘刷系统设计提供一个参考。选用市面上普通的聚丙烯材质的盘刷刷丝和刷柄，为了保证其能够满足正常的清扫作业，参照国家有关规定，盘刷的技术参数要求如下： （1）性能要求： 盘刷刷丝的物理性能是保证刷丝能否满足正常作业的决定性因素，根据设计要求及相关资料，该刷丝须符合表2的规定： 项目 指标 抗张强度MPa ≥30 抗张伸长率% ≤20 结节强度MPa ≥23 单根刷丝拉力N ≥30 刷柄球压痕硬度MPa ≤20 跌落高度 1.5m高处自由下落无裂纹产生 （2）外观要求 聚丙烯刷丝及刷柄的外观在一定程度上会影响其物理性能的发挥，同时合适的外观也会为整车增添不少亮点。其外观颜色可以是材料本身颜色，也可以通过化学加工生成其他的颜色，产品其他外观要求应符合表5的规定： 项目 要求 聚丙烯单丝 整洁、挺直、色差小、光滑柔软、 无伤痕、无气泡、无裂纹 刷柄 光滑、清洁、无毛刺 装配 装配端正，不允许有可见杂质 如下由公式式，结合本车清扫性能的相关设计参数可知盘刷刷丝寿命为T： 式中：L——盘刷磨损限度，取0.1m； R——盘刷半径，取0.45 m； n——盘刷转速，取最大值120r/min； v——清扫速度，取最大值10km /h； h′——盘刷磨损系数，取3.6×10-7。 代入相应数值， 求得，T =69.5 h 由于盘刷在工作过程中会经历各种各样复杂的工况，难以用具体的公式对 其各工况进行详尽的描述，故上式只作为对盘刷性能的一个参考。 总结 2014年10月，开始了毕业设计工作，时至今日，设计基本完成。从最初的茫然、不知所措，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个设计过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。 在这个充满激情的毕业设计里面，我们小组成员相互帮助，收获颇丰，学会了如何去设计，其过程包括小组讨论，资料的收集，方案的论证、方案的对比分析、设计计算、得出最优解，总结如下： 本文主要以吸扫式道路清扫车的扫盘为研究对象，对盘刷结构设计进行了理论分析和计算。主要完成如下的一些工作： (1) 根据环保吸扫式道路清扫车的功用，确定了其主要一些参数，并通过其结构特点和工作方式进行分析，对主要工作装置进行了相关的设计计算。 (2）从运动学,盘刷作业角度和盘刷的材质等分析了对盘刷的清扫效率的影响。 本文针对清扫车盘刷的运动学，缺少运动学的分析计算，有些分析是以经验公式分析计算，分析结果难免有不到之处。另外由于时间关系，没有进行样车试验及设计不够完善也是本文的一大缺憾。 致谢 本设计是在我的导师精心指导和关怀下完成的，每一章节都凝聚了导师的心血，在我做毕业设计的日子里，无论生活上还是学习工作上，老师都给予了我极大的关心和鼓舞。他亲切的问候、耐心的说教、振奋的鼓励以及和蔼的态度都深深的使我感动，特别是在毕业设计说明书阶段，他不厌其烦的叮咛与指导更是对我起了莫大的帮助。在此再次对王老师的教育和指导表示衷心的感谢!并对在这近三年的大学学习生活中，一直给予我谆谆教导的湖南机电职业技术学院的各位老师和领导表示感谢!他们渊博的知识、严谨求实的治学态度和全心投入的工作态度给我留下了深刻印象，令我受益非浅，并将受用终身。 感谢所有在一起做毕业设计的同学，谢谢你们给予我学习上的指导，在生活上的支持与帮助，在讨论毕业设计及日常生活中我们有说有笑，相互帮忙、相互鼓励使得我在做设计过程不烦躁不焦虑，谢谢你们！ 感谢一起生活的舍友，给我创造一个温馨和谐的宿舍环境，在我劳累困惑之时你们给以我帮助。感谢我身在远方的父母！你们给我生活上的关怀和精神上的鼓励是我学习的动力。 最后，谨向在百忙之中抽出时间为我审阅设计说明书和答辩工作的各位老师表示无限的敬意和衷心的感谢！ 参考文献 [1]、谢立扬。国外路面清扫车概况。筑路机械与施工机械化 [2]、徐宁，吴三达。国内吸扫式扫路车技术发展综述。专用汽车 [3]、张铁山，凌和平。中型道路清扫车的总体设计与研究。专用汽车，2010 [4]、宋永刚等。高等级公路清扫车盘刷性能与技术研究。西安公路学院学报，1995，2010 [5]、王健。纯扫式扫路车滚刷装置设计与计算。工程机械，2011 [6]袁正前。浅析吸扫式扫路车清扫效率的主要影响因素。江苏交通科技，2003[8]孙桓，陈作模，葛文杰主编，机械原理，高等教育出版社;黄平，朱文坚主编，机械设计，清华大学出版社 [7]庞晓琛。马路清扫车总体及关键部件设计研究。东南大学，2008 [8]耿兴平，何黎娟。扫路车扫刷触地压力自控装置的研究。专用汽车，2009 [9]潘公宇。清扫车清扫装置的性能研究。筑路机械与施工机械化，1997 [10]张巍。清扫车清扫机构的控制研究。重庆大学,2001 [11]许礼鸿。吸扫式路面清扫车使用效能影响因素分析。公路与汽运，2005 [12]张晨光。清扫车工作装置的匹配性能研究。长安大学机械电子工程,2010 [13]张铁山.电动清扫车清扫作业装置的设计与研究[J].专用汽车,2012年07期 [14]魏崇斌,王文静,王海红.新型清扫车的设计[J].《机械工程师》2006年第4期:135-135页 [15]毛华峰,海争平,杨凡.基于PLC的小型纯电动清扫车控制系统设计[J].《中小企业管理与科技》上旬刊?2013年第3期 [16]张驰. 某型电动清扫车的研究与设计[J].《科技创新与应用》2012年第19期:12-13页,共2页 [17]魏崇斌,王文静,王海红.新型清扫车的设计[J].《机械工程师》2006年第4期:135-135页 [18]邵志刚.清扫车电控系统设计及盘刷转速控制研究[D]. 南京:南京理工大学,2005年 [19]严萍华;电动清扫车的总体设计以及动力系统的研究[D].南京:南京理工大学;2012年 清扫机清扫材料选用尼龙材料。设计圆盘毛刷受力约为F=55N，转速为n=80r/min.滚筒清扫受力约为F=70N,转速为n=50r/min。 圆盘毛刷转矩 N·m 所需功率P= ==60W 圆盘毛刷到锥齿轮间用带传动，传递效率90%。 横放锥齿轮I轴处的功率为： W 带轮间的传递效率为90% 竖放齿轮处的功率 W 滚筒处II轴的转矩 N·m 此处的功率 P===78.5W 滚筒到主动轴I轴用带传动，传递效率为90% W 电机到I轴之间用带传动，传递效率90% 电机的输出功率 W 由于清扫机工作速度为80r/min 为较低转速故选用 24V 280W直流齿轮减速电机，其输出转速为750r/min。 3.2.1 选择电动机应综合考虑的问题 1、根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的转矩、速度变化范围、启动频率、制动和反转以及工作环境等要求，选择电机类型及安装方式； 2、根据负载转矩，速度变化范围和启动频率程度等要求，考虑电动机的温开限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却方式，所选功率应大于或等于计算所需的功率，负荷率一般取0.8～0.9； 3、根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要保护方式，选择电机的结构型式； 4、根据工作电压和功率因数的要求确定电机的电压等级和类型； 5、根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速； 此外，选择电动机还必须符合节能要求，运行可靠性、设备的供贷情况、备件的通用性、安装检修的难易以及产品的价格等。 3.2.2 电动机的选择 1、电动机类型和结构形式 电动机类型和结构形式可以根据电源的种类、工作条件（温度、环境、空间尺寸）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。清扫车的电动机应放置在干燥及清洁的车箱内部，散热条件较好，要选用卧式的安装方式。 在移动的设备中和蓄电池配套的较常使用的电机有直流电动机和步进电动机。 直流电动机具有以下优点： （1）优良的调速特性，调速平滑、方便，调速比可达到1：200； （2）过载能力大，并能在低速下连续输出额定转矩； （3）能承受频繁的冲击性负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转； （4）容易购得，型号多，控制简单。 直流电动机的缺点：结构比较复杂，电流通常较大，需要齿轮减速器进行减速，维护工作量大。 步进电动机的优点有：步距角小，功率小，过载能力强，控制简单，启动和运行频率较高，不通电时有定位转矩，型号多，适合室内清扫机器人的速度。 步进电动机的缺点：功率与自重比小，运动平稳性差，低速性能不好，体积大，负载能力低，运动时产生震动，易失步。 清扫车多在室外环境下工作，要求控制较简单，运行平稳，因此选择直流电动机，而且是直流齿轮减速电机。 2、直流齿轮减速电动机的选择 直流齿轮减速电机是指转轴上带有齿轮减速器和直流电机(马达)的集成体，这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。齿轮减速箱的作用是提供较低的转速,较大的力矩。减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等，其优点是简化设计、节省空间，承受过载能力高，能耗低，性能优越，振动小、噪音低。齿轮减速电机通常通过减小电机速度来增加旋转能力。 因为直流电动机仍然从内部伸出两个相同的插头，所以齿轮减速电机与普通电机一样使用方便。与最后一级齿轮相连的是一根转轴。这个新转轴的末端伸出减速器的顶部，便于轮子和其他元件与其相接。这个伸出减速器的新转轴代替了伸出电动机的老转轴。当查看电动机时，如果转轴没有从中心伸出，那么这个电动机可能是齿轮减速电动机。 选择普通直流电动机所用的标准仍然适合用来选择齿轮减速直流电动机，即检查电压，尺寸，重量和RPM。在大转矩应用场合，常选用带有金属齿轮和金属减速器机架的行星轮减速器。塑料齿轮具有非常轻的质量，更适合低转矩，需要反应迅速的应用场合。本设计中选用金属齿轮的减速电机。 3、电机功率的计算 电动机功率选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响，当功率小于工作要求的时候，电动机不能保证工作机的正常工作，或使电动机因长期过载发热量大而过早损坏；功率过大则电动机价格高，能量充分利用，经常处于不满载运行，其效率和功率因数都降低，增加电能消耗造成很大浪费。 电动机容量主要根据电动机运行的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。对于长期连续运转，载荷不变或变化很小，常温下工作的机械，只要所选电动机的额定功率P 等于或大于所需电动机功率P，即P≥ P，电动机在工作时就不会过热，而不必校验发热和起动力矩。 清扫机清扫材料选用尼龙材料。设计圆盘毛刷受力约为F=55N，转速为n=80r/min.滚筒清扫受力约为F=70N,转速为n=50r/min。 圆盘毛刷转矩 N·m 所需功率P= ==60W 圆盘毛刷到锥齿轮间用带传动，传递效率90%。 横放锥齿轮I轴处的功率为： W 齿轮间的传递效率为90% 竖放齿轮处的功率 W 滚筒处II轴的转矩 N·m 此处的功率 P===78.5W 滚筒到主动轴I轴用带传动，传递效率为90% W 电机到I轴之间用带传动，传递效率90% 电机的输出功率 W 由于清扫机工作速度为80r/min 为较低转速故选用 24V 280W直流齿轮减速电机，其输出转速为750r/min。 第四章 滚刷V带传动设计 4.1 V带的带型选择及优缺点 V带截面形状为等腰梯形带的厚度较大，饶性较差，带轮制造比较复杂。工作时两侧面为工作面，与带轮的环槽侧面接触，属于楔面摩擦传动，在相同张紧作用下，V带摩擦力比平带传动大70%，承载能力比平带高，在一般机械中常用。 截面形状为多楔形，它具有平带的柔软，V带摩擦力大的特点。比等腰梯形带外廓小，用于要求结构紧0000~50000r/min的带传动属于高速带传动。 带传动强度设计的依据是在保证带有一定的寿命前题下在正常工作时不打滑，在保证不打滑的前提下，传递最大的功率，同时又使传动带有足够的使用寿命，也即有一定的疲劳强度。根据负载情况以及工作要

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