落叶清扫机论文_Word文档下载推荐.doc
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气吸方式；
TheDesignOfShatterSweeper
Abstract
Nowadays,thecleaningoftheshatterinthestreetandparkisusuallydonebylabors.Theworkloadislarge.Itwillcostalotoftimeandtheleafcollectedwillnotbeusedatthesecondtime.Thedesignispursuittoimprovetheprocessdidbymachine.Itwillusethegastocollecttheshatterwhichhidesunderthetreesandtheroadsides.Afterthat,theleavescollectedwillbeheatedtobesoftandbeextrudedbythemachine.Attheend,theshatterwillbemachinedtosolidsothatitwillbeusedandtransportedmoreconveniently.Infact,themachineusuallyworkswithmanyproblemsbecausetheshatterperhapsadherestothenet.Inordertosolvethisproblem,wedesigntherotatinginstitutiontoimprovethepressureandefficiency.Duringthedesigning,wedidalotofanalysisandcalculation,makingthemachineworkbycooperationanditcanbetiming.Wehavereasontobelieve,underoureffort,themachinewedesignedwillhavefantasticperformance.
Keyword:
deciduouscleared;
heatingsoftening;
powerfulextrusion;
gassuctionmode;
机电工程学院本科毕业设计（论文）
1绪论
1.1落叶清扫机设计的目的和意义
本次设计的课题是落叶清扫机。
落叶清扫机作为城市的环卫设备之一,是一种集路面清扫落叶、落叶输送为一体的新型高效清扫设备。
可广泛应用于学校、公园、街道等地落叶清扫。
落叶的清扫工作既可以保证道路的美观,维护了环境的卫生,又维持了路面的良好工作状况,延长了路面的使用寿命。
然而，一般的落叶清扫机并不能同时对树底下、马路旁边等不易清扫的地方进行清扫，因此设计一种新式综合型的清扫机迫在眉睫。
众所周知大量落叶不仅影响了城市环境，还给交通带来不便。
现在一般都采用手工清扫落叶，这样做不但增加了清洁工人的劳动强度而且由于落叶收集后占用空间大给运输也带来不便。
落叶收集后通常采用焚烧或者填埋的方法来处理，这样做不但污染了环境还浪费了资源。
落叶是有机质，我们可以收集用于造纸，生产有机肥和饲料等。
此次设计所研究的落叶清扫机采用风机作为吸附装置可对路旁，树底下等目前清扫机无法清扫的地方进行清扫，并压缩落叶容积成块状，是一部综合型的清扫机，具有很高的商业价值与推广价值。
1.2本课题应解决的主要问题及技术要求
落叶由于质量轻而易受风机吸力影响粘附在落叶过滤网上，从而使风机吸力作用减弱，由于占用空间大需要较大存储装置，为节约空间需压缩成块存放，由于部件较多分布复杂故需合理布局，合理确定各个部件之间的连接关系。
一、设计过程中需要解决的主要问题为：
（1）落叶粘附过滤网问题
（2）风机的合理选择
（3）加压装置的设计
（4）各个部件之间的合理布局
二、设计过程中的技术要求：
（1）确定风机的类型与合理设计风机；
风机作为吸附装置的动力，需合理选择风机的型号、叶轮直径、叶片数、风机流量、风机全压等。
（2）解决落叶粘附过滤网问题；
合理设计落叶粘附过滤网方案，拨叉结构的设计、带轮的设计、拨叉外箱体的设计等。
（3）加压机构的确立；
加压机构方案的确立，加压机构加压顺序的方案确立，加压机构各个零件如轴、推杆、转杆的设计。
（4）各个部件在机架上的合理布局。
1.3国内清扫机的发展概况
一、我国清扫机的发展和不足
我国清扫机的发展历史与发达国家的发展过程基本类似，也是从纯扫式清扫机车的研究开始，然后逐步向吸扫式清扫机车发展。
早在20世纪60年代，我国就已经研制出纯扫式清扫机车，从此揭开了我国研发清扫机车的序幕。
由于受当时我国的体制和当时城市环卫部门的经济状况影响，只有上海、北京、南京、深圳等少数大城市使用数量很少的清扫车，但是这种型式的清扫车给我国清扫车的发展史增添了浓浓的一笔。
四川沪州机器厂制造出我国第一台吸扫式清扫机，填补了我国在吸扫式清扫车市场上的空白，清扫效率从我国研制的纯扫式清扫车的80%提高到90%以上，它更以纯扫式清扫车无可比拼的优势迅速进入我国的大中城市如北京、上海、南京、深圳等。
20世纪末期，市场需求的迅速膨胀促使各种类型和各种规格的清扫车不断涌现。
清扫车的使用也从大中城市逐渐扩展到小城市，而且不少企事业单位与部分居民小区也开始采用清扫车进行路面清扫。
2000年以后，国内清扫车市场继续呈现蓬勃发展的局势。
近几年来国内各个清扫车企业己经逐渐开始意识到产品自主研发的重要性，正逐步开始加大对科研工作的投资力度，其中有不少企业取得较为先进的研究成果。
但到目前为止，国内针对清扫车工作装置匹配性能的研究至今仍然不多，已经取得的一些科技成果。
谢立扬在文献［1］中根据吸扫式和纯扫式清扫车两种车型不同清扫机理，结合自己在实践和试验两方面的经验说明了清扫速度对清扫率的影响关系，得出了如下结论:
无论是哪种形式的清扫车，当清扫速度增加时，清扫效率总的来说呈下降趋势，对一些容重较小但形状较大的物体，在一定清扫速度范围内，清扫速度与清扫率无关[1]。
龚佰勋在文献［2］中阐述：
通过多年的实践经验，提出了提高清扫车使用效能的各种方案，主要观点包括在清扫一般的市政道路时，清扫车车速一般应控制在1.5m/s左右；
保洁行驶速度则可高达5m/s，这样最有利于垃圾的吸扫；
风机风道应采用圆形截面，这样可以有效减小风阻等[2]。
虽然我国在清扫机车研究方面取得部分令世界瞩目的成就，但是我国的清扫机车同发达国家相比还存在着不少差距。
我国自主研究设计的的清扫车虽然在清扫能力、清扫效率以及除尘效果等清扫作业方面的性能与发达国家的水平相差不太大，然而却在噪声控制、可靠性、舒适性等方面仍存在较大差距。
目前我国清扫车设计还停留在理论分析加经验总结的基础层面上，缺乏对清扫机车专用元件工作性能的系统分析，缺少对部分专用零部件的研究，缺乏具有明确目标的设计理论的指导。
可以说，到目前为止我国对清扫车的研究能力还相对来说比较差，对清扫车工作参数的相关的性能匹配研究也存在很多不足之处，对清扫车综合工作性能的优化指导作用还很有限，与此同时，对清扫车的研究还缺乏必要的研究条件。
由于国内清扫车生产企业的生产规模都比较小，而且扫路机产品批量也较小，所以采用的生产设备和生产手段都较为落后，加工的零部件难以保证有稳定的质量要求。
此外，我国通用零部件制造水平较低，也影响了扫路机车的质量。
二、我国清扫机的研究方向
要提高我国清扫机车的整体水平，必须首先确定它的研究方向，从清扫机车的基础研究着手，并根据我国清扫机车市场的需求，逐步研究开发出性能先进、可靠性高、符合我国基本国情的清扫车。
随着社会的发展进步，道路落叶的清扫工作不再满足于单纯意义上的清扫,将从功能、环保、经济等多方面提出更多更高的要求,市场呼唤能满足各种需求的清扫机车。
已知的清扫车类型有：
（1）全天候清扫车。
目前的这种清扫机车需要通过喷水压尘来除尘，在我国的一些干旱地区和我国的北方冬季无法使用此类清扫车，要解决这一问题，必须要开发能在干旱环境和冬季使用的清扫车或称为全天候扫路车，如果该车能够成功研发不但解决了上述难题，同时可节约用水，降低使用成本[3]。
（2）中小型全液压清扫机车。
未来市场的主要清扫车，为适应国内市场发展的需求，对中小型全液压扫路车的研究工作已刻不容缓。
目前，我国中小型全液压扫路车不但存在与汽车底盘改装的扫路车同样的缺陷，而且还存在舒适性差、噪声大、空车质量大、外形不够美观等诸多缺点。
因此，要彻底摆脱我国全液压扫路车的落后状况，必须从现在开始就对其进行详细的研究[3]。
（3）多功能型清扫机车。
目前的国产清扫机车基本上来说都是单纯意义上的清扫即只能扫路不能它用。
然而从全国许多环卫局的信息来看，对清扫车功能的需求应不仅仅只停留在单方面应同时实现多方面的功能像铲雪、除草等。
因此，清扫车多功能是一个发展方向[3]。
（4）环保型扫路车和单发动机全液压驱动清扫机车。
目前的扫路车尾气污染和噪音污染相对来说对环境造成的危害都比较大。
随着国家环保部门对环境的要求越来越高,人们环保意识的普遍增强,现有扫路车就将很难适应社会发展的需要，因此开发环保型清扫机车势在必行，单发动机全液压驱动清扫机车发展前景的也必将一片美好[3]。
1.4国外落叶清扫机的研究现状
国外一些发达国家从20世纪40年代就开始大量生产清扫机车，像美国ELGIN、德国FAUN-KUKA、日本KATO、英国JOHNSTON等公司，这些公司目前不管在销量的规模、还是在技术应用的档次上都走在了世界的前列。
文献[5]中曾提出一种新型的路面清扫方式，采用洒路车与清扫车联合作业的方式，这种方式不但可以有效解决普通路面清扫车的二次扬尘问题，而且还可以有效改善对片状、絮状或粉尘状等轻质物体的清扫效率低较低的缺点[5]。
此外，国外针对清扫车进行的学术研究方向主要是面向清扫车性能优化、安全舒适性、集成控制、环保节能等课题。
PeelG.M.和ParkerG.A.采用离散元素模型的方法，理论分析了清扫车盘刷在作业时与路面间的相互作用关系，得出了如下结论:
随着盘刷转速的提高，盘刷与路面间的摩擦系数会减小，并且盘刷的接地压力也会减小，这样盘刷的驱动扭矩会相应下降[5]。
2总体方案选择与确定
一、总体方案的提出
落叶清扫机是能够完成清扫落叶，并将落叶挤压成块的作业机械。
本课题拟设计一种清扫机，主要是总体尺寸的设计，各主要工作系统的设计，要求能同时收集并将落叶挤压成块且可对街道、公园及路旁落叶进行收集等功能，以达到清扫收集挤压，功耗分配合理，落叶二次利用的目的。
文献[6]中国内外通常按照清扫作业方式的不同将扫路车分为3大类。
（1）纯吸式扫路车：
该种扫路车依靠抽吸系统将内部空气排空形成的一定的负压，依靠大气压将路面垃圾从吸口处吸入垃圾箱[6]。
（2）纯扫式扫路车：
该种扫路车一般为“侧扫+滚扫”结合方式对路面进行清扫[6]。
（3）吸扫式扫路车：
该种扫路车一般为“盘扫+吸盘”结合的方式，也有的是“盘扫+滚扫+吸盘”结合的方式[6]。
根据设计要求，本设计选择纯吸式扫路车，则清扫装置的功能分配如下图
图2.1落叶清扫机工作原理图
二、机构的对比选择
查阅参考文献[4]中相关机构
1.刮叶机构的确定
方案一：
图2.2八杆平面机构
刮叶部分采用八杆平面机构，通过刮叶滑块的上下浮动将过滤网上的落叶挂下，使风机提供正常吸力工作。
机构分析：
八杆平面机构可以实现刮落叶的目的，可实现刮叶滑块的上下移动，但是此机构只能是一半的通风机口保持在正常工作水平，不能很好的综合利用有限的资源。
此机构的另一不足之处在于运动的稳定性较差，而且要在箱体内实现这种运动占用箱体内部有限的空间，对箱体内部有限空间布局产生影响。
方案二：
图2.3旋转拨叉机构
旋转拨叉机构是将带有孔的叶轮不断旋转将落叶控制在拨叉一侧，有风机提供动力，利用拨叉叶轮的孔的闭合与开放来控制落叶的升降进而将落叶送入旋转定时拨叉机构。
旋转拨叉机构的旋转轴外接皮带轮，有皮带轮带动旋转拨叉的旋转轴运动。
旋转轴的运动带动旋转拨叉的转动，风机通过旋转拨叉的孔隙来提供动力吸附落叶。
随着旋转叶轮的不断转动，吸入的落叶不断反复堆积，当叶轮运动到下方时，孔隙堵塞，粘附在叶轮上的落叶降落，落叶降落又提供新的吸力，如此不断反复运行，故选择旋转拨叉机构。
2．拨叉定时机构的确定
图2.4拨叉定时机构
由于在落叶挤压之前，落叶需要统一存放于落叶收集箱，等落叶挤压装置作用完成以后方便在挤压过程中收集足够的落叶进行下一次的挤压成块，故需设计一个定时开放的门，等到一定时间就开放。
在此有二种方案，上图不带孔拨叉为方案一。
方案一机构分析：
拨叉定时机构旋转轴外接皮带轮传动，由皮带轮带动旋转轴，旋转轴带动旋转叶片运动。
一个旋转叶片每旋转一周挤压箱运动挤压二次，旋转叶轮在此期间充当了定时开关门的作用。
且运动协调稳定性好。
图2.5齿轮齿条机构
方案二机构分析：
由曲柄带动齿轮齿条机构运动，再有齿轮齿条机构带动定时门机构。
从原理上看好像完美无缺，但我们却忽视了这套机构是在箱体内部运动，而且齿轮齿条的摆动也不适合在箱体内部运动。
故选择第一套拨叉机构。
二、动力传动方案的选择
常见的传动方式：
1、机械传动形式：
这种形式的道路清扫车，其行走系统与垃圾清扫系统的动力都是通过机械形式传动。
2、液压传动形式
液压传动这种形式的道路清扫车大多采用底盘，其动力仅需一台发动机。
3、机械一液压复合传动
此种传动是将发动机产生的机械能分为两部分，一部分传输到清扫系统来驱动清扫装置进行工作；
另一部分传输到后桥传动系统。
传动方式的确定：
根据设计的要求，动力由柴油机提供，则可选择机械-液压复合传动的方式，传动方案如下图所示
图2.6传动方案
三、总体方案的确定
工作原理如下图所示，本设计是一种靠风机吸力来清扫落叶的清扫装置，其基本结构
图2.7总体方案
1-落叶收集口2-吸管3-带孔拨叉4-通风机5-加热箱6-挤压箱7-液压缸8-拨叉定时机构
3落叶清扫机运动机构的设计
3.1连杆机构的设计
一、手动遥控开关门板装置的确定
图3.1手动遥控开关门板装置
1-手动遥控杆2-传动杆3-舱门门板连接杆
采用直径为20的圆柱设计而成各参数的确定依据各类农用车的手动遥控杆。
手动遥控杆主要负责舱门的开关。
当打开舱门时，杆1作用，推动杆3打开舱门。
二、上挤压杆的确定
图3.2上挤压杆机构
1-曲柄摇杆2-连接杆3-上挤压杆
曲柄摇杆1在转动轴的带动下进行旋转，带动连接杆2运动，使上挤压杆3做上下挤压运动，从而实现对落叶的上挤压运动。
3.2落叶清扫车挤压机构运动分析与设计计算
一、挤压机构工作原理
挤压机构是顺序机构，各个运动件之间有严格运动先后顺序，首先是上挤压杆的运动，然后是侧挤压感运动，再往后是液压缸的运动，最后定时门机构运动，将箱门打开推出挤压的落叶。
二、挤压机构运动分析
由设计任务书已知条件液压缸最后压力为100N/cm2。
由文献[7]第六章公式6-20查得知
图3.4液压缸通油推力与速度示意图
（3-1）
式中：
P-液压缸进油腔压力，单位Pa；
q-流量，单位L/min；
-为输出推力，单位N；
D-液压缸的活塞直径，单位mm；
d-液压缸活塞杆直径，单位mm；
-液压缸回油腔压力，单位Pa；
-液压缸容积效率-液压缸的机械效率
由已知数据=14400ND=100mmd=40mmq=60L/min=0
得：
=0.2m/s
1.液压缸的强度计算
对于液压缸的缸筒壁厚、端盖处的螺纹强度和活塞杆直径需进行强度计算。
由参考文献[7]第六章第114页知
当时按薄壁缸筒实用计算公式计算即
（3-2）
当时
（3-3）
（3-4）
-壁厚，单位m；
D-缸筒内径，单位m；
-缸筒材料的许用应力，单位MPa；
-最高允许压力，单位MPa；
将数据代入上面公式得：
2.缸筒端部螺纹连接强度计算
螺纹处的拉应力：
（3-5）
螺纹处的剪应力：
（3-6）
合成应力：
（3-7）
F-缸筒端部承受的最大推力，单位N；
D-缸筒内径，单位m；
-螺纹外径，单位m；
-螺纹底径，单位m；
K-拧紧螺纹系数K=1.25-1.5；
-螺纹连接摩擦系数；
将各数值代入得：
==805.6
3.活塞杆的强度计算
由参考文献第六章115页（3-8）
-活塞杆断面积，单位；
W-活塞杆断面模数，单位；
T-活塞杆承受的弯曲力矩，单位；
-材料的屈服强度，单位MPa；
-安全系数，一般为2-4；
将数值代入得：
=531MPa=650MPa
上挤压杆与侧挤压杆和门系统时间分配采用不完整齿轮作为棘轮机构来实现各个部件顺序运动。
如图3.5：
图3.5棘轮机构
1-上挤压杆齿轮箱盖2-上挤压杆的传动齿轮3-不完全齿轮箱盖4-不完全齿轮5-侧挤压杆的箱盖6-侧挤压杆齿轮7-定时门机构齿轮8-定时门机构齿轮箱盖
3.3齿轮与轮轴的设计
一、锥齿轮的设计
由于不同的工作要求，在各个方向需要传动不同的动力所以选用锥齿轮进行相互垂直的方向动力传动。
图形参照参考文献[8]图10-33设计几何参数。
根据参考文献[8]第十章锥齿轮传动相关公式现计算如下：
设定锥齿轮传动比1:
1
几何尺寸确定：
1．分度圆直径：
由公式
（3-9）
m为模数；
Z为齿数
计算得：
2．分度圆锥角：
由公式
、为锥齿轮圆锥角；
、为锥齿轮齿数；
3．齿顶圆直径：
（3-10）
式中：
d为分度圆直径，单位mm；
m为模数；
为圆锥角；
4．齿根圆直径：
（3-11）
5．外锥距：
（3-12）
6．齿顶角：
（3-13）
为齿顶角；
得:
7．齿根角：
（3-14）
8．顶锥角：
（3-15）
=
9．根锥角：
（3-16）
为根锥角
=
10．高度变位因数X：
当时，选用公式：
（3-17）
11．齿顶高：
（3-18）
12．齿根高：
（3-19）
13．齿宽：
b一般取0.3R，b=0.3R=0.3160=48mm
14．冠顶距：
（3-20）
15．大端分度圆弧齿厚：
（3-21）
按标准选取为,经查手册[17]可取，得：
式中：
按标准选取为,经查手册[17]可取，得：
二、风机的设计
由要求知气流量为3000，全压为4000pa左右。
查参考文献[9]通风机实用技术手册（457页）知：
9-19至9-26为高压离心通风机。
高压离心通风机主要用于锻冶炉及高压强制通风，并广泛用于输送物料、输送空气及无腐蚀性不自然、不含粘性物质的气体。
介质的温度一般不会超过[10]。
选择机号型号为9-26型离心通风机。
4.5-A-2900-2-3407-4863内效率为77.1%、内功率5.87、所需功率6.8、每小时流量、全压、温度t=左右。
1.流量系数：
（3-22）
参照参考文献[10]离心通风机设计（24页）通风机的主要形式和各种系数选择
流量系数取=0.03
2.全压系数
（3-23）
-静压，单位Pa；
-通风机进口空气密度，单位；
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