道路垃圾清扫机设计毕业设计.doc
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1、湖南农业大学东方科技学院湖南农业大学东方科技学院 全全日日制制普普通通本本科科生生毕毕业业设设计计 道路垃圾清扫机设计道路垃圾清扫机设计 ROAD SWEEPING MACHINE DESIGN 学生姓名学生姓名:汤汤 毓毓 学学 号:号:200841914711200841914711 年级专业及班级:年级专业及班级:20082008 级机械设计制造及其自动级机械设计制造及其自动 化化(7)(7)班班 指导老师及职称:指导老师及职称:全腊珍全腊珍 教授教授 学学 部:部:理工学部理工学部 湖南长沙 提交日期:2012 年 5 月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生 毕业设计诚信声明 本
2、人郑重声明:所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下, 进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。除文中已经注 明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确 的说明并表示了谢意。同时,本论文的著作权由本人与湖南农业大学东 方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 毕业设计作者签名: 年 月 日 目 录 摘要1 关键词1 1 前言1 1.1 垃圾清扫现状分析1 1.2 国内外垃圾清扫机械化发展现状2 1.3 国内清扫机发展趋势2 2 垃圾清扫总成 设计计算2 2.1 设
3、计思想2 2.2 总体结构设计3 2.3 各主要机构参数的设计和验算3 2.3.1 垃圾清扫设计4 2.3.2 垃圾输送收集装置设计4 2.3.3 推动清扫机所需功率计算6 2.3.4 清扫机扫辊速度验算6 2.3.5 行走设计6 2.3.6 垃圾清扫机的动力匹配7 3 操作系统的确定及设计算7 3.1 传动方案的确定7 3.2 设定各级传动比和主要参数8 3.2.1 传动比确定8 3.2.2 各轴转速确定8 3.2.3 各轴转矩计算9 3.2.4 各轴功率计算9 3.3 主要工作零部件的设计计算9 3.3.1 第一级传动带轮设计9 3.3.2 第二级传动带轮设计11 3.3.3 第三级传动链
4、传动设计12 3.3.4 齿轮传动(驱动输送带)的设 计13 4 主要受力零件的强度或寿命校核计算16 4.1 轴的设计计算及校核16 4.1.1 第一级从动轴设计计算及校核16 4.1.2 第二级从动轴设计计算及校核19 4.2 轴承的设计计算及其校核23 4.2.1 第一级从动轴轴承设计计算及其校核23 4.2.2 第二级从动轴轴承设计计算及其校核23 4.2.3 第三级从动轴轴承的设计计算及其校核24 4.3 键的设计计算及校核25 4.3.1 第一级从动轴上联接键的校核25 4.3.2 第二级从动轴上联接键的校核25 4.3.3 第三级从动轴上联接键的校核26 4.3.4 上滚轮轴联接
5、键的校核26 5 结论26 5.1 主要优点26 5.2 主要缺点26 5.3 有待改进的地方27 5.4 维护和保养27 6 设计心得28 参考文献29 致谢30 1 道路道路垃圾清扫机的设计垃圾清扫机的设计 学 生:汤 毓 指导老师:全腊珍 (湖南农业大学东方科技学院,长沙 410128) 摘 要:本文叙述了道路清扫机械化的现状,以及未来的发展趋势。该清扫机以电动机为 动力源,通过带传动、链传动以及齿轮传动带动清扫辊和传送带工作。该清扫机主要用于平坦道 路的垃圾清扫,提高了清扫效率,降低了清洁工人的劳动强度。该清扫机成本低,使用性能好, 寿命长,非常适合清洁工人使用。 关键词:清扫机;传动
6、;设计计算 Road Sweeping Machine Desigh Student:Tang Yu Tutor:Quan la-zhen (Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: The essay describes the current situation of road sweeping mechanization, and its development trendency in future. The sweeping mach
7、ine use the motor as power source, use the belt transmission, chain drive, gear driven roller and conveyor belt to work. The sweeper is mainly used for the rubbish in the flat road, it also improve the cleaning efficiency and reduce the labor intensity of cleaners. The cleaning machine of low cost,
8、good performance ,long life is remarkably fit for cleaners. Key Words: Cleaning machine; Sweep roll; Design calculations 1 前言 1.1 垃圾清扫现状分析 随着经济社会的迅速发展,城市、工厂生产、公共交通、市政建设、园林绿化、 环境卫生等行业的工作任务越来越重,人们对生活环境要求的不断提高。然而环卫行 业设备的发展现状与当前经济社会发展形势存在很大差距,道路清扫设备落后的问题 较为突出。这就要求养护手段要不断改进,就路面清扫而言,亟需由以往原始笨拙的 2 低效率的人工清扫改
9、为现代灵活高效率的机械清扫 1。因此,很有必要创造条件, 实现清扫机械化,以减轻清扫工人的劳动强度,改善劳动条件,不断提高道路清扫质 量和环境卫生水平,本课题的研究有着十分重要的现实意义。 1.2 国内外垃圾清扫机械化发展现状 目前,我国的国产扫路车在品种规格上、使用性能上已能基本满足国内各种需求。 产品规格从 2t 到 8t,有将近 8 个规格 2,清扫车的作业方式主要为湿式吸扫结合, 动力为主、副双发动机形式,扫刷布置形式为前置和中置两种,吸嘴形式有中置长吸嘴、 后置短吸嘴和侧置小吸嘴三种形式,风机形式有通用和专用风机两种形式。国产产品 存在外形单调、功能单一、操作不方便、清扫效率低等问题
10、。国外清扫车由于有几十 年的发展史,加之基础零部件可靠性高,因此都有一个共同的特点,可靠性相对国内产 品要高;而且早已广泛应用了先进的电子技术,有些还应用了有线和无线遥控。 1.3 国内清扫机发展趋势 随着许多新兴的中小城市正在崛起, 城市化规模不断扩大, 路面清洁养护已经越 来越重要,清扫机发展前景会越来越好。在功能多样性方面,由单一功能向多功能方 向发展;在传动系统方面,由机械传动向全液压传动的方向发展;在除尘方面,由干 式除尘方式向湿式除尘方式发展3;在清扫方式上,由纯吸式、纯扫式向吸扫复合式 方向发展;在重量和体积方面,由体积大、自重大的清扫机向体积小和轻便式,综合 利用价值高的方向发
11、展 4。 2. 垃圾清扫机总成设计计算 2.1 设计思想 本垃圾清扫机由清扫部分,传送部分,行走部分和箱体、箱架等结构组成,其特 征在于清扫部分由横置带有清扫刷苗的清扫滚筒构成;清扫机将街道上的垃圾通过清 扫滚筒清扫并抛掷到传送部分中的传送带上,传送带通过齿轮变向实现与清扫机行走 方向成反向旋转,然后垃圾在传送带的末端由于重力的作用掉入垃圾桶中;走部分由 两个定向前轮和两个万向后轮实现,既方便又经济;箱体、箱架主要由角钢焊接而成, 部分零件用螺栓连接,垃圾箱用塑料制成5。本设计的创新特点首先是利用电动机作 为动力来源,清洁环保,操作方便;其次是清扫滚筒用链传动,链传动无弹性滑动和 整体打滑现象
12、,能保持准确的平均传动比,能在潮湿和油腻的环境中工作;最后,利 用卧式滚刷对路面起清扫及垃圾抛起的双重作用。以上小小的创新能够降低清洁员的 劳动强度,提高工作效率的目的。 3 2.2 总体结构设计 总体结构分为以下几个部分: (1)垃圾清扫总成:有清扫滚筒、清扫刷苗、清扫滚筒链轮。 清扫辊通过轴承座固定在机架中间,轴承座主要通过六角螺栓固定在机架底盘上, 清扫刷苗是通过定位销来实现轴向固定。 (2)垃圾输送收集装置:由上料板、垃圾输送带、上滚轮总成、下滚轮总成、 变向轴以及垃圾桶等部件组成。具有结构简单、作业质量好、价格低廉、拆装转 移方便、操作轻巧省力等特点。 (3)行走机构:有四个万向轮组
13、成,前两个不可变向,后两个可改变方向。 (4)操作系统:手推式扶手,控制电机开关。 (5)动力匹配:由电瓶驱动的直流电动机。 其结构图如图 1: 1.机架 2.链轮 3.清扫滚筒总成 4.上料板 5.输送带 6.下滚轮总成 7.皮带轮 8.第二级 从动轴 9.电瓶 10.万向轮 11.第一级从动轴 12.皮带 13.电动机 14.垃圾箱 15.上滚轮 总成 16.扶手 17.齿轮 图 1 垃圾清扫机主要结构图 Fig.1 Main structure map of road sweeping machine 2.3 各主要机构参数的设计和验算 已知条件:清扫机生产率为h/km20 4 2.3.
14、1 垃圾清扫设计 清扫轮消耗功率 N 主要包括:克服刷苗和地面间摩擦力所需的功率,刷苗变 1 N 形所消耗的功率,克服空气阻力所需的功率,克服垃圾与上料板的摩擦阻力所 2 N 3 N 需的功率,提升垃圾所消耗的功率得。 4 N 5 N 6 54321 NNNNNN (1)主要参数 清扫辊半径:85mm 清扫轮宽幅:600mm 尼龙刷苗与地面间摩擦系数:0.4 刷苗自由长度:120mm 尼龙刷苗直径:3mm 刷苗变形量:25mm 工作刷苗数量:200 清扫轴链轮半径:81mm 清扫轮转速:62.5r/min (2)由相关公式计算清扫部分所需功率 6 克服刷苗和面间摩擦力所需功率, (1)1000
15、/ )( 1m VVPN P-变形刷苗对路面上的压力(N) ; -尼龙刷苗与地面间摩擦系数为 0.4; -刷苗圆周线速度取 m/s; m V V-扫路车行走速度为大于 0.09m/s,取 0.09m/s; -传动效率为 0.9; P 值可根据以下公式计算; (2))1arccos()2(18 . 0 1 )/(103 . 5 3 1 22 R h VZhLEJdP m d-尼龙刷苗半径为;m 3 103 R-滚刷半径为 0.205m; L-刷苗自由长度为 0.12m; E-刷苗弹性模量取;Pa 11 109 . 0 J-刷苗断面惯性矩为; 412 1097 . 3 m 5 h-刷苗变形量为 0
16、.025m; Z-工作刷苗数量可由公式计算: 7 (3) m VdBVZ 1 /5 . 5 其中为刷苗和路面接触点到它的垂直位置的转角; 1 (4)488 . 1 180205 . 0 025 . 0 205 . 0 arccos 180 )( arccos 1 R hR -速度比值为 3.5;VVm/ B-滚刷清扫宽度为 0.6m; 计算得出 2 . 211 5 . 3448 . 1 103 6 . 05 . 5 /5 . 5 3 1 m VdBVZ 根据清扫机实际,以及刷苗数合理分布和安排,取 Z=200; 可计算变形刷苗对路面上的压力为 N R h VZhLEJdP m 6 . 854
17、) 205 . 0 025 . 0 1arccos()2315 . 0 (18 . 0 1 200025 . 0 ) 12 . 0 1097 . 3 109 . 0 (103103 . 5 )1arccos()2(18 . 0 1 )/(103 . 5 3 1 1211 32 3 1 22 所以可得 KwVVPN m 154 . 0 9 . 01000 )09 . 0 315 . 0 (4 . 0 6 . 854 1000/ )( 1 已知滚刷转速为 n=62.5r/min,可计算 (5)083 . 0 180/)2(/)2( 3)arcsin( 2 RRhRhhR 因此,刷苗变形所消耗的功率
18、为 (6)Kw L EJ h d n ZN033466 . 0 1026 . 0 2 3 7 2 计算克服空气阻力所消耗的功率为 KwNN00154 . 0 01 . 0 13 克服垃圾与上料板的摩擦阻力所需的功率为 (7)Kw VP N m 04487 . 0 9 . 01000 315 . 0 15 . 0 6 . 854 1000 4 提升垃圾所消耗的功率太小可忽略不计。 5 N 所以清扫部分所消耗的总功率为: 6 KwNNNNNN24 . 0 004487 . 0 00154 . 0 033466 . 0 154 . 0 54321 2.3.2 垃圾输送收集装置设计 滚轮外经:150m
19、m 滚轮转速:100r/min 传送带宽幅:600mm 小齿轮分度圆直径:50mm 1 d 大齿轮分度圆直径:250mm 2 d 小齿轮齿数:20 1 z 大齿轮齿数:100 2 z 齿轮模数:2.5mmm 齿轮计算过程在写在后面 3.3.4 节。 输送带所需功率计算; 假定每一时刻输送带载有的垃圾量和皮带重量为 m=5kg,忽略倾斜的角度不计; 传送带的线速度为 10 (8) sm nr v/79 . 0 60 10751002 60 2 3 输送带所需功率为 (9)kw mgvvF p ww e 041 . 0 96 . 0 1000 79 . 0 8 . 95 10001000 输送带
20、2.3.3 推动清扫机所需功率计算 假设最恶劣的工作环境,当整机重,阻力系数,清扫机以前进kgM807 . 0f 速度工作计算。则有:smV/09 . 0 11 (10)kw MgfvFv P05 . 0 10001000 2.3.4 清扫机扫辊速度验算 设定清扫轮刷苗与上料板最后接触的位置与上料板最高点的距离为.mmH50 设刷苗最远端的线速度为 v,要使质量为 m 的垃圾上抛到最高点,由参考文献19得 知必须满足下面条件: 12 (11)mgHmv 2 2 1 计算smgHv/98 . 0 05 . 0 8 . 922 7 又有smsm nr v/98 . 0 /34 . 1 60 102
21、05 5 . 622 60 2 3 所以清扫车的电机能够保证垃圾顺利地抛送到传送带上。 2.3.5 行走设计 清扫机行走速度:由公式 ,取,得Bvf1000mB6 . 0hmf/k20 13 (12)smhKm B f v/09 . 0 /33 . 0 1000 只要清扫机在不低于 0.09m/s 的行走速度下运行,就能够保证生产率的额定值。 2.3.6 垃圾清扫机的动力匹配 (1)电动机的选择 由以上计算可知清扫机所需要的功率为 14kwPNP284 . 0 041 . 0 24 . 0 输送带 电动机类型和结构型式 电动机类型和结构型式可以根据电源的种类、工作条件(温度、环境、空间尺寸)
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