电动驾驶式道路清扫车路牙清扫系统设计

电动驾驶式道路清扫车路牙清扫系统设计

一、毕业设计（论文）工作内容和要求

1、选题背景

任务内容

我国目前生产和使用的城市道路清扫车（road sweeping vehicle），主要适用于平坦路面的清扫，而对于有台阶道路（如人行道等）的清扫工作，大多仍由环卫工人手工完成。由于手工作业劳动强度大，速度慢，因此迫切需要一种能代替手工作业、能清扫路牙的道路清扫车。本课题要求完成道路清扫车路牙清扫系统的设计，完成相关分析计算和结构设计。要求清扫刷头可以伸到有台阶的路面区域并直接与之贴合，实现路牙地面的清扫。

2、工作内容与需要提供的基础资料

工作内容

(1)查阅有关文献资料，了解相关产品信息，熟悉现有道路清扫车的结构与功能特点以及设计的有关理论与方法，提出道路清扫车路牙清扫系统的实现原理；

(2)提出路牙清扫盘刷旋转与升降、喷水控制、吸尘与储尘等功能的实现方案和机械系统设计方案；

(3)完成路牙清扫系统的总体设计及各机构的运动学设计；

(4)完成路牙清扫系统的机械结构设计，绘制装配图与零件图。

原始条件及数据

(1)采用36VDC蓄电池供电；

(2)路牙清扫面比清扫车行驶路面高20～40mm，清扫宽度1500mm；

(3)最大行驶速度7 km/h。

技术要求

(1)所有运动与动作均采用36V直流电机（或电动推杆）驱动；

(2)机械系统要求结构紧凑、外形简洁，结构设计和材料选用时应注意减重。

3、要求完成的成果和相应的技术指标

（1）文档

3000汉字的英文翻译并附原文；

开题报告一份，总字数不少于3000汉字；

毕业设计报告（论文）一份，字数不少于10000汉字，符合规范化格式要求。

（2）实物成果（如：图纸、软硬件、产品等）的规格与数量或性能指标要求

装配图（A0或A1图幅）1张，零件图（A2～A4图幅）一套。

二、工作进度要求（按周次填写）

毕业设计前一学期末完成英文翻译，收集、查阅、文献资料并准备开题报告。

第1周完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。

第2周英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均用PDF格式，上传至“毕业设计管理系统”。译文封面用标准模板。

第3周查阅文献资料，撰写开题报告。

第4周完成开题报告，经指导老师批阅合格并确认后，上传至“毕业设计管理系统”。开题报告封面用标准模板。

第5周机械系统方案设计。

第6周各机构的运动设计。

第7周中期检查，在“毕业设计管理系统”上完成“中期检查报告”的填写。

第8周机械结构设计，完成装配图草图。

第9周完成装配图计算机绘图。

第10周完成零件图计算机绘图。

第11周完成“毕业设计报告（论文）”的撰写，并提交给指导老师批阅和确认。

第12周用PDF格式，上传“毕业设计报告（论文）”和附件至“毕业设计管理系统”。封面用标准模板。

第13周评阅、成果验收，规范化检查。

第14周答辩评分

三、主要参考文献（3～5篇）

[1]M.M. Abdel-Wahab et al. Finite element models for brush-debris interaction in road sweeping[J]. Acta Mech 215, 71-84 (2015)

[2]M.M. Abdel-Wahab et al. Modelling rotary sweeping brushes and analyzing brush characteristic using finite element method[J]. Finite Elements in Analysis and Design 43 (2016) 521-532

[3]M.M. Abdel-Wahab et al. Experimental determination of optimum gutter brush parameters and road sweeping criteria for different types of waste[J]. Waste Management 31 (2016) 1109-1120

[4]BF Field, LA Jensen et al. Road sweeping machine including an improved filter device[P]. EP1980668A1，2016

[5]杨慧萍，朱国平，徐　达．可清洗路牙的小型清扫车的设计[J]．专用汽车，2017，(2)：11-12

[6]孙新．港口清扫车的设计研制与应用[D]：［硕士学位论文］．天津大学，2017

[7]晏争．双重功能扫路车前刷装置的设计与研究[D]：［硕士学位论文］．南京理工大学，2017

摘要

我国目前生产和使用的城市道路清扫车（road sweeping vehicle），主要适用于平坦路面的清扫，而对于有台阶道路（如人行道等）的清扫工作，大多仍由环卫工人手工完成。由于手工作业劳动强度大，速度慢，因此迫切需要一种能代替手工作业、能清扫路牙的道路清扫车。本文对道路清扫车路牙清扫系统进行机构设计，使清扫刷头能够伸到有台阶的路面区域并直接与之贴合，实现路牙地面的清扫，并对其进行运动学和力学研究。

论文简单介绍了路牙清扫系统的工作原理，并基于其工作需求，提出了一种3自由度的新型路牙清扫系统结构，具有操作方便，运输时通行性好，结构简单等特点。完成了路牙清扫系统总体设计，包括盘刷升降机构的设计，水平移动机构的设计，盘刷回转机构的设计等。关键零部件结构设计，最终完成AutoCAD出图。

对道路清扫系统进行运动学分析，静力学分析和部门关键零件的强度校核，保证所设计的路牙路面清扫系统能够承受自身重量的载荷，并能够顺畅运转。

关键词：路牙清扫；扫路车；结构设计；运动学分析

摘要.......................................................I

Abstract...................................................II

第一章绪论...............................................1

1.1 道路清扫车及其清扫装置概况....................................1

1.1.1 我国扫路车发展概况与发展趋势............................1

1.1.2 扫路车大致分类及其总体设计..............................3

1.2 扫路车路牙清扫系统概况........................................5

1.2.1 普通道路路牙清扫难题....................................5

1.2.2 路牙清扫系统方案概述....................................5

1.3 多功能环卫车辆的发展意义和现状................................6

1.4 本篇论文主要研究内容..........................................6

1.4.1 课题研究内容............................................6

1.4.2 论文组织结构............................................7

第二章扫路车路牙清扫系统总体设计.........................8

2.1 路牙清扫系统需求分析..........................................8

2.1.1 工作环境需求分析........................................8

2.1.2 机构运动需求分析.......................................10

2.1.3 课题任务需求分析.......................................11

2.2 常用驱动传动系统分析.........................................11

2.2.1 常见驱动系统分析.......................................11

2.2.2 常见传动分析...........................................12

2.3 总体结构设计和机构选择.......................................13

2.3.1路牙清扫系统盘刷上下升降机构设计........................14

2.3.2路牙清扫系统盘刷水平移动机构设计........................15

2.3.3路牙清扫系统盘刷回转机构设计............................15

2.3.4路牙清扫系统喷水装置设计................................16

2.3.5路牙清扫系统盘刷旋转装置设计............................16

2.4 总体尺寸和关键参数的确定......................................17

2.4.1升降机构尺寸确定........................................17

2.4.2盘刷水平移动尺寸确定....................................18

2.4.3刷架回转机构尺寸确定....................................18

2.4.4喷水装置尺寸确定........................................20

第三章路牙清扫系统机构静力学分析和强度校核...............21

3.1 升降机构静力学分析............................................21

3.2 平移机构关键零件强度校核......................................23

3.3 回转机构静力学分析及关键零件强度校核..........................23

第四章路牙清扫系统具体零件的设计.........................25

4.1 具体零部件设计................................................25

4.1.1连杆设计................................................26

4.1.2连杆支座设计............................................26

4.1.3刷架设计.............................................29

致谢.......................................................30

参考文献...................................................31

结束语

本文对路牙清扫系统的机构进行了详细的分析，最终提出了路牙清扫系统工作装置的具体方案，其中包括工作装置盘刷升降机构的设计、平移机构的设计、刷架回转机构的设计等，结合其机构的运动学分析和力学分析，对路牙清扫系统的机构设计进行了详细的设计。整个毕业设计主要研究工作如下：

1）设计之前，在阅读大量国内外资料的情况下，熟悉了现有扫路车的工作原理和功能原理，对扫路车工作环境机进行分析，分析路牙工作系统的工作环境需求，运动需求以及专题需求。根据对各种需求的分析，对路牙清扫系统的机构设计提出了详细的需求。

2）根据需求分析，为了路牙清扫系统能够达到要求的功能，需要设计盘刷升降机构，水平移动机构，刷架回转机构等基本结构，选择电机和相关标准零件。用CAD进行二维出图。

3）对路牙清扫系统进行静力学分析和关键零部件强度校核，以保证路牙清扫系统在满足几何尺寸的条件下满足力学要求，从而使整个路牙清扫系统工作顺畅，达到要求。

4）确定相关零件的加工和设计方案，以结构紧凑，外形简洁，减轻质量为前提。

参考文献：

[1]M.M. Abdel-Wahab et al. Finite element models for brush-debris interaction in road sweeping[J]. Acta Mech 215, 71-84 (2017)

[2]M.M. Abdel-Wahab et al. Modelling rotary sweeping brushes and analyzing brush characteristic using finite element method[J]. Finite Elements in Analysis and Design 43 (2017) 521-532

[3]M.M. Abdel-Wahab et al. Experimental determination of optimum gutter brush parameters and road sweeping criteria for different types of waste[J]. Waste Management 31 (2017) 1109-1120

[4]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，2017.9：61-62

[5]杨慧萍，朱国平，徐　达．可清洗路牙的小型清扫车的设计[J]．专用汽车，2017，(2)：11-12

[6]孙新．港口清扫车的设计研制与应用[D]：［硕士学位论文］．天津大学，2016

[7]晏争．双重功能扫路车前刷装置的设计与研究[D]：［硕士学位论文］．南京理工大学，2017

[8]宋永刚，姚莉娜．高等级公路清扫车盘刷性能与技术研究．西安公路学院，2016

[9]李江涛．我国扫路车发展概况与发展趋势．长沙建设机械研究院．2017

[10]罗善瞀．影响扫路车扫刷磨损的原因分析．建设机械技术与管理，2017

[11]刘志翎，郭飚．基于液压传动的一种扫路车前扫刷．液压气动与密封，2017,（11）：30-33

[12]秦娜．扫路车传动系统的探索与研究．建设机械技术与管理，2017.4

[13]刘芳贤．四扫刷扫路车扫盘液压系统．工程机械，2017.10

[14]徐宁，吴三达．吸扫式扫路车液压系统的总体设计与研究[J]．商用汽车，2016（6）：83- 85．

[15]朱红义，秦永法．自锁液压缸在扫路车中的应用．工程机械，2017（11）：31-32