城市护栏自动清洗机构设计

城市护栏自动清洗机构设计

摘要:随着我国经济的快速发展，高等级公路的建设也逐步加快。为保证交通及车辆分道行驶的安全性，公路都设置了防撞护栏。在护栏的使用过程中，由于车辆的尾气排放、风沙雨水侵蚀及其它自然或人为原因，护栏表面会出现灰尘污染，久而久之还会出现结垢，其不仅会使护栏标志不洁而失效，更容易造成交通事故，而且也会使其失去美观，影响路容路貌。护栏的整洁关系到城市的市容市貌，也更是国家形象的体现。因此护栏的清洗是各地环卫部门的重要工作。

目前国内护栏清洗作业多由人工完成，劳动强度大、作业效率低，并且大部分护栏置于道路的中央，清洗时容易发生安全事故。因此，设计一种高效的护栏清洗车，不仅具有宽广的市场空间，也具有良好的社会效益。

关键词：护栏；清洗车；滚刷

1 绪论 3

1.1 课题背景与目的 3

1.1.1 课题背景 3

1.1.2 课题目的 3

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国外现状 3

1.2.2 国内现状 4

1.3 发展趋势 4

1.4 护栏清洗机的经济性及市场前景 4

1.4.1 经济性 4

1.4.2 市场前景 5

1.5 国内的清扫车存在差距 5

1.5.1 水平和质量的差距 5

1.5.2 生产设备和生产手段落后 5

1.5.3 设备舒适性的差距 6

2 系统总体方案设计 7

2.1 动力源选择 7

2.2 驱动电机选择 7

2.3 直流电动机的启动方式 7

2.4 调速器的选择 8

3 护栏清洗机构设计 9

3.1 工作装置设计 9

3.1.1 工作速度确定 9

3.1.2 滚刷结构参数及转速 9

3.1.3 滚刷材料选取 10

3.1.4 滚刷电机选取 11

3.2 同步带传动设计 12

3.3 滚刷轴的设计及计算 14

3.4 横杆的设计及计算 16

3.5 提升液压缸的设计及计算 19

3.6 水平往复机构的设计及计算 21

4 清洗装置设计 24

4.1 毛刷的选择与安装方式 24

4.2 水泵的选择和计算 24

结论 25

参考文献 26

致谢 27

1 绪论

1.1 课题背景与目的

1.1.1 课题背景

工业化的建设使城市人口和车辆逐年增多，人、车道路交通产生很大的矛盾，几乎所有道路拥挤的地方都安上了护栏隔离，城市公路中央护栏可以引导驾驶员的视线，以防车辆驶出路外造成交通事故。隔离护栏经过日晒雨淋，经常是脏兮兮的，不仅影响路容的整洁美观，而且护栏本身容易损耗。城市公路中央护栏的清洗，不仅是为了整洁的市容，而且能够延长护栏的使用寿命。为了保持城市公路中央护栏良好的引导视线功能和清洁美观，需要对护栏进行定期清洗。人工清洗护栏的劳动强度大，清洗效率低，每人每天大约只能清洗600米左右。白天车流量很大，人工清洗护栏不安全且影响交通，一般在晚上车流量相对较小时清洗，而晚上清洗时经常有发生车撞环卫工人的事故。于是城市公路中央护栏清洗机的出现具有实际的意义[1]。

1.1.2 课题目的

1、通过贴近实际的毕业设计，使学生全面巩固大学四年来所学的基础知识和专业知识。

2、通过本次设计，使学生能够熟练资料收集，整理，分析，综述的方法，熟悉技术文件的写作，学生能够获得一次全面的实际锻炼。

3、通过借助计算机辅助设计，使学生能够快速有效的熟练掌握计算机辅助设计中的技巧，积累一定的经验，为以后的工作打下良好的基础。

4、通过本次设计，学生能够亲自动手，真正将理论应用于实践，能够真实贴切的体会产品设计的整个过程。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外现状

公路自本世纪30年代末期在德国出现以后，直到70年代后期，防撞护栏要么不洗，要么以人工擦洗作业。80年代初，美国福特公司首先研制了防撞护栏清洗设备，它是在轮式行走地盘的前桥上悬挂作业装置，采用机械传动，以单刷射水方式作业；其车厢内装设3KL的金属水箱提供水源，工作效率为3～5km/h，清洗宽度300～350mm，我国京津塘公路已有引进，并在使用中。另外具有代表性产品为德国的慕迪卡（multicar）多功能养护车。该车为全液压驱动，当用于护栏清洗时，在车前部装设悬挂式清洗装置，以双刷射水完成作业，车厢内的玻璃钢水槽容量为1.8kl。该车的最大特点是采用液压液力传动，工作装置可以方便地进入和退出作业，工作臂的变幅动作方便而容易，作业效果好。其作业宽度约350mm，最佳作业速度1.3km/h～1.5km/h。该车已用于我国山西太旧和河北京石告诉公路。上述车型代表了国外目前护栏清洗设备的基本水平[2]。

1.2.2 国内现状

我国公路建设和养护起步较晚，随着80年代沈大公路的修建，防撞护栏及其清洗问题便提到议事日程上。进口设备虽然有诸多优点，但有些方面不太符合国情。如multicar车的作业读仅为1.5km/h以下，其购置费用和使用成本高，全面推广不现实。山西省交通科学研究所根据工程的迫切要求，研制了我国第一代防撞护栏清洗车（定名为HXC—300）并在太旧公路进行试验和工程应用，得到了使用单位的欢迎并于1997年底通过了技术鉴定。随后一系列护栏清洗车相继出现，如HXC600防撞护栏清洗车，国通牌公路护栏清洗车，在原有的电机控制上作了较大的改变和完善，也就更加合适我们公路护栏清洗的需要[3]。

1.3 发展趋势

随着我国经济的快速发展，高等级公路的建设也逐步加快。因此，防撞护栏的数量也随之增加。护栏由于受车辆的尾气、灰尘粘附及其他因素的英雄，表面会出现不同程度的污染，影响。护栏的整洁关系到城市的市容市貌，也更是国家形象的体现。因此护栏的清洗是各地环卫部门的重要工作。目前国内护栏清洗车作业多由人工完成，落座强度大、作业效率低，并且大部分护栏置于道路的中央，清洗时容易发生安全事故。因此，设计一种高效的护栏清洗车，不仅具有宽广的市场空间，也具有良好的社会效益[4]。

1.4 护栏清洗机的经济性及市场前景

1.4.1 经济性

（1）改进生产工艺，节约原材料，降低生产成本，提高了材料的利用率；

（2）本装置结构简单、易操作、使用方便、可靠性强，使用范围广；

（3）该产品生产过程中对空气无污染，对生态环境不产生影响，不存在“三废”问题，企业已在科技创新基金中采取了安全生产的必要措施和相应的技术规范。采用电能作为能量输入，无尾气排放，绿色低碳；

（4）方便、环保。内部采用直流电力驱动，无污染，电动机采用PWM直流调速器调速，可通过差速调速来控制和协调两个主电动轮在直道、弯道的行驶速度和方向。应用范围广泛，功能实现方式可靠，应用广泛；

（5）安全性。全自动导向装置，自主适应护栏的变化，实现无人干预、自动行走。检测装置

有红外线检测，将检测到的相应数据用LED方式显示，同时提供报警和自动减速停止特点。

1.4.2 市场前景

我国拥有655个大中型城市，全国各大中小城市，需要清洗的城市护栏更是数不胜数。各市、区、县对其需求都很显著，新型护栏清洗设备的技术优势和成本优势的运用都将降低传统的人力清洗过程所造成的人力资本的耗费。本项目可以运用于城市道路护栏、高速公路护栏、公园、社区等护栏的清洗，各省市区市政集团、各市区环卫部门、物业公司、各单位后勤集团、各高速公路养护单位都将可能成为本项目产品的潜在用户。一般情况，2-3个月护栏就需要一次清洗，如采用人工方式，按300 m/人/天，人工费0.1元/m算，某城市的护栏总长为1000km，则每年除去耗材费用，仅人工投入就需要45万元，我国655个城市的投入就为2.9475亿元，数额巨大，并且容易引发交通事故，造成额外赔偿。如采用车载式清洗方式，买台售价都在15万元以上，按照每个城市采购10辆计算，总的投资成本9.825亿元，并且耗水量大，冬季容易造成路面结冰，引发交通事故。

1.5 国内的清扫车存在差距

1.5.1 水平和质量的差距

虽然，我国清扫车技术的发展令世界瞩目，但是，与发达国家相比，我国清扫车还存在不少差距。我国的清扫车在清扫效率、清扫能力、除尘效果等清扫作业性能方面与发达国家的水平相当，而在清扫车的噪声、排放、可靠性、舒适性，自动调整等方面扔存在较大差距，特别是全液压清扫车，仅相当于发达国家20世纪80年代末到90年代初产品的水平。就目前我国清扫车的水平和质量可知，我国在清扫车设计中，还缺少对专用部件的研究，缺少设计理论的指导，经验多于计算，模仿较多，创新较小。可以说，目前我国对清扫车的研究能力还较差，还未真正达到对清扫车进行研究的目的和要求，同时，缺乏必要的研究条件。目前，我国中小型全液压清扫车除与汽车底盘改装的清扫车存在同样的缺陷外，还存在舒适性查、噪声大、空车质量大、外形不够美观等特点。另外国内的清扫车在以下几个方面有待改进：如在高可靠性上，设备的高可靠性就是指某种设备的可靠程度，即在其正常使用当中的无故障间隔时间的长短。国产工程机械平均无故障间隔时间为150~300小时。而国外工程机械都在600小时~2000小时。我国工程机械的平均使用寿命仅为国外同类产品的1/2，甚至不到1/2。因此目前的首要工作是解决产品经久耐用的问题，提高可靠性的各项指标。

1.5.2 生产设备和生产手段落后

由于国内清扫车生产企业的生产规模都较小，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，加工的零部件难以有稳定的质量。此外，我国通用零部件制造水平较低，也影响了扫路机的质量。分析其原因主要在材料和设计上。所以对清扫车易磨损件材料的研究和合理设计，提高易磨损件的耐磨性也是提高我国清扫车可靠性必不可少的工作。因此提高清扫车外观质量。国外清扫车的老面孔仍未得到彻底改变，尤其是油漆的光泽性、附着力、抗冲击、硬度、耐候性和弯曲性能等还存在不小差距，特别是耐时性上不过关，新车放不到3个月就失光、褪色。

1.5.3 设备舒适性的差距

设备的舒适性是指驾驶员在操作设备作业时所感受的舒适深度，包括环保方面的排放标准和噪声大小等。有的厂家在驾驶室里安装收录音和CD等音响系统，其实在没解决设备噪声之前，这些都是徒劳的。同理，在没解决驾驶室密封问题之前，一切空调通风换气设置都是没有任何意义的。以清扫车、装载机、推土机为例，首先应该解决噪声和排放污染问题。因为它不但对驾驶员身心健康有影响，更重要的是对与其配合工作的其他设备及人群有影响。而驾驶室搞成轿车标准其实并不困难。要知道清扫车、装载机、推土机等工程机械驾驶员比轿车司乘人员更需要舒适。因为他在非常恶劣的环境当中不停的作业。

结论

毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次比较完整的护栏清洗车设计（工作装置设计），我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使得我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。

虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。随着设计的不断深入而不断学会各种知识技能的运用。和老师的沟通交流更使我对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。

在设计过程中，整个装置的设计、布局、连接让我很头痛，原因是所有东西都是凭空想象出来的，完全没有一个实体可以参照，对于各种参数的选取，我都是翻阅资料再与老师交流后选取的。尽量让整个设计更合理。

提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了许多实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。

顺利如期的完成本次毕业设计给了我很打的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。但是本次设计还是有遗憾，整个工作装置的稳定性可靠性以及成本并没有过多去考虑。但是，我相信，在后续的毕业设计中，我的学弟学妹们会把我的遗憾和不足补出来。我相信，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国的四化服务。

在设计的过程中，我认识到了设计方法重要性，同时有也发现了自己的很多不足之处。深有感触：

1、仅仅了解书本上的知识是远远不够的，只有结合自己的实际情况运用于实践，这样才能更深地了解和学习好知识。

2、在工作中要不断的积累经验，学会用自己的只是解决实际问题。

3、自己学到的只是太有限，知识面太窄，以后还有待加强顺利和实践。

4、要不断地向别人学习，尤其要多向老师请教，他们可以让我们少走很多弯路，同时也让我们知道很多优秀的设计方法和与众不同的设计理念。

5、创新设计是我们未来生存的法宝，所以从现在开始一定要有意识的锻炼和培养自己在这方面的能力。

参考文献

[1]勒长征，宁维庆，杨彩芸.高等级公路湿式护栏清洗车的研制.陕西交通科技，1998，03

[2]黄海兵.新型城市护栏清洗车的开发研究.工程机械，2009，40

[3]杨文科，卜润怀，姚伟红.试论告诉公路刚装护栏干式清洗车的结构设计.山西交通科技，1998，05

[4]吴宗泽，罗圣过.机械设计课程设计手册，3版.北京：高等教育出版社，2006

[5]高跟树，秦娜，陈诚.道路护栏机械清洗刷具技术研究.中联重科环卫机械有限公司2013，12