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城市道路鋼護欄清洗箱設(shè)計
目 錄
目 錄 ……………………………………………………………………………1
第一章 緒論……………………………………………………………………2
第二章 總體設(shè)計………………………………………………………………3
第三章 清洗箱設(shè)計……………………………………………………………6
3.1設(shè)計要求……………………………………………………………………6
3.2設(shè)計參數(shù)……………………………………………………………………6
3.2.1橫梁…………………………………………………………………7
3.2.2伸縮桿………………………………………………………………7
3.2.3轉(zhuǎn)軸…………………………………………………………………10
3.2.4軸承的選取…………………………………………………………10
第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………11
4.1系統(tǒng)的設(shè)計要求……………………………………………………………11
4.1.1工況分析……………………………………………………………11
4.1.2液壓缸的主要參數(shù)的確定…………………………………………12
4.2液壓系統(tǒng)圖的擬訂…………………………………………………………14
4.2.1液壓回路的選擇……………………………………………………14
4.2.2擬定液壓系統(tǒng)圖……………………………………………………15
4.2.3液壓元件的選擇……………………………………………………15
4.3液壓系統(tǒng)的性能驗算………………………………………………………17
4.3.1回路壓力損失驗算…………………………………………………17
4.3.2系統(tǒng)動作過程分析…………………………………………………17
設(shè)計總結(jié)……………………………………………………………………………19
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………20
摘要:
本文就現(xiàn)有城市道路鋼護欄設(shè)備所存在的一些問題對其進行重新設(shè)計.主要設(shè)計了清洗車清洗箱液壓系統(tǒng)及清洗箱機械結(jié)構(gòu)部分.重點是對其運動所需控制系統(tǒng),機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計計算.包括箱體結(jié)構(gòu)尺寸計算.液壓零件選取等.
關(guān)鍵詞:
清洗箱,液壓系統(tǒng),液壓零件.
Abstract:
This text as to it's the current city road steel column equipments a some problem for exsitting proceed design afresh.The main design settles to wash the car washes a liquid presses the system and washes a machine construction the part.Point is as to it's exercise need to control the system, the machine construction proceed the design the calculation.Include a construction size calculation.The liquid presses the spare parts selects by examinations etc..
Key word:
Wash box, the liquid presses the system, the liquid presses the spare parts.
第一章 緒論
目前,城市道路隔離帶護欄的清洗多數(shù)是用人工清洗,勞動強度大,效率低,而且還存在著人身安全問題。偶爾也有個別地方在灑水車的側(cè)面或前面加上一個可以低速旋轉(zhuǎn)的毛刷在噴淋情況下刷洗護欄,但是,由于毛刷不能橫向移動,也不能升降運動,所以刷洗面很有限,刷洗效果也欠佳。
城市道路護欄,多為鋼制焊接成各種網(wǎng)格圖案,幾十種形狀及尺寸使鋼護欄難以規(guī)范和統(tǒng)一。近年來,鑄鐵鋼花護欄、不銹鋼護欄也十分普遍。清洗城市道路鋼護欄,一般采用人工刷洗或涂漆蓋污的方法,但由于街道行駛車輛多,人工在此環(huán)境下刷洗很不安全、且洗潔率極低,無法達(dá)到城市環(huán)衛(wèi)標(biāo)準(zhǔn)。我國部分城市(如北京,上海,廣州,成都等地)研制使用的護欄清洗車,有如下缺陷:由于車輛行駛線路不能適時與道路曲線平行,無法刷到車行逆向的平面;而多種規(guī)格的網(wǎng)孔花紋圖案加之車速過快,使刷子無法“伸入”網(wǎng)格內(nèi)清洗;凡此種種,最終的洗潔率約為35%。為此,我設(shè)計了采用雙液壓規(guī)避機構(gòu)，可橫向與上下升降運動的城市道路鋼護欄清洗車的清洗箱。
第二章 總體設(shè)計
護欄清洗車由底盤、水罐、清洗液水箱、橫向水平伸縮機構(gòu)、垂直舉升機構(gòu)、柱刷及驅(qū)動機構(gòu)、液壓傳動及控制系統(tǒng)、水路系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成,其外形如圖2-1示．
圖2-1
該車采用載重為2.75T的東風(fēng)EQ1061G2D2汽車底盤改制而成,取力器的離合采用推拉軟軸控制,伸縮機構(gòu)手柄、舉升機構(gòu)手柄、水泵控制手柄及柱刷控制手柄均集中分布在駕駛室內(nèi)。整車參數(shù)如下：
整車外形尺寸（長×寬×高）：6480×2200×2850mm
工作尺寸（長×寬×高）：6480×3100×3140mm
水箱最大容積：3m3
水箱額定容積：2.3m3
清洗液箱容積：0.1m3
液壓系統(tǒng)額定壓力：6.3MPa
柱刷橫向伸縮距離：700mm
柱刷上下往復(fù)距離：600mm
整車整備質(zhì)量：5000kg
滿載總質(zhì)量：7800kg
工作尺寸（長×寬×高）：6480×3100×3140mm
水路壓力：0.5MPa
清洗道路護欄車速：3~4km/h
發(fā)動機功率：88Kw/2800r/min
發(fā)動機額定扭矩：343N.m/1500～1800r/min
輪距（前/后）：1750/1586
發(fā)動機型號：EQD6102-1型
底盤型號：EQ1061G2D2
軸距：3650mm
水箱及清洗液水箱
水箱為鋼板焊接件,設(shè)計最大容積為3ｍ3,額定容積為2 3ｍ3,其橫斷面為橢圓形。箱體前左側(cè)呈凹狀缺口,以利于安裝垂直舉升機構(gòu)及柱形毛刷。箱內(nèi)焊接有三道防波板,以減少因行駛時水流對箱的沖擊力。在水箱后頂部設(shè)有人孔及爬梯,以方便對箱體內(nèi)部檢修及清洗工作。水箱內(nèi)部還涂有防銹涂層,以減少水對箱體腐蝕。清洗液水箱利用不銹鋼板焊接而成,能有效避免清洗劑本身對金屬的腐蝕。箱內(nèi)設(shè)計有防波層,其設(shè)計容積為0.1m3。
水箱外觀如圖2-2所示：
圖2-2
清洗液箱采用全不銹鋼焊制，外觀如圖2-3所示：
圖2-3
液壓油箱采用鋼板焊制而成。
清洗箱結(jié)構(gòu)見后。
第三章 清洗箱設(shè)計
3.1設(shè)計要求
系統(tǒng)工作環(huán)境為城市道路由于外界的影響，所以非常不穩(wěn)定。而且系統(tǒng)由于清洗對象具有多樣性，可以針對不同的護欄進行清洗，所以在設(shè)計時只須確定最大工作強度對其進行校核。
3.2設(shè)計參數(shù)
系統(tǒng)清洗箱裝配圖主視圖（草圖）如圖3-1所示：
圖3-1
其俯視圖（草圖）如圖3-2所示：
圖3-2
3.2.1橫梁
對橫梁，由于安裝尺寸的需要，必須裝上兩馬達(dá)且要安裝在兩伸縮桿上,設(shè)計尺寸為[長寬高=930150120（mm）],用45號鋼機械加工造成，零件圖見附圖。橫梁上只有兩個柱刷清洗系統(tǒng)重量為：G3 =24.502+2070kg
由經(jīng)驗可知其強度與剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大雨所須強度與剛度，故無須校核。
3.2.2伸縮桿
對伸縮桿進行設(shè)計校核：
由于行程為伸縮距離700mm，故初定尺寸如圖3-3示：
圖3-3
其尺寸為：[長寬高=17808080（mm）]
工件由45號鋼機械加工而成。
對其強度進行校核：
其受力圖如圖3-4所示：
液壓馬達(dá)選取為：ZM-40 ，質(zhì)量：15.68kg。
所以有：G橫梁=（930150120）7.8103130kg=1300N
所以G1=G橫梁＋G馬達(dá)＋G附＝1300+156.82+N2000N
G2=0.08*0.08*1*7.8X103=5000N
f=1000N
G3=0.08*0.08*0.7*7.8*103=350N
由力矩平衡可得平衡方程：
f0.8+G11+G20.5=G30.35+FB0.7
帶入得：10000.8+20001+5000.5=3500.35+FB0.7
解得 FB＝4182N
又FA=FB+G1+G2+G3
所以 FA=7032N
圖3-4
故：
?。蚼ax=f0.8+20001+5000.5=3050 N.m
其中安全系數(shù)為２．
所以滿足設(shè)計強度要求．
3.2.3轉(zhuǎn)軸
對轉(zhuǎn)軸設(shè)計校核：
一般護欄高度為1.2m以下，故設(shè)計時毛刷長度為1400mm，其草圖如圖3-5：
圖3-5
需要有清潔水與清潔液從轉(zhuǎn)軸中流出,故選擇如上圖所示工件,工件由45號鋼加不銹鋼無縫管焊接而成，中間鉆有一些小孔以便清潔液的流出。故計算是需要有大的保險系數(shù)，我們選擇為3。
最大摩擦力為F=1000N。
則其最大轉(zhuǎn)矩為：
由
所以
故零件尺寸滿足工作需求。
3.2.4軸承的選取
選用兩種軸承分別為：向心軸承（GB273.3-82）直徑系列為1，寬度系數(shù)為0的正常型軸承。其中
雙向推力軸承（GB273.2-81），直徑系列2。寬度正常的軸承。
其中
第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計
4.1 系統(tǒng)的設(shè)計要求
此系統(tǒng)主要完成對城市道路鋼護欄的清洗工作。所須完成動作包括橫向水平運動、垂直上下運動與旋轉(zhuǎn)運動。在橫向運動時，由于汽車運動時與護欄的平行度不能保持絕對一致，故柱刷與護欄之間存在碰撞與分離現(xiàn)象，設(shè)計中必須消除這兩種情況的發(fā)生，為此設(shè)計液壓自動規(guī)避裝置。前后兩液壓油缸在壓力作用下可自動發(fā)生規(guī)避。以達(dá)到清洗的潔度與保護裝置。
液壓系統(tǒng)的工作壓力在一定范圍內(nèi)均為可調(diào)，以滿足對不同護欄的清洗工作。由于主要完成清洗工作，故系統(tǒng)精度要求一般。對于系統(tǒng)穩(wěn)定性，因工作環(huán)境差，外界干擾大，故系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定要求。
4.1.1 工況分析
系統(tǒng)工作時主要工作工況為橫向伸縮、垂直升降、旋轉(zhuǎn)運動。其各部分工作所需最大負(fù)載如表4-1所示：
表4-1 工況分析
工況
負(fù)載組成
負(fù)載值
負(fù)載/
水平移動
F=f+f’
1000+100=1100N
1200N
垂直升降
F=G
2000+500+350=2850N
3170N
旋轉(zhuǎn)
M=f.R
0.21000=200N.m
220N.m
注：１、液壓缸的機械效率取＝0.9
２、不考慮滑臺在導(dǎo)桿上的顛覆力作用，不計導(dǎo)套與導(dǎo)桿之間的摩擦。
4.1.2 液壓缸主要參數(shù)的確定
由[1]《液壓傳動與氣壓傳動》第二版（華中科技大學(xué)出版社）P270表９－２先選取執(zhí)行元件工作壓力．則P1=4MPa．
水平移動缸由于要使其在一定的壓力下可以自動調(diào)節(jié),所以缸應(yīng)采用兩桿結(jié)構(gòu),因為對稱結(jié)構(gòu)可以在兩端壓力不對稱時調(diào)節(jié)更為快捷與方便。
伸縮克服最大力設(shè)定為F＝1000N,在水平作用時，系統(tǒng)須保持一定的轉(zhuǎn)軸對護欄的壓力，也要使儲能器有一定的壓力以便在儲能器中有一定的液壓油使得當(dāng)在壓力達(dá)到一定程度時系統(tǒng)對轉(zhuǎn)軸進行一定的緩沖，從而保護轉(zhuǎn)軸不受到撞擊而受到損壞．又要使其能在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，所以選用一調(diào)壓閥作為背壓閥。調(diào)壓閥最大背壓為：。在工作進油時，因液壓缸工作為可調(diào)，故在進油前也必須使用一調(diào)壓閥對伸縮桿對護欄工作壓力進行調(diào)節(jié)。其調(diào)節(jié)壓力為：
垂直升降缸，對其進油設(shè)定一單向閥，防止在回油時由于系統(tǒng)自重而使得液壓油回流．系統(tǒng)最大壓力為：．采用單桿缸．系統(tǒng)提供壓力為：
所以，液壓缸選取為：
水平伸縮缸：
采用長江液壓件廠的型號為：ＨＳＧＬ－６３／dＥ
公稱壓力：10MPa 液壓缸外徑：Ｄ１＝１０２mm
缸徑： D=80mm 桿徑：d=45.
行程： L=800mm 速比：1.46
垂直液壓缸：
采用首鋼液壓機械廠的型號為：ＳＤＧ－８０／５０Ａ－e
缸徑：Ｄ＝９０mm 桿徑：d＝４５mm
推力：８２００Ｎ 拉力：８９５０Ｎ
行程：Ｌ＝８００mm 速比：1.46
對于轉(zhuǎn)動馬達(dá)，采用天津液壓件廠的觸式通軸馬達(dá)；其尺寸如圖4-1所示：圖4-1
排量：25／(Ml/r) 壓力：６.3/MPa
轉(zhuǎn)速范圍：Rmin=30(r/min) R額定＝1500(r/min) Rmax=2000(r/min)
5MPa時轉(zhuǎn)矩：24.50(N.m)
容積效率： 總效率：
質(zhì)量：15.78kg
4.2 液壓系統(tǒng)圖的擬訂
4.2.1液壓回路的選擇
4.2.1.1選擇調(diào)速回路。
由系統(tǒng)要求可知，柱刷在清洗過程中對于不同的工作對象需要有不同的轉(zhuǎn)速，所以馬達(dá)的轉(zhuǎn)速必須為可調(diào)，在轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)動效率小，轉(zhuǎn)速低，工作負(fù)載的變化在橫向系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)下工作負(fù)載小，故可采用進口節(jié)油。
4.2.1.2水平伸縮機構(gòu)。
由于用兩個柱刷，排列在同一橫桿上，當(dāng)出現(xiàn)護欄轉(zhuǎn)角或者當(dāng)汽車出現(xiàn)移動路線與護欄之間有一定的角度時，則前后兩伸縮桿之間的壓力將發(fā)生差異，故前后兩伸縮桿分別采用獨立的壓力提供系統(tǒng)，使其兩者發(fā)生差異時不會發(fā)生互相干涉。并且當(dāng)不同的情況下兩者可以獨立調(diào)節(jié)以滿足更多的工作場合。在橫向伸縮過程中，由于需要移動的速度非常小，故系統(tǒng)的流量低，壓力低。采用進口節(jié)油，用雙聯(lián)葉片泵的小流量與小壓力泵提供壓力油。在伸縮缸自動調(diào)節(jié)時，為防止在在回油時造成吸入空氣的現(xiàn)象，在出口設(shè)置一儲能器，采用調(diào)壓閥背壓，同時可以進一步保證伸縮缸的工作的穩(wěn)定性。在進口處設(shè)置一可調(diào)先導(dǎo)溢流閥，也可以調(diào)整柱刷對護欄之間的壓力。當(dāng)出現(xiàn)異常情況下時可作為備用系統(tǒng)。
4.2.1.3垂直升降機構(gòu)。
垂直升降機構(gòu)由于所需壓力大，但在工作時不發(fā)生移動，并不需要提供液壓油設(shè)計為與柱刷馬達(dá)由同一泵提供液壓油。采用單向閥可以防止以外情況下升降臺由于自重而發(fā)生壓力油的回流而損壞泵且發(fā)生碰撞的情況發(fā)生。所需提供壓力大，采用出口節(jié)流的調(diào)速方式。
4.2.2擬訂液壓系統(tǒng)圖
綜合上述分析和所擬訂的方案，將各種回路合理地組合成為該系統(tǒng)的工作原理圖如圖4-2所示：（詳圖見附圖）
圖4-2
4.2.3液壓元件的選擇
4.2.3.1液壓泵
液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為4MPa，進油壓力損失取為1MPa（調(diào)節(jié)范圍），背壓損失取為0.5MPa，則壓力?。?
橫向伸縮缸由于工作壓力小，且移動速度慢，v=1cm/s
所以流量為
馬達(dá)的流量為：
根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選取YB-4/25型雙聯(lián)葉片泵.
4.2.3.2閥類元件及輔助元件
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件的實際流量,可選出這些元件的型號及規(guī)格，表4-2表示了所選出的一種方案。
表4-2 各元件選取
序號
元件名稱
估計通過流量
/（L.min-1）
型號
規(guī)格
調(diào)節(jié)壓力/MPa
1
液壓油箱
100L
2
濾油器
42
XU-J6380
3
雙聯(lián)葉片泵
YB-4/25
6.3MPa25和4L/MPa
4
二位二通電磁閥
30
GB2514-AA-02-4-A
5
單向閥
10
A-Ha10-L
6
升降油缸
10
SDG-80/50A-e
L=800
7
調(diào)壓閥
OF3-E6XB
1
8
溢流閥
1
YF3-10L
9
轉(zhuǎn)軸油馬達(dá)
15
ZM-40
10
水泵
YB-A6B
11
橫向升縮缸
HSGL-63/DE
12
三位四通電磁閥
VE1D-RK/DC36/V/B/CM
13
油馬達(dá)
20
PV2R1-6
14
蓄能器
HXQ-B4.0D
4L 耐壓25.5MPa
15
先導(dǎo)溢流閥
FBG-03-124-11
1
4.3液壓系統(tǒng)的性能驗算
4.3.1回路壓力損失驗算
由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個回路的壓力損失無法估算，僅只閥類元件對壓力損失所造成的影響可以看得出來，供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時參考，這里估算從略。
4.3.2系統(tǒng)動作過程分析
清洗箱的動作過程見附圖。系統(tǒng)工作流程如圖4-3所示：
圖4-3
在調(diào)節(jié)中，各部分調(diào)節(jié)旋扭、開關(guān)均在駕駛室內(nèi)，工作人員可以隨時對于壓力，馬達(dá)轉(zhuǎn)速，清潔劑提供垂直高度等參數(shù)進行調(diào)節(jié)，各部分可分別調(diào)節(jié)，也可以同時調(diào)節(jié)。以滿足不同工作環(huán)境對于系統(tǒng)的需要。車的倒后鏡對準(zhǔn)兩柱刷,在橫桿上裝有照明燈,當(dāng)光線不良時打開照明系統(tǒng)以便觀察,便于隨時對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié).在正常情況下，車輛邊行走邊擦洗護欄,遇有特別臟的地方，放慢車速甚至可停下來，直到清洗干凈為止。在清洗過程中，要邊噴水、邊清洗,噴水嘴噴水主要起三方面作用：(1)降溫作用。刷子高速轉(zhuǎn)動，擦洗護欄，使刷毛與刷毛之間、刷毛與護欄之間摩擦起熱,如不進行噴水降溫，將使刷毛變形,損壞材料,影響清洗效果。(2)去塵作用。刷毛是用樹脂做成的，光滑柔軟，用水噴洗刷子，刷毛上的塵土?xí)詣与x去；刷子擦洗完護欄，護欄上仍留有擦起來但未離去的灰塵，用水噴洗護欄，灰塵就會隨水流走。(3)壓塵作用。噴水清洗，塵土不會飛揚，作業(yè)環(huán)境得到改善，清洗效果得到保證。
設(shè)計總結(jié)
近三個月的畢業(yè)設(shè)計終于結(jié)束了，通過這些天的設(shè)計學(xué)習(xí)，自己的專業(yè)知識和獨立思考問題的能力有了很大的提高，對我走向社會從事專業(yè)工作有著深遠(yuǎn)的影響?，F(xiàn)在就談?wù)剬Ρ敬萎厴I(yè)設(shè)計過程中的認(rèn)識和體會。
首先，我學(xué)會了查閱資料和獨立思考。我的課題是城市道路鋼護欄清洗車清洗箱設(shè)計。當(dāng)開始拿到畢業(yè)設(shè)計題目時，心里面是一片迷茫，不知從何入手，幸好在趙老師的指導(dǎo)下及時理清了頭緒，避免了走很多的彎路。認(rèn)真翻閱相關(guān)資料，由于圖書館相關(guān)資料非常少，并且在Internet上也很少有相關(guān)資料的發(fā)布，所以同時也學(xué)會了怎樣檢索文件，這也是此次設(shè)計的一個收獲之一．
在設(shè)計過程中，我有進入公司參加工作，在工作過程中，我通過對相關(guān)知識的接觸與思考，學(xué)會了日式設(shè)計風(fēng)格：通用性，獨立性的設(shè)計手法．在設(shè)計中多處用到很多的通用元件，使得系統(tǒng)在制造過程中的制作過程更加的方便，同時獨立設(shè)計手法可以讓系統(tǒng)更加的便于維護與使用．方便了在使用過程中對于問題出現(xiàn)的處理．
進行結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計。由于圖冊上已有一定的結(jié)構(gòu)，我要做的結(jié)構(gòu)方面就只是把尺寸確定下來，然后把自己的一些思想設(shè)計進去，做適當(dāng)?shù)母倪M。使結(jié)構(gòu)更合乎門口要求。每一個設(shè)計都是一個創(chuàng)新、完善的過程。在設(shè)計過程中運用所掌握的知識，發(fā)揮自己的想象力，完美原有的結(jié)構(gòu)。這個過程也是一個學(xué)習(xí)的過程。
其次，認(rèn)識到實踐的重要性。這次設(shè)計我做了很多重復(fù)工作、無用功，但是這些重復(fù)工作和無用功積累了設(shè)計經(jīng)驗。同時也認(rèn)識到設(shè)計不能只在腦子里想其結(jié)構(gòu)、原理，必須進行實際操作。另外，也應(yīng)從多個角度來思考問題的所在，嘗試其它的方法，以求找到最佳方法，因為即使想的很完美，但到實際的設(shè)計時會遇到很多想不到的實際問題。
在設(shè)計的過程中，也出現(xiàn)了一些客觀不足的問題，就是模具結(jié)構(gòu)、注射機只能靠想象，沒有實踐條件，不能根據(jù)實際的情況來作合適、客觀地修改，這樣做出來的，難免有些缺點和不足，由于諸多原因，本次設(shè)計存在一些不足和有待改善的地方，希望老師能夠提出寶貴修改意見。
最后，衷心感謝劉教授、招老師、陳老師對我的悉心指導(dǎo)，使我在大學(xué)里最后一段時間里學(xué)習(xí)到了很多有用的東西。
參考文獻(xiàn)
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