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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 街道護(hù)欄自動(dòng)清洗機(jī)構(gòu)
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目： 街道護(hù)欄自動(dòng)清洗機(jī)構(gòu)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 2010962909
姓 名： 何思樂
指導(dǎo)教師： 李明富
完成日期： 2014.5.29
目錄
第一章 緒論…………………………………………………………….5
1.1課題背景與目的………………………………………………………….5
1.1.1課題背景…………………………………………………………5
1.1.2課題目的………………………………………………………….5
1.2國內(nèi)外研究狀況………………………………………………………….5
1.2.1國外現(xiàn)狀………………………………………………………….5
1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀………………………………………………………….6
1.3發(fā)展趨勢………………………………………………………………….6
第二章 護(hù)欄清洗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………..7
2.1工作裝置設(shè)計(jì)…………………………………………………………….7
2.1.1工作速度的確定……………………………………………………………….7
2.1.2滾刷結(jié)構(gòu)參數(shù)及轉(zhuǎn)速....................................................................7
2.1.3滾刷材料的選取............................................................................8
2.1.4滾刷電機(jī)的選取............................................................................9
2.2同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì).....................................................................................10
2.3滾刷軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算.................................................................................13
2.4 橫桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算....................................................................................14
2.5提升液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算..........................................................................18
2.6水平往復(fù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析..........................................................................20
第三章 結(jié)語.................................................................................................22
參考文獻(xiàn)..........................................................................................................24
致謝....................................................................................................................25
街道護(hù)欄自動(dòng)清洗機(jī)構(gòu)（工作裝置設(shè)計(jì)）
摘要
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高等級(jí)公路的建設(shè)也逐步加快。為保證交通及車輛分道
行駛的安全性，高速公路都設(shè)置了防撞護(hù)欄。在護(hù)欄的使用過程中,由于車輛的尾氣排
放、風(fēng)沙雨水侵蝕及其它自然或人為原因,護(hù)欄表面會(huì)出現(xiàn)灰塵污染,久而久之還會(huì)出
現(xiàn)結(jié)垢,其不僅會(huì)使護(hù)欄標(biāo)志不潔而失效,更容易造成交通事故,而且也會(huì)使其失去
美觀,影響路容路貌。護(hù)欄的整潔關(guān)系到城市的市容市貌，也更是國家形象的體現(xiàn)。因
此護(hù)欄的清洗是各地環(huán)衛(wèi)部門的重要工作。
目前國內(nèi)護(hù)欄清洗作業(yè)多由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低，并且大部分護(hù)欄
置于道路的中央，清洗時(shí)容易發(fā)生安全事故。因此，設(shè)計(jì)一種高效的護(hù)欄清洗車，不僅
具有寬廣的市場空間，也具有良好的社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞：護(hù)欄；清洗車；滾刷；公路；機(jī)械
Automatic cleaning mechanism of street guardrails
（DESIGN OF DEVICE）
ABSTRACT
With the rapid development of our economy, the high grade highway construction speeded up. To ensure traffic and vehicle lane.Driving safety, highway guardrail are provided. In the process of using guardrail, due to vehicle exhaust.Put the wind, rain and other natural or man-made causes, guardrail surface will appear dust pollution, in the course of time will be a At this scale, it will not only make the guardrail mark unclean and failure, more likely to cause traffic accidents, but also make them lose the Beautiful, affect the appearance of road road. Guardrail clean related to the city's appearance, also is the embodiment of the image of the nation. Because of Cleaning the guardrail is an important work around the sanitation department..
At present, guardrail cleaning work done by hand, large labor intensity, low operation efficiency, and most of the guardrail.In the road central, prone to accidents when cleaning. Therefore, the design of an efficient cleaning vehicle, not only.Has a broad market space, but also have good social benefit.
Keywords: barrier; vehicle cleaning brush; highway; machinery;
第一章 緒論
1.1課題背景與目的
1.1.1課題背景
工業(yè)化的建設(shè)使城市人口和車輛逐年增多，人、車道路交通產(chǎn)生很大的矛盾，幾乎所有道路擁擠的地方都安上了護(hù)欄隔離，城市公路中央護(hù)欄可以引導(dǎo)駕駛員的視線，以防車輛駛出路外造成交通事故。隔離護(hù)欄經(jīng)過日曬雨淋，經(jīng)常是臟兮兮的，不僅影響路容的整潔美觀，而且護(hù)欄本身容易損耗。城市公路中央護(hù)欄的清洗，不僅是為了整潔的市容，而且能夠延長護(hù)欄的使用壽命。為了保持城市公路中央護(hù)欄良好的引導(dǎo)視線功能和清潔美觀，需要對(duì)護(hù)欄進(jìn)行定期清洗。人工清洗護(hù)欄的勞動(dòng)強(qiáng)度大，清洗效率低，每人每天大約只能清洗600米左右。白天車流量很大，人工清洗護(hù)欄不安全且影響交通，一般在晚上車流量相對(duì)較小時(shí)清洗，而晚上清洗時(shí)經(jīng)常有發(fā)生車撞環(huán)衛(wèi)工人的事故。于是城市公路中央護(hù)欄清洗機(jī)的出現(xiàn)具有實(shí)際的意義[1]。
1.1.2課題目的
1、通過貼近實(shí)際的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生全面鞏固大學(xué)四年來所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)。
2、通過本次設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠熟練資料收集，整理，分析，綜述的方法，熟悉技術(shù)文件的寫作，學(xué)生能夠獲得一次全面的實(shí)際鍛煉。
3、通過借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠快速有效的熟練掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的技巧，積累一定的經(jīng)驗(yàn)，為以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。
4、通過本次設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠親自動(dòng)手，真正將理論應(yīng)用于實(shí)踐，能夠真實(shí)貼切的體會(huì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。
1.2國內(nèi)外研究狀況
1.2.1國外現(xiàn)狀
高速公路自本世紀(jì)30年代末期在德國出現(xiàn)以后，直到70年代后期，防撞護(hù)欄要么不洗，要么以人工擦洗作業(yè)。80年代初，美國福特公司首先研制了防撞護(hù)欄清洗設(shè)備，它是在輪式行走地盤的前橋上懸掛作業(yè)裝置，采用機(jī)械傳動(dòng)，以單刷射水方式作業(yè)；其車廂內(nèi)裝設(shè)3KL的金屬水箱提供水源，工作效率為3～5km/h，清洗寬度300～350mm，我國京津塘高速公路已有引進(jìn)，并在使用中。另外具有代表性產(chǎn)品為德國的慕迪卡（multicar）多功能養(yǎng)護(hù)車。該車為全液壓驅(qū)動(dòng)，當(dāng)用于護(hù)欄清洗時(shí)，在車前部裝設(shè)懸掛式清洗裝置，以雙刷射水完成作業(yè)，車廂內(nèi)的玻璃鋼水槽容量為1.8kl。該車的最大特點(diǎn)是采用液壓液力傳動(dòng)，工作裝置可以方便地進(jìn)入和退出作業(yè)，工作臂的變幅動(dòng)作方便而容易，作業(yè)效果好。其作業(yè)寬度約350mm，最佳作業(yè)速度1.3km/h～1.5km/h。該車已用于我國山西太舊和河北京石告訴公路。上述車型代表了國外目前護(hù)欄清洗設(shè)備的基本水平[2]。
1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀
我國高速公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)起步較晚，隨著80年代沈大高速公路的修建，防撞護(hù)欄及其清洗問題便提到議事日程上。進(jìn)口設(shè)備雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但有些方面不太符合國情。如multicar車的作業(yè)讀僅為1.5km/h以下，其購置費(fèi)用和使用成本高，全面推廣不現(xiàn)實(shí)。山西省交通科學(xué)研究所根據(jù)工程的迫切要求，研制了我國第一代防撞護(hù)欄清洗車（定名為HXC—300）并在太舊高速公路進(jìn)行試驗(yàn)和工程應(yīng)用，得到了使用單位的歡迎并于1997年底通過了技術(shù)鑒定。隨后一系列護(hù)欄清洗車相繼出現(xiàn)，如HXC600防撞護(hù)欄清洗車，國通牌高速公路護(hù)欄清洗車，在原有的電機(jī)控制上作了較大的改變和完善，也就更加合適我們高速公路護(hù)欄清洗的需要[3]。.
1.3發(fā)展趨勢
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高等級(jí)公路的建設(shè)也逐步加快。因此，防撞護(hù)欄的數(shù)量也隨之增加。護(hù)欄由于受車輛的尾氣、灰塵粘附及其他因素的英雄，表面會(huì)出現(xiàn)不同程度的污染，影響。護(hù)欄的整潔關(guān)系到城市的市容市貌，也更是國家形象的體現(xiàn)。因此護(hù)欄的清洗是各地環(huán)衛(wèi)部門的重要工作。目前國內(nèi)護(hù)欄清洗車作業(yè)多由人工完成，落座強(qiáng)度大、作業(yè)效率低，并且大部分護(hù)欄置于道路的中央，清洗時(shí)容易發(fā)生安全事故。因此，設(shè)計(jì)一種高效的護(hù)欄清洗車，不僅具有寬廣的市場空間，也具有良好的社會(huì)效益[4]。
第二章 護(hù)欄清洗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1工作裝置設(shè)計(jì)
工作裝置由底座，機(jī)構(gòu)支撐架，水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，滾刷機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)支撐架，傳送帶，液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。整個(gè)工作裝置由底座與車底盤滑軌連接為一體，然后機(jī)構(gòu)支撐架與底座相連，電機(jī)支撐板一固定于機(jī)構(gòu)支撐架上，電機(jī)支撐板二通過液壓滑動(dòng)桿與機(jī)構(gòu)支撐桿相連。滾刷機(jī)構(gòu)固定于支撐板上，通過電機(jī)、聯(lián)軸器、帶傳動(dòng)帶動(dòng)滾刷運(yùn)動(dòng)。與電機(jī)支撐板二連接的標(biāo)注液壓缸可以實(shí)現(xiàn)小范圍的水平運(yùn)動(dòng)，以處理不同護(hù)欄寬度。與機(jī)構(gòu)支撐桿相連的提升液壓缸可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的垂直方向的運(yùn)動(dòng)，用以跨越護(hù)欄。與機(jī)構(gòu)支撐桿相連的牛頭刨機(jī)構(gòu)可以把整個(gè)裝置收入車體內(nèi)，在工作時(shí)再把整個(gè)機(jī)構(gòu)推出。
2.1.1工作速度的確定
工作速度即清洗作業(yè)速度，這是關(guān)系到工作質(zhì)量和工作效率的重要技術(shù)參數(shù)之一，其值應(yīng)于清洗工作裝置滾刷轉(zhuǎn)速想匹配。速度過高時(shí)，刷體與護(hù)欄表面接觸時(shí)間減少，不易清洗干凈。速度過低，作業(yè)效率下降。故應(yīng)綜合考慮工作質(zhì)量和工作效率。工作速度確定的基本原則是：在打到要求清洗效果和易于操作的前提下，選用較高的工作速度。參照類似機(jī)械確定最高工作速度為10km/h。
2.1.2滾刷結(jié)構(gòu)參數(shù)及轉(zhuǎn)速
對(duì)護(hù)欄清洗車技術(shù)參數(shù)選取及滾刷驅(qū)動(dòng)公路的計(jì)算，目前還沒有較成熟的方法可參考，一般采用類比法進(jìn)行設(shè)計(jì)，或采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。
滾刷的結(jié)構(gòu)參數(shù)選定應(yīng)考慮護(hù)欄表面機(jī)構(gòu)，刷題的有效程度應(yīng)大于護(hù)欄自身高度，根據(jù)最新街
道護(hù)欄示意圖：如下。
圖1 護(hù)欄參數(shù)圖
按下式確定護(hù)欄高度：
H=h+△h
式中：h — 護(hù)欄自身高度，mm；
△h — 護(hù)欄與路面間安裝距離偏差，mm，這里取△h=50mm。
故：H=1000mm+50mm=1050mm。
滾刷的直徑應(yīng)考慮護(hù)欄凹面尺寸，刷毛磨損量及車輛的行駛偏差，即可按下式確定：
D=d+2L
式中：d — 滾刷軸的直徑mm，d=24mm；
L — 刷絲的長度mm，L=75mm。
故D=24mm+2*75mm=174mm。
2.1.3滾刷材料的選取
刷具材料直接關(guān)系到刷具的載污量、脫污能力，對(duì)洗刷效果的影響很大。當(dāng)然，材料耐磨性、替換成本也是關(guān)注的要點(diǎn)。
常見較為經(jīng)濟(jì)的刷毛材料有棉布、尼龍、塑材。通過分析比較棉布、尼龍、塑材在清潔過程中用作掃毛的優(yōu)劣點(diǎn)，考慮到棉布易脫落、使用壽命短，塑材柔性較低，會(huì)刮損護(hù)欄漆面，認(rèn)為選用尼龍材料作為清洗機(jī)械的刷毛較為合理。尼龍條作為掃毛，其摩擦系數(shù)大、柔性高。
選用尼龍絲網(wǎng)載污量是所選材料樣本中最大的。尼龍也是常見的廉價(jià)工業(yè)材料。
單糙面尼龍絲網(wǎng)有另外一個(gè)優(yōu)越特點(diǎn)就是天然的卷曲性。這個(gè)卷曲性與旋轉(zhuǎn)相互配合，保證在壽命期內(nèi)自然方便地實(shí)現(xiàn)繞壁摩擦。
成車試驗(yàn)表明，以尼龍絲網(wǎng)材料為核心的繞洗技術(shù)，能有效清洗頑固污漬，對(duì)標(biāo)配護(hù)欄清洗后的清潔度達(dá)到97%[5]。
表1 尼龍66參數(shù)
據(jù)上，選取尼龍66作為刷毛，其直徑d=0.5mm，密度為1.14g/cm3。
2.1.4滾刷電機(jī)的選取
1、選取電機(jī)的類型
根據(jù)實(shí)際要求，選取主動(dòng)滾刷的轉(zhuǎn)速n=1.5r/s=90r/min，電機(jī)功率P≤300W。選擇ZYT系列永磁直流電機(jī)，立式安裝。
則電機(jī)角速度 ω=2πn=9.42rad/s。
由 P=T*ω
得 T=P/ω=300*10-3/9.42=0.0318N?m=31.8N?mm。
根據(jù)上面兩個(gè)參數(shù)，及下方ZYT系列電機(jī)參數(shù)表，選取110（機(jī)座號(hào)）ZYT55(鐵蕊長度，長磁蕊)。
表2 ZYT系列永磁直流電機(jī)參數(shù)
故110ZYT55永磁直流電機(jī)選定參數(shù)如下：
額定轉(zhuǎn)矩 980N-mm
轉(zhuǎn)速 3000r/min
功率 308W
電壓 24V
電流 16.5A
質(zhì)量 ≤4.7kg
2、電機(jī)的安裝尺寸
表3 ZYT電機(jī)系列安裝尺寸
2.2同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
電機(jī)額定功率p=308w，實(shí)際轉(zhuǎn)速n1=90r/min，取從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2=60 r/min，則傳動(dòng)比i= n1/ n2=1.5。
1、計(jì)算功率Pd
Pd=KA*P
查參考文獻(xiàn)[9] P839表15-37，取KA=1.6
故Pd= KA*P=1.6*308=492.8W
2、選定帶型和節(jié)距
Pd=0.49W，n1=90r/min
由參考文獻(xiàn)[9] P845 圖15-8可知，選節(jié)型為L型
查參考文獻(xiàn)[9] P834 圖表15-33得Pd=9.525mm
3、小帶輪齒數(shù)
由參考文獻(xiàn)[9] P840 表15-38可知Emin=12，取E1=20
4、小帶輪直徑
d=Z1Pd/π=20*9.525/3.14=60.67mm
查參考文獻(xiàn)[9] P843 表15-44知 外徑da=59.88mm
5、大帶輪齒輪
Z2=i*Z1=1.5*20=30
6、大帶輪直徑
d= Z2Pd/π=30*9.525/3.14=91mm
查參考文獻(xiàn)[9] P843 表15-44知 da=90.20mm
7、帶速
r=πd1n1/(60*100)=3.14*60.67*90/60*1000=0.29m/s
8、初定中心距a0
0.7(d1+d2) ≤a0≤2（d1+d2）
d1+d2=151.67mm
106.16≤a0≤303.32
根據(jù)實(shí)際兩滾刷軸之間的距離，初取a0=200mm
9、帶長及其齒數(shù)
L0=2a0+π(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0
=400+3.14*151.67/2+(91-60.67)2/800
=400+238.12+1.15
=639.27mm
由參考文獻(xiàn)[9] P834 表可知，選定
帶長代號(hào)240 基本尺寸Lp=609.60mm,節(jié)線上的齒數(shù)為64
10、實(shí)際中心距
a≈a0+(Lp-L0)/2=200+(609.60-639.27)/2=185.17mm
11、小帶輪嚙合齒數(shù)
Zm=ent[Z1/2-(9.525*20*10)/(2*3.142*185.17)]=9
12、基本額定功率
P0=(Ta-qv2)v/1000
由參考文獻(xiàn)[9] P841 表15-40知
Ta=245N q=0.096kg/m
所以 p0=（245-0.096*0.292）*0.29/1000=0.071kw=71w
13、帶寬
查參考文獻(xiàn)[9] P842 表15-42的
L型輪寬為25.4，雙邊檔圈最小寬度bf=26.7
14、作用在軸上的力Fr
Fr=1000Pd/v=1000*0.49/0.29=1670N
15、帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸
根據(jù)參考文獻(xiàn)[9] P823 圖15-3
取小帶輪為實(shí)心輪
L=（1.5—2）d0 取L=1.5 d0=36,凸臺(tái)高為2mm,總長為40mm
大齒輪為隔板輪
L=36 S=0.25L=9
2.3滾刷軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
電機(jī)功率P=308w，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速n1=90r/min，同步帶傳動(dòng)效率η=0.97
1、滾刷軸上的功率P1、轉(zhuǎn)矩T1
P1=P*η=308*0.97=298.76w
T1=9.55*106*P1/n1=9.55*106*298376*10-3/90=31702N.mm
2、初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。ρ=7.85g/cm3
參考文獻(xiàn)[10] P370 表15-3 取A0=110
故dmin= A0(P3/n3)3/2=110*(0.299/90)3/2=16.41mm
由于軸上有兩處鍵槽，dmin應(yīng)增大1090—1590
故dmin=dmin（1+1290）=18.38mm
軸上最小直徑處應(yīng)為聯(lián)軸器處的直徑d1，
從GB/T5014-1985中，選HLI彈性聯(lián)軸器，取d1=24mm
半聯(lián)軸器長度L=52mm,軸配全長度L1=39mm
3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）擬定軸上零件的裝配方案
圖2 主動(dòng)軸
2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑與長度
（1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，A軸段右端需一軸肩定位，故取d2=30mm ；左端用軸端擋圈定位。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=39mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的斷面上，故A段的長度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取l1=36mm。
（2）B處為一凸臺(tái)，只對(duì)半聯(lián)軸器起軸向固定作用，故d2=30mm，l2=10mm。
（3）E為帶輪安裝處，根據(jù)前面計(jì)算可知d5=28mm，帶輪帶寬為bf=26.7mm，故取l5=25mm。
（4）F處安裝滾刷筒，前面計(jì)算知道，筒長L=1050mm，故取l6=1050mm，d6=24mm。
（5）初選滾動(dòng)軸承。因軸承只承受軸向力，故選取止推軸承。參照工作要求并根據(jù)d5=28mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列止推軸承51107，其尺寸為d*D*T=35mm*52mm*12mm。故d4=35mm。此止推軸承的軸向固定右端有滾刷支撐板固定，故根據(jù)實(shí)際情況選取l4=22mm。左端為軸肩定位，軸肩高度h>0.07d，故取h=3mm，則軸環(huán)處的直徑為d3=41mm。軸環(huán)寬度b>1.4h，取l3=5mm。
3）軸上零件的軸向定位
半聯(lián)軸器、帶輪均用平鍵連接。按d1=24mm，6=28mm 查P491表9-4取b*h=8mm*7mm，鍵槽用鍵槽刀加工，長分別為L帶=28mm，L半=34mm，t=4，同時(shí)為了保證帶輪與軸有良好的對(duì)中性，故選擇帶輪與軸的配合為g6/H7；同樣半聯(lián)軸器與軸的連接，其配合為H7/r6。止推軸承與軸的軸向定位由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為j6。
4）確定軸上圓角與倒角尺寸
表4 零件倒角C與圓角半徑R的推薦值
直徑d
>6~10
>10~18
>18~30
>30~50
>50~80
>80~120
>120~180
C或R：
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.6
2.0
2.5
3.0
取端倒角皆為1*45。
4、軸上載荷
做軸上的受力簡圖，顯然，軸只在單一平面內(nèi)受力
圖3 主動(dòng)軸受力圖以及彎矩圖
支反力：FA=835N FD=2505N
顯然D截面即為危險(xiǎn)截面。
彎矩M=20100N·mm，扭矩T=31702N·mm。
5、抗彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)以上數(shù)據(jù)以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取α=0.6，
則σca===12.5Mpa
前以選定軸的材料為45剛調(diào)質(zhì)處理，由參考文獻(xiàn)[10] P362表15-1知[σ-1]=60 Mpa>σa，故安全。
2.4 橫桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算
單個(gè)滾刷的直徑為D=164mm，前后滾刷中心距a為
a >D+L+ΣL
其中 L：欄桿最大厚度 L=80mm
ΣL:使支撐桿不與滾刷產(chǎn)生干涉的最小長度取ΣL=110
所以 a>164+80+110=254mm，取a=400mm。
橫桿材料為空心矩形金屬制作，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高且重量較小，取其材料為碳鋼，其密度為ρ=7.80—7.85g/cm3
1、桿上各零件的重量
1、主動(dòng)軸的重量
d1=24 L1=39 V1=(d1/2)2π*L1=17.634cm3
d2=30 L2=10 V2=7.065 cm3
d3=41 L3=5 V3=6.597 cm3
d4=35 L4=35 V4=33.657 cm3
d5=28 L5=38 V5=23.387 cm3
d6=24 L6=1050 V6=474.768 cm3
d7=18 L7=25 V7=6.359 cm3
V=V1+V2+V3+V4+V5+V6+V7=569.47 cm3
故m=ρ*V=7.85*569.47=4.47kg
所以 G1=mg=4.47*9.8=43.81N
2、從動(dòng)軸的重量
V=V3+V4+V5+V6+2V7=551.13 cm3
所以 G2=ρ*V*g=551.13*7.85*10-3*9.8=42.4N
3、電機(jī)的重量
G3=4.7*9.8=46.1N
4、實(shí)心帶輪重量
CHT200 ρ=7.2g/cm3
V≈(31-12)2π*36+(18-12)2π*4-8*4*40=39.98cm3
G4=7.2*39.98*9.8*10-3=2.82N
5、輻板輪質(zhì)量
V≈(45.5-12)2π*36+(36-12)2π*27=105 cm3
G5=7.2*105*9.8*10-3=7.41N
6、滾刷質(zhì)量
刷絲均均勻分布在直徑為30mm的圓筒上
該圓筒上1/2—2/3分布著刷絲，取k=0.6
則刷絲總面積S刷=0.6S=593.5cm3
所以m=S刷*L*ρ=593.5*7.5*1.15*10-3=6.68kg
G6=mg=6.68*9.8=65.5N
7、支撐板質(zhì)量（碳鋼 ρ=7.85g/cm3）
V≈270*100*3+100*3*20*2=93cm3
G7=ρ*V*g=7.85*93*9.8*10-3=7.2N
8、電機(jī)支撐架質(zhì)量
V≈4*22*2*60+[112*112-（80/2）2π]*3=33.12 cm3
G8=ρ*V*g =7.85*33.12*9.8*10-3=2.5N
G總=217.74N
橫桿材料為45鋼[σ-1]=60Mpa，工作時(shí)，橫桿受力如下：
圖4 橫桿受力圖
根據(jù)受力分析可知，F(xiàn)C=FA=G=217.74N
圖5 Ⅰ截面
Ⅰ：橫梁截面積S=(30*40)-(24**34)=384mm2
V=S*h=384*350mm3=134.4cm3
G1=ρ*V*g=7.85*134.4*9.8*10-3=10.34N
圖6 Ⅱ截面
Ⅱ:S=(34*24)-(28*18)=312 mm2
V=S*h=312*200mm3=62.4cm3
G2=ρ*V*g=7.85*62.4*9.8*10-3=4.8N
q=(G1+G2)/(150+240+110)=15.14/400=0.058N/mm
根據(jù)合力平衡
F0=FA+FC+q*400=217.74*2+15.14N=450.62N
畫出梁的彎矩圖如下:
圖7 梁的彎矩圖
最大彎矩在O點(diǎn)
Mmax= FA*110+ FC*400+(G1+G2)*200
=217.74*510+15.14*200
=114.075N·m
由σ=Mmax/ωZ
其中ωZ=[(BH)2-(bh)2]/σh
=[(40*30)2-(24*34)2]/40σ
=8774.4*10-9m3
σ=11075.4/8774.4*106
=13Mpa<[σ-1]=60Mpa
即此梁強(qiáng)度符合要求。
2.5提升液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
1、確定液壓缸的類型及安裝方式
查參考文獻(xiàn)[22] P227 表31-2 選用雙作用單活塞液壓缸
查參考文獻(xiàn)[22] P229 表31-3 安裝方式為尾部外法點(diǎn)，按推力方式安裝
2、確定液壓缸的輸出力及液壓缸的主要尺寸
查參考文獻(xiàn)[22] P226 表31-1取行程為S=630mm
由參考文獻(xiàn)[22] 表31-1可知，缸徑D=63—200mm，綜合考慮
取D=63mm
選取速度比 Φ=1.33
由表31-1知，d=32mm
向無桿腔供油時(shí)，活塞桿向外伸出推力F
F=F1*η=P*π*D2*η/4
其中 P:工作壓力
η:液壓缸工作效率，一般取η=0.95
F1：理論推力
查參考文獻(xiàn)[22] 表31-4 知
當(dāng)P=6.3Mpa時(shí)，F(xiàn)1=1964N
F=1964*0.95=1865.8N
遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于負(fù)載的重量，活塞桿內(nèi)收時(shí)的推力為
F=F2*η=Pπ(D2-d2)η/4
表31-4知，P=6.3Mpa時(shí)，F(xiàn)2=1467N
F=F2*η=1467*0.95=1393.7N
以上計(jì)算符合要求
3、確定缸的長度和流量
根據(jù)實(shí)際要求，活塞移動(dòng)速度為0.01m/s，即V1=V2=0.01m/s
由 V1=4Q1/πD2，V2=4Q2/π(D2-d2)
Q1=V1πD2/4
=0.01*3.14*(63*10-3)2/4
=3.13*10-5m3/s
Q2= V2π(D2-d2)/4
=0.01*3.14*(63*10-332*10-3)2/4
=0.75*10-5m3/s
4、確定缸的壁厚、活塞缸、螺釘尺寸
1） 薄壁筒公式 t≥PD/2δp
其中 δp為許用拉應(yīng)力，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，取鍛鋼δp=110—120Mpa
t≥6.3*106*63*10-3/2*115*106=1.73mm
取t=3mm
此時(shí)t/D=3/63=0.05<0.1,按薄壁公式計(jì)算可行
2）活塞直徑
d≥(4F1/πδp)1/2=(4*1964/3.14*115*106)1/2=4.66mm
故10d=46.6mm
Sk*F1=4912N
故符合縱向彎曲強(qiáng)度
5、緩沖機(jī)構(gòu)
一般承壓在10Mpa以上應(yīng)當(dāng)用緩沖機(jī)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)中，工作壓力為6.3Mpa，因此緩沖機(jī)構(gòu)從略。
2.6水平往復(fù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
查相關(guān)資料，一般街道護(hù)欄清洗車的底盤尺寸為5990mm*2050mm*2600mm。故初選牛頭刨機(jī)構(gòu)行程S=800mm。
牛頭刨示意簡圖如下：
圖8 牛頭刨機(jī)構(gòu)
行程速比系數(shù)為：
式中 θ=2arcsinr/L
桿EF的行程為
S=2Rsin(θ/2)
當(dāng)減小L或加大r時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸可減小，導(dǎo)桿擺角可增大，但空行程角速度變化劇烈，故一般推薦L/r>2,此時(shí)導(dǎo)桿擺角取θ<600。
此處
取 L/r=2.5
則 sinθ/2=0.4
S=2R*0.4
R=800/0.8=1000mm
K=(180。+θ)/（180。-θ）=1.71
根據(jù)實(shí)際要求，裝置往返速度不宜過快
取 V=0.02m/s
1分鐘內(nèi) S=Vt=0.02*60=1.2m，基本符合要求。
由 V=ω*R
知 ω=V/R=0.02m/s/1m=0.02rad/s
由 ω=2πn
知 n=ω/2π=3.2*10-3rad/s
即
大齒輪轉(zhuǎn)速為 n1=3.2*10-3rad/s，
據(jù)經(jīng)驗(yàn)取傳動(dòng)比i=3
則小齒輪轉(zhuǎn)速為 n2=n1/i=3.2*10-3/3=1.07r/s
選取大齒輪節(jié)圓直徑d1=420mm
則小齒輪節(jié)圓直徑d=140mm,齒數(shù)Z1=84
取模數(shù)m=5
a=m/2*(Z1+Z2)=2.5*(84+28)=250mm
第三章 結(jié)語
畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的護(hù)欄清洗車設(shè)計(jì)（工作裝置設(shè)計(jì)），我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使得我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。
雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷學(xué)會(huì)各種知識(shí)技能的運(yùn)用。和老師的溝通交流更使我對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提出了新的要求。
在設(shè)計(jì)過程中，整個(gè)裝置的設(shè)計(jì)、布局、連接讓我很頭痛，原因是所有東西都是憑空想象出來的，完全沒有一個(gè)實(shí)體可以參照，對(duì)于各種參數(shù)的選取，我都是翻閱資料再與老師交流后選取的。盡量讓整個(gè)設(shè)計(jì)更合理。
提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來，也必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。
順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很打的信心，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。但是本次設(shè)計(jì)還是有遺憾，整個(gè)工作裝置的穩(wěn)定性可靠性以及成本并沒有過多去考慮。但是，我相信，在后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我的學(xué)弟學(xué)妹們會(huì)把我的遺憾和不足補(bǔ)出來。我相信，只有發(fā)現(xiàn)問題面對(duì)問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行，今后我更會(huì)關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識(shí)，更好的為祖國的四化服務(wù)。
在設(shè)計(jì)的過程中，我認(rèn)識(shí)到了設(shè)計(jì)方法重要性，同時(shí)有也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處。深有感觸：
1、僅僅了解書本上的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有結(jié)合自己的實(shí)際情況運(yùn)用于實(shí)踐，這樣才能更深地了解和學(xué)習(xí)好知識(shí)。
2、在工作中要不斷的積累經(jīng)驗(yàn)，學(xué)會(huì)用自己的只是解決實(shí)際問題。
3、自己學(xué)到的只是太有限，知識(shí)面太窄，以后還有待加強(qiáng)順利和實(shí)踐。
4、要不斷地向別人學(xué)習(xí)，尤其要多向老師請(qǐng)教，他們可以讓我們少走很多彎路，同時(shí)也讓我們知道很多優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法和與眾不同的設(shè)計(jì)理念。
5、創(chuàng)新設(shè)計(jì)是我們未來生存的法寶，所以從現(xiàn)在開始一定要有意識(shí)的鍛煉和培養(yǎng)自己在這方面的能力。
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致謝
本人的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)一直是在李明富老師指導(dǎo)些進(jìn)行的。李明富老師治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，為人和藹可親，且富有幽默感。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，李明富老師不斷對(duì)我的設(shè)計(jì)提出新問題，指出錯(cuò)誤和不足，使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題能夠深入地進(jìn)行下去，也使得我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。
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