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城市道路鋼護欄清洗箱設計
目 錄
目 錄 ……………………………………………………………………………1
第一章 緒論……………………………………………………………………2
第二章 總體設計………………………………………………………………3
第三章 清洗箱設計……………………………………………………………6
3.1設計要求……………………………………………………………………6
3.2設計參數(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)設計…………………………………………………………11
4.1系統(tǒng)的設計要求……………………………………………………………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
設計總結(jié)……………………………………………………………………………19
參考文獻……………………………………………………………………………20
摘要:
本文就現(xiàn)有城市道路鋼護欄設備所存在的一些問題對其進行重新設計.主要設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,無法達到城市環(huán)衛(wèi)標準。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)設計有防波層,其設計容積為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 清洗箱設計
3.1設計要求
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，所以在設計時只須確定最大工作強度對其進行校核。
3.2設計參數(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，必須裝上兩馬達且要安裝在兩伸縮桿上,設計尺寸為[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遠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＋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．
所以滿足設計強度要求．
3.2.3轉(zhuǎn)軸
對轉(zhuǎn)軸設計校核：
一般護欄高度為1.2m以下，故設計時毛刷長度為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)設計
4.1 系統(tǒng)的設計要求
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，設計中必須消除這兩種情況的發(fā)生，為此設計液壓自動規(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載如表4-1所示：
表4-1 工況分析
工況
負載組成
負載值
負載/
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?。?.9
２、不考慮滑臺在導桿上的顛覆力作用，不計導套與導桿之間的摩擦。
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在壓力達到一定程度時系統(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，采用天津液壓件廠的觸式通軸馬達；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，工作負載的變化在橫向系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)下工作負載小，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，當出現(xiàn)護欄轉(zhuǎn)角或者當汽車出現(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。在進口處設置一可調(diào)先導溢流閥，也可以調(diào)整柱刷對護欄之間的壓力。當出現(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計為與柱刷馬達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
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
20
PV2R1-6
14
蓄能器
HXQ-B4.0D
4L 耐壓25.5MPa
15
先導溢流閥
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。車的倒后鏡對準兩柱刷,在橫桿上裝有照明燈,當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，刷毛上的塵土會自動離去；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。
設計總結(jié)
近三個月的畢業(yè)設計終于結(jié)束了，通過這些天的設計學習，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)工作有著深遠的影響?，F(xiàn)在就談談對本次畢業(yè)設計過程中的認識和體會。
首先，我學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計。當開始拿到畢業(yè)設計題目時，心里面是一片迷茫，不知從何入手，幸好在趙老師的指導下及時理清了頭緒，避免了走很多的彎路。認真翻閱相關(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，所以同時也學會了怎樣檢索文件，這也是此次設計的一個收獲之一．
在設計過程中，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，學會了日式設計風格：通用性，獨立性的設計手法．在設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計進去，做適當?shù)母倪M。使結(jié)構(gòu)更合乎門口要求。每一個設計都是一個創(chuàng)新、完善的過程。在設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習的過程。
其次，認識到實踐的重要性。這次設計我做了很多重復工作、無用功，但是這些重復工作和無用功積累了設計經(jīng)驗。同時也認識到設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，但到實際的設計時會遇到很多想不到的實際問題。
在設計的過程中，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，使我在大學里最后一段時間里學習到了很多有用的東西。
參考文獻
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2 雷天覺主編．新編液壓工程手冊．－北京：北京理工大學出版社，2002.1
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