掃地車設計說明書

1、華中科技大學機械原理課程設計滾筒式掃地車院 系： 機械學院 班 級： 機制0512班 設計人員：姓 名： 晁 賀 學號： 馮 健 學號： 劉 飛 學號：指導教師: 朱 洲 2008-1-23 掃地車設計說明書晁賀，馮健，劉飛作品內(nèi)容簡介針對目前環(huán)衛(wèi)、保潔人員勞動強度大，效率低下，工作時間長等問題，而目前市場上沒有出現(xiàn)比較成熟、實用的適合環(huán)衛(wèi)工人使用的產(chǎn)品，我們設計了一種實用、簡便的XX掃地車。該掃地車可以對路面,廣場等較平坦的場地進行快速，高效的清掃，而且不需要其它動力，具有較強的適應性。我們在車上設計一個多排毛刷的滾筒配合一個大半個圓的弧形鏟子可以將垃圾迅速掃起，只需掃地車前進這一個動作即可

2、實現(xiàn)對地面垃圾的收集清掃工作。垃圾車上還設計有連桿機構(gòu)可實現(xiàn)調(diào)節(jié)前面萬向輪的高度同時控制離合器離合滾筒兩個動作，可以使掃地車在不清掃時使?jié)L筒離地的同時和鏈輪離合，這樣方便使用者在不用的時候輕松移動掃地車。車輪上還有棘輪配合上萬向輪的調(diào)高，可隨意的后退而不帶到垃圾，實現(xiàn)多次清掃。而在垃圾特別多的時候，車上的壓縮裝置可以增加掃地車的裝載量，進行更持久的清掃。1研制背景及意義在對城市環(huán)衛(wèi)工人的調(diào)查中我們了解到，他們工作的效率低、時間長、勞動強度大，他們一般每人負責5000米左右的街道，5點開始清掃，一直到8點，完成第一次清掃，上午和下午分別留半數(shù)負責日常維護，城市的美麗和清潔是建立在他們每天辛勤勞動

3、的基礎上的。而現(xiàn)在的工人還在使用著最基本的工具掃帚和簸箕，使得工作效率不高，因而每天要工作很長時間，長時間的高強度工作是環(huán)衛(wèi)工人易患腰椎間盤突出，關節(jié)炎等職業(yè)病。當然國家也開始引進一些國外的清潔設備來提高環(huán)衛(wèi)工人的工作效率，市場上已有的進口設備，大多采用的是內(nèi)燃機帶動的真空泵來“吸取”垃圾，這種方法效率雖然很高，但是設備較大，需要額外的牽引力，并且化石燃料的使用,既提高了成本,又污染環(huán)境,不符合當前社會的發(fā)展趨勢。所以，開發(fā)出一種高效，簡單，廉價的清掃機械以降低“城市美容師”的勞動強度，就是一件十分必要的事。由于市場上的相關產(chǎn)品不完善，而城市清潔中也確實需求此類產(chǎn)品，可以預見其市場前景廣闊。2

4、設計任務書2.1設計簡介及原理本作品是針對環(huán)衛(wèi)工人及保潔人員設計的一種高效，實用的垃圾清掃工具，使用者推動小車就可以將地面上的垃圾收集到車中。具體功能模塊如下。動力模塊：清掃車中部靠近重心位置有2個主輪，其中裝有鏈輪的右輪，作為動力輸出帶動滾筒。清掃模塊：車底裝有帶刷毛的滾筒，配合一段圓弧形擋板將垃圾卷進垃圾箱內(nèi)，在擋板與地面接觸的地方裝有硬毛刷，以保證清掃效果。升降模塊：清掃車的萬向輪裝在平行四邊形桿組上，以保證在調(diào)節(jié)萬向輪高度時萬向輪始終水平，通過調(diào)節(jié)萬向輪的高度使?jié)L筒和地面脫離接觸。離合模塊：采用齒式離合器，取較大的齒數(shù)，齒端面倒成尖角，這樣結(jié)合起來非常容易。壓縮模塊：采用曲柄搖桿機構(gòu)實

5、現(xiàn)垃圾的壓縮。2.2設計要求1、運行速度：人平均行走的速度=0.8m/s，主輪的直徑是d=0.2m，主輪的轉(zhuǎn)速為n=/(d)=1.27轉(zhuǎn)/s就是76.4轉(zhuǎn)每分鐘，滾筒在200轉(zhuǎn)每分鐘時可以取得較好的效果，則需要傳動比為i=76.4：200=1：2、車體尺寸：0.8×0.75×0.5米，整車的容積有90L，既可以滿足實際需要又使得整車比較緊湊。 3、處理垃圾：樹葉：厚度紙張：平均厚度0.2mm；包裝袋：厚度0.22mm；煙頭：直徑8mm,長度30mm；水果皮：厚度120mm；一些小的雜物：體積約為1cm³；一般的路邊垃圾重量不會超過100g；2.3設計內(nèi)容（1）根據(jù)

6、任務要求,進行掃地車的總體機構(gòu)設計，確定各個功能的實現(xiàn)機構(gòu)。確定多功能模塊的接口。（2）根據(jù)相關參數(shù)和和設計要求，進行各部分的設計，使得掃地車的清掃效果能達到要求，整體操作人性化。（3）進行傳動機構(gòu)的工作能力的設計計算，進行工作部件的強度校核，確定傳動部件以及各個零件的尺寸與材料。（4）對清掃車整體進行結(jié)構(gòu)設計，繪制裝配圖及關鍵零件的工作圖。（5）繪制清掃車的實體三維模型，實現(xiàn)動畫動作3.方案設計3.1清掃的方案設計我們采用滾筒來實現(xiàn)我們的功能主體，主要原因是滾筒的清掃效果好、效率高、結(jié)構(gòu)相對簡單，安裝也十分方便，再配合鏈輪的動力傳輸，所以運行穩(wěn)定可靠。滾筒轉(zhuǎn)動時將垃圾卷入垃圾箱，如圖。在毛刷

7、長度的選擇上，應為考慮到垃圾的相關參數(shù)，在參考一些的滾筒刷毛的長度后，我們選擇刷毛的有效長度為5cm，與地面干涉是2.5個cm這樣會有較大的壓力，產(chǎn)生較大的摩擦力確保能將垃圾掃起。在滾筒圓周上均分這10排刷毛，在滾筒轉(zhuǎn)動時這些刷毛將交替的進行清掃保證清掃質(zhì)量。10排刷毛是分別安裝的，刷毛基底為梯形長條，裝在圓筒的梯形槽內(nèi)，保證不會在工作中出現(xiàn)松動現(xiàn)象，這樣的安裝也給刷毛的更換帶來很大的方便。3.2動力的方案設計考慮到節(jié)能環(huán)保及簡便性，選擇推動車前進時轉(zhuǎn)動的車輪作為動力源;考慮到傳輸?shù)目煽啃院桶惭b的方便性，我們使用鏈輪傳動。由于清掃車后退時滾筒是不工作的，所以在車輪中心裝有棘輪，使它只能單向傳動

8、，這樣更加符合實際需求。向前推車，轉(zhuǎn)動的車輪通過鏈輪及鏈條帶動滾筒轉(zhuǎn)桶。車向后運動時，由于棘輪的單向傳動特性，車輪鏈輪不轉(zhuǎn)動，因而滾筒不轉(zhuǎn)動。3.3壓縮的方案設計由于垃圾車的容量是有限的，考慮到有些情況下垃圾較多，而垃圾又是很松散的，這就需要壓縮，使掃地車可以連續(xù)清掃更大的范圍。并且該裝置能防止垃圾在入口處堆積。我們設計了一個曲柄搖桿機構(gòu)來實現(xiàn)壓縮功能。將壓垃圾的擋板與連桿相連。這樣可以使壓縮時擋板按下面的軌跡運動，將下部的垃圾推走。當需要壓縮時就只需將手柄轉(zhuǎn)動一圈，垃圾壓縮的過程就實現(xiàn)了。3.4升降的方案設計當掃地車不清掃而又需要將掃地車移動時，就要求使?jié)L筒與地面脫離。很自然的，我們首先想到

9、是讓滾筒相對于車體向上運動，但這樣會大大增加鏈傳動及滾筒自身機構(gòu)的復雜程度，且整體的穩(wěn)定性也將大打折扣。使?jié)L筒升高還可選擇變化輪子的位置，由于滾筒和萬向輪相距較近，而且移動主輪會使動力的穩(wěn)定性降低，所以我們選擇萬向輪的升降來調(diào)節(jié)滾筒的高度。抬升方法可以選擇萬向輪與有一個有固定軸的桿相連，轉(zhuǎn)動桿就可以將萬向輪抬高，但是這樣的話不能保證萬向輪總是水平的，在轉(zhuǎn)過一定角度后，萬向輪與水平線成一個角度，影響其工作。于是我們采用平行四邊形四桿機構(gòu)，在調(diào)整萬向輪高度的過程中可保持其水平。3.5離合的方案設計 在掃地車不清掃時，為了讓使用者能夠輕松推動它，除了讓滾筒離地外，還應該讓其停止轉(zhuǎn)動，于是考慮到用離合

10、裝置。(1)牙嵌式離合器牙嵌式離合器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，承載力較大，從功能上講基本上可以滿足使用要求。離合器的活動端與固定端自然對正的幾率非常小，操縱時需要反復調(diào)整，很不方便。而且牙嵌式離合器工作行程長，使得鏈輪與軸承的距離較遠，所以會產(chǎn)生較大的彎矩。(2)電磁離合器由于考慮到實用性，用電磁式還要求有電源，蓄電池需要經(jīng)常充電很不方便，電磁離合器安裝精度要求很高，尤其是活動端和固定端同軸度要求非常高，對加工和裝配都提出了很高的要求。(3)齒式離合器齒式離合器與牙簽式離合器比較相似，不同的是齒式離合器的齒數(shù)可以根據(jù)情況自己設計，可以取較多齒數(shù)。齒式離合器承載能力很大，根據(jù)我們的使用要求，可以取較小

11、的模數(shù)和較多的齒數(shù)，齒端面倒成尖角，這樣以來結(jié)合起來非常容易，操縱時不需要太多的調(diào)整。綜合分析比較，我們最終選擇了齒式離合器，其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，操縱方便，安全可靠。因為我們控制離合的距離較遠，就需要用鋼絲繩來控制，而鋼絲繩只能夠提供拉力，所以我們用一根彈簧提供離合器的回復力。如圖，滾筒需要工作時，離合器受彈簧壓力而嚙合，車輪的轉(zhuǎn)動傳給鏈輪，繼而使?jié)L筒轉(zhuǎn)動。滾筒不需要工作時，掰動手柄，則鋼絲繩使離合器分離，只需將手柄卡在此位置，則車運動時能保持滾筒不轉(zhuǎn)動。下圖是抬升和離合綜合示意圖：如圖掰動手柄，萬向輪相對車體向下運動，即車體被抬升，滾筒離地。同時鋼絲繩使離合器分離，滾筒停止轉(zhuǎn)動。3.

12、6操作的方案設計3.6.1清掃小車的主要功能就是清掃垃圾，如圖，小車在工作時將控制手柄置入工作檔，此時滾筒與地面接觸，人推小車前進主輪帶動滾筒做快速旋轉(zhuǎn)將垃圾掃入車內(nèi)，達到清掃的目的?？紤]到一些特殊的情況，有些地方難以完全清掃干凈，我們在車的后面設置有一工具箱，可以處理一些特殊的情況。這樣使小車的適應性也更廣，方便操作者。3.6.2移動當小車需要移動時，這時不需要清掃，需要將滾筒離地并且使它停止旋轉(zhuǎn)，這樣使小車能夠輕松的移動，如圖所示，當操作者將控制手柄置離合檔時，離合器離合時滾筒不再旋轉(zhuǎn),而且萬向輪也立起使?jié)L筒離地，這樣操作者就能十分輕松的移動小車了。4各部分參數(shù)設計4.1整車尺寸整車的尺寸

13、我們參照了相關的垃圾小車，并且考慮到清掃的實際需要，車體我們設置為，長×寬×高：0.8×0.75×0.5米，這樣整車的容積有90L既可以滿足實際需要又使得整車比較緊湊。車前部設計成有傾角，方便垃圾的傾倒，而且還使小車更加美觀。因車的重心在車的中部，我們將主輪放在此位置，使的車主要的重力落在主輪上，一方面可以增加車輪的摩擦力，防止車輪打滑。另一方面可以使萬向輪上的受力很小，這樣萬向輪的升降就容易得多。萬向輪升降使得滾筒離地有5cm，保證車行走的一般的路面上不會碰到地面。4.2動力部分的參數(shù)人平均行走的速度是=0.8m/s主輪的直徑是d=0.2m這樣主輪的轉(zhuǎn)

14、速為n=/(d)=1.27轉(zhuǎn)/s就是76.4轉(zhuǎn)每分鐘滾筒在200轉(zhuǎn)每分鐘時可以取得較好的效果則需要傳動比為i=76.4：200=1：2.64.3主要部件(主軸)強度校核:因為車輪和軸承距離很小,實際受力情況可以簡化成受力圖如下:彎矩最大值M,和扭矩最大值T都出現(xiàn)在鏈輪所在截面,此截面為危險截面,取此截面直徑d=20mm.鏈輪半徑R=100mm,所收拉力F2不大于100N,現(xiàn)取F2=100,據(jù)此有M<100x0.3=30Nm,T=F2xR=10Nm得=39.528Mpa,小于45號鋼的許用應力=60Mpa.5創(chuàng)新點及其應用前景 通過我們的調(diào)查，國內(nèi)還沒有廠家生產(chǎn)同類產(chǎn)品，而與國外的類似的產(chǎn)

15、品的比較，我們的作品有如下獨特之處：(1) 掃地車的獨特滾筒設計能夠快速、高效得將地面上的垃圾掃起。(2) 利用車輪帶動滾筒轉(zhuǎn)動實現(xiàn)清掃功能，從而擺脫了電池，發(fā)動機等裝備的限制，能更好的適應國內(nèi)市場的需求。(3) 利用平行四邊形四桿機構(gòu)來調(diào)節(jié)萬向輪的位置，從而達到滾筒離地的目的，簡單、實用、巧妙。(4) 一個動作實現(xiàn)滾筒離地及停轉(zhuǎn)的目的，從而輕松實現(xiàn)掃地車正常清掃和小阻尼運動兩種狀態(tài)的切換。(5) 曲柄搖桿四桿機構(gòu)實現(xiàn)的壓縮功能能夠很好的解決垃圾的壓縮問題，讓垃圾車能夠更有效的利用有限的容積。目前我國環(huán)衛(wèi)、保潔人員普遍沒有什么高效的工具來進行環(huán)衛(wèi)工作，這很大程度上與我國對環(huán)衛(wèi)的投入不足和相關設備的價格太高有關。但隨著我國的經(jīng)濟水平上升，環(huán)衛(wèi)市容問題會是大眾關心的，而我們的作品就是為提高環(huán)衛(wèi)工人的工作效率和改善他們的工作環(huán)境，這也有助于提高我國城市的形象。除此之外，我們的作品還適用于廣場、游樂場和展會等場所。相比于外國進口的設備，一般的除塵機都要好幾千元，掃地車更是達到幾萬元的價格，而我們的掃地車批量生產(chǎn)時價格可降低到300元左右，這是政府及相關部門、企事業(yè)單位可以接