城市道路护栏清洗车刷洗箱设计说明书.docx

摘要:
本文就现有城市道路钢护栏设备所存在的一些问题对其进行重新设计.主要设计了清洗车清洗箱液压系统及清洗箱机械结构部分.重点是对其运动所需控制系统,机械结构进行设计计算.包括箱体结构尺寸计算.液压零件选取等.
关键词:
清洗箱,液压系统,液压零件.

目 录
目 录 ……………………………………………………………………………1
第一章 　 绪论……………………………………………………………………2
第二章 总体设计………………………………………………………………3
第三章 清洗箱设计……………………………………………………………6
3.1设计要求……………………………………………………………………6
3.2设计参数……………………………………………………………………6
3.2.1横梁…………………………………………………………………7
3.2.2伸缩杆………………………………………………………………7
3.2.3转轴…………………………………………………………………10
3.2.4轴承的选取…………………………………………………………10
第四章 液压系统设计…………………………………………………………11
4.1系统的设计要求……………………………………………………………11
4.1.1工况分析……………………………………………………………11
4.1.2液压缸的主要参数的确定…………………………………………12
4.2液压系统图的拟订…………………………………………………………14
4.2.1液压回路的选择……………………………………………………14
4.2.2拟定液压系统图……………………………………………………15
4.2.3液压元件的选择……………………………………………………15
4.3液压系统的性能验算………………………………………………………17
4.3.1回路压力损失验算…………………………………………………17
4.3.2系统动作过程分析…………………………………………………17
设计总结……………………………………………………………………………19
参考文献……………………………………………………………………………20

第一章 绪论

目前,城市道路隔离带护栏的清洗多数是用人工清洗,劳动强度大,效率低,而且还存在着人身安全问题。偶尔也有个别地方在洒水车的侧面或前面加上一个可以低速旋转的毛刷在喷淋情况下刷洗护栏,但是,由于毛刷不能横向移动,也不能升降运动,所以刷洗面很有限,刷洗效果也欠佳。
　 城市道路护栏,多为钢制焊接成各种网格图案,几十种形状及尺寸使钢护栏难以规范和统一。近年来,铸铁钢花护栏、不锈钢护栏也十分普遍。清洗城市道路钢护栏,一般采用人工刷洗或涂漆盖污的方法,但由于街道行驶车辆多,人工在此环境下刷洗很不安全、且洗洁率极低,无法达到城市环卫标准。我国部分城市(如北京,上海,广州,成都等地)研制使用的护栏清洗车,有如下缺陷:由于车辆行驶线路不能适时与道路曲线平行,无法刷到车行逆向的平面;而多种规格的网孔花纹图案加之车速过快,使刷子无法“伸入”网格内清洗;凡此种种,最终的洗洁率约为35%。为此,我设计了采用双液压规避机构，可横向与上下升降运动的城市道路钢护栏清洗车的清洗箱。

第二章 总体设计
护栏清洗车由底盘、水罐、清洗液水箱、横向水平伸缩机构、垂直举升机构、柱刷及驱动机构、液压传动及控制系统、水路系统等结构组成,其外形如图2-1示．
图2-1
该车采用载重为2.75T的东风EQ1061G2D2汽车底盘改制而成,取力器的离合采用推拉软轴控制,伸缩机构手柄、举升机构手柄、水泵控制手柄及柱刷控制手柄均集中分布在驾驶室内。整车参数如下：
整车外形尺寸（长×宽×高）：6480×2200×2850mm
工作尺寸（长×宽×高）：6480×3100×3140mm
水箱最大容积：3m3
水箱额定容积：2.3m3
清洗液箱容积：0.1m3
液压系统额定压力：6.3MPa
柱刷横向伸缩距离：700mm
柱刷上下往复距离：600mm
整车整备质量：5000kg
满载总质量：7800kg
工作尺寸（长×宽×高）：6480×3100×3140mm
水路压力：0.5MPa
清洗道路护栏车速：3~4km/h
发动机功率：88Kw/2800r/min
发动机额定扭矩：343N.m/1500～1800r/min
轮距（前/后）：1750/1586
发动机型号：EQD6102-1型
底盘型号：EQ1061G2D2
轴距：3650mm
水箱及清洗液水箱
水箱为钢板焊接件,设计最大容积为3ｍ3,额定容积为2 3ｍ3,其横断面为椭圆形。箱体前左侧呈凹状缺口,以利于安装垂直举升机构及柱形毛刷。箱内焊接有三道防波板,以减少因行驶时水流对箱的冲击力。在水箱后顶部设有人孔及爬梯,以方便对箱体内部检修及清洗工作。水箱内部还涂有防锈涂层,以减少水对箱体腐蚀。清洗液水箱利用不锈钢板焊接而成,能有效避免清洗剂本身对金属的腐蚀。箱内设计有防波层,其设计容积为0.1m3。
水箱外观如图2-2所示：
图2-2
清洗液箱采用全不锈钢焊制，外观如图2-3所示：
图2-3
液压油箱采用钢板焊制而成。
清洗箱结构见后。

第三章 清洗箱设计

3.1设计要求
系统工作环境为城市道路由于外界的影响，所以非常不稳定。而且系统由于清洗对象具有多样性，可以针对不同的护栏进行清洗，所以在设计时只须确定最大工作强度对其进行校核。

3.2设计参数
系统清洗箱装配图主视图（草图）如图3-1所示：
图3-1
其俯视图（草图）如图3-2所示：

图3-2
3.2.1横梁
对横梁，由于安装尺寸的需要，必须装上两马达且要安装在两伸缩杆上,设计尺寸为[长宽高=930150120（mm）],用45号钢机械加工造成，零件图见附图。横梁上只有两个柱刷清洗系统重量为：G3 =24.502+2070kg
由经验可知其强度与刚度远远大雨所须强度与刚度，故无须校核。

3.2.2伸缩杆
对伸缩杆进行设计校核：
由于行程为伸缩距离700mm，故初定尺寸如图3-3示：

图3-3
其尺寸为：[长宽高=17808080（mm）]
工件由45号钢机械加工而成。
对其强度进行校核：
其受力图如图3-4所示：
液压马达选取为：ZM-40 ，质量：15.68kg。
所以有：G横梁=（930150120）7.8103130kg=1300N
所以G1=G横梁＋G马达＋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
带入得：10000.8+20001+5000.5=3500.35+FB0.7
解得 FB＝4182N
又FA=FB+G1+G2+G3
所以　　FA=7032N

图3-4
故：
　　Ｍmax=f0.8+20001+5000.5=3050 N.m

其中安全系数为２．
所以满足设计强度要求．

3.2.3转轴
对转轴设计校核：
一般护栏高度为1.2m以下，故设计时毛刷长度为1400mm，其草图如图3-5：
图3-5
需要有清洁水与清洁液从转轴中流出,故选择如上图所示工件,工件由45号钢加不锈钢无缝管焊接而成，中间钻有一些小孔以便清洁液的流出。故计算是需要有大的保险系数，我们选择为3。
最大摩擦力为F=1000N。
则其最大转矩为：

由
所以
故零件尺寸满足工作需求。

3.2.4轴承的选取
选用两种轴承分别为：向心轴承（GB273.3-82）直径系列为1，宽度系数为0的正常型轴承。其中

双向推力轴承（GB273.2-81），直径系列2。宽度正常的轴承。
其中

第四章 液压系统设计

4.1 系统的设计要求
此系统主要完成对城市道路钢护栏的清洗工作。所须完成动作包括横向水平运动、垂直上下运动与旋转运动。在横向运动时，由于汽车运动时与护栏的平行度不能保持绝对一致，故柱刷与护栏之间存在碰撞与分离现象，设计中必须消除这两种情况的发生，为此设计液压自动规避装置。前后两液压油缸在压力作用下可自动发生规避。以达到清洗的洁度与保护装置。
液压系统的工作压力在一定范围内均为可调，以满足对不同护栏的清洗工作。由于主要完成清洗工作，故系统精度要求一般。对于系统稳定性，因工作环境差，外界干扰大，故系统的稳定性有一定要求。

4.1.1 工况分析
系统工作时主要工作工况为横向伸缩、垂直升降、旋转运动。其各部分工作所需最大负载如表4-1所示：
表4-1 工况分析
工况
负载组成
负载值
负载/
水平移动
F=f+f’
1000+100=1100N
1200N
垂直升降
F=G
2000+500+350=2850N
3170N
旋转
M=f.R
0.21000=200N.m
220N.m
注：１、液压缸的机械效率取＝0.9
２、不考虑滑台在导杆上的颠覆力作用，不计导套与导杆之间的摩擦。

4.1.2 液压缸主要参数的确定
由[1]《液压传动与气压传动》第二版（华中科技大学出版社）P270表９－２先选取执行元件工作压力．则P1=4MPa．
水平移动缸由于要使其在一定的压力下可以自动调节,所以缸应采用两杆结构,因为对称结构可以在两端压力不对称时调节更为快捷与方便。
伸缩克服最大力设定为F＝1000N,在水平作用时，系统须保持一定的转轴对护栏的压力，也要使储能器有一定的压力以便在储能器中有一定的液压油使得当在压力达到一定程度时系统对转轴进行一定的缓冲，从而保护转轴不受到撞击而受到损坏．又要使其能在一定范围内可以调节，所以选用一调压阀作为背压阀。调压阀最大背压为：。在工作进油时，因液压缸工作为可调，故在进油前也必须使用一调压阀对伸缩杆对护栏工作压力进行调节。其调节压力为：
垂直升降缸，对其进油设定一单向阀，防止在回油时由于系统自重而使得液压油回流．系统最大压力为：．采用单杆缸．系统提供压力为：

所以，液压缸选取为：
水平伸缩缸：
采用长江液压件厂的型号为：ＨＳＧＬ－６３／dＥ
公称压力：10MPa　　　　　液压缸外径：Ｄ１＝１０２mm
缸径： D=80mm 杆径：d=45.
行程：　L=800mm 速比：1.46
垂直液压缸：
　　　　　采用首钢液压机械厂的型号为：ＳＤＧ－８０／５０Ａ－e
缸径：Ｄ＝９０mm　 　杆径：d＝４５mm
　　　　　推力：８２００Ｎ　　　　拉力：８９５０Ｎ
　　　　　行程：Ｌ＝８００mm 速比：1.46
对于转动马达，采用天津液压件厂的触式通轴马达；其尺寸如图4-1所示：图4-1
排量：25／(Ml/r) 压力：６.3/MPa
转速范围：Rmin=30(r/min) R额定＝1500(r/min) Rmax=2000(r/min)
5MPa时转矩：24.50(N.m)
容积效率：　　　　　总效率：
质量：15.78kg

4.2 液压系统图的拟订
4.2.1液压回路的选择
4.2.1.1选择调速回路。
由系统要求可知，柱刷在清洗过程中对于不同的工作对象需要有不同的转速，所以马达的转速必须为可调，在转动过程中，转动效率小，转速低，工作负载的变化在横向系统的自动调节下工作负载小，故可采用进口节油。
4.2.1.2水平伸缩机构。
由于用两个柱刷，排列在同一横杆上，当出现护栏转角或者当汽车出现移动路线与护栏之间有一定的角度时，则前后两伸缩杆之间的压力将发生差异，故前后两伸缩杆分别采用独立的压力提供系统，使其两者发生差异时不会发生互相干涉。并且当不同的情况下两者可以独立调节以满足更多的工作场合。在横向伸缩过程中，由于需要移动的速度非常小，故系统的流量低，压力低。采用进口节油，用双联叶片泵的小流量与小压力泵提供压力油。在伸缩缸自动调节时，为防止在在回油时造成吸入空气的现象，在出口设置一储能器，采用调压阀背压，同时可以进一步保证伸缩缸的工作的稳定性。在进口处设置一可调先导溢流阀，也可以调整柱刷对护栏之间的压力。当出现异常情况下时可作为备用系统。
4.2.1.3垂直升降机构。
垂直升降机构由于所需压力大，但在工作时不发生移动，并不需要提供液压油设计为与柱刷马达由同一泵提供液压油。采用单向阀可以防止以外情况下升降台由于自重而发生压力油的回流而损坏泵且发生碰撞的情况发生。所需提供压力大，采用出口节流的调速方式。
4.2.2拟订液压系统图
综合上述分析和所拟订的方案，将各种回路合理地组合成为该系统的工作原理图如图4-2所示：（详图见附图）

图4-2

4.2.3液压元件的选择
4.2.3.1液压泵
液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为4MPa，进油压力损失取为1MPa（调节范围），背压损失取为0.5MPa，则压力取：

横向伸缩缸由于工作压力小，且移动速度慢，v=1cm/s
所以流量为
马达的流量为：
根据以上压力和流量的数值查阅产品目录，最后确定选取YB-4/25型双联叶片泵.

4.2.3.2阀类元件及辅助元件
根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件的实际流量,可选出这些元件的型号及规格，表4-2表示了所选出的一种方案。
表4-2 各元件选取
序号
元件名称
估计通过流量
/（L.min-1）
型号
规格
调节压力/MPa
1
液压油箱

100L

2
滤油器
42
XU-J6380

3
双联叶片泵

YB-4/25
6.3MPa25和4L/MPa

4
二位二通电磁阀
30

GB2514-AA-02-4-A

5
单向阀
10
A-Ha10-L

6
升降油缸
10
SDG-80/50A-e
L=800

7
调压阀

OF3-E6XB

1
8
溢流阀
1
YF3-10L

9
转轴油马达
15
ZM-40

10
水泵

YB-A6B

11
横向升缩缸

HSGL-63/DE

12
三位四通电磁阀

VE1D-RK/DC36/V/B/CM

13
油马达
20
PV2R1-6

14
蓄能器

HXQ-B4.0D
4L 耐压25.5MPa

15
先导溢流阀

FBG-03-124-11

1

4.3液压系统的性能验算
4.3.1回路压力损失验算
由于系统的具体管路布置尚未确定，整个回路的压力损失无法估算，仅只阀类元件对压力损失所造成的影响可以看得出来，供调定系统中某些压力值时参考，这里估算从略。
4.3.2系统动作过程分析
清洗箱的动作过程见附图。系统工作流程如图4-3所示：
图4-3
在调节中，各部分调节旋扭、开关均在驾驶室内，工作人员可以随时对于压力，马达转速，清洁剂提供垂直高度等参数进行调节，各部分可分别调节，也可以同时调节。以满足不同工作环境对于系统的需要。车的倒后镜对准两柱刷,在横杆上装有照明灯,当光线不良时打开照明系统以便观察,便于随时对系统进行调节.在正常情况下，车辆边行走边擦洗护栏,遇有特别脏的地方，放慢车速甚至可停下来，直到清洗干净为止。在清洗过程中，要边喷水、边清洗,喷水嘴喷水主要起三方面作用：(1)降温作用。刷子高速转动，擦洗护栏，使刷毛与刷毛之间、刷毛与护栏之间摩擦起热,如不进行喷水降温，将使刷毛变形,损坏材料,影响清洗效果。(2)去尘作用。刷毛是用树脂做成的，光滑柔软，用水喷洗刷子，刷毛上的尘土会自动离去；刷子擦洗完护栏，护栏上仍留有擦起来但未离去的灰尘，用水喷洗护栏，灰尘就会随水流走。(3)压尘作用。喷水清洗，尘土不会飞扬，作业环境得到改善，清洗效果得到保证。

设计总结
近三个月的毕业设计终于结束了，通过这些天的设计学习，自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对我走向社会从事专业工作有着深远的影响。现在就谈谈对本次毕业设计过程中的认识和体会。
首先，我学会了查阅资料和独立思考。我的课题是城市道路钢护栏清洗车清洗箱设计。当开始拿到毕业设计题目时，心里面是一片迷茫，不知从何入手，幸好在赵老师的指导下及时理清了头绪，避免了走很多的弯路。认真翻阅相关资料，由于图书馆相关资料非常少，并且在Internet上也很少有相关资料的发布，所以同时也学会了怎样检索文件，这也是此次设计的一个收获之一．
在设计过程中，我有进入公司参加工作，在工作过程中，我通过对相关知识的接触与思考，学会了日式设计风格：通用性，独立性的设计手法．在设计中多处用到很多的通用元件，使得系统在制造过程中的制作过程更加的方便，同时独立设计手法可以让系统更加的便于维护与使用．方便了在使用过程中对于问题出现的处理．
进行结构方面的设计。由于图册上已有一定的结构，我要做的结构方面就只是把尺寸确定下来，然后把自己的一些思想设计进去，做适当的改进。使结构更合乎门口要求。每一个设计都是一个创新、完善的过程。在设计过程中运用所掌握的知识，发挥自己的想象力，完美原有的结构。这个过程也是一个学习的过程。
其次，认识到实践的重要性。这次设计我做了很多重复工作、无用功，但是这些重复工作和无用功积累了设计经验。同时也认识到设计不能只在脑子里想其结构、原理，必须进行实际操作。另外，也应从多个角度来思考问题的所在，尝试其它的方法，以求找到最佳方法，因为即使想的很完美，但到实际的设计时会遇到很多想不到的实际问题。
在设计的过程中，也出现了一些客观不足的问题，就是模具结构、注射机只能靠想象，没有实践条件，不能根据实际的情况来作合适、客观地修改，这样做出来的，难免有些缺点和不足，由于诸多原因，本次设计存在一些不足和有待改善的地方，希望老师能够提出宝贵修改意见。
最后，衷心感谢刘教授、招老师、陈老师对我的悉心指导，使我在大学里最后一段时间里学习到了很多有用的东西。

参考文献
1 何存兴主编．液压传动与气压传动．－武汉：华中科技大学出版社，2000
2 雷天觉主编．新编液压工程手册．－北京：北京理工大学出版社，2002.1
3 杨培元，朱福元主编．液压系统设计简明手册－北京：机械工业出版社，1999.12重印
4 合肥通用机械研究所编．阀门产品样本．－北京：机械工业出版社，2002.11
5 中国石油物资公司编．轴承手册．－北京：石油工业出版社，1991.5
6 吴根茂主编．机械设计手册．－北京：机械工业出版社，2002.11
7 路甬祥主编．液压气动技术手册．－北京：机械工业出版社