多功能环卫车的主体机械结构设计

摘要II题目：多功能环卫车的主体机械结构设计随着我国经济近20年来的快速发展，人们的生活品质也明显提高，对环境的清洁程度也在逐渐提高，人力清扫已不能满足人们的需求，机械化的保洁作业开始慢慢应用在小区、街道等地方。随之而来的是环卫车辆的使用范围正在逐渐扩大，而环卫车功能也由单一化朝着多功能发展。路面清扫车作为比较常见的环卫车类型，有着较大的多功能改造潜力。本文主要对路面清扫车进行多功能的设计。主要进行调查研究工作有：路面清扫车发展及现状；各类型的路面清扫车工作方及工作原理；应该对路面清扫车进行哪方面的多功能设计以及设计方案的可行性；以及调查了解及风机的性能及如何选型。主要的工作任务有：对护栏清洗装置进行结构设计并与整体清扫装置布局进行协调并合理布局；了解盘刷升降及工作原理并进行设计盘刷装置的设计，对吸尘部分的滚刷以及吸嘴结构的设计；对风量风压进行计算并以此为依据对风机进行选型。多功能路面清扫车的设计，在提高清扫车作业经济性方面以及在提高清扫效率的方面有着重要意义。关键词：路面清扫车；结构优化；结构设计；WiththerapiddevelopmentofChina'seconomyinthepast20years,people'squalityoflifehasbeensignificantlyimproved,andthedegreeofenvironmentalcleanlinesshasbeengraduallyimproved.Humancleaningcannolongermeetpeople'sneeds,andmechanizedcleaningoperationshavebeengraduallyappliedinresidentialareas,streetsandotherplaces.Whatfollowsisthatthescopeofuseofsanitationvehiclesisgraduallyexpanding,andthefunctionsofsanitationvehiclesarealsodevelopedfromsingletomultifunctional.Asacommonsanitationvehicle,roadsweeperhasgreatpotentialformultifunctionaltransformation.Thisarticlemainlycarriesonthemultifunctionaldesigntotheroadsweeper.Themainresearchworkincludes:roadsweeperdevelopmentandcurrentsituation;Theworkingprincipleofeachtypeofroadsweeper;Whichaspectsofthemulti-functionaldesignoftheroadsweepershouldbecarriedoutandthefeasibilityofthedesignscheme;Investigationandunderstandingoffanperformanceandhowtoselect.Themaintasksare:theguardrailcleaningdevicestructuraldesignandoverallcleaningdevicelayoutcoordinationandreasonablelayout;Understandtheliftingandworkingprincipleofthediskbrushanddesignthedesignofthediskbrushdevice,thesuctionpartoftherollerbrushandnozzlestructuredesign;Theairvolumeandpressurearecalculatedandbasedonthis,thefanisselected.Thedesignofmulti-functionalroadsweeperisofgreatsignificanceinimprovingtheeconomyandefficiencyofthesweeper.Keywords:Roadsweeper；optimization；physicaldesign；目录目录--PAGEIII---PAGEIV-目录 I II第1章绪论 11.1概述 11.2研究该课题的目的背景 11.2.1研究目的 11.1.2研究背景 21.3道路清扫车的分类 21.4国内外研究发展现状 41.4.1国外路面清扫车的发展 41.4.2国内路面清扫车发展 51.5本课题要研究的主要内容 61.6本章小结 7第2章总体案的选择与确定 82.1护栏清洗装置种类与分析 8图2-1转盘式护栏清洗装置 8图2-2单侧式护栏清洗装置 9图2-3中置式护栏清洗装置 92.1方案的提出 102.1.1方案一 102.1.2方案二 102.3对比并确定方案 102.4二类底盘的选择 112.5本章小结 12第3章清扫作业装置设计计算 133.1盘刷系统的设计 133.1.1设计盘刷固定架 13图3-1固定架结构三维图 143.1.2盘刷触地角度的设计 14图3-2盘刷作业扇形区域 153.1.3盘刷升降原理设计 153.2滚刷与吸嘴装置的设计 163.2..1滚刷与吸嘴的位置设计 173.2.2滚刷的设计 173.1.3滚刷距离地面的高度 183.2.4壳体的设计 183.2.5吸嘴正面尺寸的设计 193.2.6滚刷与吸嘴装置的升降设计 203.2.7清扫用滚刷刷所需液压马达相关参数的计算及选型 223.2.8滚刷用液压马达参数计算及选型 233.3前置护栏装置的设计 243.3.1设计思路 243.3.2滚刷框架伸出收回机构工作原理 253.3.3前置护栏装置的安装位置 263.3.4相关参数的确定 263.4本章小结 26第4章吸尘输送系统风力风压计算及风机的选型 284.1吸尘输送系统所需风量的计算 284.1.1垃圾尘粒在气流中的运动机理 284.1.2风机风量的计算 304.2吸尘输送系统所需风压的计算 304.2.1吸嘴的压力损失 304.2.2垃圾尘粒达到启动速度时的压力损失 314.2.3吸尘系统垂直管路中的压力损失 314.2.4在重力除尘箱的压力损失 324.2.5在除尘过滤装置内的压力损失 324.2.6注意事项 334.3风机的选择 334.4本章小结 34结论 35参考文献 36致谢 38第１章绪论--PAGE37- --PAGE38-第1章绪论1.1概述环卫车时环卫车用设备的总称，而路面清扫车是众多环卫车种类里较为常用的。路面清扫车作为环卫设备之一，是一种集路面清扫、垃圾回收和运输为一体的新型高效清扫设备[1]。路面清扫车是一种及路面清扫，垃圾回收抑尘降尘和运输为一体的新型高效清扫设备。路面清扫车能够快速有效的清除路面的垃圾尘土，所以在我国近年来路面清扫车的品种和数量都在快速稳定的增长，在大中城市中使用路面清扫车来维持路面的清洁已经成为了一种主流[2]。随着我国的经济快速发展和城市对环境卫生质量要求的不断提高，从前那种依赖人力清扫的方式已经不能够满足于城市对路面街道环境卫生的要求，低下的工作效率，不断提高的用人成本，严重制约了环卫工作向着更深层次的发展，也影响了城市的形象，因此，近年来，各城市环卫部门也都纷纷加快了环卫作业的机械化发展，以此来应对日益提高的城市卫生要求各环卫作业效率，同时，解放人力，极大的减少了用人成本，促进了环卫经济性[3]。由于经济的不断发展，人类卫生需求的不断提高，直接推动了清扫车行业不断飞速发展，并产生了不断持续发展的动力。这就迫切需求对现有的清扫车技术和应用进行不断的科学研究和技术改进，此次课题的研究对象正是路面清扫车，并且对清扫车进行多功能设计，实现一车多用。这也代表了环卫车发展的一个方向，由功能单一到功能多样化的发展。其未来的市场空间也必将十分可观。1.2研究该课题的目的背景1.2.1研究目的目前，国内的环卫车功能繁多且功能单一，大致有以下几类：路面清扫车，洒水车，抑尘车护栏清洗车，垃圾车，吸尘车等，但大都只能具备一种功能。在城市中，要保重环卫水平就要保证各类型环卫车保持在一定数量增加了采购成本，运行成本，后勤成本，人力成本等一系列成本，增加了环卫事业经费的负担。所以，目前环卫车的主流发展方向是朝着多功能发展，实现一车多用节约成本的目的。而在这几类环卫车中，仍有改进空间的车型则比较少，如洒水车要做到多功能的目的，则要改进罐体，重新加装动力设备，但又面临水箱缩小，其原来的主要功能洒水作业时间极具减少的影响。再比如垃圾车，其本身需要大空间进行垃圾的储存和转运，而且又无多余的动力源进行加装设备（一般环卫车都是直接在已有的二类底盘上进行设计，动力源早已是固定的，动力源的后备功率也是一定的，即使那能够加装取力器取力等办法，加装设备，那么将会损失后备功率，易造成车辆在上坡等的工况下造成动力不足，可能会对车辆造成损坏或者影响行车安全[4]。而路面清扫车则不一样，它本身配备了副发动机，动力充足，具备实现多功能的基本条件。本课题研究的目的就是在路面清扫车的基础上进行多功能的设计，以实现经济性一车多用。1.1.2研究背景马路中央的在护栏的使用过程中，由于车辆的尾气排放、风沙雨水侵蚀及其它自然或人为原因，护栏表面会出现灰尘污染，久而久之还会出现结垢，其不仅会使护栏标志不洁而失效，更容易造成交通事故，而且也会使其失去美观，影响路容路貌。护栏的清洗不仅提升城市的市容市貌，也延长了护栏的使用寿命[5]。目前马路护栏多数是用人工清洗，劳动强度较大，清洗效率较低。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。道路上白天车流量很大，人工清洗护栏不安全且影响交通，一般在晚上车流量相对较小时清洗，而晚上清洗时经常有发生车撞环卫工人的事故。所以迫切需要解决好护栏的清洗问题[5]。冬季城市街道除雪是一个必须要面对的问题，靠人力完成清雪工作，不但费时费力，不能及时清除污雪，而且路面清雪的人员急剧增加，易发生交通事故导致人身危险。如果配备专用车辆，不但每年的使用使用时间短，而且还需要额外增加购车成本。也并不是一个很好的选项。在这样的背景下，设计可以悬挂在驾驶室前方的铲雪装置，是一个不错的选择。这也是一个趋势，其具有成本低，易维护的特点。1.3道路清扫车的分类道路清扫车的作用在于一些清扫硬性路面，比如柏油马路和水泥路面上的灰尘或垃圾颗粒。又或是用于例如在高速公路路面、机场跑道路面、城市中心街道、社区或大型广场等方面，集垃圾尘粒或尘土、小型垃圾颗粒物、垃圾块的收集、储藏、运输为一体的专用道路环卫工程机械车辆。由于道路清扫车的吨位的不同、可以将道路清扫车分为小型路面清扫车，中型路面清扫车，和大型路面清扫车。按传动方式来分，又可分为纯液压道路清扫车、机械传动路面清扫车、纯电动路面清扫车等。因此，路面清扫车的分类依据各有不同，分类的方法也多种多样。在众多的分类方法中，按照路面清扫车的清扫作业方式分类的方法最为常用。因为不同的工作方式有着不同的侧重点，其清扫作业效果也就各有不同。通常，按清扫作业方式来给路面清扫车分类，可以分为以下三类：吸扫式路面清扫车；纯扫式路面清扫车；和真空式路面吸尘车[6]。吸扫式路面清扫车一般都安装有可以外伸到清扫车车体外的盘刷和可以升高和吸尘嘴，并且配备可以下降的滚刷。其中，盘刷在液压马达的驱动下刷盘旋转，刷毛触地带动路面的垃圾尘粒等沿刷毛运动方向的切线方向运动，形成一条垃圾尘粒的运动带。当垃圾尘粒脱离刷毛后，会因其本身的惯性继续沿着该方向运动，最终垃圾尘粒会落在吸嘴要经过的位置的前方，等待吸嘴将垃圾尘粒吸入。在垃圾尘粒经过吸嘴最终到达垃圾储运箱的过程中，还要经过几次的降尘处理，目的是为了最后排出的气体含尘量较小或者基本接近空气的密度，这样没有尘粒再次排出，也就能够防止二次污染，将垃圾尘粒全部留在垃圾储运箱内[7]。而按照气流排出车外的方式的差异，吸扫式路面清扫车又可分为开放式吸扫车和循环是吸扫车。开放式吸扫车在进行清扫作业是时作为载体的空气由吸嘴进入车厢内，经过除尘降尘后，直接由排风口将气体直接排出。而循环式清扫车在作业时，气体经吸嘴进入车厢后经过降尘，又将除尘后的气流重新送入吸嘴口，作为载体再次参与清扫作业[8]。对于第一种方式作业方式，假如除尘效果不彻底的话，气流中仍然有许多垃圾尘粒等悬浮物，将这样的气体排入空中，就会产生扬尘，造成二次污染。而且路人接触到这样的含尘气体，也会对人体健康造成危害。对于第二种作业方式，虽然并不直接将气体排入空中，但是将气流导入吸嘴，一旦吸嘴的吸入能力不足的话，会导致吸入效果变差，而且有可能在吸嘴部分产生扬尘，直接将路面的垃圾尘粒吹起，在地表形成扬尘。但总体而言，吸扫式路面清扫车，较其他类型的清扫车，具有适应性好，作业清扫效果较好的特点。纯扫式路面清扫车，和吸扫式路面清扫车一样具有清扫范围宽，适应性好的特点，对大颗粒的垃圾清扫能力强，但是其对垃圾颗粒及灰尘的清除率较低，一般情况下，用于用于环境卫生情况较差的街道，以清除大颗粒垃圾为主，例如常见的路面常见的手帕纸包装碎纸屑、瓜果皮、塑料袋等，都具有良好的清除效果。这种路面清扫车具有消耗功率小，作业噪音低的特点[8]。另外纯扫式路面清扫车的作业驱动方式非常广泛，而且结构简单，可以使用带轮或者链轮驱动清扫装置，也可以使用液压装置驱动。这一类型清扫车的作业原理为：在车辆的尾部设置一横置于路面的滚刷，滚刷的前端有一输送装置，由输送带和链板组成，纯扫式路面清扫车作业时，滚刷通过旋转，刷毛带动路面上的垃圾运动，随后由于惯性，垃圾落入输送装置，输送装置旋转，将垃圾运送至垃圾储运箱。也有一种在车辆的中部设置垃圾清扫机构的中部有一较短的横置滚刷，滚刷的后侧是垃圾输送装置，在滚刷的前端左右两侧又设置一盘刷，将垃圾扫向滚刷可以经过的路面，以弥补这类设计滚刷长度较短，覆盖面积较小的缺点。综上所述，纯扫式路面清扫车对路面的大颗粒垃圾的清除效果较好由于不需要风机的原因，作业时噪音较小，但也造成了作业时的二次扬尘。真空式路面清扫车，与吸扫式路面清扫车还有区别。它本身不安装盘刷等清扫机构，完全利用风机负压来收集路面上的垃圾尘粒，吸嘴宽度即为清扫宽度，使用干式的储存方法，不需要而外配备水箱。吸嘴采用了洗吹式的设计，吸扫式有一部分车型的吸嘴部分，其经过除尘等气流只是经过吸嘴上部的连接软管进行循环除尘，而真空式则将这部分气流直接吹向地面将尘粒吹离地面，并且给力垃圾尘粒一个初始的悬浮速度，这样吸嘴就更利对垃圾尘粒的收集。但是，这样就对吸嘴的设计提出了更高的要求。对路面的适应性能也会与降低。按路面清扫车对垃圾尘粒的收集方式可以将其分为湿式清扫车、干式清扫车两种。干式路面清扫车在进行清扫作业时，由于其本身不设置储水箱没有喷水装置。在清扫车进行作业时，垃圾尘粒进入除尘箱，风速急剧下降，较大的垃圾尘粒会在中立的作用下沉降在除尘箱底部，细小的垃圾尘粒继续运动，最后在过滤装置内部被拦截下来。干式路面清扫车的使用，摆脱了对水的依赖，这样就可以寒冷地区使用，温度太低也不会引起管路结冰的现象堵塞和因喷水导致路面结冰而引发安全隐患。但不可否认，干式路面清扫车同样具有扬尘的现象。湿式路面清扫车采用了喷水除尘的作业方式，在吸嘴和滚刷处，左右两侧的盘刷处，均设置有高压水路在作业时喷出水雾。一方面，这样的设计可以极大的避免了扬尘现象；另一方面，喷出的水雾和要收集的垃圾尘粒相结合，凝结成更大体积的颗粒，这样在垃圾尘粒进入除尘箱后，就会全部沉降下来。这样的设计就会让除尘系统的管路设计变得简单，也不必再额外设置过滤装置[9]。1.4国内外研究发展现状1.4.1国外路面清扫车的发展大约在十九世纪初，在欧洲出现了全球首辆以马车改装的道路清扫车，其仅仅具有单一的扫路的功能。在这之后，美国有一个企业开始研发并推出了人力的路面清扫车，对比之前的马车改装的，也只是动力源不同，清扫的功能也同样十分单一[10]。它的出现，在社会当中也并未引起较大的反响。不过，这两个车辆的出现，却具有十分重要的意义：它是现代路面清扫车的首次尝试。后来，工业技术不断发展，内燃机技术也在不断的成熟和发展，开始出现了以内燃机为动力源的道路清扫车，并开始出现了盘刷等装置来提升路面清扫车的效率。这时的清扫车基本上已经具备了现代清扫车的基本功能，可以将其看做时现代路面清扫车的开端。大约在20世纪40年代的初期，美国以及一些欧洲的发达国家就已经开始了路面清扫车的产业化，开始出现了专门从事路面清扫车研发制造的企业。至此，路面清扫车开始被大规模成批量生产，并且开始装备在欧美等一些发达国家的一些大城市中[11]。近些年，随着全球各国技术水平不断发展，路面清扫车的技术水平也在不断提高。国外的清扫车企业在自家的产品上加入新功能各新技术，不断进行改进与优化，在各个方面都有了很大的技术发展优势[12]。通过了解，其优势主要集中在以下三点：吸尘装置的作业的作业效率。主要是对其装置内部设计进行合理的结构的调整和再次优化，利用国外技术优势采用新型材料作为其过滤材料，通过优化垃圾颗粒的沉降分离过程，来提高降尘作业的效率，并以此来提高发动机的功率损耗，减小对能源的消耗。例如国外的一家公司，首次在垃圾尘粒沉降装置内设计了一个类似于“S”的分离装置，该装置利用惯性，当含尘气流通过这个装置的时候，垃圾尘粒会迅速沉降在底部，而气流则顺利排出该装置，极大地提高了除尘降尘的效率。由于国外清扫车发展较早，在之前的发展中各装置的结构优化早已十分完善，因此目前国外的清扫车企业开始在清扫车中加入控制技术和信息化技术，来达到其产品的智能化的目的[13]。目前国外的清扫车，大都将自动控制加入到了路面清扫车中，同时，还要实现机械，电气，液动的一体化控制，设置各类型的传感器以应对不同工况下有可能发生的各类信息，并将这些信息经过处理实时的传达给车辆操作人员，同时接受各类指令，以此来控制各装置的运动部件动作[14]。1.4.2国内路面清扫车发展截止目前，我国的路面清扫车清扫车的发展只有50多年，初期的设备大都满足了“有即可”的要求，简单的实现了从无到有的过程，但是由于初期我国的经济发展较为落后，所以一开始我国路面清扫车的发展也较为缓慢的。最近的20年伴随着我国经济的腾飞与飞速发展，城市扩建、市政道路里程的快速增加、环卫要求不断严格，我国国内对路面清扫车的需求也在逐渐增加，清扫产品设计逐渐变得规范化，种类趋于多元化。但是与发达国家相比，我国路面清扫车还有诸多不足继续急需完善，例如在产品的能耗方面、工作效率、集成化水平、多功能性上还有待提高。究其原因，这主要是国内企业对于路面清扫车的关键性技术还是缺少研究，各企业间模仿较多，缺乏创新性，另外就是前期行业发展较为粗矿，缺乏规范性。另外，国内相关企业在研发方面较为缺乏，一些理论在国外早已发展许久，在国内的发展还依旧很单薄，比如对垃圾尘粒的起降机理的研究，CFD领域等[15]。目前，国内清扫车制造企业在设计思路上大多对外采购现有的二类车底盘，并以此为基础进行二次研发，试制样机，测试和改进后达到设计指标后，将其面向市场。但是这种经验设计会导致研发周期变长，测试样机多，成本升高。这已经成为国内这一行业发展的最大障碍。不过，近年来清扫车行业随着我国经济发展而腾飞，我国的清扫车制造企业已经达到了80家之多，设计也逐渐变得规范化，专业化。同时，国内也出现出了几个实力较为强劲的企业，例如：长沙中联重科股份有限公司；福建龙马环卫装备有限公司；湖北程力等公司均在我国路面清扫车领域处于领先水平[16]。1.5本课题要研究的主要内容做好前期调查。了解各类型路面清扫车的清扫速度如何，优点以及缺点；作业装置由哪几部分构成；对路面的清扫效果如何。总体设计方案的选择，方案的对比及分析。分析那些部分是需要重点考虑的部分。研究各个装置的工作原理。例如盘刷如何升降；盘刷是否需要转动外伸；盘刷的升降的动力方式如何选择；盘刷作业时的触地角度；盘刷作业扇形位置；横置滚刷的旋转速度；横置滚刷与吸嘴的合理布置；吸嘴与横置滚刷如何升降；护栏清洗装置如何伸出；护栏清洗装置的作业高度如何满足；护栏清洗清洗装置的安放位置；为通风机选择合理的传动方式等。相关参数的计算。例如吸尘系统各部分压力损失；能够将垃圾尘粒成功吸入系统时所需风量；路面清扫车通风机所需提供的全压、风量；滚刷作业时所需要的功率等[17]。相关装置的选型。例如确定全压，风量选择经济实用的通风机型号；通过滚刷所消耗的功率以及转速选用经济实用的液压马达；绘制主要装置的三维模型以及主要零部件的二维图纸的绘制。1.6本章小结第一章主要是简单介绍了该课题的研究背景，研究设计多功能环卫车的意义，路面清扫车的分类，主要介绍了自路面清扫车诞生以来到目前的发展、我国的路面清扫车发展现状和国外清扫车的发展现状。以及发展多功能清扫车以实现一车多用在经济性上的必要性。最后，总结了本课题需要研究的主要内容。

第2章总体案的选择与确定2.1护栏清洗装置种类与分析目前，现有的车载护栏清扫装置有很多种，想要确定多功能环卫车总体方案的设计，首先就要了解护栏清扫装置的类型，在经过合理的分析，并确定好工作方式后，进行合理的空间位置安排，才能得出最终的总体设计方案。转盘式护栏清洗装置：转盘式护栏清扫装置一般设置在驾驶室的前方，采用铰接或者螺栓链接转盘径向与护栏方向平行，且护栏左右各有一只转盘，在护栏正上方设置高压水雾喷头。在作业时，起到喷水湿润护栏的作用，但是这样的喷头设计会出现护栏上下断被湿润程度不一致，导致上端端湿润度恰好合适而下端湿润不足清洗效果差，或者下端湿润度恰好合适而上端湿润程度过大造成车载环卫用水的过渡消耗，作业时间短的结果。图2-2所示。图2-1转盘式护栏清洗装置单侧式护栏清洗装置：其主要优点在于设计简单，在护栏的右侧一般设置一到两只滚刷，在作业时，由液压杆驱动其连接的框架伸出，使其贴近护栏并进行作业。其缺点是只能单侧清洗，进行护栏清洗作业需要沿护栏进行一个往返，与能同时进行双侧护栏清洗的装置相比，效率较低。且单侧清洗作业时，污渍与水的混合物一部分会随着盘刷的旋转沿护栏表面被甩至另一侧，造成清洗效果不彻底。如图2-2所示[18]。图2-2单侧式护栏清洗装置中置式护栏清洗装置：中置式护栏清洗装置设置在后车厢内部靠近与驾驶室的位置，其在三种护栏清洗装置中清洗效果最佳。另外，该装置采用了隐藏式的设计，只在作业时伸出车外，非作业时间回缩进车厢内，与其他两种类型的护栏清扫装置相比，不占用车外空间，造型美观大方[19]。在使用同一规格底盘时，其车长最短，有利于驾驶员的操作，且在与行人、机动车或非机动车发生正面碰撞时，在车外并没有明显的突起，可以减少对方的人身伤害或经济损失。不过要注意的是，该类型的装置在进入护栏两侧的过程中，一般采用“旋入”的方式，此方式易造成滚刷架与护栏的相撞事故。图2-3所示。图2-3中置式护栏清洗装置2.1方案的提出根据护栏清洗装置的类型以及清扫车的工作方式，现有以下两种方案可供选择。2.1.1方案一采用中置护栏清扫装置，湿式或干式路面清扫车相结合的方式。这样的设计，就要考虑在后车厢中是否具有加装中置护栏装置的可能。湿式清扫车后车厢内各装置的位置排布依次是：水箱，动力源及风机（并列放置），垃圾颗粒重力除尘箱。而干式清扫车后车厢内各装置的位置排布依次是：动力源及风机（并列放置），其他除尘设备，垃圾颗粒重力除尘箱。在本方案中，考虑是否有合适的二类车底盘和合适的清扫车工作方式与之相匹配，寻求方案可行性。2.1.2方案二采用前置护栏清洗装置，湿式或干式路面清扫车相结合的方式。采用这样的设计，其优点是，不必受限于后车厢内部空间的大小，两部分装置可以独立设计，只需要一些基本参数如离地高度，安装位置等相互配合即可，设计较为简单。但是，由于其前置护栏清洗装置的工作方式多样性，还要考虑到使用哪种类型的护栏清扫方式。2.3对比并确定方案通过以上的两个方案可以看出，两个方案都有其合理性。那么，就要通过其他的角度去分析，列如从方案的可行性或者方案的设计难度的角度来考虑，到底选择哪种方案。对于方案一来说，其选择的护栏清扫方式作业效果最好，对于这部分而言，该方式是“转盘式”、“单侧式”、“中置式”三者中最优的选择。重点是，后车厢空间是否可以容纳护栏清扫装置。以市面上比较常见的路面清扫车品牌“程力”举例，其八吨级别主力车型是东风多利卡八吨扫路车，该车以环卫工程车领域常用的东风D7大多利卡改造而来，其轴距在3300mm，除去车轮所占位置以及其他必要的空间位置等，两轮间的可用长度大约在2000mm，若路面清扫车采用湿清扫的方式，则水箱大约占车身长度的600-800mm，动力装置及风机还要占去1000-1500mm左右，按常规布置，则无法继续假装护栏清扫装置，或优化车厢空间布置，寻求安装该装置的空间位置，设计难度较大。其他市面上较为常见的还有10吨级别的东风D9路面清扫车，该车的轴距在3950mm，两轮间的可用长度在2800mm左右，除去正常路面清扫车所必要的设备，剩余的可用长度大约在1000mm，可以加装，但设计结合应较为紧凑，设计难度较大。对于方案二来说，其装置的设计不再受车厢内空间的影响，这是该方案的优点之一，而且对于设计者来说，设计空间较大。至于其对于护栏清扫效果不如中置护栏清扫装置这一现象，可以吸取前置护栏清洗装置的设计特点对前置护栏清扫装置进行优化设计，尽量达到中置护栏清扫装置的效果。但是这样的优化设计必然要重新构想运动机构，如何简单、稳定、经济的实现预定功能等，必然会导致设计者的设计工作量大大增多。由以上两个方案对比可以发现，两个方案都是由现有的各装置的设计思路结合而来，所以其各自装置本身所用的的优缺点也十分明显。方案一要实现，需要改动车厢内部空间布局，难度较大，而且其本身对于二类底盘的选择也十分具有局限性。方案二要实现，只需要对现有结构进行结构的优化设计即可，虽然与方案一一样都具有难度，旦方案可行性较大。在综合考虑分析之后，决定采用方案二的设计，同时，在此基础上进行优化设计。2.4二类底盘的选择二类底盘的选择是进行清扫装置设计的基础，由于其品牌型号繁多，选择不同型号的底盘也就有着不同的性能参数及外形尺寸，也就有了不同的装置设计方案。因此，二类底盘的选择也是本课题的一部分。首先，二类底盘的生产厂家众多，例如有江铃，福田，东风，重汽等一系列品牌，在品牌的选择上，应选用市场占有量大的品牌，一般此类品牌产品的质量较为可靠，选择原则应在环保性与经济性方面进行考虑，选取的车辆型号应满足可以进行对于多功能设计的要求，实现一车多用，以及符合国家相关政策，选择“国六”排放标准车型。基于以上考虑，将二类垫盘型号定为东风天锦KR，底盘型号为DFH1180E，其基本参数如下表：表2-1所选二类底盘基本信息信息性能最大输出功率172kw最大马力230马力车身长度7140mm车身宽度2470mm续表车身高度2850mm整车重量8.9吨轮胎规格10.00R2018PR,11R22.518PR轴距3800mm大梁离地高度900mm2.5本章小结本章主要对总体方案的设想进行了研究和对比，分析两种方案在经济性，清扫效率等方面的利弊，以及最终的方案如何确定。

第3章清扫作业装置设计计算该系统一共分为三个部分，分别是前置护栏清扫装置，盘刷装置和滚刷与吸嘴装置组成。作为多功能环卫车的重要组成部分，该系统设计的好坏直接决定着，多功能环卫车的设计是否成功。这也是本课题的重点。3.1盘刷系统的设计目前，盘刷的种类有两种：一种可以进行两个方向的运动，分别是与路面垂直方向上的下降与上升，另外一个是沿一个转轴外伸于车外的转动，这一类型的盘刷装置本身装置较为复杂，但是并不实用。因为盘刷的清扫宽度有限，作为滚刷清扫宽度的延伸，盘刷在清扫位置上应与滚刷相衔接，一旦出现不衔接的现象，就会在两者之间形成一条未被清扫的马路带无法形成有效的清扫效果。因此盘刷的作业位置相对固定，不需要频繁对盘刷伸出车外的距离进行变动。另一种盘刷类型则比较单一，只有下降上升两个功能，但是其优点在于结构简单，制造成本低。结合本课题考虑，盘刷的作用只在于滚刷清扫作业效果的补充，因此选择第二种盘刷类型即可。3.1.1设计盘刷固定架固定架固定钢板厚度的选择：选择般常用的5mm厚钢板，采用方形设计，其尺寸大小为120mm120mm。距离路面清扫车底盘大梁上表面的距离为20mm，与大梁下表面的距离为20mm，表面有四个螺栓孔配合螺栓将其固定的底盘大梁上，由于其本省盘刷装置的重量并不是很大，全重不超过50KG，因此，一般螺栓都可承受该重量胡定在平面上所受的力，并不需进行强度校核，基于这样的考虑，采用一般车辆较为常见的M12的螺栓。整个固定架采用市面上较为常见的方钢焊接而成，有着制造工艺简单，成本较低的特点。外伸梁的伸出长度设计要求是要有一个合适的长度连接盘刷，而盘刷的作业位置刚好与滚刷作业位置相衔接，基于这样的要求，将外伸梁的长度定在495mm，这样一来两侧盘刷中心的距离为1970，稍短于滚刷，可以对对滚刷的作业宽度进行衔接。图3-2所示。图3-1固定架结构三维图3.1.2盘刷触地角度的设计盘刷在作业状态时，其触地面必须与路面形成一定的触地角度，假设整个盘刷刷面平行于地面，在作业时垃圾尘粒就会随着盘刷旋转方向的切线方向向四周运动扩散，既达不到将垃圾尘粒抛向滚刷前进方向的设计要求，又会造成路面扬尘，造成环境污染，而且，当整个盘刷刷面都触地旋转，那么这样也会加速盘刷刷毛的损耗，直接缩短了盘刷的使用寿命。当盘刷刷面与地面形成的一定的角度之后，由于只有一部分在作业时触地，这样一来单独延长了其使用寿命。为了避免上述两个问题的产生，达到将垃圾尘粒固定方向抛射的目的可以使盘刷前方外侧成一定角度的扇形区域触地，在盘刷进行作业时触地区域的刷毛旋转会将垃圾尘粒抛向前方内侧的位置，正好是滚刷将要进过的位置，而其他区域则不会受到影响，也不会在其他不必要的位置产生垃圾尘粒的抛射。按以往的经验设计，触地区域的扇形角度在120°，如图3-2所示，且盘刷与地面成4-7°的接触角度清扫效果比较良好[20]。因此本课题中，盘刷的触地参数将会按以上参数进行设计。图3-2盘刷作业扇形区域暂定盘刷的的与路面的接触角度取5°，为了同时满足这两个性能参数要求，在三维绘图时绘制盘刷放置架的平面先在竖直方向倾斜5°，在其基础上设置一个与其垂直的平面，在使其倾斜5°。以左侧盘刷装置为例，这样的设计会使盘刷的平面产生一个向左前方45°斜向下的倾斜，所要求的触地扇形区域恰好是沿左前45度对称的，再加以控制盘刷触地高度，就可以实现在特定区域120度触地扇形区域的要求[21]。如图3-3所示。图3-3盘刷作业倾斜角度将盘刷的盘面作业高度控制在一定位置，一方，高度过低，磕碰路面障碍物。为防止无法避免的过高的障碍物与其产生碰撞后装置损坏，应选择控制装置液压缸升降的方向控制阀中位机能为“H”型。以实现盘刷装置的被动上升，以减小损坏程度。3.1.3盘刷升降原理设计盘刷放置架与固定架的连接采用铰接的形式，由上下两根等长的连杆组成，这样一来，两根连杆与竖直梁和盘刷放置架可以抽象看做一个平行四边形，这样的设计可以吧保证这样的设计可以保证盘刷放置架始终与地面保持一个固定的角度。上下连杆两端设置有耳环，分别用来与固定架和盘刷放置架形成铰接，但是上连杆还单独设计了一个可以连接液压缸的铰支座。外伸梁的一端，设计有一竖梁，在其表面设置三个铰支座。第二、第三个铰支座分别用来铰接上下两根连杆，而第一个铰支座则连接液压缸，液压缸的另一端连接上铰链单独的铰支座，该液压缸负责盘推动连杆上下摆动来实现盘刷的上升和下降。整体结构如图2-2所示。图3-4盘刷装置总体结构三维图3.2滚刷与吸嘴装置的设计方案的确定:滚刷与吸嘴装置是整个清扫系统最重要的一部分，其设计的好坏直接影响路面清扫效果的好坏。滚刷与吸嘴装置的设计大体有以下几种：中置单一吸嘴，顾名思义，这一类吸嘴放置在底盘两轮之间，还要设置两侧的盘刷，一般吸嘴设置在略靠后的的位置，只通过气体流动将垃圾尘粒吸入输送至重力除尘箱。这类吸嘴一般设计较长。另一种是后置式，在车尾的位置，这类吸嘴的设计长度一般较短，通常长度不会超过左右两侧后轮间的长度。还有一种滚刷与吸嘴相结合，在吸嘴的前方或者后方设置一相连的圆筒，用来安放滚刷。在本课题中，即采用最后一种的类型，因为由于滚刷的存在，使得清扫效果更好。3.2..1滚刷与吸嘴的位置设计一般此类设计都经验设计，并没有特定要求，在滚刷与吸嘴的位置安排上，也分为两种，一种是滚刷在前吸嘴在后，这样的设计在前后两轮间距较短的情况下可以减小滚刷吸嘴装置所占用的长度，另一种则是滚刷在后吸嘴在前，这样一来，滚刷刷毛边缘相对于路面的速度会变高，需要提供给垃圾尘粒的速度，只有一部分是由滚刷提供的，另一部分是路面的相对速度，垃圾尘粒在达到相同速度的情况下，这类设计，所需的液压马达功率较小。所以在本课题中，也采用相同的设计。3.2.2滚刷的设计由于滚刷桶与吸嘴直接连为一体，因此吸嘴内部空间较大，截面积也比较大，在同等风量的情况下，空间越大气体流速也就越小，因此在保证清扫系统对路面的清扫效果的前提下，应尽量减小相关的尺寸，以实现设计要求并达到同等风量下的最大流速[22]。有别于单一吸嘴直接通过气体流速，给垃圾尘粒一个是垃圾尘粒悬浮速度两倍的一个速度，滚刷与吸嘴装置一方面风机产生的大流量可以使垃圾尘粒到达其悬浮速度的两倍，另一方面，滚刷作为清扫效果的补充，一样可以使垃圾尘粒由地面飞至吸嘴内部。由于扫刷的转动，路面的相对速度，以及滚刷刷毛的弹性，会将垃圾尘粒的抛至吸嘴内部，由于上文对滚刷消耗功率的计算以及液压马达的选型，并初步将滚刷转速定在，初步设定滚刷直径。（3-1）式中——滚刷最外沿的线速度，——滚刷直径，——滚刷转速，初步设计通过计算可以得到可以由以下公式计算得到滚刷刷毛最外沿与地面的相对速度式中——滚刷刷毛最外沿与地面的相对速度——路面清扫车作业速度，取——滚刷最外沿的线速度通过计算可以得到：由结果可知已：经达到垃圾尘粒的最小启动速度。横置滚刷的极限长度不能超过其车身宽度，其原因有以下几点：1一旦其长度超过车身宽度，会对清扫车的驾驶额外增加难度。2一般情况下，滚刷的转轴只负责传递扭矩，且滚刷负载并不大，对滚刷转轴进行设计时，只需要考虑其在装置上的尺寸是否合理，不需要对其进行对其进行强度校核，而一旦滚刷过长，要保持正常的转轴强度，就要加粗转轴直径，导致滚刷乃至吸嘴整体尺寸的增大，而吸嘴部分增大，意味着气流在经过吸嘴时流动速度变小，易对吸尘效果造成影响。3一般情况下横置的滚刷由液压马达驱动，滚刷过长，意味着液压马达外露与车体宽度之外，一旦液压马达被障碍物磕碰，易造成液压马达损坏，也有可能间接造成吸嘴与滚刷装置的其他部件损坏。因此盘刷系统布置在车大梁的两侧滚刷及吸嘴装置的前方，其目的是对滚刷清扫效果的补充。所以应该讲滚刷的作业长度设计的略小于车身宽度，由于其整体横置滚刷采用了对称设计，加上壳体，轴承等零部件的位置，而右侧还要放置用来驱动的液压马达，所以暂将横置滚刷的作业宽度设置为2000mm。3.1.3滚刷距离地面的高度当滚刷轴线距离地面的高度为时，滚刷覆盖地面的宽度应该与其轴线形成一个固定的角度，查阅相关文献知，滚刷和地面式中保持[22]。用一下公式进行计算：（3-2）——滚刷轴线距地面高度——滚刷与地面形成的扇形角度——滚刷半径计算得到：3.2.4壳体的设计滚刷外壳轴线考虑到距离地面的高度应尽可能低，但是又要考虑到较低的较低外壳在路面的通过性，暂定。由于滚刷和吸嘴采用一体化化设计，滚刷外壳上的清扫口宽度既为吸嘴宽度，由已知参数在进行三维绘图时即可得出吸嘴宽度，无需计算由于该装置需要有位置设置铰支座用于作业时的上升和下降，但是由于该装置不规则的外壳形状，较难找到一个稳定的铰链支点，所以，在其吸嘴及滚刷外壳的四周设置了一个由的方钢焊接而成的长，宽的矩形框架用于设置铰支座，并在矩形框架的两侧各设置两个小型的塑胶车轮，在工作是用来支撑整个装置，起到了控制装置离地高度的作用，同时，矩形框架与滚刷吸嘴装置底部的轮廓并不一致，其空隙由薄钢板焊接挡实。在清扫过程中，难免会造成垃圾尘粒的扬尘，这样的设计可以在路面与装置之间形成一个薄缝隙的狭小空间，有一吸嘴流速的愿意，这个薄缝空间与正常大气压相比，实际上是一个微负压的空间，能够在一定程度上防止被扬起的垃圾尘粒的逃逸[23]。如图3-5所示。图3-5滚刷与吸嘴装置底面3.2.5吸嘴正面尺寸的设计传统型吸尘盘肩部夹角一般都设计为，倾斜角，吸尘盘为扁平矩形设计，如图2-2所示，但是这种设计的吸尘效果并不是不十分理想，通过查阅文献可以发现，改进其肩部倾角，将其设置为，宽度收窄可以有效提高吸尘效率[24]。结合本课题的相关设计要求，设计为如图的外形形状。如图3-6所示，蓝绿色位置即为吸嘴部分。图2-6传统吸嘴三维模型图2-7改进版吸嘴正面3..2.6滚刷与吸嘴装置的升降设计由于此类设计为工程类设计，所以其可查阅的文献相对较少，即使查到的相关连文献，一般都是与总体设计相关，或研究其气力输送系统，具体如何实现该装置的有效升降，提及较少，只能在网上查阅相关图片，作业视频，以及厂家介绍，结合在文献中所了解的部分进行其升降结构的设计。其设计难点在于升降机构的运动原理，以及外壳的小型化，减少占用空间。通过进行调查研究，现有两种方案：方案一，采用如图的设计方式，由一个固定架、一个抵架、一个连杆、一个液压杆以及壳体组成。装置的上升及下降动力由液压缸负责提供，当装置完成作业需要上升时，液压杆收缩，连杆绕固定架铰支座旋转，首先带动壳体的一端抬起，整个壳体绕绕后轮旋转一定角度，当液压杆继续收缩时，连杆、壳体铰支座以及壳体后轮在一条直线向上，此时，壳体上的撑杆圆柱端恰好抵在抵架的预定位置，在这之后，壳体继续旋转的趋势被挡住，在档杆的作用下，壳体后端开始上升，直至前后端高度一致，液压缸停止工作。在本方案中，上升时的说有节点位置均已经过计算，例如，固定架抵架的距离，和竖梁的长度，抵杆的长度以及与壳体地面所成的角度等。该方案由于所能查阅到的信息较少，并没有独立的案例可供参考，只能独立完成其升降机构的设计，虽然能够基本实现设计要求，但结构稍显复杂。且一般底盘大梁两侧会设置一些工作装置，而该设计占空间也稍大，增加了在升降过程中与其他车载装置发生干涉的可能。如图3-8所示。图3-8本设计所采用的LED显示屏方案二，采用如图的设计方式，由一个固定架、液压缸、上连杆、下连杆以及壳体组成。该方案中，壳体与固定架有两根栏杆相连，三者可以抽象成一个拥有两条垂直于地面的边的平行四边形，这样可以保证滚刷吸嘴装置随时随地都有一个确定的位置状态。另有一液压缸连接两端分别连接固定架和上连杆，用来实现装置的上升和下降。另外，该装置在上升的过程中，连杆与地面夹角发生变化，导致在水平方向上壳体会后移一本分，为防止后移过程发生与轮胎相撞的事故，应考虑固定架的安装位置，连杆与地面的夹角以及连杆的长度。基于上面的考虑，设计的连杆两铰耳轴线距离为，栏杆与地面形成的夹角为，壳体前后轴线的距离为。与方案一相对比，方案二对方案一的一些设计细节进行了优化改进，主要是取消了档杆，设计了新的得连接结构，取消抵架，以及优化了吸嘴部分管道外形。这些改进，有效的减小了该装置所占空间的大小，优化了升降结构，以此，选择方案二作为最终的设计方案。如图3-9所示。图3-9吸嘴肩夹角改进3.2.7清扫用滚刷刷所需液压马达相关参数的计算及选型扫路车的清扫作业装置正常工作时，主要是盘刷自转的同时与地面接触，从而将垃圾从扫路车两边扫到中间。为了提高扫路车的清扫效率，清扫效果以及盘刷的使用寿命，我们需要研究盘刷正常工作时的自转速度与触地压力。盘刷的处的压力，盘刷的触底压力，直接关系着扫路车的清扫效率当触底压力变大时，清扫效率也随之增加，但是由于处理压力决定盘刷与地面的摩擦力，过大的摩擦力会使盘刷磨损过快，因此必须选择合适的处理压力，盘刷的理想处的压力一般可用以下公式计算滚刷的触地压力[25]。（3-3）式中——清扫用滚刷的刷毛直径，在本课题中取0.002，刷毛的材料选择为塑料；——清扫用滚刷的半径，在本课题中取0.12；——清扫用滚的刷毛的长度，在本课题中取0.08——清扫用滚刷的刷毛的弹性模量，在本课题中取——清扫用滚刷的刷毛截面惯性距，在这里取——清扫用滚刷的刷毛的变形量，一般在0.01~0.02的范围内，这里取0.02——滚刷的工作转速，在本课题中，暂取900——清扫用滚刷线速度，可以通过计算求得——工作时清扫用盘刷的刷毛面与地面所形成的夹角，——道路清扫车作业时的速度，这里取——工作触地刷毛的根数，可以通过计算求得：（3-4）（3-5）式中——为清扫用滚刷可以覆盖路面的宽度，这里取2——为清扫用滚刷作业时刷毛与路面所形成的转角则可以通过计算求得：在作业时清扫用盘刷刷毛克服与道路表面摩擦的功率：（3-6）式中——功率裕量系数，这里取1.1——机械传动效率，这里取0.9——清扫用盘刷刷毛作业时和道路表面间的摩擦因数，这里取0.4——道路清扫车作业时的行驶速度，——清扫用滚刷作业时的最外沿的线速度由以上参数，就可以求得：=6.26KW其他的功率消耗例如有清扫用滚刷刷毛在作业时变形所消耗的功率，或者在毛刷空转时，由于空气阻力所产生的功率损失，由于这几部分消耗数值都偏小，且在上文计算滚刷所需功率时已经乘了一个裕量系数，所以在这里均忽略不计。3.2.8滚刷用液压马达参数计算及选型（3-7）式中——清扫用滚刷驱动所需要的功率，——清扫用滚刷的转速，由上文可知通过计算你可以得到：66.43求得后，可以计算得滚刷所需要的液压马达的排量（3-8）式中——滚刷所用液压马达的工作压差，这里取——所用液压马达机械效率，这里取通过计算可以得到：通过以上计算得到的相关参数，在满足性能要求同时，尽量选取和计算的参数相近的液压马达，以便更更好地满足经济性。通过查表，选取BM系列的摆线液压马达，型号为MBP(H)-50。BM*系列摆线马达，是一种低速大扭矩液压马达。该马达具有输出转矩大、启动特性好、转速范围宽、调速平稳、过载保护简单、效率高、寿命长、体积小、重量轻、布置灵活、可以直接与工作机构相连等优点，因而适用于各种传动装置。能够广泛用于农业、机床、工程机械等。这也是在满足参数要求的情况下选用该系列液压马达的原因。3.3前置护栏装置的设计由后车厢空间的问题，只能采用前置护栏清洗装置，而前置护栏装置普遍清扫效果不好，想要取得较好的清扫效果，就要结合中置清扫车的优点，对该装置进行优化设计。3.3.1设计思路首先，采用双侧清扫的设计，以提高其清扫效率，防止单侧清洗用易造成的二次污染出现。左侧滚刷贴近护栏的方式，取消以往设备常采用的“旋转”式，而是采用提拉式，由液压杆提拉左侧滚刷框架，使护栏进入护栏清扫装置的中间。其次，整个滚刷机构要能实现“柔性连接”以免在车辆行驶路线与护栏轻微偏离时，护栏可以及时做出调整。滚刷机构在非作业状态要可以进行折叠，以免驾驶员在驾驶车辆时左侧视线被阻挡。整个滚刷机构可以进行整体向左侧方向上的伸出和回缩。最后，该装置应有适当的清洗长度，以适应大部分的护栏清扫需求，以及可以调节距离地面高度的设计高度，以适应不同的护栏距地高度。两竖直滚刷采用交错设计，以便于在两滚刷的中间空隙位置设置液压缸，以实现滚刷框架的提拉。3.3.2滚刷框架伸出收回机构工作原理该机构灵感来源于起重机大臂，看似一节节大臂紧紧套在一起，实际上相邻的两节大臂是尺寸不同的两节，中间留有空隙，在较细的大臂外侧和较粗大臂的内侧表面均设置有滑块，而缝隙真是容纳该滑块的地方，这类滑块耐磨性好，通过滑块在大臂表面的滑动，实现两节大臂间类似于固体润滑的效果[26]。因此在固定架上，设计了两个导槽，导槽内部的最前端设计了若干凹槽用来放置滑块，在可以伸出的梁的尾端的外表面，设计类似的凹槽用来放置滑块，一一前端，一尾端的安放位置，可以实现在有效距离内，伸出梁可以伸出或回缩至任意位置。但是值得注意的是，导槽和梁上滑块设计的位置应当交错开，以实现滑块的顺利安装，否则滑块无法安装到位。如图3-10，3-11所示。图3-10外伸缩滑轨图3-11内伸缩滑轨3.3.3前置护栏装置的安装位置整个装置与汽车底盘的连接不采用螺栓连接，而是在主体框架后方左右两侧各有两个铰支座用来与底盘大梁相连接，铰支座与铰耳的连接采用柱销连接，这样的设计易于拆卸，只需在小型起重设备的的帮助下只需一人几分钟即可拆装该装置因为护栏清洗的频率与路面出货层的频率并不一致，一直连接该装置，将会造成更多的油耗，而采用本方案的方法，可以减少油耗，可以达到节能减排的目的，更好地实现其经济性。对销轴挤压强度的校核，由于固定架所使用的方钢尺寸限制，只能将铰接连接的轴孔的直径设，设计铰耳的厚为，现按以上尺寸进行对销轴挤压强度的校核，轴销与铰耳的挤压强度条件为：（3-9）销轴的剪切强度条件为：（3-10）式中——销轴所受剪力，四根销轴共受力初步设计为1000——销轴剪切面直径，销轴设计直径——销轴挤压宽度，铰耳厚度——材料许用挤压应力，查表可得——材料许用切应力，查表可得通过计算可以判断，该尺寸销轴满足设计要求3.3.4相关参数的确定滚刷刷毛的长度定，滚刷轴以及安装梳毛的外壳合计长度，滚刷的工作长度，翻转大架第一位置调整孔与地面的距离，第二调整孔与地面的距离，固定架第一组铰支座轴线距地面的距离。3.4本章小结本章主要分别介绍了盘刷装置、滚刷与吸嘴装置，护栏清扫装置三部分各部分方案的提出设想，及把最后的方案确定，另外，还主要讲了相关设计思路及要求，以及主要参数选择与结构设计。

第4章吸尘输送系统风力风压计算及风机的选型4.1吸尘输送系统所需风量的计算4.1.1垃圾尘粒在气流中的运动机理吸嘴在路面清扫车当中处于整个吸尘系统的起始端，当路面清扫车进行作业时，风机开始快速旋转，产生巨大的全压，并使吸嘴周边的气流快速向吸嘴的内部流动，在这股气流的带动下，吸嘴周边的垃圾尘粒慢慢由静止状态变为悬浮状态，在吸嘴内部悬浮，最终经由吸嘴，垃圾尘飘落降在重力沉降除尘箱，由此可以看出，研究垃圾尘粒的启动机理对吸尘系统的设计是否合理具有关键性作用。垃圾尘粒在气流当中的受力：路面清扫车在进行作业时，吸尘系统中的气体流动状态为湍流，这种情况下，其受力情况是较为复杂的，为了便于分析，这里暂时将垃圾尘粒抽象为微小的球体来分析。单个垃圾尘粒一般在湍流中主要受四个力的影响，分别是：迎风阻力、起升力、冲击力以及自身的重力。在这四个力当中，要数冲击力对垃圾尘粒的启动有决定性的作用，顾名思义，垃圾尘粒在湍流中运动并相互碰撞而产生的力[27]。垃圾尘粒的启动：当空气流速比较缓慢的时候，垃圾尘粒只会进行原地的无规则摆动、震动，当所在环境空气流动速度慢慢增加并且达到某一特定值的时候，有一少部分垃圾尘粒将会克服与周围垃圾尘粒的摩擦作用，开始逐渐地摆脱原来的位置在表面进行不规则的运动，例如滚动，滑移等。在这一过程中，垃圾尘粒会与周围的环境中的凸起亦或是周围较近的垃圾尘粒发生剧烈撞击，与此用时，在这个过程中垃圾尘粒将会获得较大的能量，这股能量是垃圾尘粒的运动状态发生了改变，导致立刻飞到空中，但是由于其自身所具有的重力远远垃圾尘粒在这个时刻所具有的起升力，于是又开始进行下降运动，落至地面后，碰撞到其他垃圾尘粒，垃圾尘粒由又开始了新一轮的上升下降运动，并如此反复。如图4-1所示。图2-1尘粒启动过程垃圾尘粒的最小启动速度：尘粒的启动速度是指能尘粒立开始产生滑动或滚动的最小气流速度只有气流速度超过尘粒的启动速度尘粒才能开始运动。Cabrejos和Klinzing及HaimKalmam过大量的研究以及实验验证,得到了计算尘粒的成立在水平圆形管道内启动速度的经验公式。由此可以得到几种垃圾尘粒中较为常见的颗粒的启动速度：当铁粒的直径在10mm时，其最小启动速度在27m/s,煤的粉尘颗粒，细微的砂石或水泥颗粒当期直径在10mm时，尘粒的启动速度大约在18m/s。但是有一点要值得注意，尘粒的直径并不是一直与其启动速度成正比，在尘粒的直径小于0.08mm的时候，其启动速度往往随颗粒的直径变小而增大。垃圾尘粒的悬浮速度：当垃圾尘粒在吸尘系统的垂直管路中，受系统内的气流作用一直悬浮在一定高度时，这时的气流流速被称之为垃圾尘粒的悬浮速度，该悬浮速度时路面清扫车吸尘系统确定参数的重要指标，在垃圾尘粒被吸嘴吸入后进入上方的垂直管路中，这时，该管路里的气流速读速度应必须大于此时垃圾尘粒的悬浮速度才可以使垃圾尘粒顺利随气流进入重力除尘箱。吸尘系统中的气体流动速度的数值一定要控制在一个适当的范围之内，这样才可以达到一个较为理想的除尘作业效果。一旦垂直管路内的气体流动速度无法满足垃圾尘粒的启动速度和其悬浮速度，那么该系统将无法完成一起的除尘效果，造成垃圾尘粒吸除不完全或根本无法将垃圾尘粒吸入至重力除尘箱。而垂直管道内的气体流动速度速过快，首先就是风机性能的浪费，且所选风机越大，作业时噪音也就越大，更加扰民，随之而来的还有匹配的动力系统功率过大，造成能源过度消耗，在如今社会全都流行经济性的时候，这样的性能参数设计也是不被提倡的，还有一点就是过大的气体流动速度，会直接导致作业时，吸嘴部分，管路部分，沉降箱壁面等的过度磨损，间接导致了各零部件的工作寿命变短，运行成本变高，降低其经济型性价值。所以选择合理的垃圾尘粒在哪垂直管路内的气体流动速度时十分必要的，这是能够合理保证其工作性能和本身经济性的首要条件。通过查阅相关文献，可以得出直径为10mm的砂石尘粒其悬浮速度在25.51，该参数是风机选型时的重要依据。由于吸嘴周边已经内部流场复杂多变，在同一水平面上气体的流向各不相同，因此，很难依靠测量或计算吸嘴的内部气体流动速度来确定吸尘系统所需要的空气流量，一般只是将尘粒的悬浮速度作为吸尘系统的设计参考。一般来讲，只要吸尘系统内垂直管路内的气体流动速度大于尘粒的悬浮速度一些，就能够将成功运送垃圾尘粒至重力除尘箱当中。由于在此过程中垃圾尘粒不可避免的会与吸嘴壁，管道壁摩擦，以及尘粒间碰撞等，一般的设计要求时在其系统内的垂直管路的内部的气体流动的的速度是尘粒悬浮速度的两倍左右，以确保，垃圾尘粒一定会被输送至重力除尘箱。一般路面尘粒里所包含的各种颗粒的悬浮速度可以查阅相关文献，即可得到。4.1.2风机风量的计算在本课题中以垃圾尘粒中比较常见的砂石颗粒为例，以此来计算系统所需要的流量，并将其所得结果作为选择清扫车风机的依据。气力输送系统的计算流量的公式为：（4-1）式中——吸尘系统管路所需要的流量，——吸尘系统所设计的管路直径，取管道的直径——管路内的含尘气体平均流速，颗粒直径为10mmd的沙土，根据计算，其悬速度为25.10，那么应该大于51，则可以根据51，求得吸尘系统具体需要的流量：6488.214.2吸尘输送系统所需风压的计算4.2.1吸嘴的压力损失吸尘系统所用到的吸嘴内部设计有扰流挡板，吸扫车在作业时，周围气流会多次变换，周围的工作环境也不禁相同，因此，吸尘系统吸嘴处是系统内部各装置中压力损失比较大的一个装置。在计算此处的压力损失的时候，一般将空气视作不可压缩的气体，所以吸尘系统的吸嘴处的损失压力的经验计算公式为：（4-2）式中——吸尘口处的压力损失，——吸尘嘴处的局部压力损失系数，查表可得参考文献张晨光28，取0.4——含尘气体的密度，当空气和垃圾尘粒混合在一起时，密度值会发生一定的改变，一般的范围在（1.2—2.0）,在本课题中，暂时取2.0则可以通过计算求得：780.304.2.2垃圾尘粒达到启动速度时的压力损失垃圾尘粒由初始的静止状态到悬浮状态，再加速到稳定运动的上升状态，都会依赖气流作为载体，而这些都需要消耗压力，进而会产生一定的压力损失，根据尘粒的运动的机理和条件，通过公式可以求得这部分的压力损失：（4-3）（4-4）式中——垃圾颗粒达到启动速度时的压力损失，——当垃圾颗粒在垂直管路中时所拥有的速度，由上文求得25.50——吸尘系统中气流应该达到要求的速度，50.10——垃圾尘粒在系统中的悬浮速度，25.5——粒度系数，本课题中取1.2——吸尘系统吸嘴位置所拥有的气体密度，本课题中取1.2——混合比，一般0.6则可以通过计算求得：4.2.3吸尘系统垂直管路中的压力损失吸尘系统垂直管道的压力损失主要由以下两个部分构成：含尘气流与吸尘软管之间的摩擦而产生的压力损失，和风机负压以及含尘气流的流动带动垃圾尘粒沿管道上升而产生的压力损失。在管道内产生的压力损失的计算公式为：（4-5）式中——吸尘系统中的垂直管路的压力损失，——含尘气体与吸尘管道的摩擦系数，一般在0.015~0.07之间，这里取0.06江兆文——吸尘系统中的垂直管路的长度，本课题暂定设计长度1.5——吸尘系统中垂直管道阻力系数1——吸尘系统垂直管路初始位置尘粒速度，25.5——吸尘系统垂直管道直径，0.2——气体混合比，这里取0.5通过计算可以得到：1316.754.2.4在重力除尘箱的压力损失垃圾尘粒被气流携带，由除尘管道进入重力除尘箱，空间突然极具变大，导致了含尘气流的极具减小，在这样的状态下，含尘气流所携带式的垃圾尘粒由于质量惯性较大，导致了其运动速度较气流速度相比还是很大，导致局部压力损失。这部分的压力损失计算公式为：（4-6）式中——重力除尘箱的压力损失，——重力除尘箱的阻力系数，这里取6———重力除尘箱内部的含尘气体密度，这里取1.21——重力除尘箱内的含尘气体流速，一般情况15，这里取9——空气混合比，这里取0.5——重力除尘箱内的两相分离系数，一般来说取0.5~1，这里取0.9通过计算可以得到：426.344.2.5在除尘过滤装置内的压力损失不同品牌和种类的道路清扫车其过滤除尘装置和方法也不禁相同，如旋风离心除尘，脉冲滤筒除尘，惯性除尘等（刘洋吸尘车除尘系统设计）而湿式道路清扫车则不需要除尘过滤装置，可以看出，使用哪种除尘过滤装置具体要视道路清扫车具体功能要求而定。在本课题中暂定除尘过滤装置为离心过滤出尘器。其压力损失可以通过公式求得：（4-7）式中——吸尘系统中除尘过滤装置的压力损失，——离心除尘器的阻力系数，这里取——垃圾尘粒密度，——空气粘度，通过计算可以求得：1750以上，就是吸尘系统各部分的压力损失。吸尘系统的总压力将以上各部分压力损失求和便可得到：（4-8）6898.294.2.6注意事项值得注意的是，在本章所计算的风压只是在一般情况下，结合本课题的相关参数所计算的风压，其根据其结果选择风机后，还应该进行现场实际的实验，以确保所选风机满足其设计要求。4.3风机的选择通风机是整个道路清扫车的关键，同时它也是整个吸尘系统的动力来源。通风机主要为整个系统提供足够的全压和风量：足够的全压用来克服系统内部各装置的压力损失和阻力，也是是提供足够风量的保证。而足够的风量则是决定了是否能给垃圾尘粒足够的运动速度，使其由=有足够的动力通过整个班除尘系统。这就对风机的选择提出了要求，因此在选择风机时，风机所能提供的风量和全压大于其除尘系统所要求的风量和压力。并且还要有一定的余量。通常，在原有系统所需的风量和压力的基础上，要乘一个安全系数，来保证裕量。风机的全压计算：（4-9）式中——除尘系统通风机全压，——安全系数，这里取1.2——吸尘系统总压力损失，计算可得风机风量的计算：（4-10）式中——吸尘系统通风机风量，——安全系数，这里取1.2——吸尘系统所需计算流量，通过查表选择符合其性能参数的风机型号，在符合其设计要求的同时选择较小的风机，一方面减少多余的功率消耗，另一方面，较小的风机在噪音方面也比较小，对周边的人们影响较小。由表可知，选取的风机型号为高压离心通风机，其型号为9-19No7.1D。型号最后一位大写字母代表其传动形式，“D”式为联轴器转动。4.4本章小结本章主要讲解了气流的作用下，尘粒由静止到到悬浮的整个过程的发生机理，以及对风机风量全压的计算。在