毕业设计（论文）-落叶清扫车设计说明书

落叶清扫车的结构设计绪论1.1课题选题背景及意义我国总体经济的跨越式发展推动着整个社会的进步与更替，城市现代化建设步伐也得到加快,与此同时人们生活水平也得到了质的提升。人们不再满足于原有生活环境，对在慢慢追求高质量的居住环境，城市建设者也将舒适生活理念加入到城市的建设规划中。城市环境的美化不能缺少树木和绿色植物的点缀，在城市广场、道路两旁、生活社区、休闲公园等地方树木无处不在，树木的栽种使得不仅城市空气变得清新，也在逐渐美化着人们的生活环境。根据国家绿化建设纲要调研统计数据显示2012年全国城市已建成绿化覆盖面积为195.64万公顷，绿化覆盖率已达到38.35%，城市居民人均绿地面积为化10.56平方米。纲要提出到2020年要实现城市绿化率达到39.6%，人均人均绿地面积达到11.5平方米，农村乡镇绿化率要达到32%。但是事物发展都具有两面性，树木和绿色植物给人们带来舒适生活的同时也给人们的生活带来了些许不便，每当季节更替，树叶枯萎凋落之时，一个棘手问题出现在人们面前：树木落叶清扫问题。落叶既污染了整洁的环境，又会给道路行驶汽车带来隐患，落叶会遮挡驾驶员视线，容易引起交通事故。城市中现有落叶清扫方式主要是依靠人工进行清扫，这种方式不仅会增大环卫工人的工作强度，而且工作效率非常低，浪费国家人力物力财力，而且在道路上进行清扫时，无法保障环卫工人的人身安全。随着国家科学技术的逐渐现代化，相关企业和研究机构开发出了一些用于落叶清扫的机械产品，但是现有落叶清扫设备存在一些不足之处：清扫效率不高、自动化程度比较低、工作噪音大等，这些问题既影响清扫工作的可靠性，同时噪音问题也影响操作者的工作状态。种种问题制约着落叶清扫机械的普及，这就加剧了落叶问题对人们生活以及城市运行的影响。落叶清扫车是一种主要用于清扫树木落叶的专用环卫车辆设备，同时也可兼顾某些场所垃圾的清扫工作，它是完成道路等场地落叶、垃圾清扫工作的重要设备，是城市环境卫生保障部门不可或缺的机械设备之一。落叶清扫车广泛运用于道路、城市广场、生活社区、休闲公园等树木种植较为密集的场所，主要作用是在季节更替树木叶子枯萎时清扫落叶，兼顾地面垃圾的清扫工作。落叶清扫车代替了人工对落叶的清扫，提高了工作效率，同时也避免了环卫工人上路清扫带来的安全隐患；清扫设备自动化程度较高且操作简便，一台机器可以代替多人的工作，节约了人力物力。所以其作为主要环境保持设备被园林、环卫等部门大量采购。目前环卫等有关部门所使用的落叶清扫车多种多样，具有很多种类，分类方式也有许多种，主要分类方式为以下几种：（1）根据工作原理进行分类：落叶清扫车根据设备的主要工作原理分为：吸扫结合式落叶清扫设备、单纯清扫式落叶清扫设备和利用真空原理吸收式落叶清扫设备三种类型。吸扫结合式落叶清扫装置结构上配备有可以伸展向装置车体外部的清扫装置或者落叶吸收装置，设备的清扫装置可以利用盘刷部件的转动将地面、角落、边缘处的落叶进行清扫收集，将落叶收集到设备的吸收装置的工作范围，行成一个落叶聚拢带；这时需要配备的吸收装置进行工作，吸收装置是利用气泵或真空制造机构产生的负压空气动力进行工作的，吸收装置经过的区域会产生一定的负压，质量比较轻的落叶就会被这种负压吸起，然后经过吸收装置的管道进入落叶清扫装置的内部；落叶这种具有质量的物体在无负压的设备内部会下降，落入落叶收集箱内，尘土等较轻杂质随着运动风向通过通气管道被收集过滤后进入尘土收集箱；然后高速气流会逐渐减速，最终由排风口排到空气中。还有一种设备使用的负压空气动力是循环往复的，气流携带过来落叶后，会重新进入循环将下一波落叶吸收进来并又一次作为落叶运输的承载体进行工作。与其他工作形式的落叶清扫装置相比来说，洗扫集合式落叶清扫装置具有许多优点：落叶清扫覆盖面积较广、对不同工作环境的适应能力较强、对落叶的大小重量均具有一定的清扫能力、落叶收集处理能力较强等。图1-1为一种具有代表性的吸扫结合式落叶清扫车的产品工作实物图。图1-1吸扫结合式落叶清扫车单纯清扫式落叶清扫车同样具有一些优势：设备的落叶清扫范围更加宽广，对地形条件和工作环境的适应能力较强，同样该设备也存在一些劣势之处：在进行落叶清扫的过程中无法规避地面尘土的侵扰问题，造成落叶清扫过程中的扬尘问题较为严重，在人员密集的场所不具有适用性，在清扫落叶的同时也带来了扬尘问题。该设备主要适用于落叶较为集中且路面尘土较少区域、路面尘土等为颗粒状不会造成扬尘的区域等。该单纯清扫式落叶清扫车的清扫装置直接由电机或者发动机等驱动，对设备的功率要求较小，同样由于设备的运行功率较小，所以其落叶清扫工作发出的噪音也较小，设备的体积质量也相对较小，但是带来的问题就是设备的续航能力较差，落叶收集箱的体积较小，因为需要经常清理落叶收集箱内的落叶所以不太适用于叫大面积区域的落叶清扫工作。该清扫设备的主要工作原理为：清扫装置的两个盘刷安装在清扫车前端偏中部位置，工作时将路面上的落叶向车底盘方向清扫，车体下方安装有落叶收集装置的入口，落叶就被高速旋转的清扫装置盘刷的向心力转移到落叶收集箱内部。落叶收集装置后方还设置有落叶的输送装置，这样就能最大程度的收集落叶，防止落叶过多堵住收集箱的入口影响落叶收集的效率。该设备的动力机构一般都位于车体的后方位置处。图1-2为一台具有代表性的小型单纯清扫式落叶清扫车。这种形式的落叶清扫车的用途较为广泛，不局限于仅仅对路面落叶进行清扫，在路面没有落叶的季节中，该设备也可以用于路面上垃圾等杂物的清扫收集工作，另外设备构造较为简单，发生故障的几率较低，因此深受园林和环保部门的青睐，对此种设备的采购量也相对较多。图1-2单纯清扫式落叶清扫车利用真空原理吸收式落叶清扫车是在最近这些年开始出现的新型落叶收集设备，该落叶收集设备以其独特的工作性能和优势逐渐扩大自己的市场占有量。这种形式的落叶收集装置没有配备有传统的盘刷类落叶清扫装置，而是采用了新形式的制造真空空气动力学的原理来进行落叶的收集清理工作。图1-3为一种具有代表性的真空原理吸收式落叶清扫车。图1-3真空原理吸收式落叶清扫车真空原理落叶清扫车的工作原理主要分为单纯吸收式和吹吸式两种，单纯吸收式主要是完全依靠设备制造的真空吸力来将落叶吸收进收集装置中，吹吸结合式则是综合利用了设备所制造的负压并结合利用空气的吹压来进行落叶的收集工作。真空原理吸收式落叶清扫车的工作区域宽度主要受吸头管路的长度的限制，吸头管路越长则工作区域越广，但是以为增加管路长度会影响设备吸力的大小，造成落叶吸收工作效率变低；另外一点设备的吸头部位主要依靠操作人员的手持控制，所以该设备的自动化程度并不高，需要及时调整设备位置手持吸头进行落叶的收集工作，对操作人员的劳动强度要求较大，因此多用于较小区域的落叶收集清理工作。该设备的一大缺点是路面情况比较复杂，在收集吸收落叶的同时也会将尘土和小型石块等装置吸收进入管道中，尘土杂质也会对真空制造装置的性能产生一定的影响，需要定期清理检修。(2)根据设备除尘方式进行分类落叶清扫机械设备根据清扫作业时对尘土杂质的清理方式可以区分为：湿式落叶清扫车和干式落叶清扫车两种，干式落叶清扫车不装备有喷水机构，所以一般会将尘土等杂质一并清扫进收集箱内，所以设备在其落叶收集箱或者收集管道装置中需设置有除尘过滤装置，干式设备在进行落叶清扫工作时会将质量较重的尘土颗粒由真空吸头吸入，在落叶收集装置内风速会急转直下，尘土颗粒就会随着重力落下，质量较小的尘土则需进入过滤装置进行过滤操作，不然就会对设备的真空制造装置产生影响。与干式落叶清扫车原理不同的是湿式落叶清扫车的清扫装置刷盘前端一般安装配备有喷水装置，该装置可以有效沉降路面尘土的侵扰，增大收集管路中灰尘过滤器的使用寿命，防止过滤装置过早堵塞导致落叶吸收功能降低。两种形式的落叶清扫装置各有自己独特的优点：由于干式落叶清扫设备不配备有喷水除尘设备所以该设备在冬季仍然可以正常使用，不必担心喷淋水箱被冰冻无法喷水的问题，其适应气候和地域的能力有所加强；而湿式落叶清扫车配备有喷水装置，所以该设备又不必担心路面尘土和灰尘对涉笔内部造成的影响，增大了设备使用年限，同样经过喷水处理的较大杂质由于湿润效果重力增大，所以方便了落叶收集装置对灰尘的收集工作，也不必要设置多重过滤装置对负压空气进行过滤操作。落叶清扫车设备是一种比较具有代表性的替代人类劳动力的现代化产品，同时它也加入了机电一体化设计理念，随着科学技术的进步，各种高科技产品也会逐渐投入到人们日常使用的基础设施之上，计算机控制技术、高效机械传动技术、液压气压动力传输技术等均会融入生活之中，所设计的服务型设备的自动化程度将会有突飞猛进的发展，智能化控制技术舒适性操控性也将添加进落叶清扫车设备之中。社会经济发展与人类绿色生活的迫切需要使得落叶清扫设备的研究设计工作得到快速推进，同时也投入了大量的研究经费，这就给落叶清扫车的创新化设计增添了无穷的动力，使其向着智能化、自动化、绿色可持续化方向进展。本文中对落叶清扫车的设计工作就具有了实质性的意义，代表了当今社会需求的发展方向，同时也迎合了人们对绿色环保型社会建设的初心。设计同样适应我国道路等场所对落叶清扫机械设备的要求，在降低环卫工人劳动强度的同时又能够增加城市落叶收集清扫工作的效率，在推动城市绿化环保方向上具有极其重要的社会意义。1.2落叶清扫车国内外研究动态新型落叶清扫车在进行清扫工作时具有：落叶清扫效率高、操作自动化程度高、落叶清扫效果好，工作参数便于调节等优点，以上这些优势使新型落叶清扫车成为现代城市环卫部门不可或缺的工作设备。经过企业内或相关研发部门学者多年的研究与设计，落叶清扫车设备技术已经得到了实践的认可，更多创新性的研究设计成果相继面世，在未来广阔市场上来，更具现代化、智能化的落叶清扫车也会层出不穷。1.2.1国外研究动态国外对城市道路清扫设备的研究应用工作已经进行了几十年之久，也经历了多次大的更新换代工作。城市道路环境清扫设备的自动化与智能化程度的高低是衡量一个国家工业水平的标尺。美国、德国、俄罗斯、日本等工业化水平较为发达的国家比较重视这类清扫设备的研制工作，对环境的保护效果较好，本国内道路清扫类工作也已基本实现机械化操作。这些发达国家自二十世纪五十年代初期就已经着手研究设计清扫用途的机械设备，一些知名公司比如美国的ELGIN公司、德国的STIHL集团、日本的KATO株式会社、英国的JOHNSTON机械制造企业等，这些老牌机械制造企业在总体规模、设计研究能力、管理方式理念上都位于世界领先行列。当今国外清扫类设备市场上研发了一种将喷水除尘与清扫工作相结合的环境清扫机械设备，该设备通过前期喷水作业可以有效降低路面扬尘问题，与清扫装置相互配合既能将路面清扫干净整洁，又可以避免往日因清扫造成的路面扬尘问题，由于实施喷水作业，之前较难清除的絮状物、片状物、尘土杂质等物质的清理工作变得简单易行。另外，路面清扫机械设备所面临的另一大较难问题就是季节更替路面落叶的清扫工作，国外学者和研究机构针对落叶清扫设备的研究内容主要集中于对清扫装置产品性能的提升、运行稳定可靠性的提升、智能化自动化控制的提升以及环境友好节约绿色的提升。国外研究人员使用离散元素分析模型进行研究设计，从理论层次上对落叶清扫装置的刷盘机构进行研究，根据刷盘旋转工作时与地面的夹角关系、转速关系、行进速度关系等等方面，最终得到了这样的研究成果：清扫装置刷盘转速的增大会使得该机构与地面接触的摩擦系数减小，刷盘头部与地面的接触压力也会随之减小，相应的清扫装置对刷盘机构的驱动力将会减小。当下，德国STIHL机械设计制造公司在落叶清扫车设备的研制工作已经成为该行业的翘楚。具有悠久历史的斯蒂尔装备制造集团涉猎广泛主要有：林业机械设备、园林机械设备和建筑机械设备等，该公司在全球范围内拥有共32家子公司，与世界各大企业也有贸易往来和技术交流，该企业设计的空气动力吸叶机具有世界领先水平。目前国外对路面落叶清扫车的研究设计工作已经延续了几十年，美国、德国、日本等工业化水平相对较高的国家也已经基本实现了道路落叶清扫的机械化操作。许多企业相继推出了具有不同功能和多种型号参数的落叶清扫车设备，具有代表性的公司有日本车岗株式会社、富士株式会社，英国SCHMIDT机械制造公司，美国ELGIN机械制造公司以及德国的FK装备制造公司，瑞士ROLBA集团，奥地利MUT机械制造公司等。目前，主流研究趋势是将计算机电子技术和信息整合技术等加入落叶清扫车的研究设计中，所设计的智能化落叶清扫车在清扫工作中崭露头角。国外相关企业对落叶清扫车的研究较为成熟，生产的产品性能比较完备，而且可供选择的型号较多。但是学术研究内容集中在落叶清扫车的性能、环保、安全、可靠、便捷等方面。对于落叶清扫车主要参数的研究也较多，专家学者制作了清扫装置盘刷试验用台架，对不同型号的盘刷工作性能进行了细致研究分析，期间做了多组对照试验，设定不同类型盘刷分别对不同面积：较小、中等、较大形状落叶的清扫实际情况进行对比，实验得到了不同路况下，不同类型盘刷为达到最佳清扫效果时所设定的参数：与地面距离、轴线倾角、转动角速度、清扫车行进速度等。学者发现对于形状大小相互混合的落叶进行清扫时，落叶清扫车保持最高清扫效率时盘刷轴线倾角为15度。转动角速度为100r/min，清扫车行进速度为1.5km/h，盘刷与地面距离在15mm。相关学者也对落叶清扫车的工作区间、频率等进行研究，落叶清扫车对位于水中的落叶清扫效果不佳，所以清扫车的设计应当考虑进去天气变化的影响，并清扫时机进行合理规划，从而增大落叶清扫的效率；有学者对真空原理落叶清扫车进行分析研究，在真空吸嘴产生的负压与清扫效率的关系以及行进速度、负压空气流量与落叶吸收效率的相互关系等处着重研究，得出的结论为：保证落叶吸收效率最大化的前提下，吸嘴负压的最佳值为2400Pa、落叶清扫车的最佳形式速度为1.2km/h。落叶清扫车的主要工作区域有：道路路面落叶清扫、场地广场落叶清扫、草坪落叶清扫等，现有路面落叶清扫车大都使用垃圾清扫车进行清扫，清扫效果不佳，道路路面清扫设备体积较大不适用于一些小场地的落叶清扫工作，所以具有其局限性。国外落叶清扫车使用的技术较为先进，设计理念也领先国内，在设计中需要学习国外先进技术，充分借鉴其研究成果。图1-4为具有代表性的国外小型落叶清扫车。图1-4国外设计的落叶清扫车1.2.2国内研究现状我国为了推进城市化进展，开始重视城市绿化环保等问题，城市当中也规划了许多公园，道路两旁也种植了许多树木，每当季节更替树叶凋落，城市中落叶清扫问题也变得严峻了。我国从1960左右着手于研究路面清扫设备，发展到现在也经历了五十多年，与发达国家相比我们起步确实较晚，制造技术也相对落后，所以设计的产品的智能化水平较低，与国际先进设备存在较大差距。国内生产路面清扫设备的厂家也有许多，规模较大具有代表性的公司有：中联重科公司、格锐英环保设备公司、格美环保设备公司等。四川省沪州市机械厂设计制造出了我国第一台吸扫结合式落叶清扫机，这一产品弥补了国内企业在吸扫结合式落叶清扫车产品上的空缺，该设备的落叶清扫效率可以达到90%以上，而且具有比单纯清纯式落叶清扫车所不能比拟的优势迅速在国内清扫设备市场上推广开来。二十世纪末期，市场对于落叶清扫设备的需求量也逐渐增大，国内企业也相继研发出一系列落叶清扫设备，这些产品也逐渐应用到了城市道路落叶清扫工作当中去，园林、环卫部门、一些高档小区都相继购买产品用于落叶清扫。到2000年前后，国内落叶清扫机发展势头逐渐壮大，近些年来相关部门和企业也越来越重视对于落叶清扫设备的研制工作，投入了大量研发资金，很多设计制造企业也提出了先进的设计理念。截止到目前，国内对落叶清扫车工作性能的研究工作仍然较少，与一些发达国家的研究成果存在较大的差距。我国相关部门对于落叶清扫车的研究设计工作仍停留在理论研究与仿制与的层面之上，缺乏对落叶清扫设备核心零部件的设计和研发工作，研究目标不够明确，仅仅是借鉴外国先进设计理念，没有添加进入自己的独立创新内容。根据目前情况来看，我国对于落叶清扫设备的独立设计开发能力还是较为弱化，所设计的产品在工作结构上尚存在一些缺陷，落叶清扫工作效率达不到设计要求，需要重视创新理念的投入。另一方面国内落叶清扫设备制造企业整体规模较小，对清扫车设备的产量也较小，加之我国机械零部件加工精度与效率均较弱，这也必定会影响到落叶清扫机械的实用性能。国内自主品牌需要确立自己的站位，必须鼓足干劲，争取早日研制出清扫效率高、控制智能化的落叶清扫设备。近几年，我国落叶清扫设备研发企业意识到自主设计的重要性，在科研方面开始投入大量人力物力，对落叶清扫设备参数的研究工作也越来越广泛，一些学者和机构也开始对清扫装置性能规律开展起了研究。所取得的一些进步性成果主要如下所述：研究人员通过较长时间对落叶清扫装置清扫实验研究,得出了许多能够提升设备清扫效率的研究结果，相关的一些研究成果显示：在进行道路路面落叶的清扫工作时，清扫车的前进速度一般保持在3-4km/h；在城市广场、绿化草地上进行清扫作业时，设备行进速度应该做降低调整。国内学者宋永刚通过对落叶清扫车清扫装置中的盘刷做了细致研究，研究盘刷相关参数对落叶清扫效率的影响，清扫装置的盘刷机构的转动角速度对盘刷与地面接触点的相对速度大小和盘刷轴线夹角有较大关联，为了能够提高落叶清扫设备的工作效率，应当设置较为合理的整机前进移动速度和盘刷机构的转动角速度。经过研究表明：清扫装置盘刷与地面接触位置相对速度一般取5-10m/s为宜,盘刷轴线内倾角一般为三十度左右,盘刷轴线与地面接触点所成角度约为一百二十度。,盘刷机构的刷毛应具备良好的弹性和一定刚度。学者谢立扬在发表的论文中对比了吸扫结合式和单纯清扫式落叶清扫车，通过实验得到：落叶清扫车前进速度变大时，落叶清扫效率为一个下降的趋势；对于形状较大的落叶，在一定等的清扫车行进速度变化范围之内，落叶清扫效率一般不受前进速度的影响；但是对于单纯清扫式落叶清扫设备,落叶清扫效率与清扫车的前进速度变化关系复杂,不遵循这一规律。通过了解落叶清扫车的国内研究状况，可以得出：国内企业和学者对落叶清扫车性能参数的研究工作仍然较浅。需要找准努力方向，学习参考国外先进的设计理念，加入创新元素，将自主研发的高科技落叶清扫车设备早日投入国内市场，并争取可以出口到海外，赢得世界的认可。1.3落叶清扫车发展趋势及研究意义1.3.1落叶清扫车发展趋势落叶清扫车自出现之日发展到现在已经有了几十年的技术积累，为了更好的满足城市落叶清扫工作，进一步完善设备落叶清扫性能，设备的发展之路仍然很漫长。同时也为了顺应时代发展，搭乘科技进步的高速列车，落叶清扫车的设计研究趋势有如下几点：（1）智能化方向：落叶清扫车除了具有基本的落叶清扫功能外，仍然需要加强设备的智能化操作能力，比如可以对清扫收集的落叶进行后续处理（粉碎工作、压块工作），这就大大提高了落叶清扫车的落叶存储处理能力，综合添加高科技控制技术和传感器技术，使得设备可以按照设定路线自动进行落叶的清扫工作。（2）通用化方向：因为城市落叶清扫工作具有很强的季节性，所以落叶清扫车的设计不能仅仅局限于对道路落叶的清扫工作。设备应当具有应对各种杂物的清扫工作，同时也应当适用于多种路况环境，例如使落叶清扫车有根据地面状况自主调节离地面距离大小的能力，提高落叶清扫车在不同环境的清理能力。这样的落叶清扫车才是万能设备，才能达到完全的清洁效果。（3）环境友好化方向：目前落叶清扫车可能存在工作噪声过大的缺点，对城市环境容易造成噪音，所以在落叶清扫设备的设计过程中应当充分考虑到降低噪音这一设计要求，使设备能够适应环境发展要求，满足环境友好型设备特点。即时国内自主设计的落叶清扫路车技术有了相当大的进步，产品的性价比也逐渐优于进口设备，但是设备的发展之路没有尽头，仍然需要更多学者继续投身设备的创新设计之中，相信通过人们不断研究改进，越来越多优秀的设计成果将会展现在世人面前，并且赢得国际社会的认可。1.3.2落叶清扫车研究意义伴随着经济水平的高速发展，我国城市现代化水平得到逐步提升。城市环境美化与治理问题逐渐得到人们的重视，城市环境的美化离不开树木和绿色植物的装点，现代城市中道路两旁的绿化带、城市广场、生活社区、休闲公园、单位部门等都栽种了许多树木和绿色植物。树木和绿色植物为城市带来了绿色景观、美化了城市环境、使在环境中生活的人们身心得到愉悦、生活变得舒适怡然。然而当季节交替时，树木和绿色植物的落叶清扫问题又现实的摆在人们面前，树叶的随风飘动使得城市环境与美观遭到破坏，同样落叶也会妨碍驾驶员的视线，对交通运输安全造成隐患。因此城市建设者需要对落叶清扫问题加以重视。现有城市树木落叶清扫工作大都采用人工方式，此种方式工作效率低下、浪费国家人力物力、增加了环卫工人的工作强度。环卫工人在清扫道路落叶时也容易发生交通意外，无法保障人员的生命安全。所以需要设计一种操作简便、自动化程度高的落叶清扫机械以高效解决城市落叶清扫问题。本文中一种新型落叶清扫车的设计继承了前人先进的设计成果，并添加了创新思维，对后续落叶清扫车的设计提供一定的参考价值，同样对该设备的设计工作具有一定的研究意义。1.4课题研究的主要内容本研究主要包含如下几部分工作内容：（1）阐述本研究课题选题背景以及其重要意义，翻阅文献资料落叶清扫车国内外研究现状，以及研究现有落叶清扫车，并进行横向数据对比。总结现有设备的不足之处，继承前人先进的设计理念，研究落叶清扫车设备工作特点，为设备的总体结构设计奠定基础。（2）所设计的落叶清扫车整体结构原理介绍,介绍了落叶清扫车可适应的工作场地，以及工作要求，工作现场操作规范与清扫设备设计要求与规范；介绍了本研究所设计落叶清扫车整体布局及部分设计参数。（3）进行落叶清扫车自行式底盘装置的总体结构设计、各零部件尺寸参数设计计算和电机、减速器等标准件选取；进行升降落叶清扫装置的总体结构设计、各部件尺寸参数设计计算、标准件选用；进行落叶输送装置的总体结构设计、各部件尺寸参数设计计算、电机等标准件的选用。（4）绘制出落叶清扫车的总体结构装配图；绘制自行式底盘装置、升降清扫装置、落叶输送装置的结构装配图；以及一些重要零件的工程图。利用三维建模软件进行落叶清扫车总体结构三维模型的绘制。2落叶清扫车整体设计方案介绍2.1落叶清扫车设计规范2.1.1清扫现场工作规范与要求为确保落叶清扫车能够高效完成清扫任务，工作现场需要满足多种工作规范与要求，具体要求如下所示：要保证落叶清扫车行进路线上路面的平整程度，工作开始之前需要对行进方向路段进行检查，确保没有阻碍通行的较大石块或者较深的沟渠等，使得落叶清扫车可以在工作场地上平稳运行实施落叶清扫工作；清扫作业开始前需要检查清扫机底盘装置是否可以自由进行转向工作、落叶清扫装置是否可以进行高度调节和张角的改变、落叶输送装置是否可以正常运转将落叶输送到储存箱；开始工作前还需检查蓄电池电量，根据电量规划好工作时间，开始工作前清空落叶收集箱，根据存储箱容量合理安排工作时长；当落叶清扫因为过渡磨损而增大了与地面距离时，落叶清扫收集能力就会大大减弱，此时需将落叶清扫进行高度调节，或者更换新的清扫装置。2.1.2设备设计规范与要求对于落叶清扫车整体结构进行设计时要遵循相关设计规范与标准，一些设计要求在下面列出：落叶清扫车需要设计具有自动行驶底盘装置，所有工作装置安装在底盘机构之上，所以底盘机构应具备一定的强度与刚度，可以承载所有设备的质量；另外，自动行进底盘装置要设计有自动转向装置，可以自动进行避障动作，自动规划落叶清扫路线。由于落叶清扫车工作环境不都是平坦路面，还可能是绿化草地，这样在进行清扫作业时地面就会存在起伏性，所设计落叶清扫机构需要具备可调节能力，可以根据地面变化自动调节清扫盘刷距离地面的高度、调整伸出车体的宽度即夹角调节装置，这样才能增加落叶清扫车的工作宽度，适应性得到提升。落叶清扫车应设计有落叶输送装置，便于将清扫收集落叶进行存储或后续处理，落叶清扫车将落叶进行清扫收集后应设计一种用于输送落叶的机构，这样落叶就不会堆积在清扫车下部，造成落叶清扫不完全，影响清扫质量；输送装置将车体下方用落叶清扫聚拢的落叶进行输送，运输到落叶手机相中，方便落叶收集和处理。落叶清扫车整体质量应当分布均匀，避免质量分布不均导致重心偏移，造成工作的不稳定性；另外，所有标准零部件应选择符合国家标准的产品，非标准零部件的设计和加工需要根据国家设计标准，这样设计制造出的设备才能够符合工作要求，保障工作的可靠性与安全性。2.2落叶清扫车整体结构及参数2.2.1落叶清扫车整体结构现代环卫或园林部门对落叶进行清扫的机械设备多种多样，清扫形式也十分，设备结构组成形式也各不相同，但是归根结底都存在工作原理上的相似之处。常见的落叶清扫车的一般组成机构为：行进底盘机构、落叶清扫机构、落叶输送机构、落叶存储机构、辅助工作机构等，设计较为复杂的落叶清扫车机构有时还配备有落叶处理机构，将清扫收集的树叶进行粉碎或者压块处理。落叶清扫车的设计过程还需考虑进多种条件的限制，要考虑到：落叶清扫设备的工作强度、总体造价、噪声问题、自动化程度、可操作性能等。对于本研究课题所设计的落叶清扫车，在满足一般清扫工作要求的首要前提背景下，对设备一些组成机构系统进行了创新性的设计和修改，继承前人设计的先进优良特点，摒弃了较为落后传统的冗余设计，最终确定了落叶清扫车的整体结构组成以及各个工作机构的结构组成，从而保证落叶清扫工作能够高效便捷的完成。利用三维设计软件将落叶清扫车的三维模型进行绘制，直观的展现出本设计的结构组成情况，也便于说明设备的运行原理，图2-1为落叶清扫车的三维模型图，图2-2为落叶清扫车内部构造图。图2-1落叶清扫车三维模型图2-2落叶清扫车内部构造图2.2.2落叶清扫车部分参数本文设计的落叶清扫车属于一种小型化、自动化程度较高的落叶清扫收集机械设备，相比起那些大型落叶设备来说它处理较为宽敞、面积较大的场所地面的落叶时，其效率远远不及大型设备；但是它体型较小适用于较为狭窄，树木密集的绿化区域中，也适用于道路两旁与绿化带相连接的路肩区域的落叶清扫工作，该狭窄区域不适合大型设备工作，且大型设备清扫效果并不理想，该小型化设备更加适合此类区域，高效且节省资源；之前这类区域常常依靠人工清扫，由于此类区域在城市中也较为常见，所以比较耗费人力，而且工作效果也不是十分理想，所以该机械设备能够满足工作需求，能够较好达到工作标准。本设计的落叶清扫车整体机构外形长度L为：2.05m、宽度B为：1.25m、高度H为：1.2m，设备总体质量大约为650kg，最大行进速度为28m/min。工作参数：最大清扫宽度为：1.4m，设备总体功率为25kW。落叶清扫车的具体设计参数如表2-1所示。表2-1落叶清扫车设计参数项目名称设备长度(m)设备宽度(m)设备高度(m)最大行进速度(m/min)最大清扫宽度（m）设备质量(kg)功率(kW)数值2.051.251.2281.4650252.3落叶清扫车工作原理本文设计的落叶清扫车的结构原理简图如图2-3所示，图中编号1为落叶清扫车车壳、编号2为行进底盘装置、编号3为落叶清扫装置、编号4为落叶输送装置、编号5为落叶收集箱，该落叶清扫车主体由以上几大部分组成，这几个机构或零部件相互配合工作、共同完成路面落叶清扫任务。当落叶清扫车进行落叶清扫任务时，行进底盘装置带动整体系统进行行走动作，落叶清扫装置通过调整高度和张角对地面落叶进行清扫初步归拢动作，经过归拢的落叶由车底入口进入清扫车，下一步进入清扫车的落叶被内部转动的落叶输送装置的输送带运输到落叶收集箱内。以上各个机构配合运行，将路面落叶进行清扫、归拢、输送、存储工作，高效完成地面落叶清扫的工作。行进底盘装置可以自动进行行走动作并自主调控行进速度，且其具有自动转向功能，可以实现转向避障动作；落叶清扫装置配备有高度调节液压缸和张角调节液压缸，可根据地面路况自动调整落叶清扫距离地面的高度，以及落叶清扫装置与设备外壳的张角，达到最大清扫宽度；落叶输送装置将收集落叶进行输送，防止清扫车底部发生落叶堆积，影响清扫车工作和行进，将落叶输送到收集箱内。落叶清扫车车壳；2-行进底盘装置；3-落叶清扫装置；4-落叶输送装置；5-落叶收集箱图2-3落叶清扫车结构原理简图3落叶清扫车行进底盘装置结构设计3.1行进底盘装置总体结构落叶清扫车行进底盘装置是设备的承载主体，该装置主要负责实现整体设备的移动转向动作，所以该设备配备有驱动装置以及转向装置。另外，落叶清扫车的所有机构设备都安装在底盘结构之上，是整体设备的承重单位，其设计过程应当考虑到结构的强度与刚度，避免发生压溃现象。两个前轮机构和两个后轮机构在进行设计时都应根据设备重量选择合适的轮胎以及连接轴，连接部位必须保证其强度。最为重要的一点在底盘机构上装配其他工作机构时要充分考虑重量分配的均匀性，防止发生重心不稳现象，只有质量分布合理后，设备在进行落叶清扫工作时才能稳定运行，并进行高效清扫作业。图3-1为落叶清扫车行进底盘装置三维模型图。图3-1行进底盘装置三维模型图3.2行进底盘装置工作原理如图3-2所示为行进底盘装置的结构原理图，图中：编号1为清扫车底盘、编号2为转向机构、编号3为前轮装配机构、编号4为驱动电机、编号5为减速器、编号6为后轮装配机构。以上所有机构共同配合构成落叶清扫车行进底盘装置，所有机构搭配工作，这样行进底盘装置就可以为完成行进或转弯动作。落叶清扫车做行进动作时，驱动电机的转动通过连接的减速器进行减速增加扭矩工作，减速器的输出轴两端分别连接一个后轮装配机构，减速器输出轴的转动带动两个后轮装配机构的转动，最终使得设备总体实现行进动作。落叶清扫车做转弯动作时，后轮驱动系统与上述工作内容相同，转向机构通过连杆连接两个前轮装配机构，转向时转向机构通过内部齿轮齿条结构运转使得连杆运动，连杆的移动带动前轮系统进行转向作业。1-清扫车底盘；2-转向机构；3-前轮装配机构；4-驱动电机；5-减速器；6-后轮装配机构；图3-2行进底盘装置结构原理图3.3减速器相关参数计算落叶清扫车行进底盘装置所使用的的驱动系统由驱动电机与减速器组成，驱动电机与减速器通过联轴器直接连接，减速器的输出轴两端分别于后轮装配机构连接，电机驱动减速器，减速器带动后轮机构的转动，从而进行行进。图3-3为电机与减速器转配图，所选用驱动电机的型号参数如表3-1所示，所使用的减速器为二级圆柱齿轮减速器，表3-2为减速器所使用的齿轮尺寸参数。表3-1行进底盘装置驱动电动机参数表项目类型电机型号功率转速n1转矩工作电压参数Y132S-45.5kW1440r/min2.2N·m380V表3-2减速器中各齿轮参数表名称数值输入轴小齿轮分度圆直径d1（mm）60中间轴大齿轮分度圆直径d2（mm）3600中间轴小齿轮分度圆直径d3（mm）50输出轴大齿轮分度圆直径d4（mm）400减速器传动比计算：第一级齿轮减速传动比i1为：第二级齿轮减速传动比i2为：减速器总减速比i总为：图3-3电机与减速器装配图转速计算：减速器中间轴转速n2为：减速器输出轴转速n3为：已知后车轮直径Dh为0.3m，可以计算得出落叶清扫车行进速度v最大值：所以，落叶清扫车最大行进速度可以达到28.26m/min，满足设计要求。（3）总传动效率计算：联轴器传动效率：η1=0.99；齿轮传动效率：η2=0.97；轴承传动效率：η3=0.98。减速器使用了3个联轴器，齿轮传动2对，轴承4对。所以总传动效率为：η总=η12η22η34=0.992×0.972×0.984=0.85。（4）齿轮的校核计算对中间轴小齿轮进行校核计算，主要工作参数为：中间轴小齿轮为直齿型圆柱齿轮，齿数为50，模数为4，转速为240r/min，传递功率为3.5kW，大齿轮齿数400，设计使用寿命8年，平均每日工作时长两小时，振动形式为轻微，齿轮材料为40Cr。依据齿面接触疲劳强度对中间轴小齿轮进行校核计算，查阅书籍齿宽系数为，弹性系数为，区域系数为，使用系数为，动载荷系数为载荷分布系数为，载荷分配系数为。小齿轮传递扭矩：1.39×105N·mm转速计算：0.628m/s载荷系数：2.1315接触疲劳应力计算时，接触疲劳最大应力MPa，MPa，寿命系数ZN均取0.9，安全系数SH取1.0。小齿轮循环次数：=8.41×107大齿轮循环次数N2=1.05×107计算得到：=540MPa=540MPa二者相等。=205.72MPa，小于以上计算数值，满足要求。（5）轴的结构设计输出轴尺寸图如图3-3所示，其装配方案为：右端，大齿轮、套筒、左端轴承、调整垫片、端盖依次从轴的右端向左安装；左端，左端轴承、调整垫片、端盖、密封圈、联轴器依次从轴的左端向右安装。尺寸设计准则为：当直径变化处的端面用于固定轴上零件或承受轴向力时，直径变化值要大些。轴上安装传动零件的轴段长度是由所装零件的轮毂宽度决定的，而轮毂宽度一般是和轴的直径有关，确定了直径，即可确定轮毂宽度。键类型尺寸的选择键的选择，根据轴径和轴的长度选择键，这里都选择普通平键输入轴：联轴器段轴径18，选键尺寸为6×6×25中间轴：大齿轮配合段轴径35，选键尺寸为10×8×25，小齿轮配合段轴径32，选键尺寸为10×8×56输出轴：大齿轮配合段轴径46，选键尺寸为14×9×40联轴器段轴径35，选键尺寸为10×8×454落叶清扫装置结构设计4.1落叶清扫装置总体结构落叶清扫装置是落叶清扫车的核心工作机构，落叶的清扫聚拢工作主要是由该机构的运转来完成。落叶清扫车在进行清扫作业时，如果扫把刷头的整个底部平面都与地面接触，那么就会将落叶沿着扫把刷头转动的切向方向抛射出去，达不到落叶清扫、归拢的效果，反而会将地面落叶分散到其他地方，无法完成落叶清扫工作。所以扫把刷头底部平面需要与地面呈一定的夹角，这样才能保证将刷头接触到的落叶进行归拢作业。由于扫把刷头底部端面与地面有一定夹角，所以扫把刷头底部端面与地面接触面为一个扇形。这就要求在进行落叶清扫装置的设计过程中考虑到这一因素，设置相关机构能够使落叶清扫高度及角度进行调节。图4-1为落叶清扫装置三维模型图。4-1落叶清扫装置三维模型图扫把盘刷与地面接触扇形面的大小与落叶清扫轴线的倾斜角相关联，这个倾斜角度的确定原则为：首先考虑扫把盘刷底部外缘落叶清扫部与地面接触良好，这样才能将地面或道路边角的落叶扫向扫把盘刷内侧。扫把盘刷头部丝状线与地面分离的位置应是落叶沿丝状线转动的切线方向，向着落叶收集口的方向。也就是说实施落叶清扫工作时，扫把盘刷底端与地面的接触面是从三点钟方向逆时针转动到了五点种方向的一个扇形，而当中三点与五点的扫把丝状线正好与地面相互接触，这两个点扫把丝状线与地面接触压力是零，而在一点钟位置的扫把丝状线和地面接触压力达到最大值。扫把盘刷轴线的倾斜角度发生变化时，与地面之间的接触压力会产生改变，如果增大其轴线倾斜角度，与地面接触力变大，有利于增大落叶的清扫率，此情况适用于对质量和体积较大的落叶的清扫，与此同时带来的不利就是，落叶清扫刷盘丝状线磨损加剧，更换周期缩短。所以，按照经验，确保所有条件达到最好的情况系，扫把刷盘轴线与地面夹角为120°为宜。4.2落叶清扫装置工作原理如图4-2为落叶清扫装置结构原理图，其中，编号1为水平夹角调节液压缸、编号2为主支架、编号3为连接轴销、编号4为高度调节液压缸、编号5为驱动电机、编号6为横向连杆、编号7为副支架、编号8为落叶清扫。落叶清扫装置主要由以上几个零部件组成，这几个机构相互配合工作构成了落叶清扫装置主体。在进行落叶清扫工作时，由于地面不会经常是平坦的铺装路面，还有可能是绿化公园的草地、生活广场的绿化带，这些区域往往不够平坦，具有较大的起伏性。在这些区域进行清扫作业时，就需要求落叶清扫装置可以根据路面的起伏特性，自动调整落叶清扫距离地面的高度，这就需要高度调节液压缸来完成落叶清扫距地面高度的调节功能。还有一些情况是扫把刷头轴线需要与竖直方向成一定的夹角，来最大化优化落叶清扫的效率，所以需要机构可以调节落叶清扫刷轴线夹角，这样就需要夹角调节液压缸来调节，满足工作条件后，就可以发挥落叶清扫车的最大清扫效率。水平夹角调节液压缸；2-主支架；3-连接轴销；4-高度调节液压缸；5-驱动电机；6-横向连杆；7-副支架；8-落叶清扫图4-2落叶清扫装置结构原理图4.3落叶清扫装置相关参数表4-1为落叶清扫装置所选用驱动电机的参数，电机型号为Y100L1-4，转速为1400r/min。表4-1驱动三相异步电动机参数项目电机型号功率转速转矩数值Y90L-41.5kW1400r/min2.2N·m落叶清扫盘刷转速对其接地点速度的影响：图4-3为落叶清扫车落叶清扫盘刷转速对接地点速度的影响分析图，假设落叶清扫车行进速度V0恒定，落叶清扫转速发生变化时，同一落叶清扫端部扫丝与地面接触点相对于地面的绝对速度的数值和方向均会有所改变。根据运动学知识，分析落叶清扫端部扫丝与地面接触点的绝对速度由于落叶清扫转速改变的影响规律。由于1点与地面接触处压力为最大值，取图4-3中标注的1点为研究对象点具有说明性。图4-3落叶清扫转速对其接地点速度影响编号1处指点速度公式为：（4-1）其中，Va为绝对速度；Ve为牵连速度；Vr为相对速度。如图4-3中所示，由式4-1可得：（4-2）得：（4-3）得：（4-4）其中，V为落叶清扫扫丝与地面接触点相对于地面绝度速度；V0为落叶清扫车行进速度；ω为扫把刷头转速；r为扫把刷头半径；；为与地面接触面中心线与行进方向夹角；θ为落叶清扫扫丝与地面接触点的绝对速度和行进方向夹角。当时，由式4-1得：（4-5）（4-6）其中，为落叶清扫转速为2ω时扫丝与地面接触点绝对速度；为绝对速度内倾角。比较式4-3与式4-5可得：＞V0比较式4-4与式4-6可得：＞θ综上，当落叶清扫车行进速度恒定时，增大落叶清扫的转速既可以增大落叶清扫扫丝与地面接触点的绝对速度，亦可改变它的方向，使得其绝对速度的内倾角变大，两者的变化趋势相互一致。5落叶输送装置结构设计5.1落叶输送装置总体结构落叶经过清扫、归拢，最终聚集到清扫车底盘下部，为了避免树叶拥堵阻碍清扫车行进和清扫工作，也为了树叶能够收集到落叶存储箱中，因此设计了落叶输送机构，图5-1为落叶输送机构的三维模型图。图5-1落叶输送装置装置三维模型图5.2落叶输送装置工作原理图5-2为落叶输送装置结构原理图，图中编号1为输送装置主动轴辊装配、编号2为传动皮带、编号3为驱动电机、编号4为支架、编号5为输送装置从动轴辊装配、编号6为落叶输送带。以上所有机构相互配合工作构成了落叶输送机构。落叶输送机构由一个三相异步电动机驱动，通过皮带进行动力传动，输送主动轴辊装配通过两端的轴承座安装在清扫车底盘上相应位置，输送装置从动轴辊装配通过两端轴承座安装在两个支架上端，两个支架下端固定安装在清扫车底盘相应位置，驱动电机同样固定安装在底盘上。当落叶输送装置工作时，电机的转动通过皮带传输到主动轴辊，主动轴辊与从动轴辊之间安装有运输带，通过运输带带动从动轴辊的转动。这是运输带就开始了输送落叶的工作，聚集在清扫车底盘位置的落叶经过输送带被带到落叶存储箱进行存储，完成了落叶清扫的最后一步工作：收集。1-输送装置主动轴辊装配；2-传动皮带；3-驱动电机；4-支架；5-输送装置从动轴辊装配；6-落叶输送带图5-2落叶输送装置结构原理图5.3落叶输送装置设计参数落叶输送装置所选用电机参数见表5-1，主要对皮带减速进行设计计算。表5-1驱动三相异步电动机参数项目型号功率转速转矩参数Y90S-41.1kW1400r/min2.2kN皮带减速装置主要包括大皮带轮、小皮带轮、传动皮带三部分，通过大小皮带轮的直径配比实现定传动比减速。皮带传动具有很多优势：传动结构较为简单、传动过程平稳噪音低，而且皮带具有弹性可以进行缓冲吸振。所以皮带传动较适合高转速动力的传动工作；同时由于落叶输送装置中传动速度比较大，电机的转速也比较高，通过皮带传动可以实现高速部分的减速，而且出现设备急停时皮带传动可以利用打滑现象来对系统进行过载保护。皮带传动机构计算：设计功率计算式如下：（5-1）其中，为工况系数（这里为1.3）；P为电机功率（这里为1.1kW）。计算得出为1.43kW。根据计算得到的设计功率和小皮带轮转速选择所用皮带类型为普通A型；小皮带轮直径d1为60mm，大皮带轮直径d2为360mm，一般皮带传动滑转率为1%~2%，所以忽略不计。此皮带传动的传动比i为：皮带传动输出转速n2为：皮带的速度v为：初定中心距：基准长度：取A带基准长度为1400mm，中心距距离为410mm，小皮带轮包角：本皮带传动传动比为6，小皮带轮转速1400r/min，皮带额定功率，功率增量。皮带数量计算：其中，为设计功率；为单根额定功率；为包角修正系数=0.97；为带长修正系数=0.96。所以皮带根数为2根。皮带张紧力计算公式如下：（5-2）其中，m为单位长度质量=0.37kg/m，皮带传动主要参数见表5-2。表5-2皮带传动主要参数传动减速比i6传动效率0.9小皮带轮直径d160mm大皮带轮直径d1360mm中心距a0410mm皮带数量2总结我国城市现代化水平得到逐步提升，城市环境美化与治理问题逐渐得到人们的重视，城市环境的美化离不开树木和绿色植物的装点，现代城市中道路两旁的绿化带、城市广场、生活社区、休闲公园、单位部门等都栽种了许多树木和绿色植物。树木和绿色植物为城市带来了绿色景观、美化了城市环境、使在环境中生活的人们身心得到愉悦、生活变得舒适怡然。然而当季节交替时，树木和绿色植物的落叶清扫问题又现实的摆在人们面前，树叶的随风飘动使得城市环境与美观遭到破坏，同样落叶也会妨碍驾驶员的视线，对交通运输安全造成隐患。因此城市建设者需要对落叶清扫问题加以重视。本文主要以落叶清扫车为设计对象，对落叶清扫车的整体结构进行设计，目的是为了实现落叶清扫的自动化、简便化，设备总体满足小型化、成本低、效率高等优点。设计出一种新型落叶清扫车，该设备配备有自动行走底盘装置、可调节落叶清扫扫把装置、落叶输送收集装置等，较好的满足现代城市对落叶清扫收集的功能。主要进行的工作为：（1）查阅文献资料，了解了落叶清扫车的国内外发展状况以及研究应用现状，对落叶清扫车的主要工作原理有了初步了解；研究现有落叶清扫车，归纳总结现有设备的优点与缺点，在继承先进设计理念的同