道路護(hù)欄桿清洗機(jī)設(shè)計(jì),道路,護(hù)欄,清洗,設(shè)計(jì) 道路護(hù)欄清洗機(jī)設(shè)計(jì) Design of Road Guardrail Cleaner 摘 要 城市發(fā)展速度越來越快，人民生活水平日益提高，現(xiàn)在家里擁有一輛車已經(jīng)不再是說夢話了，但是城市的建設(shè)遠(yuǎn)沒有城市發(fā)展的速度快，道路上車輛越來越多，交通也變得擁堵，為了防止安全事故，道路護(hù)欄也顯得愈來愈重要，但是護(hù)欄的美觀也是城市景觀，為了保證護(hù)欄的干凈，和使用壽命，不得不花費(fèi)更多的人力物力對(duì)道路護(hù)欄進(jìn)行維護(hù)，定期維護(hù)成了常態(tài)。現(xiàn)在繼續(xù)一種機(jī)械來代替人工維護(hù)，經(jīng)低成本。 以這個(gè)為目的對(duì)護(hù)欄的清洗機(jī)有了一些新的想法，對(duì)護(hù)欄清洗機(jī)進(jìn)行新的設(shè)計(jì)，首先我要對(duì)目前現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，然后對(duì)自己的想法進(jìn)行更改，再通過三維軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和更改。設(shè)計(jì)完成后對(duì)主要零件進(jìn)行計(jì)算和繪制二維視圖。 關(guān)鍵詞：護(hù)欄 清洗機(jī) 設(shè)計(jì)  Abstract Urban development faster and faster, people's living standard is increasing day by day, now home and owning a car is no longer say talk in a dream, but the construction of city is far from urban development faster, more and more cars on the road, traffic has become congested, in order to prevent safety accidents, road barrier also appears more and more important, but the barrier is beautiful is also a city landscape, in order to guarantee the clean of guardrail, and service life, have to spend more manpower material resources to maintain a guardrail, regular maintenance has become the norm. Now to continue a machine to replace artificial. maintenance, the low cost. For the purpose of the cleaning machine has some new ideas of guardrail, barrier washer for the new design, first of all, I want to investigating the current situation, and then to change their ideas, and then through the 3 d software aided design and change. After the completion of the design of main parts to calculate and draw 2 d view. Keywords: Fence Washing machine design 目錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 國內(nèi)外同類技術(shù)的發(fā)展水平及應(yīng)用 1 1.3 國內(nèi)的清掃車存在的技術(shù)差距 2 1.4現(xiàn)在的護(hù)欄清洗車的主要結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn) 2 1.4.1盤刷式 2 1.4.2滾刷式 3 2 整體方案的確定 5 2.1頑固污漬清洗技術(shù)方案 5 2.2道路護(hù)欄清洗原理 5 2.3總體方案的確定 6 2.4高壓水路系統(tǒng) 6 2.5主要技術(shù)參數(shù)的確定 7 3 機(jī)械系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 3.1對(duì)其工作原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹 10 3.2擋板的作用和設(shè)計(jì) 11 3.3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工作原理 13 3.4電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 13 3.5旋轉(zhuǎn)高壓噴頭的工作原理 14 4 主要零件設(shè)計(jì) 16 4.1設(shè)計(jì)要求 16 4.2毛刷的設(shè)計(jì) 16 4.2.1求尼龍絲的個(gè)數(shù)。 16 4.2.2尼龍絲的撓度公式進(jìn)行求解尼龍絲所受的力F。 18 4.3洗刷桿高壓水旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì) 19 4.4調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 4.5角度調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì) 23 4.6調(diào)節(jié)桿的設(shè)計(jì) 24 總結(jié) 26 參考文獻(xiàn) 28 致謝 29 附錄A 30 III 1 緒論 我國的道路建設(shè)近幾年迅猛發(fā)展，公路護(hù)欄也越來越多。公路護(hù)欄受到車輛的尾氣、灰塵黏附以及其他的影響因素，表面會(huì)有同程度的污染，現(xiàn)代城市的發(fā)展，由于人工清洗的勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，清洗效率低；并且負(fù)責(zé)清洗的工人身處高速行駛的機(jī)動(dòng)車道路上，極易發(fā)生交通安全事故。周圍空氣中尾氣濃度比較高，嚴(yán)重危害清潔工人的身體健康。車載式高壓水清洗一次性投入太高，一般中小城市難以負(fù)擔(dān)，并且由于車輛行駛在道路上不能保證與道路護(hù)欄平行，清洗處在車行逆向部分護(hù)欄表面是會(huì)清洗不到或未清洗；耗水量比較大，清洗效果差，而且城市里一般三車道或是雙車道，清洗車嚴(yán)重影響交通。 護(hù)欄清洗機(jī)如果以護(hù)欄為導(dǎo)軌，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)槊撾x而未清洗的情況，機(jī)構(gòu)比較簡單、成本低、無污染，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)支墩的清洗，和我國高等級(jí)公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的節(jié)能、高效、低噪聲、低污染自動(dòng)化程度高的發(fā)展相適應(yīng)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益。 1.1 研究背景 管理設(shè)施是一個(gè)城市的名片，標(biāo)志著一個(gè)城市管理水平的高低。也是在道路上發(fā)揮著重要的作用，規(guī)范道路交通等。 現(xiàn)在城市里的車輛急劇增加，在繁忙的道路交通當(dāng)中，公路街道護(hù)欄無疑發(fā)揮著其極重要的作用。而它不僅僅是在維持良好的交通秩序，提高公路交通安全性，它也是城市中一道亮麗的風(fēng)景，表面容易受到空氣中的灰塵粘附、道路積水濺射、汽車尾氣等其他因素影響，表面容易被污染，影響城市美觀，而且道路工人清洗起來勞動(dòng)強(qiáng)度比較大、效率低、容易發(fā)生危險(xiǎn)，因此，設(shè)計(jì)一種高效的護(hù)欄清洗車是非常有必要的，不僅有廣闊的市場空間也具有較好的社會(huì)效益。國內(nèi)道路不斷的發(fā)展，機(jī)械化養(yǎng)護(hù)成了一種必然的趨勢，護(hù)欄清洗車作業(yè)簡單方便，清洗效率高，除塵效果好，相比人工清洗成本比較低。故護(hù)欄清洗機(jī)的需求呈現(xiàn)出一個(gè)快速上漲的態(tài)勢。 1.2 國內(nèi)外同類技術(shù)的發(fā)展水平及應(yīng)用 對(duì)公路隔離欄進(jìn)行清洗時(shí)，護(hù)欄兩側(cè)同時(shí)擦洗。可對(duì)最高1.4米的護(hù)欄進(jìn)行清洗，特別適合圖案復(fù)雜的金屬護(hù)欄?？砂醋o(hù)欄的污濁程度控制作業(yè)速度。備有清洗劑添加箱，目前采用國產(chǎn)躍進(jìn)2.5噸底盤。 在兩側(cè)進(jìn)行清洗，前面噴水后面清洗，清洗過后可以達(dá)到85%。它的操縱部分采用人性化的設(shè)計(jì)使操縱更加方便。作業(yè)時(shí)由駕駛員一人同時(shí)完成駕駛與操作，方便，簡潔，降低了作業(yè)成本。它的A型毛刷采用復(fù)合聚酯材料，質(zhì)地柔軟，經(jīng)久耐用。作業(yè)完畢，可快速將刷體載于特制的車架上入庫從存放。 BXH5040TQX型清洗車是新一代多功能公路設(shè)施清洗設(shè)備。它可全自動(dòng)高速的擦洗城市道路各種型式的隔離護(hù)欄?？梢詫?duì)街道護(hù)欄和兩側(cè)墻體進(jìn)行清洗。還可以清洗城市當(dāng)中墻上，護(hù)欄上的小廣告。 1.3 國內(nèi)的清掃車存在的技術(shù)差距 國內(nèi)的清洗車種類數(shù)量都比較多，技術(shù)發(fā)展也相對(duì)成熟，和發(fā)達(dá)國家比起來差距還很大，國內(nèi)的道路護(hù)欄清洗車的除塵效果、工作效率和工作效果與發(fā)達(dá)國家差不多，不過在除噪音、自動(dòng)化、可靠性等方面還是有很大差距。外國內(nèi)的清掃車在以下幾個(gè)方面有待改進(jìn):如在高可靠性上，設(shè)備的高可靠性就是指某種設(shè)備的可靠程度，即在其正常使用當(dāng)中的無故障間隔時(shí)間的長短。國產(chǎn)工程機(jī)械平均無故障間隔時(shí)間為150小時(shí)一300小時(shí)。而國外工程機(jī)械都在600小時(shí)一2000小時(shí)。我國工程機(jī)械的平均使用壽命僅為國外同類產(chǎn)品的1/2，甚至不到1/2。 1.4現(xiàn)在的護(hù)欄清洗車的主要結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn) 目前國內(nèi)護(hù)欄種類比較多，大多都是由圓形截面和方形截面的鋼筋或鋼管焊接而成，再有螺母擰緊確定長度。城市當(dāng)中用的比較多，圖中的護(hù)欄長3m，高度底座高度200mm如圖1-1所示。 圖 1-1方形截面焊制而成的護(hù)欄 目前國內(nèi)護(hù)欄清洗車主要有兩種：盤刷式和滾刷式。 1.4.1盤刷式 如圖1-2所示中間護(hù)欄2、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1、液壓缸4、盤刷3和噴水桿（圖中沒有）等部分組成組成了盤刷式道路護(hù)欄清洗機(jī)。 圖 1-2盤刷式護(hù)欄清洗車 車輛上攜帶水箱、低壓水泵和液壓系統(tǒng)等，安裝架固定在車架大梁上，可進(jìn)行折疊和展開，清洗作業(yè)時(shí)展開，行駛時(shí)折疊。 在盤刷的前后方裝有噴水裝置，盤刷的刷毛由尼龍絲制成，工作中刷盤3夾緊護(hù)欄2，并在液壓馬達(dá)1驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)噴水裝置向護(hù)欄噴水。刷盤的夾緊力有液壓缸4控制，車輛向前行駛，完成清洗工作。 此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，并且清洗的水漬沿著護(hù)欄的上下甩出，不易飛濺到車輛或行人的身上。不需要擋水裝置，易損件不多。 缺點(diǎn)：盤刷的直徑是固定的，所以他清洗的范圍有限，而且只能清洗A、C面，不能清洗B、D面（參照?qǐng)D1-1），耗水量較大，工作中車輛要和護(hù)欄的距離保持基本不變，對(duì)駕駛員要求較高。 1.4.2滾刷式 如圖1-3所示中間護(hù)欄2、滾刷1、噴水桿（圖中沒有）和擋水罩3等部分組成滾刷式護(hù)欄清洗機(jī)。 圖 1-3滾刷式護(hù)欄清洗車 車輛上攜帶水箱、低壓水泵和液壓系統(tǒng)等，安裝架，可以固定在車輛的前端或側(cè)面，同樣可以折疊或伸縮，清洗作業(yè)時(shí)展開，行駛時(shí)折疊。滾刷裝在架子上面，馬達(dá)帶動(dòng)滾刷旋轉(zhuǎn)，對(duì)護(hù)欄進(jìn)行清洗，但是只能清洗道A面。如果一邊裝一個(gè)的話，也只能清洗A、C面。清洗中前后進(jìn)行噴水浸濕。擋板3擋住滾刷1甩出來的水，防止甩出來的水影響過往車輛的正常行駛，和濺到行人的身上。 此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：清洗效果好；清洗作業(yè)時(shí)水壓低，水霧少。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滾刷毛易磨損，使用成本較高，耗水量大；作業(yè)時(shí)，工作中車輛要和護(hù)欄的距離保持基本不變，對(duì)駕駛員要求較高；只能清洗護(hù)欄的一面或兩面，不能清晰B、D面。  2 整體方案的確定 2.1頑固污漬清洗技術(shù)方案 雙滾刷對(duì)夾進(jìn)行清洗工作的時(shí)候如果有清水進(jìn)行輔助，可以清洗的更加容易更加干凈，護(hù)欄上的污漬在清水的沖擊和滾刷相互對(duì)夾的摩擦洗刷下，更容易實(shí)現(xiàn)清洗清潔。經(jīng)過研究調(diào)查，兩個(gè)立式擺放的滾刷把道路護(hù)欄夾在中間進(jìn)行清洗，如果滾刷的旋轉(zhuǎn)方向和前進(jìn)的方向相反，能夠保證最大限度的對(duì)道路護(hù)欄進(jìn)行清洗，可以提高對(duì)道路護(hù)欄的摩擦力和沖擊力。其中的滾刷都是由高壓水流沖擊旋轉(zhuǎn)的，每根刷桶上都是由盤裝的刷毛疊加而成。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：滾刷的掃毛材料、轉(zhuǎn)速、直徑以及清洗機(jī)的前進(jìn)速度是影響道路護(hù)欄清洗效果的主要因素。當(dāng)直徑越大時(shí)，對(duì)夾重疊的范圍也就越多，清晰的效果也就越明顯；由于道路護(hù)欄的形狀不規(guī)則，而且不能保證是一條直線，需要掃毛材料具有很高的柔韌性來對(duì)道路護(hù)欄的輪廓進(jìn)行覆蓋；轉(zhuǎn)速越大時(shí)，刷頭對(duì)污漬的作用力也越大，清楚效果越明顯，清洗車的速度如果越快，清洗的效果也會(huì)越差。通過實(shí)際模擬實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論：前進(jìn)的速度為到7.5的時(shí)候，想要清洗的潔凈度達(dá)到90%以上，轉(zhuǎn)速為350r/min，掃毛材料用尼龍絲硬毛刷和尼龍軟布條組合而成。滾刷直徑應(yīng)保持在500mm到600mm之間。 清水清洗污漬的時(shí)候，污漬受到水以后，需要一段時(shí)間進(jìn)行濕潤，這樣污漬和護(hù)欄表面結(jié)合水膜增厚，結(jié)合力減弱，表面張力減小，在經(jīng)過滾刷的摩擦，污漬會(huì)脫離道路護(hù)欄表面，在經(jīng)過高壓水的清洗形成污漬流，最后完成清洗。一定的浸潤時(shí)間后,再介入毛刷刷洗,低壓水噴刷。滾刷刷洗后,一些污漬雖然被刷毛剝離原表面位置,卻由于毛刷本身粘持有污漬,依然會(huì)有部分污漬以痕跡形式殘留在護(hù)欄表面;同時(shí),在護(hù)欄下部,一些污漬流還正處于沿護(hù)欄下流的過程中。因此,在滾刷后還應(yīng)另外接力性安置1個(gè)高壓噴嘴,專門負(fù)責(zé)清理刷痕,同時(shí)驅(qū)趕和加速污漬流脫離護(hù)欄。該清洗序配是一個(gè)比較理想的高效清洗過程。筆者在研究中還發(fā)現(xiàn),滾刷前后設(shè)置低壓、高壓2組噴嘴其前、后低壓噴嘴向2個(gè)滾刷噴水,使?jié)L刷毛刷帶水作業(yè),而前、后高壓噴嘴則主要向護(hù)欄噴水,使護(hù)欄不僅在刷洗前得到預(yù)先濕潤,刷洗后也可得到有效沖洗,從而完成“預(yù)濕潤+刷洗+沖洗”的加強(qiáng)模式,有利于提高清洗效果。 2.2道路護(hù)欄清洗原理 護(hù)欄清洗機(jī)工作原理如圖2-1所示， 圖 2-1 護(hù)欄清洗機(jī)原理 圖中護(hù)欄2兩側(cè)的滾刷夾緊護(hù)欄，兩個(gè)滾刷重疊了（2-3cm），使2滾刷形成一個(gè)整體，中間不留間隙。滾筒在清洗表面的時(shí)候前后高壓噴管對(duì)刷筒進(jìn)行噴水，已達(dá)到清洗的目的。滾筒旋轉(zhuǎn)的方向和清洗機(jī)前進(jìn)的方向相反，這樣可以有足夠的清洗時(shí)間和清洗強(qiáng)度。前面的噴水裝置采用高壓噴嘴形成霧化氛圍對(duì)護(hù)欄污漬進(jìn)行三維浸潤，后面的噴水裝置采用低壓噴嘴，主要對(duì)護(hù)欄進(jìn)行沖洗，中間的滾刷對(duì)護(hù)欄進(jìn)行清洗。從而達(dá)到良好的清洗效果。 2.3總體方案的確定 總體結(jié)構(gòu)是龍門式結(jié)構(gòu)，龍門式結(jié)構(gòu)和護(hù)欄的結(jié)構(gòu)比較貼合，這樣在行走方面可以讓護(hù)欄作為導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上行走，機(jī)構(gòu)簡單、成本低、無污染，且不對(duì)道路交通產(chǎn)生影響，與我國高等級(jí)公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械節(jié)能、高效、低噪音、低污染、和自動(dòng)化程度高的發(fā)展趨勢相適應(yīng)，所以采用龍門式結(jié)構(gòu)是一個(gè)比較好的選擇。利用高壓水噴射的方式和滾刷擦洗方式來清洗，不僅效率高，而且質(zhì)量好。高壓噴射只需要高壓泵提供3MPa到9MPa的壓力就可以了，然后用扇形噴口噴出。以極高的速度噴出一股能量高度集中的水柱，利用這股具有極高能量的水柱進(jìn)行初步清洗。高壓水噴射清洗應(yīng)用范圍較廣，而且價(jià)格低、更加耐用，效果好，無污染，效率高。 2.4高壓水路系統(tǒng) 高壓水路系統(tǒng)由高壓水泵、高壓球閥、噴水桿、噴嘴和水箱等部件組成。高壓水泵用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。噴水桿上有高壓噴嘴，噴嘴的數(shù)量由護(hù)欄高度決定。噴嘴噴出的水流主要有兩種形式集中水流和扇形水流。集中水流形式的噴嘴水流呈直線型噴出，水流作用力作用在一個(gè)點(diǎn)上，打擊力比較大，射程比較遠(yuǎn)；扇形水霧類型的噴口其水霧作用在一條線上，作用范圍比較廣。但是射程比較近。水的速度對(duì)射程很敏感，隨著射程的增加而迅速降低。扇形噴嘴常用于路面清洗，扇形角110°和55°，使用非常廣泛，噴水桿上的噴嘴間距只要保證扇形面水流重疊即可。噴水桿上噴嘴的噴射方向和噴水桿的數(shù)量根據(jù)所清洗的護(hù)欄應(yīng)該有一些區(qū)別。比如清洗圓形截面的護(hù)欄時(shí)應(yīng)該采用圖5中的方式A，噴嘴的扇形面和護(hù)欄面垂直，方形截面護(hù)欄應(yīng)該采用圖5中的方式B，噴嘴的扇形面和護(hù)欄夾角是45°布置。左右共兩根噴水桿。擋水罩作用是防止水飛濺，高壓水會(huì)產(chǎn)生大量水霧，會(huì)影響道路旁邊經(jīng)過的汽車。 2.5主要技術(shù)參數(shù)的確定 根據(jù)護(hù)欄高度和噴水桿的數(shù)量來確定噴嘴的數(shù)量。護(hù)欄清洗時(shí)水壓為7～9MPa，距離（噴嘴離護(hù)欄的距離）為100～200mm時(shí)效果比較好，根據(jù)工作壓力，來選擇噴嘴的流量，進(jìn)而確定水泵的壓力和流量。 假設(shè)噴嘴的流量為q（m3/s），壓力為p（Pa），數(shù)量為n（個(gè)） 所需水泵的流量為： 水泵壓力為： 驅(qū)動(dòng)水泵的功率為： 式中：Q水泵的流量，m3/s； 水泵的壓力，Pa； 水泵的機(jī)械效率，通常為0.95左右。 由于系統(tǒng)管道比較短，忽略管道中對(duì)水的阻力和連接口的阻力損失。 護(hù)欄清洗車的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：水射流技術(shù)比較簡單，消耗件比較少，工作可靠，技術(shù)比較高端，容易實(shí)現(xiàn)，無接觸不存在磨損，可以清洗圓形截面和方形截面的護(hù)欄A、B、C、D（見圖1-1）4個(gè)面，能夠達(dá)到全方位的清洗，沒有死角，操作簡單方便，能適應(yīng)不同高度的護(hù)欄；無需駕駛；通過擋板可以對(duì)水進(jìn)行回收，節(jié)約用水。 缺點(diǎn)：由于護(hù)欄不連續(xù)，當(dāng)高壓水噴水護(hù)欄間隙時(shí)，會(huì)對(duì)擋板產(chǎn)生很大的沖擊，對(duì)擋板的要求比較高。  3 機(jī)械系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖3-1所示清洗機(jī)是由機(jī)械連接件通過間距調(diào)空隙部件對(duì)稱組成，是龍門框架分離式結(jié)構(gòu)，這兩部分都具有獨(dú)自的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。在工作的最初，車架會(huì)自動(dòng)裝接，通過車架將清洗部分放在護(hù)欄上面，在高壓水泵的動(dòng)力下，帶動(dòng)滾刷對(duì)護(hù)欄進(jìn)行清洗，并間歇向護(hù)欄進(jìn)行噴水。擦洗部件是由高壓泵對(duì)其提供高壓使其轉(zhuǎn)動(dòng)并提供水，在離心力的作用下水被甩出，一可以擦拭護(hù)欄，二可以帶走滾筒上的污漬。動(dòng)力系統(tǒng)是在清洗車的上方，底部為四個(gè)萬向輪，上方的動(dòng)力系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以護(hù)欄為導(dǎo)軌進(jìn)行前進(jìn)，通過PWM進(jìn)行速控制。 圖 3-1主視圖 3.1對(duì)其工作原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹 圖 3-2道路護(hù)欄清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)1 圖 3-3道路護(hù)欄清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)2 （參照?qǐng)D3-2、3-3）由高壓噴管1、水箱2、擋板3、內(nèi)架4、外架5、高壓水泵6、高壓水缸7、滾刷8、回收槽9、高壓導(dǎo)管10、回收水導(dǎo)管11、注水管12、角度調(diào)節(jié)滑桿13、彈簧14和回收水回水箱管15. 道路護(hù)欄清洗機(jī)進(jìn)行清洗工作的時(shí)候，道路護(hù)欄從整個(gè)結(jié)構(gòu)中心穿過。整個(gè)結(jié)構(gòu)中，高壓噴管1總共有4個(gè)呈對(duì)稱分布，均勻分布在滾刷8的前后，工作時(shí)，滾刷8前面的兩個(gè)高壓噴管1對(duì)護(hù)欄進(jìn)行第一次沖洗。經(jīng)過調(diào)查，護(hù)欄上的污漬經(jīng)過第一遍的沖洗之后， 污漬被水浸泡之后會(huì)變得松軟，比較容易刷掉。在清洗技術(shù)上，我采用的是“高壓霧化濕潤+滾刷擦洗+高壓水沖洗”組合清洗方式。這樣清洗效果可以達(dá)到95%以上。 在滾刷上我選用的是高壓水帶動(dòng)滾刷旋轉(zhuǎn)，采用這種方式的好處是：1.在清洗的過程中滾刷會(huì)沾有污漬，雖然會(huì)甩出去，但不一定可以甩干凈。所以高壓水在提供完動(dòng)力的同時(shí)會(huì)有一部分水流入到滾刷當(dāng)中對(duì)滾刷進(jìn)行清洗，水會(huì)把滾刷上的污漬帶走。2.前后高壓噴水管可以用同一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)，如果滾刷也用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的話比較耗電，而且也會(huì)增加成本。滾刷在旋轉(zhuǎn)的過程中，其旋轉(zhuǎn)的方向是和前進(jìn)的方向相反的，因?yàn)檫@樣能夠保證最大限度的對(duì)道路護(hù)欄進(jìn)行清洗，可以提高對(duì)道路護(hù)欄的摩擦力和沖擊力。而且污漬會(huì)甩到前方，不會(huì)對(duì)已經(jīng)清洗完成的部分造成影響。而且在設(shè)計(jì)的時(shí)候也對(duì)刷桶設(shè)計(jì)了一定的傾斜角度，由活動(dòng)可鎖定桿13控制。在角度的作用下，滾刷旋轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)最低點(diǎn)，重力加上離心力的作用，會(huì)使最低的成為最容易甩出的位置。甩出以后，會(huì)直接甩到兩側(cè)的擋板3上面.高壓噴頭噴出的水絕大部分會(huì)噴到擋板上。 3.2擋板的作用和設(shè)計(jì) 當(dāng)高壓水和滾筒的污漬噴到擋板上以后會(huì)貼在擋板上，擋板不是一塊通板，它像百葉窗一樣，當(dāng)水和污漬噴到上面去以后會(huì)從另一面流下去，流到底部水的回收槽當(dāng)中，這樣既可以對(duì)水進(jìn)行回收利用，又不會(huì)因?yàn)閲姵龅母邏核绊懙竭^往的車輛及行人。板子的材料采用普通的鋁合金，可以減輕質(zhì)量，而且硬度也可以達(dá)到要求。 清洗機(jī)的支架有兩個(gè)，外架5和內(nèi)架4，內(nèi)架主要是對(duì)高壓噴管和滾刷進(jìn)行固定和角度固定.內(nèi)架4和外架5的組合主要是為了提供滾刷的上下運(yùn)動(dòng)，在彈簧14的作用下形成上下運(yùn)動(dòng)。滾刷的上下運(yùn)動(dòng)是為了模仿工人清洗護(hù)欄的動(dòng)作，這樣可以清洗的更加干凈。內(nèi)架4的設(shè)計(jì)是為了固定清洗結(jié)構(gòu)。外架5的設(shè)計(jì)主要依據(jù)是工作設(shè)備的輔助設(shè)備安裝，是經(jīng)過一點(diǎn)一點(diǎn)的修改最終確定的結(jié)構(gòu)。 圖 3-4 擋板 圖 3-5回收槽 工作第一步是高壓水泵6對(duì)水箱2進(jìn)行充壓，水箱2中的水在氣壓的作用下經(jīng)過注水管12到達(dá)高壓水缸7，高壓水缸7在高壓泵6的充壓作用下產(chǎn)生高壓經(jīng)過高壓管10到達(dá)高壓噴管1，高壓噴管1噴射霧狀水滴對(duì)護(hù)欄進(jìn)行浸濕，滾刷8進(jìn)行刷洗，所產(chǎn)生的水和污水噴在擋板3上，水順著擋板3留到底部的回收槽9，回收槽9（參見圖3-5）中有一個(gè)沉淀池1將污水沉淀后溢出到另一個(gè)積水池2，因?yàn)橹饕蹪n是灰塵顆粒，所以只需要沉淀就可以。積水池達(dá)到一定高度以后高壓水泵6會(huì)將積水池中的水抽出，經(jīng)過水回收管11、高壓水泵6和回水箱管15回到水箱2當(dāng)中。 圖 3-6外架 3.3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工作原理 控制系統(tǒng)由幾部分組成，其中包括單片機(jī)、檢測部分、警報(bào)裝置、電源部分、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分等。整個(gè)系統(tǒng)是由2個(gè)12V-60A的鉛蓄電池提供電源，處理器采用51單片機(jī)，主要控制各個(gè)部分的啟動(dòng)、停車、轉(zhuǎn)速、躲避障礙等。為了有效降低電動(dòng)機(jī)頻繁的正反轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)熱的程度。檢測裝置有紅外線檢測裝置，還有警報(bào)裝置。 3.4電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 本系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法都是PWM調(diào)速，其中水泵的啟停、調(diào)速和行進(jìn)動(dòng)力電機(jī)分別進(jìn)行了PWM調(diào)速，他們輸入的PWM信號(hào)都是相同的；控制噴嘴的開關(guān)采用的電磁閥，也是通過單片機(jī)進(jìn)行控制。 相對(duì)于其他類型的電機(jī)，直流電機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，其速度的可控性，啟動(dòng)、制動(dòng)的穩(wěn)定性，調(diào)速的平滑性和經(jīng)濟(jì)性等。所以直流電機(jī)應(yīng)用最為廣泛。改變電機(jī)回路電阻的方法，會(huì)有很大一部分電能轉(zhuǎn)化為熱量釋放掉，這會(huì)造成極大的浪費(fèi)；使用控制勵(lì)磁的方法，控制功率和能量浪費(fèi)比較少，但是電動(dòng)機(jī)一旦做好，磁通都是固定的。所以，生活當(dāng)中都是改變電樞兩端電壓來實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速的。 脈寬調(diào)制方法（pulse width modulation），PWM是改變電樞兩端電壓方法的一種。工作的原理就是通控制電樞兩端電壓的通斷時(shí)間（也是線圈兩端電壓的占空比）來控制直流電機(jī)的速度，通電時(shí)加速，斷電時(shí)在負(fù)載的作用下減速，通過一個(gè)固定的時(shí)間通斷，就可以保證輸出一個(gè)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。利用這種方法，我用單片機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速。旋轉(zhuǎn)高壓噴頭的工作原理 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)高壓水泵，水泵從水箱中吸水，輸出80-120kg/cm2壓力的高壓進(jìn)入高壓軟管中。高壓軟管經(jīng)過卷筒1、3進(jìn)入下水道4中。高壓軟管末端的高壓旋轉(zhuǎn)噴頭對(duì)下水道進(jìn)行清洗。 3.5旋轉(zhuǎn)高壓噴頭的工作原理 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)高壓水泵，水泵從水箱中吸水，輸出80-120kg/cm壓力的高壓進(jìn)入高壓軟管中。高壓軟管經(jīng)過卷筒1、3進(jìn)入下水道4中。高壓軟管末端的高壓旋轉(zhuǎn)噴頭對(duì)下水道進(jìn)行清洗。 我設(shè)計(jì)的刷桶也是利用高壓旋轉(zhuǎn)原理，所以依據(jù)圖3-8對(duì)其原理進(jìn)行簡單介紹。 圖 3-7滾刷 圖 3-8高壓旋轉(zhuǎn)頭 旋轉(zhuǎn)噴頭是由轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子和不轉(zhuǎn)動(dòng)的軸心兩個(gè)部分組成。其中轉(zhuǎn)子部分是由動(dòng)力輪5和鉸頭1組成，軸心是由軸心3、軸心6、導(dǎo)軸承塊2和推力軸承4組成。 從高壓泵出來的高壓水，一部分經(jīng)過軸心6和軸心3，通過Фb的沖擊動(dòng)力輪，動(dòng)力輪將部分水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，推動(dòng)轉(zhuǎn)子做功。  4 主要零件設(shè)計(jì) 4.1設(shè)計(jì)要求 1.清洗高度80-120cm 2.清洗速度為每小時(shí)至少10公里/小時(shí) 3.清潔度98%以上 4.工作是主要有兩個(gè)動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng) 5.質(zhì)量不能太高，但結(jié)構(gòu)要滿足強(qiáng)度要求。 4.2毛刷的設(shè)計(jì) 根據(jù)毛刷的工作條件，毛刷選用的是國產(chǎn)的尼龍66做成的尼龍絲均勻的分布在旋轉(zhuǎn)軸桶之上。分布間隙設(shè)計(jì)為0.3mm，彈性模量E=5×103MPa 4.2.1尼龍絲的個(gè)數(shù)N可以采用先把整體軸在高度分層，再求每層的尼龍絲的個(gè)數(shù)。 具體計(jì)算如下： 初定旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)徑為，長度為L=1500mm，尼龍絲的直徑定為4mm，間隙為0.2均勻分布在旋轉(zhuǎn)軸上； a.軸一周內(nèi)尼龍絲的個(gè)數(shù)n b.旋轉(zhuǎn)軸分布的尼龍絲層數(shù)c 得：尼龍絲總數(shù)N是: 在工作的時(shí)候，尼龍絲會(huì)變形，變形的尼龍絲清洗一周，OA到OC的變形如圖4-1所示，變形最大的時(shí)候是護(hù)欄離旋轉(zhuǎn)軸中心距離為17mm時(shí)。 圖 4-1最大變形區(qū) 所以O(shè)A=OC=20mm，OB=17mm 在這一瞬間發(fā)生變形的尼龍絲數(shù)為為： 抽取任意一根作為研究對(duì)象如圖4-2所示： 圖 4-2撓度變形分析 圖 4-3滾刷刷盤 4.2.2可以假設(shè)尼龍絲是懸臂梁，在自由端受到力F的作用，用如圖所示的撓度公式進(jìn)行求解尼龍絲所受的力F。 同時(shí)： 尼龍絲的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I為： L=0.2m a=0.17m 得出 假設(shè)尼龍絲與護(hù)欄接觸的過程中，都發(fā)生了最大變形，則在旋轉(zhuǎn)軸上，參與變形的尼龍絲數(shù)量與F的積為洗刷裝置的工作，高壓旋轉(zhuǎn)噴頭所需要提供的徑向力為F，所以總的徑向力為： 旋轉(zhuǎn)軸的力矩M為： （其中r是護(hù)欄離中心的距離） 設(shè)計(jì)如圖所示 4.3洗刷桿高壓水旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì) 是根據(jù)動(dòng)量矩定律：單位時(shí)間內(nèi)水流對(duì)動(dòng)力輪的動(dòng)量矩的改變，等于作用在該水流上的外力對(duì)同一軸的力矩。 如圖所示取動(dòng)力輪內(nèi)的水流分為許多小的流束，用其中的一個(gè)微小流束進(jìn)行研究 圖 4-4推導(dǎo)方程式所用 并在動(dòng)力論進(jìn)口前和出口后截取1-1和2-2（如圖4-4所示），斷面的絕對(duì)速度和可以當(dāng)作是軸對(duì)稱，這樣的話，我們可以列出微小水流束定常運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量矩方程式。 在以動(dòng)力軸為Z坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系中，任何一點(diǎn)的絕對(duì)速度V都可以分為（圓周方向）和（徑向）和（軸向）三個(gè)分量。很明顯，能在Z軸上產(chǎn)生動(dòng)量矩的只有圓軸分量。假設(shè)微小流束在時(shí)間內(nèi)，1-1斷面的水流質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到了1’-1’斷面，2-2斷面的水流質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到了2’-2’斷面。顯然整個(gè)微小水流束1-1和2-2的界面運(yùn)動(dòng)到了1’-1’和2’-2’截面的動(dòng)量矩的改變，等于2-2’段與1-1’段兩個(gè)微小水流的動(dòng)量矩之差。兩段微小水流的體積都為，所以在單位時(shí)間內(nèi)小水流束動(dòng)量改變?yōu)椋? 作用在水流束上的外力有：動(dòng)力輪葉片作用的小水流的力；作用在1-1和2-2界面上的壓力；小水流束本身的重力。由于水壓對(duì)動(dòng)力輪的作用是對(duì)稱的，其合力一定通過軸心，所以總力矩為零，而且可以把重力忽略不計(jì)。得出作用在小水流上的外力矩只有動(dòng)力輪葉片上的作用力矩 即，小水流的動(dòng)量矩方程為： 無數(shù)的小水流組成了動(dòng)輪的總流。對(duì)其兩端進(jìn)行積分，即： 通過轉(zhuǎn)輪的總流量，即： 動(dòng)力輪葉片微小水流作用力的總和為： 綜合三個(gè)公式得： 知道了旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)扭矩M，電機(jī)帶動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。 由M=2Q Q=356.27 我們選用大力矩電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，電機(jī)型號(hào)為重量為10kg輸出力矩完全符合要求。 4.4調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 我們大三主要學(xué)習(xí)了單片機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，在這里我的控制方式也采用單片機(jī)，用的芯片是AT89S51，通過放大電壓來控制單片機(jī)，利用PWM信號(hào)控制通斷時(shí)間來控制電壓的占空比。以達(dá)到調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，來控制道路護(hù)欄清洗車的前進(jìn)速度和高壓噴管的壓力。前進(jìn)由兩個(gè)電機(jī)左右同時(shí)驅(qū)動(dòng)，用單片機(jī)單片機(jī)控制加速、減速，高壓水泵有兩個(gè)組成要分別控制，抽水泵要持續(xù)工作，高壓缸的充氣泵是間歇工作，而且清洗和前進(jìn)是分開控制的，可一直前進(jìn)不清洗。模塊上由四個(gè)鍵組成，可分別控制啟動(dòng)、停止、加速和減速等操作。 程序設(shè)計(jì) 由于需要幾個(gè)電機(jī)，程序控制也都相同，只寫一遍。 #include “reg51.h” #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define out P2 sbit pos=P0^0; //定義檢測正轉(zhuǎn)控制位P0.0 void dolayms(uint); uchar code turn []={ 0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09,0x01,0x03};//步進(jìn)脈沖數(shù)組 void main(void) { uchar i; out=0x03; while(1) { if(!pos) //如果正轉(zhuǎn)按鍵按下 { i=i<8 ?i+1:0; //如果i<8，則i=i+1;否則，則i=7 out=turn[i]; delayms(50); } else if(!neg) { i=i>0 ?i-1:1; //如果i>0，則i=i-1;否則，則i=1 out=turn[i]; //向P2輸出脈沖數(shù) delayms(50); //延時(shí) } } } void delayms(uint j) //延時(shí)函數(shù) { uchar i; for(;j>0;j--); { i=250; while(--i); i=249; while(--i); } } 30 4.5角度調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì) 圖4-5角度調(diào)節(jié)示意 道路護(hù)欄清洗機(jī)的角度調(diào)節(jié)范圍在0°到30°之間，道路護(hù)欄的內(nèi)架總高度為1300mm，當(dāng)噴管處于垂直狀態(tài)的時(shí)候手動(dòng)調(diào)節(jié)桿的長度為l，洗刷桿的長度定a為1120mm。由圖可知手動(dòng)調(diào)節(jié)桿另一固定端距離噴管支架的高度b為177mm，長度為為了保證傾斜的角度經(jīng)過繪圖計(jì)算利用余弦公式得出： 三個(gè)公式聯(lián)立可得： l為585mm，α為23.3°，x為1350。 圖4-6角度調(diào)節(jié)計(jì)算參考 4.6調(diào)節(jié)桿的設(shè)計(jì) 圖4-6調(diào)節(jié)桿的結(jié)構(gòu) 角度調(diào)節(jié)桿的工作原理： 角度調(diào)節(jié)桿包括滑桿1、卡槽桿2、卡環(huán)3、外壓環(huán)4和鋼球5。 圖4-7調(diào)節(jié)桿內(nèi)部結(jié)構(gòu) 其工作原理類似于快速換刀頭，當(dāng)想要改變桿的伸長長度時(shí)，撥上動(dòng)外壓環(huán)4在卡槽桿2中的鋼球5就會(huì)受外力跑到外壓環(huán)4和卡槽桿2的縫隙當(dāng)中，使滑桿1處于脫離狀態(tài)，可以任意調(diào)節(jié)其長度，當(dāng)?shù)竭_(dá)想要的角度的時(shí)候，撥下外壓環(huán)4將鋼球5擠壓回到卡槽桿當(dāng)中去，卡住滑桿1進(jìn)行鎖定?？ōh(huán)3的作用是為了固定外壓環(huán)4，這樣外壓環(huán)4就不會(huì)輕易掉出來.當(dāng)要拆卸的時(shí)候要先卸掉卡環(huán)3才可以順利拆除。 一些零件的參數(shù)滑桿1的直徑為25mm，卡槽桿的內(nèi)徑為25mm，外徑為30mm?？ōh(huán)的內(nèi)徑為30mm，外徑為35mm，鋼球的直徑為3mm外壓環(huán)的內(nèi)徑有三個(gè)，分別是30mm、30.92mm和35mm。 總結(jié) 在本次的設(shè)計(jì)當(dāng)中，一開始并沒有什么頭緒，雖然平時(shí)生活中觀察了很多道路護(hù)欄清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)，但是如果讓我自己進(jìn)行設(shè)計(jì)也和道路上的護(hù)欄清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)差不多。在實(shí)習(xí)的構(gòu)成中，跟馬老師討論了一下，決定用汽車拖動(dòng)，但是當(dāng)我回來以后，在網(wǎng)上尋找資料以后驚呆了。因?yàn)榫W(wǎng)上的設(shè)計(jì)百分之八十都是用汽車拖動(dòng)的，而且都比較完善。我就想著用龍門式的結(jié)構(gòu)，但是有考慮到驅(qū)動(dòng)和帶水量，有些猶豫，道路護(hù)欄清洗機(jī)不能經(jīng)常進(jìn)行加水和充電，這樣需要經(jīng)常維護(hù)，成本比較高。國家現(xiàn)在大力發(fā)展電動(dòng)車行業(yè)，而且在電池和電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域都有突破。我決定用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，響應(yīng)號(hào)召，促進(jìn)城市環(huán)保。網(wǎng)上關(guān)于龍門式的道路護(hù)欄清洗機(jī)的文獻(xiàn)并不多，所以我只能拼湊知識(shí)點(diǎn)，運(yùn)用我大學(xué)所學(xué)的知識(shí)，對(duì)龍門式的護(hù)欄清洗機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。一開始的設(shè)想是四個(gè)滾筒進(jìn)行刷洗，有電動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng)。設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中遇到了一些問題，滾筒需要注水，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的話注水口不好找。然后去找老師進(jìn)行討論，老師給我的解決方式是用高壓水進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這樣可以解決注水問題，而且只需要一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵即可，更加節(jié)省成本。確定了主體結(jié)構(gòu)之后，開始在網(wǎng)上查找資料。通過對(duì)文獻(xiàn)的閱讀思考，了解到高壓清洗可以達(dá)到百分之九十八以上的潔凈度，所以在本次設(shè)計(jì)中運(yùn)用了高壓清洗和滾刷相結(jié)合的清洗方式。研究了目前道路護(hù)欄清洗機(jī)的發(fā)展和優(yōu)缺點(diǎn)之后，覺得汽車懸掛式的道路護(hù)欄清洗機(jī)不環(huán)保，對(duì)水資源浪費(fèi)比較嚴(yán)重。而且，車輛清洗過程中，汽車要和護(hù)欄保持平行，對(duì)駕駛員的要求比較嚴(yán)格。在現(xiàn)代大都市中堵車已經(jīng)成為了常態(tài)，道路窄小，一般都是雙車道，有的地方甚至是單車道。如果開車去進(jìn)行護(hù)欄清洗不僅行走不便，還嚴(yán)重影響交通。所以我決定采用龍門式的護(hù)欄清洗方式，因?yàn)樗梢哉几〉目臻g可以總同樣的事情，在清洗裝置上我采用高壓清洗和滾刷清洗相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，高壓清洗在滾刷前面對(duì)護(hù)欄進(jìn)行濕潤和初步?jīng)_刷，滾刷則負(fù)責(zé)刷洗和帶走污漬，因?yàn)闈L筒內(nèi)部可以注水，可以一直保持滾刷的清潔，龍門式的結(jié)構(gòu)架的外殼上裝有擋板，一是避免高壓噴出的水霧影響道路汽車的交通，二是對(duì)水進(jìn)行回收利用，滿足環(huán)保要求。龍門式護(hù)欄清洗機(jī)的驅(qū)動(dòng)是以電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)比較環(huán)保、便宜、可以多驅(qū)動(dòng)，省去了很多傳動(dòng)部分，減少能量浪費(fèi)。龍門式的護(hù)欄清洗機(jī)可以自動(dòng)行走，只需要人工把他推到護(hù)欄上，打開開關(guān)便可以自動(dòng)進(jìn)行清潔，方便簡單，可以一人控制多臺(tái)機(jī)器，當(dāng)整段護(hù)欄清洗結(jié)束后，護(hù)欄清洗機(jī)會(huì)自動(dòng)停止，等待工作人員進(jìn)行回收。工作人員只需一輛車就可以，不會(huì)對(duì)老路造成影響，簡化工作人員的勞動(dòng)輕度和工作性質(zhì)，不需要什么技術(shù)性挑戰(zhàn)。 參考文獻(xiàn) [1] 庹朝永. 基于單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J]. 煤炭技術(shù),2011(06)70-71 [2] 陳輝 朱慶典, 萬守莉. 龍門框架分離式護(hù)欄清洗機(jī)的研制[J]. 新技術(shù)新工藝,2011(12)51-54 [3] 黃海兵. 新型城市護(hù)欄清洗車的開發(fā)研究[J]. 工程機(jī)械,2009(02)6+20-22 [4] 張毅剛 單片機(jī)原理及接口技術(shù)（51編程）[M].北京：人民郵電出版社 [5] 王 蘇. 直流電機(jī) P WM 調(diào)速研究及單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)[ J] . 自動(dòng)控制, 2008, 37( 11) : 82- 95. 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