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河南科技大學
畢 業(yè) 設 計
中文題目:小型清掃機清掃裝置的設計
英文題目:Design of Sweeping Device
for Miniature Sweeper
學生姓名
系 別
專業(yè)班級
指導教師
2011年6月15日
目 錄
1 前言 1
1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.1.1 國外研究現(xiàn)狀 1
1.1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1
1.2 研究的主要內(nèi)容 2
2 方案確定 3
2.1 設計方案的選擇 3
2.2 清掃裝置工作原理介紹 3
3 傳動機構(gòu)設計 4
3.1 V帶傳動的選型 4
3.2 V帶輪的設計 6
3.3 傳動軸的設計 6
3.3.1 初步確定軸的最小直徑 6
3.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設計 7
3.3.3 軸承的選擇 8
3.3.4 零件的周向定位 8
3.4 傳動軸的強度校核 8
4 垃圾清掃滾筒設計 10
4.1 清掃滾筒的結(jié)構(gòu)設計 10
4.1.1 軸徑的確定 10
4.1.2 各軸段長度的確定 10
4.1.3 軸承的選擇 11
4.1.4 零件的周向定位 11
4.2 滾筒軸的強度校核 11
5 垃圾收集轉(zhuǎn)運機構(gòu)設計 14
5.1 主膠帶的傳動設計 14
5.2 主膠帶輪的設計 16
5.3 壓緊膠帶的傳動設計 17
5.4 壓緊膠帶輪的設計 18
6 結(jié)論 19
參考文獻 20
致 謝 21
附錄1 相關(guān)英文文獻 22
附錄2 英文文獻中文譯文 27
附圖1 總裝配圖 34
附圖2 軸 35
附圖3 張緊輪 36
附圖4 平帶輪 37
摘 要
清掃裝置是清掃機的核心部件，清掃裝置性能的改進可以提高清掃機的工作的效率，減輕環(huán)衛(wèi)工人的勞動強度，加速環(huán)衛(wèi)死角的清理，提高保潔效率。
針對目前環(huán)衛(wèi)工作的情況設計了集清掃、收集轉(zhuǎn)運為一體的清掃裝置，清掃裝置由清掃機構(gòu)和上料機構(gòu)等組成。該清掃裝置價格便宜，工作可靠，操作簡單，效果好，同時其造型簡單美觀，結(jié)構(gòu)合理，適用性強。此外，該清掃裝置在清掃過程中無二次污染，方便與現(xiàn)有的其他設備進行組合使用，便于推廣。
關(guān)鍵詞: 滾刷；清掃；裝置
ABSTRACT
Sweeping device for sweeper is the core components, sweeping device performance improvement can improve sweeper working efficiency, reduce the labor intensity, accelerated sanitation dead clean, improve cleaning efficiency.
Aiming at the situation of sanitation work design cleaning, collection and transport as one of the cleaning device, cleaning device comprises a cleaning mechanism and a feeding mechanism. The cleaning device is cheap, reliable work, simple operation, good effect, and its model is simple in appearance, reasonable structure, strong applicability. In addition, the cleaning device in a cleaning process of no two pollution, convenience and other existing equipment used in combination, convenient popularization.
Key words: Roller brush; Cleaning; Device
小型清掃機清掃裝置的設計
1 前言
伴隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化的進程也日益加快，從而也使得城市人口不斷增長，因而導致城市生活垃圾的不斷增長，這就使得城市環(huán)衛(wèi)工作的強度不斷加大，特別是一些死角地帶更是難以清理。此時小型清掃機就顯示出它的優(yōu)越性，而清掃裝置是清掃機的核心部件，所以對小型清掃機清掃裝置進行研究是很必要的。
小型清掃機清掃裝置集清掃、收集轉(zhuǎn)運為一體。由傳動機構(gòu)、垃圾收集轉(zhuǎn)運機構(gòu)、垃圾清掃滾筒等組成?？蓱糜谑皳斐鞘薪值莱Ｒ姷纳罾?，如：煙頭、紙屑、果皮、樹葉、紙質(zhì)飲料杯等雜物。
1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.1.1 國外研究現(xiàn)狀
路面養(yǎng)護機械化程度的高低，是一個國家工業(yè)化程度和綜合實力強弱的重要標志之一。世界發(fā)達國家，如日本，美國，環(huán)衛(wèi)保潔工作做的非常好，都是純機械化的。德國生產(chǎn)的凱馳KSM750型掃地機分為汽油驅(qū)動型和電瓶驅(qū)動型。汽油驅(qū)動型適合院落、停車場等戶外清掃作業(yè)；電瓶驅(qū)動型因其噪音低，污染小，適合室內(nèi)清掃作業(yè)。塵箱容積為40升，配合手柄和車輪，可以輕松被拉出，傾倒垃圾簡單易行。電瓶驅(qū)動型的優(yōu)點，（1）移動方便：向下輕壓手柄，可以輕松移動設備，配有堅固外殼及防護杠，防止非專業(yè)人員操作時對設備造成的損害。無級變速驅(qū)動根據(jù)清掃環(huán)境的不同，調(diào)整行進速度，即可獲得最佳的清掃效果，省時省力。（2）噪音低本機的外殼擁有吸收噪音的功效，精確地時間記錄表，刷毛采用V字型排列方式，大垃圾擋板使得本機具有非凡的清掃效果，對于像加油站之類的環(huán)保要求極高的場所，您也可以放心使用。
1.1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國從上個世紀六十年代以來開始研制生產(chǎn)路面清掃車，至今已有將近五十年的歷史了。但與發(fā)達國家相比，我國的路面清掃車不管是從清掃效果、技術(shù)水平還是從銷售規(guī)模上都還相差甚遠。目前我國生產(chǎn)路面清掃車的企業(yè)大概有30多家，其中中聯(lián)重科中標事業(yè)部、天津掃地王專用汽車有限公司和北京愛清清掃車制造有限公司等處于行業(yè)領先地位。
1.2 研究的主要內(nèi)容
通過對清掃裝置性能的改進可以提高清掃機的工作的效率，減輕環(huán)衛(wèi)工人的勞動強度，加速環(huán)衛(wèi)死角的清理，提高保潔效率。該設計的主要任務是完成對小型清掃裝置的設計，研究的主要內(nèi)容是清掃機構(gòu)和上料機構(gòu)設計，清掃工作由臥式滾刷完成。技術(shù)路線圖如圖1所示：
小型清掃裝置的設計
選題背景研究
確立研究方案及步驟
傳動機構(gòu)的設計
垃圾清掃滾筒的設計
垃圾收集轉(zhuǎn)運機構(gòu)的設計
設計成果
查閱相關(guān)資料了解國內(nèi)外行業(yè)現(xiàn)狀，初步認識清掃裝置
根據(jù)前面對于清掃裝置的了解確立研究方案
根據(jù)相關(guān)計算及技術(shù)手冊完成設計并繪制CAD圖紙
完成對小型清掃裝置的設計論文
圖1 技術(shù)路線圖
2 方案確定
2.1 設計方案的選擇
該方案設計的是小型清掃機清掃裝置。主要與自行車配套使用，運用于城市道路清掃保潔，它由車架、車輪、傳動機構(gòu)、垃圾收集轉(zhuǎn)運機構(gòu)、垃圾清掃滾筒組成，其中車輪的輪軸兩端分別連有軸承。車架連在軸承上，垃圾收集裝置由伸到地面且由輪軸帶動的掃地滾刷，通過輪軸帶動的內(nèi)運輸帶，與內(nèi)運輸帶聯(lián)動的外運輸帶和垃圾收集箱構(gòu)成。通過推動自行車，將動力傳至掃地滾刷和內(nèi)運輸帶，從而達到清掃地面垃圾并將清掃的垃圾通過內(nèi)、外運輸帶配合傳到垃圾收件箱。
2.2 清掃裝置工作原理介紹
清掃裝置主要由滾刷清掃機構(gòu)、上料機構(gòu)、傳動機構(gòu)、垃圾收件箱等組成。利用轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動作為驅(qū)動裝置，從而促使清掃工作的順利完成。如圖2所示。
圖2 清掃裝置原理結(jié)構(gòu)圖
1.軸 2.主膠帶 3.滾筒 4.帶輪 5.張緊輪 6.車輪7.軸 8.軸 9.滾刷 10.垃圾收集箱
采用臥式滾刷清掃機構(gòu)，其主要功能是對路面垃圾起清掃和拋起的雙重作用，使垃圾按拋物線軌跡運動。
上料機構(gòu)利用橡膠帶的物理特性，靠帶的彈性力運送垃圾。物料顆粒大，則帶的夾持力增大。采用雙帶互夾料原理，便于喂料和提升，適合各種形狀和尺寸的垃圾。
該機構(gòu)由一條主膠帶2和一條壓緊膠帶(帶輪上的膠帶)組成，主膠帶2由傳動滾筒3驅(qū)動，而壓緊帶沒有獨立的傳動裝置，它隨主膠帶2一起運行。主膠帶2由下端進料段、彎曲段、垂直段和上端出料段等組成。在下端進料段，主膠帶2和壓緊膠帶共同配合協(xié)作，將被滾刷9清掃并拋起的垃圾物誘導進入彎曲段。
當垃圾物進入彎曲段時與壓緊膠帶匯合，被壓緊膠帶壓緊并被覆蓋，通過主膠帶和壓緊膠帶的夾持力使垃圾物被包容在其中。當垃圾物被提升到上端出料段時，壓緊膠帶與主膠帶分開，繞過改向滾筒3進入返行分支，而垃圾物到達卸料端，進入垃圾箱10。主膠帶接著進入返行分支。
為了確保兩膠帶有足夠的張緊力，各自都設有張緊裝置。該上料機構(gòu)對各種形狀的垃圾物都適用，具有連續(xù)上料的功能，工作平穩(wěn)可靠。即使在垃圾物中斷給料的情況下也不會使夾持在垂直段的垃圾物從斷面中撤落下來。
3 傳動機構(gòu)設計
帶傳動的優(yōu)點是：適應于兩軸中心距較大的傳動；帶具有良好的彈性，可以緩沖、吸振，尤其是V帶沒有接頭，傳動平穩(wěn)，噪聲??；當過載時，帯與帶輪之間會自動打滑，可以防止其他零件因過載而損壞；結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護方便，成本低。所以選用V帶輪傳動。
3.1 V帶傳動的選型
（1）計算設計功率Pd
取自行車車重為25kg，主動輪轉(zhuǎn)速為600r/min，從動輪的轉(zhuǎn)速為300r/min，行進速度為1m/s，人推車時用的力為200N。功率P=FV=200×1=200W,根據(jù)傳動的功率P、載荷性質(zhì)和工作情況等確定設計功率。取工況系數(shù)KA=1.25，故Pd=KAP=1.25×200=250W。
（2）選擇帶型
根據(jù)Pd=250W，=600r/min,初選Z型。
（3）選取帶輪基準直徑dd1和dd2
取dd1=100mm，由公式得
dd2=dd1（1－）==196mm
取dd2=200mm。
（4）驗算帶速
===3.14 m/s
帶速合適。
（5）確定中心距和帶的基準長度Ld
初選中心距=300mm，符合
由式得帶長
=1079.3mm
對于Z型v帶選取基準長度Ld=1120mm，計算實際中心距
162.25mm
1250mm
所以
320.6mm
取320mm。
（6）小帶輪包角
＞
小帶輪包角合適。
（7）確定帶的根數(shù)Z
由dd1100mm，=600r/min查表得基本額定功率P1=600W，傳動功率的增量=80W；因=，包角修正系數(shù)=0.95，因Ld=1120mm，帶長修正系數(shù)KL=1.08，由式得
取Z=1。
3.2 V帶輪的設計
（1）V帶輪的設計基本要求
設計V帶輪時帶輪的結(jié)構(gòu)應力求簡單、易于制造，避免產(chǎn)生過大的鑄造應力；帶輪工作面應精細加工，以免帶過快磨損。
（2）V帶輪的材料
帶輪的材料主要采用鑄鐵，選擇常用材料HT200。
（3）V帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
兩帶輪均采用實心式。帶輪的結(jié)構(gòu)設計，主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結(jié)構(gòu)形式；根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸；帶輪的其他結(jié)構(gòu)尺寸可參照經(jīng)驗公式得出。隨即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應的技術(shù)要求等。帶輪的基準直徑為50mm，帶輪寬為30mm，長度為45mm，其他尺寸見圖3。
3.3 傳動軸的設計
軸的設計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位、固定和軸的制造工藝性等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)尺寸，包括軸各段的長度和軸徑的確定，以保證軸的工作能力和軸上工作可靠。
3.3.1 初步確定軸的最小直徑
根據(jù)材料力學知識，由軸所受扭矩的大小，初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)公式：
d= =103×=41.2mm
故取軸的最小直徑dmin=50mm。
圖3 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
3.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設計
首先，擬定軸上零件的裝配方案?？紤]軸上零件的固定和定位，以及裝配順序，確定了軸的結(jié)構(gòu)方案。傳動軸的結(jié)構(gòu)如圖4所示。
按工作要求，軸上所支撐的零件主要有滾動軸承，帶輪。
（1）軸端1與帶輪相連，故
（2）軸段2軸承相連，故
（3）軸段3起連接作用，根據(jù)實際需要，
（4）軸段4與軸承相連，故其
（5）軸段5與帶輪相連，
圖4 傳動軸的結(jié)構(gòu)
3.3.3 軸承的選擇
初步選擇滾動軸承。考慮到存在軸向力，而選用能承受軸向力的單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，確定選用30313型軸承。
3.3.4 零件的周向定位
軸的周向定位采用平鍵聯(lián)結(jié)。按已確定的各軸徑查手冊可得平鍵的截面尺寸，鍵槽用鍵槽銑刀加工，鍵長應比輪轂略短，且符合鍵的標準長度系列?？紤]到軸的直徑，軸端1處選取鍵的長度L為25mm，鍵寬b為9mm，鍵高h為7mm。
軸端5處選取鍵的長度為L為30mm，鍵寬b為14mm，鍵高h為9mm。
3.4 傳動軸的強度校核
（1）作出軸的簡圖，確定軸承的支點位置。
（2）將外載荷分解到水平面和垂直面內(nèi)。
水平方向
垂直方向
軸的扭矩為T=95.5×105×=3820
按計算結(jié)果作水平方向彎矩圖和垂直方向的彎矩圖以及扭矩圖。（如圖5）
圖5 扭矩和彎矩圖
已知軸的彎矩和扭矩,以及軸的截面分布圖可知軸的危險截面(因彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面)為帶輪連接段與軸承臺階的結(jié)合處。
因此對該面進行彎扭合成強度校核,按第三強度理論校核有:
通常有彎矩所產(chǎn)生的彎曲應力是對稱循環(huán)應力,而由于扭矩所產(chǎn)生的應力則常常不是對稱循環(huán)變應力.為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響,引入折合系數(shù)，則計算應力為
式中的彎曲應力為對稱循環(huán)變應力，而扭轉(zhuǎn)切應力為對稱循環(huán)變應力，??；因為零件為圓軸，所以彎曲應力為，扭轉(zhuǎn)切應力為，將和代入公式則軸的彎扭合成強度條件為
式中：——軸的計算應力，單位為
—軸所受的彎矩，單位為
——軸所受的扭矩，單位為
——軸的抗彎截面系數(shù)，單位為，計算公式由機械設計書有
—對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力，其值按《機械設計》表15-1選用。
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得=60。可知ca＜，故安全。
4 垃圾清掃滾筒設計
垃圾清掃機構(gòu)采用臥式滾刷清掃機構(gòu)，它的主要功能是對路面垃圾起到清掃和拋起的雙重作用，使垃圾按拋物線軌跡運動。
4.1 清掃滾筒的結(jié)構(gòu)設計
采用滾刷軸，即把滾刷鑲嵌在軸上，使其隨著軸一起轉(zhuǎn)動，那么接下來就是對軸進行設計了。
4.1.1 軸徑的確定
依據(jù)軸上的載荷不是很大的實際情況。軸段直徑的確定，通常根據(jù)軸所受扭矩進行初步計算，通過扭轉(zhuǎn)強度計算，初步確定軸的最小軸徑dmin，取dmin=20mm。
4.1.2 各軸段長度的確定
零件安裝在軸上，要有準確的定位。為保證結(jié)構(gòu)緊湊，軸的各段長度可根據(jù)軸上個零件的寬度和按經(jīng)驗確定的各零件之間的距離來確定。對于不允許軸向滑動的零件，零件受力后不要改變其準確的位置，即定位要準確，固定要可靠。為了保證定位可靠，與輪轂配合的軸段長度一般應比輪轂長度短2～3mm。選擇軸端長度為48mm。其左右兩端均勻軸肩定位。滾刷軸的結(jié)果如圖6所示。
圖6 滾刷軸結(jié)構(gòu)圖
按工作要求，軸上所支撐的零件主要有滾刷筒、滾動軸承，帶輪。
（1）軸端1與軸承相連，故
（2）軸段2起連接作用，根據(jù)實際需要，
（3）軸段3與滾刷筒相連，故
（4）軸段4與軸承相連，因為此處軸承承受兩端鏈輪作用，其承受的強度較大，故其
（5）軸段5起連接作用，根據(jù)實際需要，
（6）軸端6與帶輪相連，故
4.1.3 軸承的選擇
初步選擇滾動軸承?？紤]到存在軸向力，而選用能承受軸向力的單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，確定選用30313型軸承。
4.1.4 零件的周向定位
軸的周向定位采用平鍵聯(lián)結(jié)。按已確定的各軸徑查手冊可得平鍵的截面尺寸，鍵槽用鍵槽銑刀加工，鍵長應比輪轂略短，且符合鍵的標準長度系列?？紤]到軸的直徑，選取鍵的長度L為30mm，鍵寬b為14mm，鍵高h為9mm。
4.2 滾筒軸的強度校核
（1）作出軸的簡圖，確定軸承的支點位置。
（2）按扭轉(zhuǎn)強度條件計算
式中：——扭矩切應力，單位為MPa
——軸所受的扭矩，單位MPa
——軸的抗扭截面系數(shù)，單位
——軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min
——軸傳遞的功率，單位為KW；
——計算截面處軸的直徑，單位為mm
——許用扭轉(zhuǎn)切應力，單位為MPa
見表1。
表1 軸常用幾種材料的及值
軸的材料
Q35-A、20 15~25 146~126
Q275、
35(1Gr18Ni9Ti) 20~35 135~113
45 25~45 126~103
40Gr、
35SiMn38SiMnMo、 35~55 112~97
3Gr13
注：1）表中值是考慮了彎矩影響而降低了許用扭轉(zhuǎn)切應力。
2）在下列情況時，取較大值,取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷平穩(wěn)、無軸想載荷或只喲較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)、；反之，取較小值，取較大值。
作彎矩圖，分別按水平和垂直方向計算各力產(chǎn)生的彎矩。
水平方向
垂直方向
軸的扭矩為T=95.5×105×=7640
按計算結(jié)果作水平方向彎矩圖和垂直方向的彎矩圖以及扭矩圖，見圖7。
圖7 扭矩和彎矩圖
已知軸的彎矩和扭矩,以及軸的截面分布圖可知軸的危險截面(因彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面)為帶輪連接段與軸承臺階的結(jié)合處。因此對該面進行彎扭合成強度校核,按第三強度理論校核有:
通常有彎矩所產(chǎn)生的彎曲應力是對稱循環(huán)應力,而由于扭矩所產(chǎn)生的應力則常常不是對稱循環(huán)變應力.為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響,引入折合系數(shù)，則計算應力為
式中的彎曲應力為對稱循環(huán)變應力，而扭轉(zhuǎn)切應力為對稱循環(huán)變應力，取；
零件為圓軸
所以彎曲應力為，扭轉(zhuǎn)切應力為，將和代入公式則軸的彎扭合成強度條件為
式中：——軸的計算應力，單位為
——軸所受的彎矩，單位為
——軸所受的扭矩，單位為
——軸的抗彎截面系數(shù)，單位為，計算公式由機械設計表15-4有
—對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力，其值按《機械設計》表15-1選用。
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得=60?？芍猚a＜，所以安全。
5 垃圾收集轉(zhuǎn)運機構(gòu)設計
收集轉(zhuǎn)運機構(gòu)利用橡膠帶的物理特性、靠帶的彈性力運送垃圾、物料顆粒大，則帶的夾持力自動增大。采用的是雙帶互夾料原理，便于喂料和提升，適合各種形狀和尺寸的垃圾。垃圾收集轉(zhuǎn)運機構(gòu)采用的是平帶輪傳動。分為主膠帶輪和壓緊帶輪。
5.1 主膠帶的傳動設計
（1）計算設計功率Pd
主動輪轉(zhuǎn)速為300r/min，從動輪的轉(zhuǎn)速為200r/min，功率P為100W,根據(jù)傳動的功率P、載荷性質(zhì)和工作情況等確定設計功率。取工況系數(shù)KA=1.25，故Pd=KAP=1.25×100=125W。
（2）選擇帶型
根據(jù)Pd=125W，=300r/min,初選Z型。
（3）選取帶輪基準直徑dd1和dd2
取dd1=200mm，且dd1= dd2，所以dd2=200mm。
（4）驗算帶速
== =6.28 m/s
故帶速合適。
（5）確定中心距和帶的基準長度Ld
初選中心距=480mm，符合
由式得帶長
=1588mm
對于Z型v帶選取基準長度Ld=1600mm，計算實際中心距
243mm
0mm
所以
486mm
取480mm。
（6）小帶輪包角
由式得
＞
故小帶輪包角合適。
（7）確定帶的根數(shù)Z
由dd1200mm，=300r/min查表得基本額定功率P1=310W，傳動功率的增量=10W；因= ，包角修正系數(shù)=1；因Ld=1600mm，帶長修正系數(shù)KL=1.16，由式得
取Z=1根。
（8）橡膠帶寬度的確定
取橡膠帶的寬度為50mm。
5.2 主膠帶輪的設計
（1）平帶輪的設計基本要求
設計平帶輪時應使其質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要進行動平衡實驗；輪槽工作面要精細加工，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。
（2）平帶輪的材料選擇
帶輪的材料主要采用鑄鐵，選擇常用材料HT200。
（3）平帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
兩帶輪均采用實心式。帶輪的結(jié)構(gòu)設計，主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結(jié)構(gòu)形式；根據(jù)戴的截型確定輪槽尺寸；帶輪的其他結(jié)構(gòu)尺寸可參照經(jīng)驗公式計算。隨即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應的技術(shù)要求等。
5.3 壓緊膠帶的傳動設計
與主膠帶的傳動設計類似，設計原理基本一樣，膠帶寬度是一樣。與主膠帶不同的是，壓緊膠帶沒有獨立的傳動來源，是靠主膠帶的帶動而進行轉(zhuǎn)動的。
（1）計算設計功率Pd
主動輪轉(zhuǎn)速為300r/min，從動輪的轉(zhuǎn)速為200r/min，功率P為100W,根據(jù)傳動的功率P、載荷性質(zhì)和工作情況等確定設計功率。取工況系數(shù)KA=1.25，故Pd=KAP=1.25×100=125W。
（2）選擇帶型
根據(jù)Pd=120W，=300r/min,初選Z型。
（3）選取帶輪基準直徑dd1和dd2
取dd1=200mm，且dd1= dd2，所以dd2=200mm。
（4）驗算帶速
== =6.28 m/s
故帶速合適。
（5）確定中心距和帶的基準長度Ld
初選中心距=480mm，符合
由式得帶長
=1588mm
對于Z型v帶選取基準長度Ld=1600mm，計算實際中心距
243mm
0mm
所以
486mm
取480mm。
（6）小帶輪包角
由式得
＞
小帶輪包角合適。
（7）確定帶的根數(shù)Z
由dd1200mm，=300r/min查表得基本額定功率P1=310W，傳動功率的增量=10W；因= ，包角修正系數(shù)=1；因Ld=1600mm，帶長修正系數(shù)KL=1.16，由式得
取Z=1根。
（8）橡膠帶寬度的確定
取橡膠帶的寬度為50mm。
5.4 壓緊膠帶輪的設計
與主膠帶輪的設計基本類似。
（1）平帶輪的設計基本要求
設計平帶輪時應滿足的基本要求是：質(zhì)量?。唤Y(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡；輪槽工作面要精細加工，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。
（2）平帶輪的材料選擇
帶輪的材料主要采用鑄鐵，選擇常用材料HT200。
（3）平帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
兩帶輪均采用實心式。帶輪的結(jié)構(gòu)設計，主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結(jié)構(gòu)形式；根據(jù)戴的截型確定輪槽尺寸；帶輪的其他結(jié)構(gòu)尺寸可參照經(jīng)驗公式計算。確定了帶輪的各部分尺寸后，即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應的技術(shù)條件等。平帶輪滾筒的長度為50mm，直徑為30mm。
6 結(jié)論
本次設計中，從經(jīng)濟和實用兩方面著手，采用了v帶輪傳動和臥式滾刷清掃機構(gòu)。但是由于該裝置的內(nèi)部設計的復雜，且整個設計過程所能收集到的理論資料較少。因而有部分設計還不完善，在以后的學習生活中會多加留意，力求設計出體型更小、清掃效率更高、價格更加實惠的清掃裝置，為我國環(huán)衛(wèi)保潔事業(yè)奉獻一份力量。
【參 考 文 獻】
［1］ 陳曉勇.環(huán)衛(wèi)保潔清掃自行車臥式滾刷清掃原理［D］.四川.西南科技大學.2005，1～3
［2］ 陳曉勇.保潔自行車后軸結(jié)構(gòu)設計［D］.四川.西南科技大學．2004，1～3
［3］ 王大康,盧頌峰.機械設計課程設計[M].北京工業(yè)大學出版社.第二版.2010.
［4］ 李秀珍.機械設計基礎(少學時)[M].北京:機械工業(yè)出版社.第四版.2005.
［5］ 孫桓,陳作模.機械原理［M］.北京:高等教育出版社．第七版．2006.
［6］ 李計剛.皮帶輸送機清掃裝置的改進[J].中國設備工程2008(3):33.
［7］ 李萬生.介紹一種簡易的輔助清掃裝置[J].中國乳品工業(yè)，1992（20）：2.
［8］ 劉興.普通帶式輸送機清掃裝置使用分析[J].煤礦機械,2002(11):56.
［9］ 葛恒安.國內(nèi)路面清掃車行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].建筑機械化,2004.11.
［10］ Aufbereitungs-Technik，1983,Nr.1,P28～37；1982，Nr.11,P631～644；1975，Nr.11，P614～616
致 謝
畢業(yè)設計是在導師李老師的悉心指導下才得以完成的。李老師嚴謹踏實的治學態(tài)度、誨人不倦的育人精神、誠懇待人的職業(yè)風范將令我終身難忘，我亦從中受益匪淺。
我要感謝曾經(jīng)給我上《機械設計基礎》課程的胡老師及所有機械教研室的老師們。如果沒有您們的教導，對于該畢業(yè)設計我還真無法著手。當我完成畢業(yè)設計的最后一個環(huán)節(jié)時，涌上心頭的不是成功的欣喜，而是源自心底的誠摯謝意。首先我要感謝我的導師李幽雅老師，對我的構(gòu)思和設計的內(nèi)容不厭其煩指點。她嚴謹踏實的治學態(tài)度、誨人不倦的育人精神是我工作和學習中的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。其次我要感謝我的老師和同學們。從遙遠的南方城市來到這個陌生的城市里，是你們給與了我一份家的溫暖。也是由于你們的幫助和支持，我才能克服眼前的困難，直至本設計的順利完成。再次我要感謝答辯組的各位老師對我的指導和教誨。
“光陰似箭，日月如梭”，轉(zhuǎn)瞬間，四年的大學生活就要結(jié)束。此時我的心中感慨萬千，從開始選題到查詢資料再到論文的順利完成，得到了許多可敬的師長、同學、朋友給予的無私幫助，在此請接受我最誠摯的祝福和謝意！
附錄1 相關(guān)英文文獻
附錄2 英文文獻中文譯文
電氣控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計
清洗裝置
摘要：電氣控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)縱向軸流式清洗設備測試床設計計算機輔助測試技術(shù)的基礎上。該系統(tǒng)可以收集實時數(shù)據(jù)，及時調(diào)整參數(shù)，操作簡單，為實驗研究提供可靠的數(shù)據(jù)清洗裝置。實驗結(jié)果表明，數(shù)據(jù)清洗裝置是具有提高重大實驗研究指導，設計和制造的清洗設備。
關(guān)鍵詞：縱向軸流；清潔空氣和屏幕設備；電氣控制；采集系統(tǒng)
1 導言
空氣和屏幕清洗裝置是聯(lián)合收割機的一個重要部分，從而直接影響機器的工作性能。因此，清洗裝置的性能研究具有重要意義。但現(xiàn)實條件是多種多樣的，由于田間作業(yè)季節(jié)性強和重復性差，一些實條件不能在該領域繼續(xù)，因此，有必要發(fā)展清潔測試床，用于模擬和重現(xiàn)清洗的全過程，取得關(guān)鍵的性能和工作參數(shù)components.Traditional測試方法采用實驗模擬儀器和模擬記錄設備設備，其測量精度和測試效率非常低，無法滿足清洗要求試驗周期長，參數(shù)多，大量的數(shù)據(jù)實時采集[1-3]。為了得到更好的清洗測試結(jié)果，采用電腦測試技術(shù)和電子控制技術(shù)介紹實驗實現(xiàn)清潔測試自動化數(shù)據(jù)采集和測試過程，來提供機械科研收獲清洗裝置性能的研究方法。
2 清洗設備的完整結(jié)構(gòu)試驗臺
清洗裝置試驗臺是由喂養(yǎng)模擬裝置、框架、離心式風機調(diào)整機制、橫流風機和調(diào)節(jié)機
振動篩框、篩選、穿梭板、傳動齒輪、采取行動鍋、風速傳感器、集成的控制臺、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、扭矩傳感器、電機等組成。結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)參數(shù)和運行參數(shù)，可以滿足軸流清洗設備的測試要求調(diào)整篩曲柄半徑、曲柄轉(zhuǎn)速、離心風機傾角、風扇轉(zhuǎn)速、風扇的位置、振動篩的傾斜度、穿梭板的長度和更換篩片等不同類型。試驗臺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1.清洗裝置試驗臺的總裝配圖
1電氣柜；2主題儲物盒；3離心風機；4離心風扇電機；5離心風機；6調(diào)速電機；7穿梭板；8曲柄連桿；9喂養(yǎng)模擬設備；10上的振動篩；11下振動屏；12放電糧食輥；13主框架；14采取行動鍋；15橫流風機；16橫流風機電機；17橫流風機框架
3 設計的電氣控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
電氣控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)試驗臺的設計可以收集實時數(shù)據(jù)環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、風扇轉(zhuǎn)速、風扇扭矩、風扇的電源、進給速度、振動篩軸、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩振動屏幕轉(zhuǎn)軸和屏幕表面風速等；通過操作柜可以實時控制系統(tǒng)的大小和屏幕的振動頻率、風扇振動開關(guān)轉(zhuǎn)速、進給速度等?？刂圃碇麟娐穲D如圖2、3所示。
圖2.清洗裝置試驗臺的控制原理圖
圖3.清洗裝置試驗臺的主要電路圖紙
A.硬件系統(tǒng)
測量和控制硬件系統(tǒng)清洗裝置試驗臺包括扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速傳感器、風速傳感器、環(huán)境溫度傳感器、濕度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、變頻器、集成控制臺、PLC和變頻調(diào)速電機、工業(yè)控制計算機、打印機等，其成分為如圖4所示。
清洗裝置試驗參數(shù)應測量如下：喂輥速度、離心風扇的轉(zhuǎn)速和扭矩、離心式風機的出風口角度、橫流鼓風機轉(zhuǎn)速和扭矩、曲軸轉(zhuǎn)速和扭矩、偏心、振動篩傾角、振動屏幕幅度等參數(shù)。偏心，離心式風機出口傾角和振動篩可以測量，其余的參數(shù)都可以通過傳感器直接輸入計算機。
圖4.清洗裝置數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的測試床
轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩測量由北京西中航機電技術(shù)有限責任公司的CYB-803S型扭矩傳感器測定，如圖5所示。通過計算機軟件對轉(zhuǎn)矩和速度的實時數(shù)據(jù)采集，為功耗的研究、實驗條件設置和調(diào)節(jié)它提供了有利條件。
氣流速度傳感器是上海NaHua科技有限公司制作的，如圖6所示。支撐框架篩子，成為一個有機的整體，從距離屏幕表面的氣流速度傳感器可（0?100毫米）測量氣流速度在上面和下面的篩分。 20個測量點完全設計在整個篩分上，即風速傳感器的數(shù)量是20，它可以完成多點氣流速度一次測量，研究清潔室內(nèi)空氣流場數(shù)據(jù)可以直接通過采集系統(tǒng)收集。
PLC選用西門子S7-200系列，通過串行端口連接到工業(yè)PC機，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速由傳感器經(jīng)輸出信號的脈沖信號調(diào)節(jié)后送可編程控制器（PLC），進行實時監(jiān)測，將測量所有的工業(yè)數(shù)據(jù)經(jīng)計算機存儲，實時顯示和處理，計算機遠程監(jiān)控測試平臺的工作過程中得以實現(xiàn)。
圖5.轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器圖
圖6.氣流傳感器
B.軟件系統(tǒng)
1）PLC數(shù)據(jù)采集部件
扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖信號通過空調(diào)后進入PLC，利用PLC內(nèi)置（HSC）的高速計數(shù)器進行計數(shù)。 S7-200西門子PLC具有6個高速計數(shù)器（HSC）。其中HSC3為轉(zhuǎn)速脈沖計數(shù)，HSC5扭矩脈沖計數(shù)，在應用程序中設置的值和狀態(tài)位是需要操作的控制位，當前值。
采樣時間由PLC時序中斷獲得。時間間隔定時器T0間隔中斷范圍1?255ms，根據(jù)應用程序的大小， PLC的掃描周期約5?10毫秒，所以采樣時間不應少于為10ms，與此同時，在最低轉(zhuǎn)速，每次采樣時間應不小于10個脈沖，確保測量精度。定時時間大小影響測量精度和實時性，準確性是較高的時間較長，但真正的時間是較差。抽樣該系統(tǒng)時間T0取在100毫秒，以確保測量精度，計算發(fā)生在3倍的總和采樣時間，即在0.3秒計算的計數(shù)值。速度測量計算在每周60脈沖：
(1)
注：：轉(zhuǎn)速，r/min；：程序三次轉(zhuǎn)速脈沖總數(shù)值。
同理扭矩：
(2)
注：M：扭矩N·m；F：當前輸出頻率；N：扭矩測量范圍500N·m；：三次轉(zhuǎn)矩脈動的數(shù)值；：零扭矩輸出頻率；：全方位運行的輸出頻率。
2）PLC通訊零件
PLC串行狀態(tài)，收到PC機的讀取命令后，轉(zhuǎn)換到發(fā)送狀態(tài)，變量的存儲區(qū)域的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到PC，PLC脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應轉(zhuǎn)速和扭矩值后，存放在一直在接受變量的固定的存儲區(qū)。考慮到收發(fā)器開關(guān)有一定的時間間隔，所以系統(tǒng)定時中斷產(chǎn)生5ms的延遲時間再次發(fā)送。 PLC的通信服務流程如圖7所示。
圖7.與PLC通信的流程圖
3）監(jiān)測工業(yè)電腦零件
此基礎上該軟件的主要功能：PLC串行通訊方式，可承接數(shù)據(jù)采集，顯示，存儲和負載轉(zhuǎn)速振動篩，速度和扭矩和扭矩風橫流風機，離心風機，速度和轉(zhuǎn)矩速度快，環(huán)境溫度和環(huán)境濕度，數(shù)據(jù)格式存儲XML和XLS。
軟件的運行狀況
硬件要求：CPU奔騰III800M以上，內(nèi)存不小于64M，運行內(nèi)存1G 以上。經(jīng)營系統(tǒng)：操作系統(tǒng)需要Windows2000或Windows XP。
該軟件是綠色的裝卸，復制到磁盤或干脆刪除。
軟件的主界面：檢測軟件使用可見編程語言，探測器軟件的主界面在圖8所示。
圖8.Data收購和清洗裝置試驗臺的控制系統(tǒng)主界面
4 結(jié)論
電氣控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)清洗裝置試驗臺通過計算機實時數(shù)據(jù)收集，實時調(diào)整參數(shù)設計。通過電氣控制和數(shù)據(jù)采集可以實時收集環(huán)境數(shù)據(jù)溫度、濕度，風扇轉(zhuǎn)速，風扇轉(zhuǎn)矩，風機功率，進料速度，轉(zhuǎn)速振動篩軸，振動篩軸的扭矩，屏幕表面風速等，通過操作可以控制振動大小并進行實時切換屏幕振動頻率，風扇轉(zhuǎn)速，加料速度等。通過實驗表明，所設計電動控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)清洗設備測試床是卓越的精度和可靠性，容易操作，調(diào)整方便，提供了一個基礎軸流在清洗設備的設計和實驗研究未來。
參 考 文 獻
［1］ 易淑娟,李敏,陳萌.計算機數(shù)據(jù)ition在THRESH GRA系統(tǒng)和stallation的分離[J].農(nóng)業(yè)機械日志.2005.P99?103.
［2］ 季彬彬,陳進,李耀明.設計和測試重新搜索數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于THRE盛和分離聯(lián)合實驗設備研究[J].測量和控制技術(shù)雜志.2004（6）.P92?94.
［3］ 徐麗章,李耀明,張立功等.發(fā)展軸流脫粒和清洗單位的試驗床[D].中國農(nóng)業(yè)機械.2002.P85?88.
附圖1 總裝配圖
附圖2 軸
附圖3 張緊輪
附圖4 平帶輪
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