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1、海南大学毕业论文（设计）题 目： 液压式马路栅栏清洗器学 号： 20150581310062姓 名：黄南林年级：15级学 院：机电工程学院系别：机械类专业：机械设计制造及自动化二班指导教师：梁栋完成日期： 2018 年 4月15 日21* 410(2-2)清洗器总装配图1.电动机2.导水管3.液压缸4.带轮5.蓄水层6、10.水平直线运动副7.转动轴8.毛刷9.箱体2.3设计要求1、首先，要理解这个液压式马路栅栏清洗器的原理及其设计要求。2、并且要考虑是否与生产、使用等实际情况符合。3、设计成本不能太高。4、设施体积和重量都不能太大，但其强度必须要满足要求。5、要求设备的操作要简单且方便，效率
2、也要高。2. 4产品的优劣势由于毛刷的柔软性及能够左右移动的性能使其能够清洗一些高低不规则的护栏。这一装置可以适用于很多场合，在零件的拆卸上简略明了，在维护方面也比较便利，且在工作时操作变得更加简单，还可以按照工作时的需求来调理清洗的初始宽度。因为其是封闭式清洗设备，用的喷头也是喷洒式的，所以大大的减少了灰尘的扩散和所用水溅射。而且因为使用的是液压式控制系统，其噪音也很大程度的降低了。3设计计算3.1主箱及刷子的设计计算经过网上查阅资料及身边现场的勘察可知道马路上的栅栏高度一般为1米，而一些公关场合的栅栏也为1米或1米以下。所以我初定的清洗箱为长0.6米，宽0.3米，高1.5米的闭合铝合金长方
3、体箱子。上半部0.3m用来放置动力传动装置，而下面1.2m则用来安装清洗装置。至于毛刷的设计，因为毛刷的材料很大程度上决定了刷具的去污能力，对栅栏洗刷的效果影响很大。而我们不仅要考虑选用材料的耐磨性，还要考虑该材料的成本。所以综合这些要求，通常会选择成本低但耐磨性好的材料。在日常生活中比较常见的材料有棉布、尼龙、塑料。经过查阅资料，本实验对这三种材料进行了一个比较全面的对比。其中棉布不容易固定，在旋转过程中容易脱落，而且不耐摩擦，容易破损，使用寿命非常的短。如果使用塑料的话，因为其柔性比较低，旋转过程中与栅栏摩擦时会刮损栅栏的漆面。相对来说，该清洗装备选用尼龙材料比较适合。用尼龙丝来做毛刷，不
4、仅耐磨，也因为其良好的柔性和较大的摩擦系数，使其在工作时能更好的清洁栅栏。而且尼龙材料在我国是一种相当廉价的工业材料，在日常生活中我们很容易就能找到。所以根据毛刷的工作需求，选择使用用尼龙材料做成的尼龙丝，并将其均匀分布在旋转轴上，尼龙丝之间的间隙为0.5cm,其弹性模量E=6xl0MPao接下来需要计算出一个毛刷上的尼龙丝总数N,我先利用整个轴的长度和尼龙幺幺灯径及分部间隙算出一个轴分层数目，然后再根据轴的直径和尼龙丝直径及分布间隙求出每层的尼龙丝个数，进而算出No具体计算如下：选用内径巾=6cm的旋转轴,而轴的长度L=100cm,尼龙丝的直径d=0. 2cm,以间隙0. 5cm分布在其上.
5、且每个尼龙丝层也相隔0. 5cm.每根尼龙丝长度为7cm.则设轴的圈上尼龙丝的个数n,那么d + 0.5如果旋转轴上分布的尼龙丝层数为f,则f= L =143d + 0.5那么尼龙丝的总个数为N = nxf = 27x143 = 3861在毛刷进行旋转工作时，清洗栅栏的尼龙丝发生变形，其变形如下图3-1所示:(3-1)其中最大变形时，栅栏和旋转轴中心的距离为8. 5cm o 即0A=0C=10cm, 0B=8. 5cm。如果假设在这一瞬间发生变形的尼龙丝个数N。则, 2arccos-)*0 = 682取任意一根尼龙丝作为研究对象，如下图3-2 :(3-2)可假设尼龙丝是一个悬臂梁，在自由端受集
6、中力F作用，可用挠度公式求解尼龙丝所受的力F1,由*可知O业件6EI x (3乙d)(3-a)xa经查资料可知所用尼龙丝66的转动惯量查阅可知E = 6x103 MP, =6xl09己知 L = OAm; a = 0.085m; 69 = 0.105m 所以次切 0.105x6x6xl()9x7.85x=L9N1 (3L q) x 疽(3 x 0.1-0.085) x 0.0852设想尼龙丝在与栅栏相接触的过程中，都发生了最大变形，那么在一根旋转轴上，参与变形的尼龙丝个数N与F1之积为一个旋转轴刷洗装置所要的工作量，电动机驱动旋转轴旋转,所提供的径向力，则总的径向力为F =1.9 x 682
7、=1295此时旋转轴的力矩M = Fxa = l 295.8 x 0.085 = 11ON 初3.2电动机的计算己知道旋转轴的力矩M = 110Nm,而旋转轴由电动机带动。整体设备中一个电机需要带动两个旋转轴，设电机所需的力矩为T,则M = 2T,所以经查看，最终选择型号为Y80MI-4Z的大力距电动机，其功率为尸= 0.55如V,马力为0.75hp,额定电流为/额=1.5A,额定转速为额=1390 r/min ,效率可达73%,重量为K = 17kg。其图如下3.3io(3-3)电动机图3. 3带轮转动的设计及计算在考虑电机的输出轴与旋转轴输入轴的传动方式时，则选择使用带轮传动。带条则选用市
8、场上常用的传送带。而关于带轮的选用，本实验则设计小带轮即旋转轴所用的带轮d=7cm,大带轮即电机所用带轮为D=14cm。两个带轮间的实际传动比为i=D/d=2.这样的传动比使得工作轴的转速不会太高从而大大的降低了毛刷与护栏的撞击力度。如此一来就大大的延长了毛刷的使用寿命。由于需要和液压控制系统进行配合，所以还需要设计d=7cm的齿轮。电动机的输出功率为命，则务=Pxtj = 0.55 x 73 % = OAN.m电动机的转动速度为V,则V = n额 xr/ = 1390 x73% = 1015 r/min = 17 r/s本实验已选定小带轮为d=7cm,则传送带带速% =kxxd = 17xx
9、0.07 = 3.7 r/s3.4液压控制系统的分析及计算就本专业所学的来说，一个完整的液压系统共有五个基础部分组成：动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。经过不断的查阅资料，将本设计的装置的要求和众多液压系统进行了比较，最终选择了顺序阀控制的顺序动作回路液压系统。如下图，其包括了油缸，单向顺序阀，换向阀，手柄式开关，溢流阀,定量泵。当然还有一些较小的元件。上面已经说了该装置所选择的是顺序阀控制的顺序动作回路液压系统。因为控制的方式不同，所以可分为行程控制和压力控制两种控制方式。顺序动作回路液压系统图如下图3-4：3W I（3-4）液压系统图1 .油缸1 2.油缸2 3.单向顺序阀1
10、 4.单向顺序阀25.换向阀7.溢流阀8.定量泵其中的行程控制顺序动作回路如下：就我们所知，使用工作压力变动进而操控执行元件的运动是液压系统独有的操控方式。而且压力控制相对而言是相当灵敏的，并且整个装置的组装也比较容易；不过就是因为这种控制方式的可靠性和执行元件的位置精度都不算太高，使得这种方式受到了很多限制。如上图3-4所示，当把换向阀5左边接入回路时，液压油的流通让顺序阀3的压力不断上升，当其超过活塞的工作额定压力时，顺序阀3将会关闭，这使得压力油通过通过管道流进油缸2的左腔，这个时候油缸2的活塞将向右运动。活塞运动结束后，管道内的液压油压力升高使得顺序阀3打开，液压油由管道流进油缸1的右
11、腔，经过顺序阀4的单向阀进行回油，从而实现了活塞向左运动的动作。同理可知，当换向阀5右边接入回路并且顺序阀4的调定压力超过油缸活塞运动的额定压力的时候，顺序阀4就会关闭，液压油则通过管道进入油缸1的左腔，而油缸1的右腔经过顺序阀3的单向阀进行回油，实现活塞向右运动的动作,同理可知此时油缸2的活塞向左运动。因此这种液压回路的控制方式常见于那些有较少油缸数目并且工作时阻力波动性不高的机械。所以本是实验选择了压力控制的顺序阀控制的顺序动作回路液压系统。液压系统的设计参数如下表3-5：参数数值工作时的轴向切削力（N）1295.8传动轴重量（N）500快速进给、快速回退速度（m/s）0.1工做进给速度（
12、m/s）0.6快进行程（nini）50工进仃程（nun）70切换快进快退所需时间（s）0.05导轨材料静摩擦系数0.2导轨材料动摩擦系数0.1液压系统效率0.95(3-5)3. 5整个系统的工况：3. 51工作负载工作负载为整个转动轴，当转动轴转动时，径向力= 1298 .5N3. 52惯性负载已知加减速的时间为0.05s,快进、快退的速度为O.lm/s,所以其最大惯性负载为=mx= X= 102Am9.8 0.053. 53摩擦负载在本实验中的摩擦负载主要在于导轨的材料，所以其静摩擦力为& = /； X G = 0.2 X 500 = 100 N其动摩擦力为鸟 2=xG = 0.1x500
13、=50N液压系统在不同工况下的负载如表3-6,其单位为N：液压缸工况当前工况下的负载组成液压缸起动F = Fn液压缸加速到快进FT/%液压缸快进液压缸工进液压缸反向起动F = F,液压缸加速到快退F = F+F“,快退f = f2负载值的计算结果F液压缸的推力U = F/ri1001051521605052.61348.51419.51298.51366.81521605052.6(3-6)3. 54液压系统的主要参数因为箱体框架的原因，液压缸选择内径DWcm,所以液压缸底部面积S = 7T - =1.97x103n?由表3-2可知液压系统在不同工况下的最大负载压力为1419. 5N,其余的负
14、载均较小，所以为了满足液压系统工作时的压力，其液压缸的工作压力为P = & = I。 = 0.72MPaS 1.97乂10一3根据液压缸的通常要求可知，活塞直径即液压缸内径D和推杆直径d的关系是:d = 0.707D,所以d = 5 x 0.707 = 3.53cm液压缸有杆腔时的实际面积为液压缸无杆腔时的实际面积为 顼= 0.98x10-3”2则液压系统在不同工况下的最大流量为q快进 彳盅)*% =(1.96x10_3-0.98x10-3)x0.1=9.8x10-5L/sq快退=盅 =0.98x10 3 x0.1 = 9.8x10 5 L/sq工进=A X 岭=1 .96 X10-3 X 0.6 = 1 . 176 x 103 L/sq停止=o所以该液压系统的最大流量为4 = 1.176x10。！。3. 55液压零件的选择
