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目錄
第一章 研究背景及發(fā)展概況‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1
一 研究背景‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1
二 發(fā)展概況‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1
1 成型產(chǎn)品介紹‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
2 技術(shù)差距‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
第二章 課題分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
一 工作原理及主要機(jī)構(gòu)‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
二 設(shè)計要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
三 方案討論‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
1 底盤選用及整體布局方案‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 12
2 傳動方案‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
3 運(yùn)動機(jī)構(gòu)方案‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥22
4 糾偏系統(tǒng)方案‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥22
第三章 設(shè)計計算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥25
一 刷箱及刷子的設(shè)計計算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥25
二 液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥29
1液壓馬達(dá)的選用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥30
2 液壓缸的選用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥30
3 液壓泵的選擇‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥32
4鏈傳動設(shè)計計算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥33
三 供水系統(tǒng)設(shè)計‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥35
四 油箱設(shè)計‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥36
五 擬定液壓系統(tǒng)執(zhí)行方案‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥39
結(jié)論‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥41
設(shè)計體會‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥41
致謝‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥42
參考文獻(xiàn)‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥43
第一章 城市道路護(hù)欄清洗車的研究背景發(fā)展概況
一 研究背景
管理設(shè)施作為交通管理工作的重要組成部分，是一個城市的經(jīng)濟(jì)、文化、市容、市貌等方面綜合體現(xiàn)的窗口，它標(biāo)志著一個城市管理水平的高低。
現(xiàn)在由于城市內(nèi)車輛的巨增，在如今繁忙的公路交通中，公路護(hù)欄無疑發(fā)揮著重要的作用，而它的作用不僅在于維持良好的交通秩序，提高公路交通的安全性，也是城市景觀的重要組成部分。人類對街道環(huán)境的要求越來越高，為了廣大市民出行安全，相關(guān)部門用各種護(hù)欄把城市的機(jī)動車道和非機(jī)動車道人行道分隔開來，然而隨著大量護(hù)欄的出現(xiàn)清洗護(hù)欄的工作成為主管部門傷腦筋的問題。已往一些城市是采用人海戰(zhàn)術(shù)，公益性勞動，通過部隊、學(xué)校、機(jī)關(guān)單位來解決的，可現(xiàn)今用這種方法已經(jīng)行不通了，如今是市場經(jīng)濟(jì)時代，大規(guī)模經(jīng)常性的公益活動不可能經(jīng)常進(jìn)行的，所以只能雇工擦洗，雇工擦洗問題很多，費(fèi)用也高，并且擦洗效率極低，勞動強(qiáng)度高。更重要是不安全，由此看來護(hù)欄的擦洗是一個極待解決的問題。
清掃車的市場前景
隨著道路里程的不斷增加、人流車流的增大，道路垃圾越來越多，用人力清掃很難完成。隨著國內(nèi)道路的不斷發(fā)展，機(jī)械化養(yǎng)護(hù)已經(jīng)成為一種必然，護(hù)欄清掃車作業(yè)方便，清掃效率高，除塵效果好，故護(hù)欄清掃車的需求呈現(xiàn)一個快速的增長態(tài)勢。
二 發(fā)展概況
1成型產(chǎn)品介紹
1.1目前國內(nèi)已經(jīng)有成型的產(chǎn)品上市，比如北京澤通科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的公路護(hù)欄清洗車，對公路隔離欄進(jìn)行清洗時，護(hù)欄兩側(cè)同時擦洗。可對最高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。可按護(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。 作業(yè)時可同時兩次刷洗，三次噴水一次清洗劑，潔凈度可達(dá)到85%。它的操縱部分采用人性化的設(shè)計使操縱更加方便。作業(yè)時由駕駛員一人同時完成駕駛與操作，方便，簡潔，降低了作業(yè)成本。它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是掛接在灑水車上的，在更換執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，只須旋轉(zhuǎn)齒輪柄，就可以很方便的將執(zhí)行機(jī)構(gòu)滑出。它的水系統(tǒng)采用高壓雙聯(lián)泵，使刷洗和高壓水槍能同時工作，從而保證了清洗的質(zhì)量。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。還有北京科力威清潔機(jī)械廠生產(chǎn)的BXH5040TQX型城市護(hù)欄高速清洗車。
BXH5040TQX型清洗車是新一代多功能公路設(shè)施清洗設(shè)備。它可全自動高速的擦洗城市道路各種型式的隔離護(hù)欄。適用于城市道路隔離護(hù)欄、道路兩側(cè)墻體的刷洗；根據(jù)用戶需要加裝高壓水泵、水槍，還可適用于沖刷城市小廣告和刷洗城市雕塑等。
BXH5040TQX型城市護(hù)欄高速清洗車
主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：
底盤型號 BJ1049V9JW6-A 發(fā)動機(jī)型號 BJ491EQ2
噴水系統(tǒng) ZMB240 副發(fā)動 492Q
水箱容積 1.76m3 外形尺寸 5910×2045×2380(mm)
刷洗速度 2-8（km/h） 清洗系統(tǒng) 滾刷4個
滾刷高度 300-1500（mm） 噴嘴 狹縫式噴嘴
刷洗寬度 0-200（mm） 滾刷轉(zhuǎn)速 800-1200（r/min）
1.2 還有另外一種護(hù)欄清掃車如圖
1.2.1結(jié)構(gòu)特點
護(hù)欄清洗車由底盤、水罐、清洗液水箱、橫向水平伸縮機(jī)構(gòu)、垂直舉升機(jī)構(gòu)、柱刷及驅(qū)動機(jī)構(gòu)、液壓傳動及控制系統(tǒng)、水路系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成，其外形見圖
1.2.2底盤
該車采用載重為2.75 t的東風(fēng)EQ1061G2D2汽車底盤改制而成，取力器的離合采用推拉軟軸控制，伸縮機(jī)構(gòu)手柄、舉升機(jī)構(gòu)手柄、水泵控制手柄及柱刷控制手柄均集中分布在駕駛室內(nèi)
1.2.3水罐及清洗液水箱
水罐為鋼板焊接件，設(shè)計最大容積為3 ，額定容積為2.3 ，其橫斷面為橢圓形。罐體前左側(cè)呈凹狀缺口，利于安裝垂直舉升機(jī)構(gòu)及柱形毛刷。罐內(nèi)焊接有三道防波板，以減少囡行駛時水流對罐壁的沖擊力。在水罐后頂部設(shè)有人孔及爬梯，以方便對罐體內(nèi)部檢修及清洗工作。水罐內(nèi)部還涂有防銹涂層，以減少水對罐體腐蝕。清洗液水箱利用不銹鋼板焊接而成，能有效避免清洗劑本身對金屬的腐蝕。箱內(nèi)設(shè)計有防波層，其設(shè)計容積為0.1 。
1.2.4各種功能機(jī)構(gòu)
護(hù)欄清洗車功能裝置結(jié)構(gòu)如圖
1）水平伸縮機(jī)構(gòu)
該機(jī)構(gòu)用于調(diào)整柱刷與被清洗護(hù)欄(板)所需的適當(dāng)距離，其結(jié)構(gòu)包括水平固定臂、活動臂及伸縮油缸，在其活動臂外端上方安裝了舉升機(jī)構(gòu)。
2）垂直舉升機(jī)構(gòu)
該機(jī)構(gòu)用于調(diào)整柱刷與被清洗護(hù)欄的洗刷高度，以達(dá)到清洗的雖佳效果。其結(jié)構(gòu)包括垂直固定塔臂、話動塔臂及舉升油缸，在恬動塔臂之上固定有支承柱刷機(jī)構(gòu)的托架。
3）柱刷及驅(qū)動機(jī)構(gòu)
清洗用的柱刷為高強(qiáng)度的絲狀聚合物制成，柱刷直徑在不工作時為4OO mm ，工作狀態(tài)時達(dá)到1 000mm，柱刷長度為1 700 mm，設(shè)計柱刷轉(zhuǎn)速為120～250 r／min。柱刷根據(jù)工作需要可以順轉(zhuǎn)，也可以逆轉(zhuǎn)，柱刷上下往復(fù)運(yùn)動距離為600 mm，橫向伸縮距離為700 mm。柱刷驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝于支承柱刷機(jī)構(gòu)的托架之上，由液壓馬達(dá)驅(qū)動。柱刷及托架的撓性連接是通過浮動彈簧來實現(xiàn)的．當(dāng)柱刷遇到障礙物(如較突出的欄桿)時，該機(jī)構(gòu)具有避讓功能。柱刷的工作轉(zhuǎn)速可通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)柱刷馬達(dá)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，節(jié)流闊旋扭順時針為減速，逆時針為升速。
1.2.5 液壓傳動及控制系統(tǒng)
液壓傳動及控制系統(tǒng)是該車的核心部分，它的動力是由底盤通過取力器及萬向傳動軸驅(qū)動雙聯(lián)油泵提供。雙聯(lián)油泵由大泵和小泵組成，分別給兩個獨立的液壓回路提供液壓能：大泵、水泵控制閥及水泵馬達(dá)、節(jié)流閥組成水泵傳動及控制回路；小泵、多路分配閥、柱刷馬達(dá)、水平伸縮油缸、垂直舉升油缸等組成柱刷滾動及移動回路。兩個回路承擔(dān)了清洗作業(yè)裝置的傳動和控制工作。控制手柄均安裝于駕駛室，室外還有聯(lián)動手柄，其清洗作業(yè)全過程在駕駛室內(nèi)操縱即可完成液壓傳動及控制系統(tǒng)原理見圖3。
1.2.6 水路系統(tǒng)
水路系統(tǒng)原理圖見圖4。該系統(tǒng)主要由水罐、水泵、空吸閥、清洗液水箱、手動球閥、溢流閥、前后噴頭、開關(guān)等組成。
1.2.7 工作原理
當(dāng)?shù)缆纷o(hù)欄清洗車駛A設(shè)置有護(hù)欄的道路后，即可操縱取力器掛檔使雙聯(lián)油泵工作。這時駕駛?cè)藛T可以邊看(后視)柱刷，邊操作多路分配閥的相應(yīng)操作手柄，使水平伸縮機(jī)構(gòu)的活動臂向汽車左側(cè)伸出，使柱刷與被清洗的護(hù)欄接觸。同時操作多路分配閥的相應(yīng)手柄，使舉升機(jī)構(gòu)的活動塔臂帶動柱刷上下運(yùn)動，直至清洗高度臺適為止。打開開關(guān)(三個)并操縱多路分配闊，使水泵馬達(dá)驅(qū)動水泵工作，帶有壓力的水流即從清洗管和清潔水噴頭噴灑出來。清洗液的噴出量由清洗水流通過空吸閥的流速決定，流速快，清洗液的噴出量就多，反之就少，可以調(diào)節(jié)開關(guān)來控制。當(dāng)上述參量調(diào)整合適后，即可使清洗車沿著護(hù)欄平行行駛，清洗護(hù)欄的作業(yè)開始。行駛速度視情況而定，設(shè)計為3—4 km／h，一般為第一檔怠車速度即可。水罐的額定容量為2．3立方米 ，清洗的欄桿長度在13 km以上為了提高清洗護(hù)欄的作業(yè)功能，柱刷的旋轉(zhuǎn)方向與清洗車的行駛方向應(yīng)是順洗(即柱刷旋轉(zhuǎn)的切線方向與車駛方向相同)。清洗作業(yè)完成后，先操縱多路分配閥的相應(yīng)手柄，使水泵馬達(dá)停止工作，關(guān)閉開關(guān)，再使柱刷退回到原始狀態(tài)，一個作業(yè)周期完成。
1.3 在成都環(huán)衛(wèi)科研所支持下經(jīng)四川省科情所計算機(jī)國際聯(lián)網(wǎng)查詢，對從1978—1998年以來的中外24種文獻(xiàn)檢索以及“查新報告” 表明，我們研制設(shè)計的新一代清洗車．具有領(lǐng)先性。參見總體裝配示意圖
1.3.1 設(shè)計及結(jié)構(gòu)要點
總體結(jié)構(gòu)與主要技術(shù)參數(shù)
本機(jī)分主車和清洗作業(yè)裝置兩大部分。主車參數(shù)：
CD1041型汽車，平頭雙軸后輪驅(qū)動，492QAZ汽油機(jī)；62．5kW。配有液壓取力器。清洗作業(yè)裝置動力源為取力器驅(qū)動油泵—— 馬達(dá)或油缸?？偣β省?0kW。其中，噴水系統(tǒng)離心水泵0.67kW。IZDB．35揚(yáng)程35m；吸程8m。流量0.8。2lXDrtmin；有6個調(diào)節(jié)噴水嘴。液壓系統(tǒng)原理如圖3(電氣控制圖略)。系統(tǒng)壓力6．3MPa，清洗速度工檔6km/h．9OOO。
1.3.2 清洗原理說明
參照圖1、圖2、圖3可知。除汽車正常行駛外，其清洗作業(yè)行駛為低速<6km/h，全部操縱均由駕駛員負(fù)責(zé)。開始清洗時，無論是升降油缸l4撓性刷體與位移油缸6,糾偏器位移傳感器26等裝置均應(yīng)調(diào)于工作位置，啟動工作按鈕后，刷體油馬達(dá)l8及水泵馬達(dá)20即在行駛中旋轉(zhuǎn)；同時，馬達(dá)19使振蕩裝置25在小車機(jī)構(gòu)上往復(fù)運(yùn)動，可保證護(hù)欄任意表面受多點隨機(jī)重復(fù)快速刷洗．由于撓性軸的可彎曲性，刷子伸入空格中振蕩或正向前移也不會干涉和折斷；同時．刷子水平深人時若碰上鋼架阻礙，則自動壓縮尾部彈簧退回。參見撓性刷示意圖7。
1.3.3典型機(jī)構(gòu)設(shè)計要點
位置糾偏機(jī)構(gòu)設(shè)計
由于車輛行駛線路不能適時與道路平行．將會造成刷體與鋼欄間距離忽大忽小且刷子對鋼欄刷洗的壓力或大或?。畤?yán)重時會造成刷子脫離護(hù)欄無法刷洗或者相對距離太近護(hù)欄反擠壓刷體．損害刷體或護(hù)欄；實際上．行進(jìn)中的刷體既應(yīng)保持與鋼欄的距離平行性，叉允許在小范圍內(nèi)浮動均能順利清刷，為此，特設(shè)計了機(jī)液伺服位置糾偏機(jī)構(gòu)。從圖3可知，正常刷洗時，件號8處于中位，使油缸6具有浮動機(jī)能，由水平油缸6，糾偏器26，振動刷頭(含馬達(dá)19)．電器行程觸點開關(guān)SQ 、SQ,、S 、SQ,以及支承上述零件Ogd,車機(jī)構(gòu)共同組成了機(jī)液伺服位置糾偏機(jī)構(gòu)。其原理如圖4。
2 國內(nèi)的清掃車存在的差距
2.1水平和質(zhì)量的差距
雖然，我國清掃車技術(shù)的發(fā)展令世界矚目，但是，與發(fā)達(dá)國家相比，我國清掃車還存在不少差距。 我國的清掃車在清掃效率、清掃能力、除塵效果等清掃作業(yè)性能方面與發(fā)達(dá)國家的水平相當(dāng)，而在清掃車的噪聲、排放、可靠性、舒適性，自動調(diào)整等方面仍存在較大差距，特別是全液壓清掃車，僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)80年代末到90年代初產(chǎn)品的水平。就目前我國清掃車的水平和質(zhì)量可知，我國在清掃車設(shè)計中，還缺少對專用部件的研究，缺少設(shè)計理論的指導(dǎo)，經(jīng)驗多于計算，模仿較多，創(chuàng)新較小?？梢哉f，目前我國對清掃車的研究能力還較差，還未真正達(dá)到對清掃車進(jìn)行研究的目的和要求，同時，缺乏必要的研究條件。目前，我國中小型全液壓清掃車除與汽車底盤改裝的清掃車存在同樣的缺陷外，還存在舒適性差、噪聲大、空車質(zhì)量大、外形不夠美觀等缺點。另外國內(nèi)的清掃車在以 下幾個方面有待改進(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)中的無故障間隔時間的長短。國產(chǎn)工程機(jī)械平均無故障間隔時間為150小時--300小時。而國外工程機(jī)械都在600小時-2000小時。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。因此目前的首要工作是解決產(chǎn)品經(jīng)久耐用的問題，提高可靠性的各項指標(biāo)。就工程機(jī)械的重要品種清掃車、裝載機(jī)、推土機(jī)、挖掘機(jī)等而言，這個指標(biāo)和國外同類產(chǎn)品相比，差距還是非常大的。用戶和廠家的想法往往相悖，用戶是買進(jìn)一臺設(shè)備，首選指標(biāo)應(yīng)該是可靠性，設(shè)備要能經(jīng)久耐用，不出大故障，小毛病也最好不要有。廠家則認(rèn)為小毛病無所謂。殊不知，用戶最頭疼的是小毛病不斷的設(shè)備，而對生產(chǎn)影響最大的恰恰也經(jīng)常是出現(xiàn)小毛病的設(shè)備。任何一臺設(shè)備在生產(chǎn)過程中不是單獨作戰(zhàn)，而是既有上線也有下線，一旦因任何一個小毛病而停止作業(yè)，影響工作的還有與其配套的其它生產(chǎn)系統(tǒng)。所以，廠家決不能忽視小毛病的危害程度。小毛病不但是病，而且是影響生產(chǎn)的“大病”， 它直接影響一臺設(shè)備的使用，甚至損害一個廠家的聲譽(yù)。國內(nèi)的清掃車產(chǎn)品可靠性不如國外，有三個方面的原因：一是國產(chǎn)基礎(chǔ)件質(zhì)量不穩(wěn)定；二是制造工藝問題；三是技術(shù)不完善造成先天不足；在多功能上：目前國產(chǎn)路面清掃車基本上是單純意義上的清掃車即只能清掃護(hù)欄、不能它用。而從全國許多環(huán) 保部門的需求信息來看，有的需要能清洗道路護(hù)欄，有的要求能鏟雪等等；目前的清掃車需要噴水壓塵除塵，在缺水地區(qū)和北方的冬季無法使用；目前的清掃車尾氣污染和噪音污染相對來說都較大。 隨著國家對環(huán)保要求越來越高，人們的環(huán)保意識普遍增強(qiáng)，現(xiàn)有清掃車就將很難適應(yīng)需要。
2.2 生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)手段落后
由于國內(nèi)清掃車生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模都較小，而且掃路機(jī)產(chǎn)品批量也較小，所以采用的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)手段都較為落后，加工的零部件難以有穩(wěn)定的質(zhì)量。此外，我國通用零部件制造水平較低，也影響了掃路機(jī)的質(zhì)量。分析其原因主要在材料和設(shè)計上。所以對清掃車易磨損件材料的研究和合理設(shè)計，提高易磨損件的耐磨性也是提高我國清掃車可靠性必不可少的工作。因此提高清掃車外觀質(zhì)量。國產(chǎn)清掃車的老面孔仍未得到徹底改變，尤其是油漆的光澤性、附著力、抗沖擊、硬度、耐候性和彎曲性能等還存在不小差距，特別是耐時性上不過關(guān)，新車放不到3個月就失光、退色。
2.3設(shè)備的舒適性的差距
設(shè)備的舒適性是指駕駛員在操作設(shè)備作業(yè)時所感受的舒適程度，包括環(huán)保方面的排放標(biāo)準(zhǔn)和噪聲大小等。有的廠家在駕駛室里安裝收錄音和CD等 音響系統(tǒng)，其實在沒解決設(shè)備噪聲之前，這些都是徒勞的。同理，在沒解決駕駛室密閉問題之前，一切空調(diào)通風(fēng)換氣設(shè)置都是沒有任何意義的。以清掃車、裝載機(jī)、推土機(jī)為例，首先應(yīng)該解決噪聲和排放污染問題。因為它不但對駕駛員身心健康有影響，更重要的是對與其配合工作的其它設(shè)備及人群 有影響。而其駕駛室搞成轎車標(biāo)準(zhǔn)其實并不困難。要知道清掃車、裝載機(jī)、推土機(jī)等工程機(jī)械駕駛員 比轎車司乘人員更需要舒適。因為他在非常惡劣的環(huán)境當(dāng)中不停的作業(yè)。
2.4性能水平的差距
提高性能水平。我國工程機(jī)械的整體性能參數(shù)與國外水平差距不是很大，但在舒適性、低污染、施工質(zhì)量以及生產(chǎn)率等指標(biāo)上都不同程度地落后于國外先進(jìn)水平15-20年，主要原因是在許多先進(jìn)的 技術(shù)、結(jié)構(gòu)、材料及工藝上存在著差距。
從上述國內(nèi)清掃車的發(fā)展現(xiàn)狀簡要介紹可以看出，我國清掃車與國外清掃車相比，存在較大差距，主要表現(xiàn)在：從產(chǎn)品構(gòu)成上看，國產(chǎn)機(jī)械品種、規(guī)格較少，產(chǎn)品缺乏系列化：我國對清掃車機(jī)械的開發(fā)、生產(chǎn)起步較晚，近年來，隨著高速公路通車?yán)锍痰牟粩嘣黾?，清掃車的研制開發(fā)工作才逐漸為有關(guān)方面重視。
第二章 課題分析
一 工作原理及主要機(jī)構(gòu)
1 工作原理
如圖所示，當(dāng)進(jìn)行清掃作業(yè)時，液壓泵向向水平油缸1大腔供油，工作裝置被水平液壓缸活塞桿推者向車的外側(cè)移動，同時，豎直油缸2帶動升降臂向上移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)護(hù)欄上方時，水平油缸停止動作，豎直油缸帶動升降臂下降，整套工作裝置下降，當(dāng)豎直位置合適時，豎直油缸也停止動作，接著，液壓泵帶動液壓馬達(dá)3旋轉(zhuǎn)，馬達(dá)通過聯(lián)軸器帶動中間軸4旋轉(zhuǎn)，中間軸再通過鏈輪帶動刷軸5轉(zhuǎn)動，附著在刷軸上的毛刷通過摩擦清掃護(hù)欄灰塵，為了使清掃效果更好，設(shè)置噴淋裝置在清掃同時噴淋。
2 主要機(jī)構(gòu)
水平推出機(jī)構(gòu)
護(hù)欄清洗裝置位于車子上，為便于在公路上行走，清洗裝置要裝在懸掛裝置的支架上，不寬于車寬；但護(hù)欄位于公路兩邊，在清洗時，需要清洗裝置被推出，離開懸掛裝置的支架。因此考慮利用 水平液壓缸的活塞桿受力時的拉力和推力來實現(xiàn)護(hù)欄清洗裝置的水平推出和收回，其示意圖如下圖所示。液壓缸，活塞桿在懸掛裝置的支架上有支點。
垂直升降機(jī)構(gòu)
當(dāng)清洗裝置推出離開護(hù)欄，在不影響行走的情況下，清洗裝置的洗刷部分（清洗機(jī)構(gòu)，刷箱，旋轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，噴水機(jī)構(gòu)，位置糾偏機(jī)構(gòu)）要從護(hù)欄頂部放下，清洗完后，又要收回，特設(shè)置此垂直升降機(jī)構(gòu)，如下圖所示。利用液壓缸垂直布置在一梁上，活塞桿固定在懸掛裝置的支架上，缸體與附有清洗刷箱的垂直梁固定，從而，活塞桿的移動帶動整個洗刷裝置的垂直升降。
供水系統(tǒng)
待清洗的護(hù)欄上面有塵土，若不設(shè)置清洗機(jī)構(gòu)，將造成二次污染，達(dá)不到清洗的目的。因此，在毛刷清洗護(hù)欄前，設(shè)計一個噴水機(jī)構(gòu)，四個噴嘴固定在一垂直臂上，在刷箱的前方，工作時，水泵把水從噴嘴噴出，把護(hù)欄噴濕，再進(jìn)行清洗。
供水系統(tǒng)由射水機(jī)構(gòu)、儲水箱及其管路系統(tǒng)組成。射水機(jī)構(gòu)包括支架、噴頭，固定于工作臂前端的滾刷兩側(cè)。噴頭固于支架上，分前后兩組，噴水量可由噴頭調(diào)整；儲水箱容量為要滿足5h-6h的工作需要。
二 設(shè)計要求
1．由于設(shè)計的裝置要懸掛在現(xiàn)有的灑水車底盤上，由于現(xiàn)有的灑水車形式多樣，因此整套裝置要有很強(qiáng)的通用性，可以和大多數(shù)的灑水車配合。
2．工作是主要有兩個動作，即水平動作和垂直動作，要求水平位移900~1000mm，豎直位移1000mm。
3．車速6km/h，護(hù)欄高度1m,工作時車距護(hù)欄900~1000mm，清掃同時帶噴淋裝置使清掃效果更好。
4．從發(fā)動機(jī)取力，功率要滿足工作要求。
5．要求操作系統(tǒng)簡單，效率高
6．整體質(zhì)量不能太大，但結(jié)構(gòu)必須滿足強(qiáng)度要求。
7．設(shè)計成本不能太高，要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行性論證
三 方案討論
1 底盤選用及整體布局方案
底盤選用
由于設(shè)計的裝置要懸掛在現(xiàn)有的灑水車底盤上，而現(xiàn)有的灑水車形式多樣，因此整套裝置要有很強(qiáng)的通用性，可以和大多數(shù)的灑水車配合。所以設(shè)計之前要對現(xiàn)有的灑水車做一比較，選擇合適的設(shè)計參數(shù)，這樣設(shè)計出來的裝置才能有很強(qiáng)的通用性。
目前國內(nèi)現(xiàn)有的灑水車底盤參數(shù)對比如下：
產(chǎn)品名稱:
底盤型號
外形尺寸
發(fā)動機(jī)型號
發(fā)動機(jī)馬力
東風(fēng)EQ153多功能灑水車
CLW5141GSS
8200*2480*3050
康明斯柴油環(huán)保發(fā)動機(jī)EQB180-20(柴油)
180ps
東風(fēng)153工程綠化灑水車（高速專用）
EQ1141G7D
8980*2470*3050
東風(fēng)汽車公司康明斯
柴油環(huán)保發(fā)動機(jī)EQB180-20帶增壓
180ps
楚風(fēng)五平柴多功能噴灑車
HQG1103G
9010*2440*2655
東風(fēng)汽車公司朝陽CY6102BZQ/
玉柴YC6105QC
180ps
東風(fēng)140多功能灑水車（柴油機(jī)）
EQ1092F19DJ
7350*2470*2800
玉柴柴油環(huán)保發(fā)動機(jī)
YC4E140-20(柴油)
143ps
東風(fēng)多利卡多功能灑水車（多利卡加強(qiáng)型）
EQ1071G2ADJ3
7000*2040*2410
朝陽柴油環(huán)保發(fā)動機(jī)
CY4102BZLQ(柴油)
120ps
東風(fēng)小霸王多功能灑水車
EQ1061T14DJ2A
5600*1900*2200
云內(nèi)柴油環(huán)保發(fā)動機(jī)
YN4100QBZL(柴油)
80ps
東風(fēng)1208雙橋多功能灑水車
EQ1208GJ5
9840*2495*2800
康明斯柴油環(huán)保發(fā)動機(jī)
EQB210-20(柴油)
210ps
解放三平柴灑水車(賽虎）
CA1060PK2A80
7000*2100*2480
解放公司柴油環(huán)保發(fā)動機(jī)CA4D32-12
120ps
東風(fēng)EQ153多功能灑水車
EQ1092FJ
7350*2470*2800
東風(fēng)汽油環(huán)保發(fā)動機(jī)
EQ6100-1(汽油)
135ps
東風(fēng)小霸王多功能灑水車（加強(qiáng)型）
EQ1032T51DJ3
6310*1980*2150
云內(nèi)柴油環(huán)保發(fā)動機(jī)YN4100QBZL(柴油)
朝柴環(huán)保發(fā)動 機(jī)CY4100ZLQ(柴油)
80PS/95PS
通過上面表格的對比，得到目前灑水車發(fā)動機(jī)多采用柴油發(fā)動機(jī)，功率范圍80~210ps，車寬范圍1900~2500mm，而且其作業(yè)速度范圍在6~9km/h，由于該課題是設(shè)計城市護(hù)欄清掃車，因此確定底盤只要參數(shù)如下：
車速 6km/h
車寬取 2000mm
底盤高度為 800mm
布局方案
目前，市場上研究出來的護(hù)欄清洗車都是單獨設(shè)計一套清洗護(hù)欄的設(shè)備，裝在灑水車的前，中，后三處，由取力器從發(fā)動機(jī)或變速器處取力，采用全液壓驅(qū)動完成清洗工作。
⑴清洗裝置前置
如圖2-2長沙中聯(lián)重科中標(biāo)事業(yè)部研發(fā)中心所研究的公路護(hù)欄清洗裝置，此裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度強(qiáng)，洗刷軸不易變形，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，容易維護(hù)，對汽車行駛性能影響??；操作簡單，經(jīng)濟(jì)實用，易于在灑水車或清掃車上進(jìn)行改裝，成本低，可以推廣使用。
圖 2-2
⑵清洗裝置中置
如圖2-3示，是四川省現(xiàn)代設(shè)計方法研究會研制的城市道路鋼護(hù)欄清洗車，其位置伺服糾偏和往復(fù)振蕩機(jī)構(gòu)以及獨特的多軸撓性洗刷噴淋系統(tǒng)能叫好的清洗各種類型的護(hù)欄。
圖2-3
3）清洗裝置后置
如圖2-4示，是長沙華勝保潔設(shè)備有限公司研制的道路護(hù)欄清洗機(jī)的樣機(jī)，目前還沒投入市場，正在拓展。此道路清洗機(jī)裝有導(dǎo)向裝置，使清洗機(jī)隨護(hù)欄轉(zhuǎn)彎而變化，不損壞護(hù)欄，也不會拉倒護(hù)欄，駕駛員只要遵守操作規(guī)程就可以，
圖2-4
以上三種設(shè)備是目前最具代表性的三類產(chǎn)品，從其應(yīng)用，技術(shù)方面都有各自的優(yōu)缺點。
第一類，結(jié)構(gòu)簡單，成本低；向外伸出距離大，可靈活清洗護(hù)欄；通用性強(qiáng)，只要實現(xiàn)簡單的改裝，即可懸掛在灑水車的前方進(jìn)行作業(yè)。但不易實現(xiàn)位置糾偏，清洗時容易損壞拉倒護(hù)欄；只有一個軸刷，工作時工作速度較高，清洗不干凈。
第二類：克服了第一類的缺陷，而且可清洗多種類型的護(hù)欄。但其是針對某一種車而做專門清洗設(shè)備，置于車的中部，其通用懸掛受阻，故其推廣性不強(qiáng)。
第三類：是一個具有現(xiàn)代高科技的裝置，具有先進(jìn)的導(dǎo)向裝置；而且清洗機(jī)還裝有機(jī)械手，能模仿著清洗各種形狀的護(hù)欄，清洗質(zhì)量高。但其成本較高，推廣使用起來受阻。
綜合以上三種布局形式各自的優(yōu)缺點，我們的布局方式采用后置，后置式清洗裝置裝在灑水車底盤的尾部，為便于水平推出及清洗裝置在車上的安裝，焊接一個與車同寬，長度1mm的長方形支架，如圖2-5示。固定在灑水車的底盤后邊。此支架留有安裝孔A，以便固定連接其他裝置。
圖2-5
2 傳動方案的選用
性能
液壓傳動
氣壓傳動
機(jī)械傳動
電器傳動
輸出力
大
稍大
較大
不太大
速度
較高
高
低
高
質(zhì)量功率比
小
中等
較小
中等
響應(yīng)性
高
低
中等
高
負(fù)載引起特性化
稍有
很大
幾乎無
幾乎無
定位性
稍好
不良
良好
良好
無級調(diào)速
良好
較好
較困難
良好
遠(yuǎn)程操作
良好
良好
困難
特別好
信號變換
困難
較困難
困難
容易
調(diào)整
容易
稍困難
稍困難
容易
結(jié)構(gòu)
稍復(fù)雜
簡單
一般
稍微復(fù)雜
管線配置
復(fù)雜
稍復(fù)雜
較簡單
不特別
適應(yīng)環(huán)境
交好，但易燃
好
一般
不太好
危險性
注意防火
無
無
注意露電
工作壽命
一般
長
一般
較短
維護(hù)要求
高
一般
簡單
較高
價格
稍高
低
一般
稍高
作為一個工作裝置，發(fā)動機(jī)的動力要傳遞到運(yùn)動部件，現(xiàn)有的傳動形式主要有機(jī)械傳動，液壓傳動，機(jī)械傳動和液壓傳動在很多情況下可以互換，但是傳動的效率及傳動裝置大大不同，分析該裝置是懸掛在整車的后面，工作裝置離發(fā)動機(jī)的距離比較遠(yuǎn)，因此如果采用機(jī)械傳動，其結(jié)構(gòu)會很復(fù)雜，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不僅帶來設(shè)計上的困難，還造成整機(jī)質(zhì)量過大，成本過高等問題，但是如果采用液壓傳動，就可以解決這些問題。
液壓傳動和其它傳動的綜合比較
通過上表可以看出，液壓傳動與其它傳動方式相比，有以下優(yōu)缺點。
液壓傳動的優(yōu)點
1）液壓傳動能輸出大的推力或大轉(zhuǎn)矩，可實現(xiàn)低速大噸位傳動，這是其它傳動方式所不能比的突出優(yōu)點。
2）液壓傳動能在大范圍內(nèi)很方便地實現(xiàn)無級調(diào)速 （調(diào)速比范圍可達(dá)2000），且可在系統(tǒng)運(yùn)行過程中調(diào)速。
3）在相同功率條件下，液壓傳動裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓元件之間可采用管道連接，或采用集成式連接，其布局、安裝有很大的靈活性，可以構(gòu)成用其它傳動方式難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。
4）液壓傳動能使執(zhí)行元件的運(yùn)動十分均勻穩(wěn)定，可使運(yùn)動部件換向時無換向沖擊。而且，由于其反應(yīng)速度快，故可實現(xiàn)快速起動、制動和頻繁換向。
5）液壓傳動系統(tǒng)操作簡單，調(diào)整控制方便，易于實現(xiàn)自動化。特別是與機(jī)、電、氣聯(lián)合使用，能方便地實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)。
6）液壓傳動系統(tǒng)便于實現(xiàn)過載保護(hù)，使用安全、可靠，不會因過載而造成元件損壞。而且，由于各液壓元件中的運(yùn)動件均在油液中工作，能自行潤滑，故元件的使用壽命長。
7）由于液壓元件已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、制造、維修都比較方便，且能縮短周期。
液壓傳動的缺點
1）工作介質(zhì)的泄漏和液體的可壓縮性會影響執(zhí)行元件運(yùn)動的準(zhǔn)確性，故液壓傳動系統(tǒng)無法保證嚴(yán)格的傳動比，不能用于有嚴(yán)格傳動比要求的內(nèi)傳動鏈中。
2）工作介質(zhì)對溫度的變化比較敏感，工作溫度或環(huán)境溫度的變化對系統(tǒng)工作的影響比較大，故它不宜在很高或很低的溫度下工作。
3）液壓傳動系統(tǒng)工作過程中的能量損失(泄漏損失、溢流損失、節(jié)流損失、摩擦損失等）較大,傳動效率較低，因而不適宜作遠(yuǎn)距離傳動。
4）為減少泄漏，液壓元件的制造和裝配精度要求較高，因此液壓元件及液壓設(shè)備的造價較高。而且，液壓設(shè)備對工作介質(zhì)的污染比較敏感，要求有較好的工作環(huán)境。
5）若液壓設(shè)備的使用者和維修者工作經(jīng)驗不足,系統(tǒng)出現(xiàn)了故障時，不易查找原因。
液壓傳動特點
◆以液體作為工作介質(zhì)；
◆根據(jù)密封容積的變化完成吸油和排油；
◆機(jī)械能和液體壓力能的互相轉(zhuǎn)換；
◆系統(tǒng)內(nèi)部的的壓力取決于負(fù)載的大小。
注意：以液體作為工作介質(zhì)，依靠密封容積的變化傳遞運(yùn)動，依靠由外界負(fù)載引起的液體內(nèi)部壓力來傳遞動力，系統(tǒng)壓力取決于負(fù)載，實現(xiàn)機(jī)械能和液體壓力能的互相轉(zhuǎn)換。
開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)
在液壓傳動系統(tǒng)中根據(jù)油液循環(huán)方式的不同，可分為開式循環(huán)系統(tǒng)和閉式循環(huán)系統(tǒng)。
開式系統(tǒng)
開式系統(tǒng)
如上圖所示，泵自吸油箱吸油，經(jīng)換向閥供給液壓缸或液壓馬達(dá)，對外作功，
而液壓缸或液壓馬達(dá)的回油則流回油箱。在該系統(tǒng)中，油箱是工作介質(zhì)的吞吐及貯存場所，因而這種系統(tǒng)稱之為開式系統(tǒng)。
◆開式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，因而應(yīng)用廣泛，但它也存在一些不足，如：在開式系統(tǒng)中，油箱除作為 油液循環(huán)的“開口”外，還具有散熱，冷卻及沉淀雜質(zhì)的作用，因此需要有較大容積的油箱才能滿足要求。又由于油箱中的油與空氣接觸面較大，使溶于油中的空氣量增多，導(dǎo)致工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動的不平穩(wěn)及其它不良后果。為了保證工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動的平穩(wěn)性，在系統(tǒng)的回路上將設(shè)置背壓閥，從而引起附加的能量損失，使油量升高。
◆在開式系統(tǒng)中，采用的液壓泵為定量泵或單向變量泵，為避免產(chǎn)生吸空現(xiàn)象，對自吸能力差的液壓泵，通常將其工作轉(zhuǎn)速限制在額定轉(zhuǎn)速的75%以內(nèi)，或增設(shè)一個輔助泵。
◆開式系統(tǒng)中靠操作換向閥來使執(zhí)行機(jī)構(gòu)換向的，故換向時容易產(chǎn)生壓力沖擊。
◆開式系統(tǒng)如果帶有較大慣性負(fù)載時，在慣性負(fù)載的帶動下，馬達(dá)將呈泵工況運(yùn)行，如果此時換向閥在中位，則原來的回油管中將產(chǎn)生很高的壓力，使液壓馬達(dá)急劇制動，為了限制其產(chǎn)生過大的制動力，需要在馬達(dá)進(jìn)出油管之間設(shè)雙向溢流閥。
由上述可見，開式系統(tǒng)在換向及制動過程中慣性運(yùn)動的能量消耗在節(jié)流發(fā)熱中（能耗制動）。特別是起重機(jī)重物下放時，液壓馬達(dá)將泵工況運(yùn)轉(zhuǎn)，為防止超速下降，必須在回油管設(shè)節(jié)流閥，進(jìn)行能耗限速。這將造成大量的能量損失并使油液發(fā)熱。
閉式循環(huán)系統(tǒng)
閉式系統(tǒng)
如上圖所示，液壓泵和液壓馬達(dá)的進(jìn)出口油管首尾相接，形成一個閉合回路。當(dāng)操縱泵的變量機(jī)構(gòu)時，便可調(diào)節(jié)馬達(dá)的速度或馬達(dá)換向，這就是閉式系統(tǒng)。為防止液壓系統(tǒng)過載，設(shè)置由閥5個閥組成的雙向安全閥，系統(tǒng)壓力由過載閥調(diào)定。為了補(bǔ)充油液的泄漏，還必須設(shè)置補(bǔ)油泵,其供油壓力由溢流閥調(diào)定（應(yīng)比液壓馬達(dá)所需背壓略高），泵的排油量應(yīng)略高于系統(tǒng)的泄漏量。
由上述可見，閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。它只能由一個泵驅(qū)動一個液壓馬達(dá)，而且需采用雙向變量泵。由于油液僅在閉合回路內(nèi)循環(huán)因而溫升較高。但它也具有如下一些優(yōu)點。
◆閉式系統(tǒng)中油液基本上在閉合回路內(nèi)循環(huán)，與油箱交換的流量僅為系統(tǒng)的泄漏量，因而補(bǔ)油系統(tǒng)的油箱容積較小，結(jié)構(gòu)緊湊。
◆閉式系統(tǒng)回油有背壓，因而空氣不易滲入系統(tǒng)。又由于油箱容積小，因而油液與空氣接觸面小，從而使油中空氣含量小。因此，閉式系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
◆閉式系統(tǒng)中，馬達(dá)的回油直接流到泵的入口，液壓泵是在壓力供油下工作，因而對泵的自吸能力要求高。
◆閉式系統(tǒng)中，是通過改變液壓泵的變量機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)換向和調(diào)速的，因而調(diào)速和制動比較平緩，且調(diào)速與制動中能量消耗少。
◆閉式系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般為液壓馬達(dá)。如大型液壓挖掘機(jī)、液壓起重機(jī)中的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，全液壓壓路機(jī)的行走系統(tǒng)，全液壓穩(wěn)定土拌和機(jī)的行走系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的執(zhí)行元件均為液壓馬達(dá)。
綜上所述，液壓傳動的優(yōu)點是主要的、突出的，所以傳動方案選用液壓開式傳動系統(tǒng)比較合理。
3 運(yùn)動機(jī)構(gòu)方案
該裝置主要有兩個方向的姿態(tài)調(diào)整，一個是將刷箱從車上推出離車1m的距離，然后升降臂將刷箱提高到護(hù)欄高度后將刷箱放下開始清掃作業(yè)，對于這兩個動作，均可以由不同的運(yùn)動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。
對于水平方向的動作，大致可以由以下幾種機(jī)構(gòu)實現(xiàn)
1）水平布置一液壓缸，工作裝置全部連接在活塞桿端部，如圖所示
油缸在車的后面橫向布置，當(dāng)液壓缸左腔供油時，活塞桿受力向外運(yùn)動，工作裝置隨動向車外運(yùn)動，到達(dá)護(hù)欄位置時，切斷壓力油供油回路，水平動作完成。
這種機(jī)構(gòu)具有如下特點：
◆運(yùn)動所占空間小，只需將工作裝置水平推出即可；
◆運(yùn)動平穩(wěn)，沖擊?。?
◆結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便；
2）另外一種實現(xiàn)形式如圖所示
整套裝置鉸接于車架上A點，當(dāng)油缸大腔供油時，活塞桿向外推出，刷箱被推著繞A點向外擺動，當(dāng)油缸小腔供油時，活塞桿向內(nèi)回縮，刷箱繞A點向內(nèi)回擺，這種裝置也可以完成水平動作，但其較第一種方法存在如下缺點：
◆運(yùn)動呈扇形展開，因此所占空間較大；
◆運(yùn)動存在死區(qū)，不靈活，定位比較困難；
◆油缸安裝較復(fù)雜，穩(wěn)定性不好
通過比較說明發(fā)現(xiàn)，前一種方案優(yōu)點突出，因此采用第一種形式比較合理。
4 糾偏系統(tǒng)方案
位置糾偏系統(tǒng)
由于車輛行駛不能適時與道路平行，將會造成刷體與護(hù)欄間距離忽大忽小，嚴(yán)重時造成刷子脫離護(hù)欄無法刷洗或者距離護(hù)欄太近反擠壓刷體，損害刷體或護(hù)欄；實際上，行進(jìn)中的刷體既應(yīng)保持與護(hù)欄的距離平行性，又允許在小范圍內(nèi)能順利清刷，為此，特設(shè)計了機(jī)液位置糾偏機(jī)構(gòu)。
在刷箱的前方，安裝一個位移傳感器。前進(jìn)中護(hù)欄位置的變化通過傳感器測的信號反饋到控制水平缸的電磁伺服閥上，從而控制刷箱相對護(hù)欄的避讓，保持較好的清洗位置，清洗好護(hù)欄。
4.1液壓伺服系統(tǒng)的介紹
液壓伺服系統(tǒng)以高壓液體作為驅(qū)動源的伺服系統(tǒng)。液壓伺服系統(tǒng)是由液壓動力機(jī)構(gòu)和反饋機(jī)構(gòu)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，分為機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)和電氣液壓伺服系統(tǒng)（簡稱電液伺服系統(tǒng)）兩類。其中，機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)應(yīng)用較早，主要用于飛機(jī)的舵面控制和機(jī)床仿型裝置上。隨著電液伺服閥的出現(xiàn)，電液伺服系統(tǒng)在自動化領(lǐng)域占有重要位置。很多大功率快速響應(yīng)的位置控制和力控制都應(yīng)用電液伺服系統(tǒng)，如飛機(jī)、導(dǎo)彈的舵機(jī)控制系統(tǒng)，船舶的舵機(jī)系統(tǒng)，雷達(dá)、大炮的隨動系統(tǒng)，軋鋼機(jī)械的液壓壓下系統(tǒng)，機(jī)械手控制和各種科學(xué)試驗裝置（飛行模擬轉(zhuǎn)臺、振動試驗臺）等。
4.1.1液壓伺服系統(tǒng)與電氣伺服系統(tǒng)相比有三個優(yōu)點：①體積小，重量輕，慣性小，可靠性好，輸出功率大；②快速性好；③剛度大(即輸出位移受外負(fù)載影響小)，定位準(zhǔn)確。缺點是加工難度高，抗污染能力差，維護(hù)不易，成本較高。
4.1.2電液伺服系統(tǒng) 電液伺服系統(tǒng)是一種由電信號處理裝置和液壓動力機(jī)構(gòu)組成的反饋控制系統(tǒng)。最常見的有電液位置伺服系統(tǒng)、電液速度控制系統(tǒng)和電液力（或力矩）控制系統(tǒng)。
4.2 圖1是一個典型的電液位置伺服控制系統(tǒng)。圖中反饋電位器與指令電位器接成橋式電路。反饋電位器滑臂與控制對象相連，其作用是把控制對象位置的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化。反饋電位器與指令電位器滑臂間的電位差（反映控制對象位置與指令位置的偏差）經(jīng)放大器放大后，加于電液伺服閥轉(zhuǎn)換為液壓信號（圖中A、B），以推動液壓缸活塞，驅(qū)動控制對象向消除偏差方向運(yùn)動。當(dāng)偏差為零時，停止驅(qū)動，因而使控制對象的位置總是按指令電位器給定的規(guī)律變化。
4.3傳感器的選擇
4.3.1位移傳感器的定義
所謂位移傳感器，是利用各種元件檢測對象物的物理變化量，通過將該變化量換算為距離，來測量從傳感器到對象物的距離位移的機(jī)器。
4.3.2 位移傳感器的分類
根據(jù)使用元件不同，分為光學(xué)式位移傳感器、線性接近傳感器、超聲波位移傳感器等。
A.光學(xué)式位移傳感器（智能傳感器ZX-L-N系列等）
光源發(fā)出的光通過透鏡進(jìn)行聚光，并照射到物體上。
物體發(fā)出的反射光通過受光透鏡集中到一維的位置檢測元件（PSD）＊上。如果物體的位置（距離測定器的距離）發(fā)生變化，PSD上成像位置將不同；如果PSD的兩個輸出平衡發(fā)生變化，PSD上的成像位置將不同，PSD的兩個輸出平衡會再次發(fā)生變化。
如果將這兩個輸出作為A、B，計算A/（A＋B），并加上適當(dāng)?shù)睦€系數(shù)‘k’和殘留?
測得的值不是照度（亮度），而是A、B兩個輸出的位移量，因此即使與測定對象物之間的距離發(fā)生變化，受光光量發(fā)生變化也不會受影響，可以得到與距離的差、位置的偏移成比例的線性輸出?
B.線性接近傳感器（智能傳感器ZX-E系列等） ?
線圈中如通過交流電，則會產(chǎn)生磁通，如通過金屬對象物，則會在對象物中產(chǎn)生一種渦電流，發(fā)出磁通，防止這種變化。
其結(jié)果將使線圈的感應(yīng)發(fā)生變化。
這種感應(yīng)的變化量是線圈與對象物之間距離的函數(shù)，作為結(jié)果，能測量對象物的距離位移。
C.超聲波位移傳感器
由送波器向?qū)ο笪锇l(fā)送超聲波，通過受波器來接收其反射波。通過計算超聲波從發(fā)送到接收為止所需的時間與音速之間的關(guān)系，來計算距離的方式。
從以上可看出，我們選擇一個滑靴式線性接近傳感器。
從圖3可知，正常刷洗時，件號8處于中位，使油缸6具有浮動機(jī)能，由水平油缸6，糾偏器26，振動刷頭(含馬達(dá)19)．電器行程觸點開關(guān)、、、,以及支承上述零件Ogd,車機(jī)構(gòu)共同組成了機(jī)液伺服位置糾偏機(jī)構(gòu)。其原理如圖4。
給定
放大
閥放大
缸
負(fù)載
反饋
圖4 控制壓力圖
給定裝置是雪撬滑板式觸頭桿26(帶滑套彈簧復(fù)位)、觸頭位置b與行程開關(guān)兩觸點間距離(a+b)的比例關(guān)系構(gòu)成機(jī)械放大系數(shù),，油缸輸出量的最大值 一為此雙作用平衡油缸活塞最大行程L的一半，用乘以反饋系數(shù),即等于閥芯最大行程．需要指出的是，分析該機(jī)液位置系統(tǒng)的動態(tài)特性，對滑閥芯的運(yùn)動應(yīng)當(dāng)是呈線性連續(xù)方式．而實際系統(tǒng)的滑閥放大作用是開關(guān)電磁鐵閥芯的運(yùn)動方式。而機(jī)械反饋系數(shù) ，該系統(tǒng)對應(yīng)的開環(huán)傳遞函數(shù)方塊圖為圖5，其相關(guān)參數(shù)開環(huán)增蓋，開環(huán)傳遞函數(shù)
對給定值的閉環(huán)傳遞函數(shù)
可見，系統(tǒng)穩(wěn)定工作的條件限制了開環(huán)增益K的取值：，一般油缸相對阻尼系數(shù)0.1︿0.2，故K<(0.2～0.4) 。正因為此，K 值限量決定了機(jī)液位置系統(tǒng)精度不太高，但對清洗刷來講，此精度已足夠。根據(jù)計算與測定，缸固有頻率可選～100rad/s，開環(huán)增益K=12 ～20，，．則系統(tǒng)閉環(huán) ，并可作階躍過渡響應(yīng)曲線。還可以進(jìn)一步討論系統(tǒng)動態(tài)性能(略)?？傊畱?yīng)用動態(tài)設(shè)計分析法可設(shè)計出性能優(yōu)越的系統(tǒng)。
第三章 設(shè)計計算
一 刷箱及刷毛的設(shè)計
1 刷箱的設(shè)計
考慮采用箱形，刷箱的是在四個旋轉(zhuǎn)軸外面的箱體，它的尺寸由刷毛工作時的展開長度及護(hù)欄的 本身高度確定，四個旋轉(zhuǎn)軸的布置示意圖如圖3.1和 圖3.2示。從而確定了箱體的基本尺寸，長840mm，寬760mm，高1000mm.
圖3.1
圖3.2
其中箱體蓋的中心有一個孔，安裝有一個軸，這個軸上裝有鏈輪，與馬達(dá)的輸出軸通過聯(lián)軸器相連。另外，由于是一個馬達(dá)輸出帶動四個旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動，則四個旋轉(zhuǎn)軸在箱體上都有孔，裝有軸承，與外面的軸連接，軸上安有鏈輪。
旋轉(zhuǎn)軸采用空心管，外徑為45mm,內(nèi)徑為40mm，長1050mm.
由一個液壓馬達(dá)輸出，帶動四軸旋轉(zhuǎn)。為清洗徹底，滾刷清洗時的線速度要大于車輛前進(jìn)時的行駛速度，因此轉(zhuǎn)速有一定的限制。因此馬達(dá)的輸出軸和旋轉(zhuǎn)軸之間存在功率傳遞和轉(zhuǎn)速比分配問題，特設(shè)計此鏈輪傳動機(jī)構(gòu)。它由馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩，帶動與馬達(dá)輸出軸相連的軸，再通過兩個鏈傳動，帶動四個旋轉(zhuǎn)軸。
2 毛刷的設(shè)計
根據(jù)毛刷的工作要求，毛刷選用國產(chǎn)的尼龍66做成的尼龍絲均布在旋轉(zhuǎn)軸上，分布間隙為0.2，其彈性模量
⑴．尼龍絲個數(shù)N的確定可采用先把整個軸按高度分層，再求每個層的尼龍絲個數(shù)。
具體計算如下：
初定旋轉(zhuǎn)軸的內(nèi)徑，長度,尼龍絲的直徑為4mm,以間隙0.2分布在其上：
a.軸的一圈上尼龍絲的個數(shù)n
b.旋轉(zhuǎn)軸上分布的尼龍絲層數(shù)f
則：尼龍絲的總個數(shù)N為：
⑵.旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)工作時，清洗護(hù)欄的尼龍絲發(fā)生變形，其發(fā)生變形的尼龍絲在旋轉(zhuǎn)軸清洗一周時，從OA到OC,其變形如圖3.3示：其中最大變形時，護(hù)欄離旋轉(zhuǎn)軸的中心距離為17mm。
圖3.3
即OA=OC=20mm,OB=17mm
那么在這一瞬間發(fā)生變形的尼龍絲個數(shù)為：
⑶從任一根軸上抽取一根尼龍絲作為研究對象如圖3.4示：
圖3.4
可假設(shè)尼龍絲是一個懸臂梁，在自由端受集中力F作用，可用如圖示的撓度公式求解尼龍絲所受的力F。
而此時：
尼龍絲的轉(zhuǎn)動慣量I為：
即
⑷假設(shè)尼龍絲在與護(hù)欄相接觸的過程中，都發(fā)生最大變形，則在一根旋轉(zhuǎn)軸上，參與變形的尼龍絲個數(shù)與F之積為刷洗裝置要工作，液壓馬達(dá)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所提供的徑向力。則總的徑向力為：
此時旋轉(zhuǎn)軸的力矩M為：
（其中r為護(hù)欄離中心的距離）
液壓馬達(dá)的選定
知道了旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)扭矩M，而旋轉(zhuǎn)軸由液壓馬達(dá)驅(qū)動。其中液壓馬達(dá)帶動四個旋轉(zhuǎn)軸。
由
其中：取，為馬達(dá)的初步額定壓力；
q為液壓馬達(dá)的排量
則
另外，旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，帶動尼龍絲旋轉(zhuǎn)而清洗護(hù)欄，那么清洗護(hù)欄時尼龍絲的線速度要大于車的行使速度。理論上當(dāng)灑水車低速行駛時，可提高護(hù)欄的清潔度。清洗速度定在6Km/h，那么以車速為6Km/h計算，那么尼龍絲工作時的線速度應(yīng)大于6Km/h，即可取尼龍絲工作時的線速度為1.8m/s.
則旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)為:n=86r/min.
那么液壓馬達(dá)的流量：
此時液壓馬達(dá)的輸出功率N為
由以上結(jié)論可看出，此液壓馬達(dá)是一個低速大扭矩馬達(dá)。根據(jù)其要求，可選濟(jì)寧信發(fā)有限公司生產(chǎn)的盤配油液壓馬達(dá)8Y系列，其具體參數(shù)如下：
排量q——985ml/r,
轉(zhuǎn)速n——額定300RPM 最大350RPM
流量——額定300LPM 最大340LPM
扭矩M——額定2200NM 最大3200NM
壓力——額定 16MPa最大25MPa
允許最大背壓 7Mpa
此時液壓馬達(dá)的實際參數(shù)為：(?用額定值計算)
流量
輸出功率
⑸分析
查看所有灑水車的發(fā)動機(jī)功率，分布在95馬力到200馬力之間，為了保證此護(hù)欄清洗裝置在所有灑水車上的通用性，取發(fā)動機(jī)最小功率95馬力，即70Kw.
取力器從發(fā)動機(jī)上取力，在不影響整車性能的情況下，從發(fā)動機(jī)上所取的功率必須小于原發(fā)動機(jī)功率30%，即可從這里取出的最小功率為：21Kw。傳動過程中有少部分功率損耗。從以上選取的液壓馬達(dá)，可看出設(shè)計過程中所取參數(shù)不合理，導(dǎo)致液壓馬達(dá)所需功率太大。無法工作。
從以上求解液壓馬達(dá)所需功率的過程逆推，一些設(shè)計參數(shù)一定，例如旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。綜合可得，單個尼龍絲工作發(fā)生變形時所需工作力太大。由，且可看出，減小尼龍絲的直徑d，可以減小F，從而減小液壓馬達(dá)所需要的功率。
⑹故重新選取尼龍絲的直徑d=3mm.
根據(jù)以上設(shè)計過程重新求解可算出，當(dāng)d=3mm時，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)所需的功率N=11.7Kw.經(jīng)校核，滿足發(fā)動機(jī)的總功率輸出要求。
二 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算
對液壓系統(tǒng)的要求
⑴清洗裝置水平運(yùn)動平穩(wěn)，停止時沒有沖擊現(xiàn)象。
⑵清洗裝置垂直運(yùn)動停止時應(yīng)有平衡回路防止刷箱裝置因自重而下降。
⑶毛刷清洗時，與護(hù)欄能合理避讓；清洗時，旋轉(zhuǎn)軸馬達(dá)，噴水馬達(dá)和位置糾偏器同時工作，實現(xiàn)清洗。
⑷為保證系統(tǒng)安全，在不清洗時，應(yīng)有泄荷閥。
液壓系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)
⑴下降的最大距離為1.1m,設(shè)定運(yùn)動時間長為10s
⑵水平推出的最大距離為1.2m ,設(shè)定運(yùn)動時間為5s
⑶清洗時，旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為86r/min
⑷清洗時，灑水車的水箱滿足要求，且噴水合理。
1 液壓馬達(dá)的選用
液壓馬達(dá)的性能參數(shù)為：
排量q=510ml/r
扭矩
液壓馬達(dá)的選定
由以上結(jié)論可看出，此液壓馬達(dá)是一個低速大扭矩馬達(dá)。根據(jù)其要求，可選濟(jì)寧信發(fā)有限公司生產(chǎn)的軸配油液壓馬達(dá)BM4，其具體參數(shù)如下：
排量q——625ml/r,
轉(zhuǎn)速n——額定160RPM 最大200RPM
流量——額定100LPM 最大130LPM
扭矩M——額定700NM 最大825
壓力——額定 10MPa最大12.5MPa
允許最大背壓 7Mpa
此時液壓馬達(dá)的實際參數(shù)為：(?用額定值計算)
流量
輸出功率
2 液壓缸的選用
根據(jù)所需行程及安全性要求，查表選DG-J50C-E1缸。
其活缸的內(nèi)徑為50mm，
活塞桿直徑28 mm
活塞行程1200mm
強(qiáng)度校核
2.1油缸活塞桿強(qiáng)度校核
當(dāng)機(jī)構(gòu)處于工作位置時，活塞行程達(dá)到最大，此時活塞桿受力情況最惡劣，其受到的彎矩最大。
對活塞桿作受力分析，如下圖所示
F=G=
=3567N
端部所受彎矩M=
=
=1962
軸徑dmm
因此選軸徑d=28mm>23.58mm 合理
強(qiáng)度滿足要求
2.2豎直活塞桿穩(wěn)定性校核
豎直活塞桿可看作兩端固定的壓桿來考慮，計算其臨界載荷，判斷其穩(wěn)定性
活塞桿截面為圓形
=0.07mm
兩端固定 u=0.5
=6.07 Mp
=297Mp
=214 Mp<
所以 活塞桿穩(wěn)定性是安全的
3 液壓泵的選擇
⑴確定液壓泵的最大工作壓力
式中 ——液壓缸或液壓馬達(dá)的最大工作壓力
——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間的管路損失。 的準(zhǔn)確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進(jìn)行，初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵?，流速不大的，取=（0.2～0.5）Mpa;管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)速閥的，取=（0.5～1.5）Mpa.
在本系統(tǒng)中，最高壓力是液壓缸垂直運(yùn)動時：
由系統(tǒng)圖可知，可取
則液壓泵的工作壓力為：
⑵確定液壓泵的流量 多液壓缸或液壓馬達(dá)同時工作時，液壓泵的輸出流量應(yīng)為
式中K——系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取K=1.1～1.3；
——同時工作液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量。對于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取
系統(tǒng)最大流量發(fā)生在清掃護(hù)欄時，旋轉(zhuǎn)軸馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時，，取泄露系數(shù)K為1.1，求得液壓泵流量：
⑶選擇液壓泵的規(guī)格
根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本中選相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%，故選用的泵的額定壓力范圍為：9.25～11.9MPa
選用
⑷液壓泵的驅(qū)動功率
式中 ——液壓泵的最大工作壓力（Pa）
——液壓泵的流量（）
——液壓泵的總效率
對于齒輪泵，總效率為0.6～0.7
則液壓泵的驅(qū)動功率為：p=15.85Kw
4 鏈傳動的設(shè)計計算
馬達(dá)輸出軸與旋轉(zhuǎn)軸輸入軸采用鏈傳動。以下為鏈輪傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程。
4.1鏈條設(shè)計
1） 鏈輪齒數(shù)
小鏈輪齒數(shù)
大鏈輪齒數(shù)
2） 實際傳動比
3）計算功率
查表
4）鏈條節(jié)距P
選鏈接為05A，則節(jié)距p=8
5）檢驗小鏈輪的軸孔直徑
合適
6）初選中心距
要求
在30～50之間合適
7）鏈節(jié)數(shù)
=87
8）鏈條長度
9）理論中心距
=282
4．2鏈輪設(shè)計
1）小鏈輪
分度圓直徑
齒頂圓直徑
取
齒側(cè)凸圓直徑
取
2）大鏈輪
分度圓直徑
齒頂圓直徑
取
齒側(cè)凸圓直徑
取
三 供水系統(tǒng)設(shè)計
護(hù)欄清掃車的前方配以供水噴淋系統(tǒng)，可保證在汽車行駛過程中，對各式護(hù)欄的各方面進(jìn)行沖洗。
考慮采用垂直分布的四個噴嘴，每個噴嘴上有50個小孔，由一馬達(dá)帶動水泵，水泵從水箱吸水自噴嘴以一定的壓