道路清扫车毕业设计说明书(论文).doc

2013届毕业设计说明书
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目录
1 前言 2
1.1 课题背景及意义 2
1.2 扫路车概述 2
1.3 国内外扫路车发展现状 5
1.3.1国外发展现状 5
1.3.2国内发展现状 5
2 整车结构布置 7
2.1 整车方案 7
2.2 整车系统概况 7
2.3 NKR77LLLACJAY中型清扫车的功能特点 7
2.3.1吸扫方式 7
2.3.2除尘方式 8
2.3.3底盘 8
2.3.4传动形式 8
2.3.5清扫装置 9
3 NKR77LLLACJAY中型清扫车盘刷结构及设计参数 11
3.1 盘刷的性能要求 11
3.2 盘刷的结构 13
3.3 扫路车吸扫除尘过程分析 14
3.4、盘刷清扫机理 15
3.5、盘刷系统机构参数设计计算 16
3.6 清扫宽度设计计算 17
3.7 盘刷触地角度设计计算 17
3.8 盘刷系统机构参数的确定 18
3.9、刷盘系统触地压力计算 18
3.10 盘刷系统避让装置设计计算 24
3.11 盘刷的参数选择与计算 27
3.12 盘刷磨损及寿命计算 28
4 吸嘴的设计 32
4.1 吸嘴结构 32
4.2 卧式扫刷的参数选择与计算 33
4.3 尘粒的悬浮速度 35
4.4 吸尘口结构设计原则 38
4.5 吸风口设计 39
4.6 所需风量的计算 40
4.7 吸尘口的结构参数 40
4.8 管路系统压力损失的计算 43
总结 47
致谢 48
参考文献 49

1 前言
1.1 课题背景及意义
近些年来，随着我国的经济迅速发展，人民生活水平也得到很大的提高。人民对城市的卫生、道路清洁程度也越来越重视，之前城市道路的清扫都是依靠环卫清洁工人的双手来清扫，这种的方式显然已经变得很落后落后，不再能够满足当今大中城市对现代化环境卫生工作的发展需求。人工清扫，工作效率低，工作量大这就会在很大程度上阻碍了城市道路环境卫生工作向更深的层次方向发展，对城市的整体形象造成了很大的影响，对人民的生活环境也会造成很大的影响。因此，全国各地的环境卫生部门对城市道路清扫作业机械化程度的提高提出了迫切的需求。依据城市道路建设部门的量化要求，大中城市的街道清扫作业机械化量需要占到城市道路清扫作业量的百分之六十以上。目前，随着我国经济的迅速发展、人们对健康生活环境的需求，大大地推动了道路清扫机械领域上的发展，并且使它获得了持续发展的动力。因此对当前存在扫路车进行持续不断的深入研究和科技创新的问题，迫切得以解决。纵观这十几年，我国道路清扫车快速发展，其产品从以前单一的纯扫式发展到现在的多种型式，多形式的扫路车以致满足我国不同地方不同气候的需求。不管是产品的质量何时性能等各方面都得到了迅猛提高，尤其是在改革开放之后，通过从国外进口一些扫路车，将国外的扫路车与国内的相结合，取其精华，去其糟粕，将各自优点相融合，使得我国扫路车的产品性能、质量以及可靠性得到很大程度的提高。不过现在，由于我国在一些诶技术领域上仍然相对落后，使得我国道路清扫车的整体水平同国外一些发达国家的扫路车水平相比，还有一定程度的差距，尤其是在产品的性能方面，仍存在较大的差距。为了使我国的道路清扫车水平在较短的时间内得到提高，缩小和一些发达国家道路清扫车性能水平上的差距，满足我国环卫部门对城市街道清扫作业的要求，扫路车制造企业应该加大对道路车性能方面的研究。只有明确扫路车的研究方向，从扫路车的基础研究方面入手，根据中国城市街道对扫路车的要求，研发出高质量、高性能，低成本、符合中国国情的扫路车。
1.2 扫路车概述
扫路车顾名思义，它是用于清除道路上的尘埃、落叶等一些比较轻小的垃圾。它适合作业地点，包括高等级公路、机场跑道、城市街道等，是清扫市政道路、街道和广场，收集和运输垃圾的专用路面清扫机械。道路清扫车多种多样，分类方式各不相同。其大概分类如下：
（1）按工作原理分类
扫路车按其工作原理可以分为吸扫式扫路车、纯扫式扫路车和真空吸尘车三大类。
吸扫式扫路车装备有盘刷或柱刷以及吸嘴，通常吸嘴可以上下伸缩，盘刷或柱刷可以伸出车体。其中，盘刷在液压马达或电动机的带动旋转将路缘、边角、护栏下的垃圾进行扰动、横向抛射至车子中间，形成一条垃圾带，当吸嘴经过垃圾带时，利用吸尘厢的负压将垃圾尘粒吸入垃圾箱。垃圾尘粒在进入吸嘴经过垃圾箱到气体排出的过程中，要经过几次除尘处理，将垃圾尘粒阻留在垃圾箱内，将除尘后的载体气流排出。
根据气流排出方式的不同，吸扫式扫路车又可以分为开放吸扫式扫路车和循环吸扫式扫路车。开放吸扫式扫路车工作时，垃圾和空气一起进入垃圾箱后，经除尘后直接由出风口排向大气；而循环吸扫式扫路车工作时，垃圾和空气一起进入垃圾箱经除尘后经过一根排气管道重新送回吸口，参与清扫作业。前者对厢体的除尘系统要求高，若除尘系统的除尘效果不好，将导致排从垃圾箱排放到打气的气体残留很多垃圾尘粒，将会造成二次污染；而后者，垃圾箱内的气体不是直接向大气排放空气，而是重新引回吸尘口。但如果循环空气在吸口内的导向不良，吸嘴封闭不严，将吹起路面上的垃圾尘粒，同样会造成二次污染。但总体而言，吸扫式扫路车相比于其它类型的扫路车具有清扫范围宽，适应性好，对微细垃圾尘粒的捡拾、输送效果好等优点。图1为烟台海德设计生产的一款具有代表性的吸扫式扫路车。
图1烟台海德YHD5054TSL型扫路车
纯扫式扫路车清扫范围宽，适应性好，然而，由于这种类型的清扫车工作时，对细小的灰尘颗粒清除率较低，一般用于人口稠密的市区，街道和大颗粒大量垃圾的地方。
这种清扫车由副发动机直接驱动液压泵。其结构和工作原理为：盘刷位于车辆的中部、车架的两侧，主要用于将垃圾集中然后再输送到柱刷的前方，柱刷在翻滚的过程中，刷毛将垃圾尘粒抛射到输送带或链板上，再由输送带回输送链板将垃圾输送到垃圾箱内。这类车不能通过车厢后倾来到垃圾，只能通过举升机构使垃圾箱侧倾或前倾，清扫系统的发动机和工作装置都布置在整车的前方。
近年来，发展最快的扫路车就是真空吸尘扫路车，其以固有的性能优势，逐渐增加市场份额。真空吸尘车的结构：真空吸尘车没有安装盘刷清洗机制，干法除尘，清扫宽度等于吸嘴的宽度。
根据随气流排出的不同方式被划分成纯吸和吹吸的类别。纯吸式真空吸尘车完全利用风机抽风，是垃圾箱负压而可以吸入垃圾来收集垃圾尘粒，而吹吸式则综合利用负压和空气吹压来实现清扫作业。真空吸尘车主要适用于大量灰尘的介质中，高密度，回旋困难和不便洒水除尘的地方，待清洁的对象包括：水泥，煤炭，金属矿石粉尘状的垃圾。图2某公司设计开发研制生产的JDS系列高效真空吸尘车。
图2 JDS系列真空吸尘车
(2)按除尘方式分类
道路清扫车按照清扫作业时的除尘方式分为两种类型：湿式扫路车和干式扫路车。干式扫路车没有喷水装置，在进行清扫作业时，必须在垃圾箱或管路系统中设置过滤器，将随气流比重较小的尘粒阻拦下来，防止二次污染。对于干式清扫车，由于过滤器的过滤方式不同，为了防止二次污染，可适当增加过滤器，但不能采用喷水压尘，主要目的是防止在除尘的过程中过滤器堵塞。湿式扫路车采用湿式除尘方式，安装有喷水装置，即扫路车在清扫作业过程中，盘刷处装有雾化喷水装置通过喷水压尘，在吸嘴和垃圾箱处也同时采用喷水除尘。由于盘刷处采用了喷水压尘，因此避免了扫路车在作业时盘刷处的扬尘现象；在吸嘴和垃圾箱处采用喷雾的形式，截获捕捉由吸嘴吸入的细小垃圾尘粒，使其在水雾中湿润、聚结成更大体积的颗粒，以增大其比重，方便在垃圾箱中沉降。由于采用了湿式除尘方式，垃圾尘粒无须采用其它措施便能在垃圾箱中依靠重力的作用沉降，所以其管路系统相对简单，通常不会再重复设置过滤器，但这种扫路车不能有效的吸收细小尘埃。
1.3 国内外扫路车发展现状
1.3.1国外发展现状
在工业相对发达的国家，在19世纪末，就有人着手研究道路清扫车，到20世纪20年代，在市场上已经出现有大型中型的扫路车销售。近年来，随着科学技术水品的提高，国外生产厂家对产品性能不断改进、研究，采用各种先进技术和优良的配套元件，制造出多种总体布局合理、具有优良险能的各类扫路车。从1894年英国发明第一台马拉扫路车算起，扫路车的发展历史已超过百年。日本、美国、德国、英国等国家从20世纪30年代开始就形成了扫路车量产。目前国外先进的扫路车，都在不断地提高，甚至出现了机、电、液一体化的智能水平。以美国某公司生产的扫路车为例，其功能动作设计包括了清扫工作中遇到的各种问题，垃圾箱液压倾倒、盘刷的伸缩、旋转、提升、避障、记忆、警示、自我保护及检测等。利用计算机、液压、传感检测、信息处理、自动控制和接口等技术达到机、电、液一体化智能控制的目的。扫路车上使用了温度、物位、倾角、转速、货重、液位、避障、压力、电量等多种传感器。由传感器采集扫路车控制所需的各种信息。这些信息被送到中央控制计算机，进行运算、存储、变换、加工等处理，控制系统发出各种命令，执行机构按照要求实现功能。
1.3.2国内发展现状
一种先进的技术装备的研制，必然经历一个逐步完善的过程。为了拥有先进的技术装备，满足国内市场的需求，国内不少城市从20世纪60年代就着手组织科技力量研制扫路车。虽然到目前，我国研制生产扫路车已有50多年的历史。但相对于国外发达国家，我国扫路车从技术水平、操作性能、清扫效果等方面都存在一定的差距。目前我国生产扫路车的企业有30余家。从产销量和技术实力上看，中联重科中标事业部（原长沙中标实业有限公司）、烟台海德专用汽车有限公司和福建龙马环卫装备股份有限公司等厂家处于行业的领先地位。国内扫路车的技术主要来源于三方面。一是借鉴国外同类产品的先进技术，并结合我国现有的技术能力以及我国国情，自行开发的产品。二是直接引进国外技术的产品。三是从国家科研院所转让技术，再在生产中进行改进的产品。总体而言，我国目前并没有专门的道路清扫车技术研发中心，没有专门的自主研发知识产权。再研发上投入的资金也相对比较少，因此使得我国清扫车产品在整体技术水平比较低。特别是在控制系统、清扫效率和专业化清扫等方面与国外产品有相当大的差距。国内企业已经认识到，随着外资企业的不断进入国内市场，竞争将越来越激烈，产品的技术水平将成为重中之重。国内大多数企业都在积极引进国内外先进技术与外国公司进行合作，以提高自己的技术含量较高的产品。在借鉴国外先进技术的基础上，开发新型路面清扫车以期形成产品多功能化、系列化，并进一步提高产品的清扫效率。
目前主导企业正加快新产品的开发步伐，尽快完成原有产品的统型改造，完善产品型谱，实现产品的制造切换和市场切换，提高市场份额，提升市场形象。同时加大投资，实施技术改造工程，以形成制造的核心能力，实现产品质量的提高和制造能力的加强。随着我国不断加快现代化的进程，综合经济实力的不断发展以及劳动力成本的提高，扫路车的发展日趋完善。路面、场地保洁采用扫路车作业已经成为一种趋势。

2 整车结构布置
2.1 整车方案
通过结合国内外各类扫路车的设计理念、运用技术、使用情况的总结和分析，并参照国家对环卫车辆的排放要求以及政策法规，最终确定了基于实用方便、性能可靠为最大设计要求进行本车的设计开发。并基于此确定如下整车方案：底盘选用NKR77LLLACJAY五十铃国四排放标准底盘；根据设计要求配置副发动机以驱动风机和工作装置；清扫方式采用吸扫结合、干式除尘方式，并且采用利于小吨位干式除尘功能实施的“中间两盘刷加吸嘴加滚刷”的工作装置布置方式，干式除尘时设置帘布密封空间防尘装置降低扬尘。整车方案确定的具体设计参数如表1所示：
表 1整车设计参数
外形尺寸
5700×1990×2450
总质量
6130Kg
额定载质量
740kg
整备质量
5260kg
接近角/离去角
24/13度
前悬/后悬
1015/1325mm
轴数
2
轴距
3360mm
前轮距
1504mm
后轮距
1425mm
最高时速
97Km
发动机功率
96KW

2.2 整车系统概况
整车共分为七大系统：底盘系统、副发动机系统、气路系统、液压系统、盘刷总成、副车架总成、车箱结构总成。副发动机是给草路车各个工作装置提供动力源，其中，一动力是由离心离合器经过皮带传递给风机，完成抽吸作业，另一动力输出是由单级齿轮传动装置带动液压油泵，通过液压系统来控制工作装置。气路系统由风机、吸嘴、风管、集尘箱、过滤装置等组成。在清扫作业中，液压系统和气路系统都是由副发动机带动提供动力。液压系统通过液压油缸和液压马达控制盘刷机构的升降和盘刷的旋转清扫动作，同时还操纵吸嘴的升降，滚刷的旋转，盘刷系统液压马达、螺纹连杆，弹簧连杆等机构动作下旋转清扫、避让障碍等。气路系统中风机旋转使集尘箱内产生产生负压，气流从吸嘴吸入，垃圾在垃圾箱沉降室内被收集起来。清扫作业完成后，扫路车到达指定地点，油缸控制垃圾箱后门打开，同时控制垃圾箱举升，完成垃圾倾倒。至此，在各系统的协作配合下，扫路车顺利完成了清扫任务。
2.3 NKR77LLLACJAY中型清扫车的功能特点
2.3.1吸扫方式
该款中型清扫车采用“中置两盘刷+后置吸嘴+滚刷"相结合的吸扫式作业方式。其工作原理为利用车架底部两侧装置的两个左右正反方向旋转的盘刷将路缘、边角、护栏下的垃圾输抛射到车底中间吸入区范围，再依靠强风力风机使车厢产生负压，并在管路系统中形成的真空度，由贴近地面的吸嘴经吸管将垃圾吸入垃圾箱内，从而完成对路面垃圾的清扫和保洁，而后置滚刷的目的就是将吸嘴下方的垃圾再次扬起，增大垃圾的悬浮速度，是垃圾更容易被吸进垃圾箱。吸扫式清扫车具有清扫范围宽，适应性好，对微细垃圾尘粒的捡拾，输送效果好等特点。
2.3.2除尘方式
由于底盘空间的限制，设计的清扫车除清扫路线和清扫宽度要适中，因此，一般是根据路面情况选择合理的除尘方式，使得清扫车的作业路线和作业空间最长，最合理。并且要求在垃圾吸入垃圾箱后，尘粒要可以停留在垃圾箱内。该款中型吸扫式清扫车的除尘方式即采用重力除尘和惯性除尘、过滤除尘等相结合的方案。
重力除尘的原理：是采用截面积的差异来改变流速从而达到减小惯性。由于垃圾箱的截面积比垃圾吸管的截面积大得多，因此当垃圾与空气的混合气吸管进入垃圾箱后，气体流速在垃圾箱内将会迅速降低，垃圾尘粒便依靠自身的重力降落到垃圾底部，从而达到收集垃圾的目的。另外，在垃圾箱中设置隔板，因为垃圾尘粒的惯性要比空气的惯性大得多，这样当尘粒与挡板发生碰撞后，便会使其改变速度大小和运动方向，从而与输送气流分离开来，达到除尘的目的。另外，该清扫车除尘系统中还以铁链帘网和铁丝滤网方式作为辅助。
2.3.3底盘
目前国内的道路清扫车不没有采用专用的底盘而是大多采用二类底盘改制而成。本设计的中型清扫车选用NKR77LLLACJAY五十铃国四排放标准底盘，车辆行走部分直接由底盘发动机的驱动，因而不需要对行走部分做设计制造。选用NKR77LLLACJAY五十铃国四排放标准底盘，底盘上的发动机可以确保清扫车有较高的行驶速度，其可以给车辆上一一些非参与清扫作业的系统提供能量，同时，发动机的功率充沛，可以将清扫的垃圾迅速转移的优点。为了克服车辆行走换挡或一些状况而切换动力，导致各个清扫作业系统的停止工作的状况，本设计在NKR77LLLACJAY五十铃国四排放标准底盘的基础上增设一台辅助柴油副发动机。所有清扫作业系统都将由这台服发动机来提供动力。采用双发动机驱动形式的优点：克服了单发动机传动方式的不足，能够确保清扫车使用性能的需要，另外，行走系统和工作装置在动力上各自独立，行走速度和行走操作不会对工作装置的作业效果产生影响。
2.3.4传动形式
由于清扫车有两台发动机，使得清扫车的行走机构的动力传动和清扫作业机构的动力传动互不影响，而是相互独立，其中工作装置的传动系统主要包括副发动机、风机及液压系统三大核心部分，其传动形式原理图如图3：

盘刷和滚刷转动
盘刷和吸嘴摆动
垃圾箱倾倒
液压马达
液压缸
液压泵
管路系统
驱动风机
离合器
变速器
副发动机
驱动车辆行驶
主发动机
图3清扫车的传动形式
如图所示：车辆的行驶有底盘发动机来提供动力，不参与工作装置的驱动；而风机和液压系统通常由副发动机通过离合器和变速装置来驱动。在传动路线中，变速装置由皮带轮，采用皮带传动。盘刷以及后置滚刷的旋转和摆动、吸口的摆动、尾门的开闭以及垃圾箱的倾倒动作都是通过液压系统来完成的，其中，盘刷和滚刷的旋转是靠液压泵带动液压马达来驱动的，而盘刷和吸嘴的摆动以及尾门开启、垃圾箱的倾倒则是由液压油缸来驱动。
2.3.5清扫装置
清扫装置是在车底盘前后轮的中间适当位置安装两个盘刷，刷毛由合成塑料来制作。在清扫的过程中，刷毛触地滚动塑料刷毛，相对于钢丝它对地面的伤害较小，虽然耐磨性不好，其弹性好，而且刚度适中，可以提高垃圾尘粒的抛射速度，同时也提高盘刷的工作能力。当盘刷处于作业状态时，其应该外伸而且下落，并且与路面保持浮动接触。当在非作业状态时，盘刷由液压系统控制收回到一定的高度，这样可以减小车辆宽度和刷毛的磨损。综上分析，盘刷的动作机构设计时必须能其实现外伸、下放、浮动和回收提升锁紧的复合动作。盘刷的升降和伸缩由液压缸加连杆机构控制，另外还可以机械式控制刷毛的接地压力，使清扫车保持最佳清扫效果的同时尽量使刷毛的磨损程度最小。采用后置式吸嘴，其位于盘刷稍后、底盘车架两纵梁之间。吸嘴的主要功能是借助垃圾箱的负压，产生于高速气流有效地吸入垃圾尘粒。由于吸嘴的结构短，而且直，在负压的作用下垃圾很容易被吸入垃圾箱内。扫盘的直径大，而且能伸出车外所以清扫宽度较大。前悬短，使得吸嘴的调整和吸管的更换方便。另外，吸嘴相对于路面的距离对拾取垃圾的效果影响很大，因此，吸嘴在正常作业状态下，应能自动保持最佳离地间隙，离地问隙的调整由可调整的拖轮保证，并使吸口可随路面的高低而起伏。吸嘴后面连接有卧式扫刷，主要功用是把吸嘴下方的垃圾再次扬起，降低尘粒的悬浮速度，使垃圾更容易吸到集尘箱。

3 NKR77LLLACJAY中型清扫车盘刷结构及设计参数
3.1 盘刷的性能要求
为了使盘刷能够自动适应各种路面状况，使得路面清扫更加干净，并且能在遇到紧急情况（如：前方障碍、碰到护栏等）时具有自动避让功能，并能在最短的时间内恢复工作状态，盘刷机械必须满足如下一些性能要求：
1、盘刷处于清扫作业状态时，应该可以外伸而且下落，与路面保持一定的间隙浮动接触。在非工作状态时，盘刷必须回收并且提升离开路面至一定高度，目的是为了减小车辆宽度和刷的磨损。因此，盘刷的动作机构必须可以实现外伸下放浮动和回收提升且锁紧的复合动作。
2、当盘刷处于下放外伸浮动工作状态，在行进清扫作业过程中，由于驾驶原因或路面设计的原因，有可能与前方的道路固定设施如护栏枉芏、路缘石等发生碰撞。为了防止盘刷与道路设施之间的刚性撞击而损坏，所以盘刷必需具有缓和碰撞、避让障碍和自动恢复的功能。
3、盘刷处于工作状态时，盘刷旋转接地的处必须保证抛尘指向车子中间，同时还要保证作业状态时具有足够大的清扫区域和最大清扫宽度。若盘刷的整个圆周平面水平接触地面旋转，垃圾尘粒就会沿盘刷四周的圆周切线方向抛射，这样垃圾不仅不能抛到车子中间指定的位置，反而会造成了垃圾灰尘到处飞扬扩散即二次污染。盘刷水平接触地面，会使整个盘刷的刷毛同时与路面接触旋转，加快了刷毛的磨损，缩短了刷毛的使用寿命。为了使尘粒实现定向抛射到指定的区域，防止产生二次污染，应调节盘刷使得前方外侧中心角为一定角度的局部区域接地。盘刷工作时，只有部分毛刷接地将垃圾抛射到吸风口指定的区域，其它部位的刷毛不接触地面，因此也不会不扰动路面，所以在清扫车的持续作业过程中，对于一根具体的刷毛来说，只是周期性的间歇参与工作，在很大程度上减小了刷毛的磨损。盘刷的触地点位置还必须考虑其接地宽度区域足够大。这样才能保证足够的清扫宽度。为了使清扫车能将在工作区域内的垃圾清扫干净，盘刷接地区域应与吸尘口或滚刷的工作区域有一定量重合，这样设计可以有效的提高工作效率。通过查资料，盘刷接地中心角一般取=120。盘刷倾斜角，即盘刷与地面的夹角取
4、盘刷刷毛应具有良好的弹性和适中的刚度。当盘刷下放，刷毛与路面相接触后，由于盘刷自重和外加力作用刷毛会产生变形弯曲，对路面产生一定压力，用以清扫垃圾。当刷毛随刷盘转至接地区域内侧时，由于盘刷的前倾角度、刷毛变形量呈非线性加速减小，在离开路面时，弹性力完全释放，刷毛加速回弹，该能量可直接传递给垃圾尘粒使其加速抛向内侧。由于刷毛弹性而产生的回弹效应，可大大提高垃圾尘粒的抛射速度和距离，有效的提高清扫效率。如果刷毛在作业过程中发生塑性变形，失去弹性，则刷毛在不接触地面时，不会产生回弹，就不能将弹性势能转化为垃圾尘粒的动能，从而降低抛射速度，也导致了清扫效率的降低。刚度适中的刷毛可使刷毛在离开路面时释放出大小适当的弹性力作用在垃圾尘粒上使其获得理想的速度。另外，对于设定的盘刷结构重量和外加力，刚度适中的刷毛可产生适当的变形，能获得理想的接地面积。
5、毛接地点绝对速度的大小和方向是影响盘刷清扫性能的重要因素，绝对速度的大小将影响到垃圾尘粒在盘刷刷毛转动的作用下所获得的抛尘速度和被抛射的距离，绝对速度的方向将决定垃圾尘粒被抛射的方向。如果清扫车的行驶速度和方向，刷盘的接地中心角都不变。由图4可见，盘刷转速不同时，刷毛接地点相对于路面的绝对运动速度和方向的变化情况。图4（a)中清扫车的行进速度为牵连速度，盘刷分别以转速和旋转时，刷毛的接地点的线速度为相对速度和。假设知盘刷接地中心角固定不变。由图4（b)知，当盘刷以转速旋转时，刷毛接地点的绝对速度的大小和方向 分别如下： 图4扫盘的运动分析
(其中）

由图4（b）知，当盘刷以2旋转时，刷毛接地点的绝对速度大小和方向分别如下：

可见，>,>,说明在清扫车作业行驶速度不变的情况下，通过提高盘刷的转速可以有效的提高刷毛接地点的绝对速度，也可以改变刷毛边沿的合成速度方向，使绝对速度的内倾角度增大，二者的变化趋势一致。绝对速度的大小，将影响到垃圾在刷毛作用下所获得的速度及被抛射的距离，而速度的方向决定垃圾被抛射的方向。当抛射速度较小而且抛射内倾角也较小时，尘粒在被毛刷抛射一次后，向车辆内侧移动的距离太小，不能进入吸口工作范围，而仍然停留在盘刷工作范围内，必须被盘刷再次抛射，才能完成使尘粒从盘刷区域到吸口区域的横向移动。若盘数的转速及接地方位不变，而清扫车的作业行进速度发生变化时，也必然影响刷毛的接地点的绝对速度的大小和方向。当 作业行进速度由提高到2时，刷毛的绝对速度的大小由
变为

显然

变为

显然。因此，若保持盘刷的转速和接地速度都不变，提高清扫车行驶速度可以增大刷毛接地点的绝对速度，但会减小绝对速度的和内倾角，这二者的变化趋势相反。
3.2 盘刷的结构
图5 盘刷装置结构
1 连接链条,2 支座,3 挡板,4 调整螺栓,5 下连接杆,6 吸尘接口,7 防尘罩,8 盘刷,9油缸支座,10 油缸调节杆,11 液压油缸,12 弹簧,13 螺纹调节杆,14 调节螺栓,15 液压马达
上述各部件依据各自的机动原理，相互配合，相互作用而构成了整个盘刷的装置，从而也保证整个盘刷系统具有如下的功能：
(1) 由液压油缸是给盘刷的伸缩、升降提供动力，保证扫盘的升降伸缩。(2)防尘罩将盘刷围起来，罩住了作业过程产生的尘粒，同时吸尘接口与气系统吸管连接，可将清扫过程中小的粉尘颗粒直接吸入除尘箱，降低干式作业时的扬尘，有效的抑制了扬尘问题。（3）盘刷是盘刷系统的执行装置，清扫车工作时盘刷与地面接触液压泵驱动旋转清扫，刷毛较容易磨损，需定期更换。（4)弹簧和链条组成盘刷系统的避让机构，当清扫车在清扫作业中碰到护栏或者障碍物体时，该机构便可以回缩，弹簧伸长，拉力增加，缓冲冲击，当过障碍后，在弹簧力的作用下盘刷又恢复常态，进行正常工作，该机构能有效的使盘刷安全的越过障碍。(5)由螺纹调节杆、调整螺栓、下连接杆、调角螺栓、挡板、油缸调节杆等构成盘刷系统四连杆机构的倾角调节机构。通过改变螺纹调杆的伸长量，使盘刷沿该方向倾斜一定角度，然后松开倾角调整螺栓，可以调节液压马达支座，使其向外倾斜一定角度，然后拧紧螺母，这样保证盘刷与地面有适的触底角度。挡板和调角螺栓可以通过调节改变盘刷外伸的角度，使整车有合理的清扫宽度。(6)液压马达是用来驱动盘刷旋转的装置，使盘刷按照一定方向、一定的转速旋转。当速度过大或过小时，可以按照需求来改变液压油通过液压马达的流量来改变液压马达的转速，从而达到改变盘刷转速的目的。用液压马达来驱动盘刷，最大的优势就是可以有效的控制其转速的大小。
3.3 扫路车吸扫除尘过程分析
该道路清扫车的清扫工作主要由左右盘刷、吸嘴以及滚刷等完成其吸扫任务。其清扫过程如图6所示，盘刷和吸嘴以及滚刷均分布于整个待吸扫区域中，盘刷往车体外伸，倾斜放置地面呈一定角度接触，其接触区域为扇形圆弧区，使清扫作业时，尘埃往同一方向抛射。随着车辆向前行驶，盘刷旋转将两侧的垃圾抛射向车底中间可吸入区域，形成一条垃圾带，（刷转速相对较高，部分废物可能会获得速度较大，故须在两盘刷中间到吸嘴处置一挡板，以确保废物不致从另一侧被抛出）再由吸嘴将垃圾吸入垃圾箱，吸嘴后方设有滚刷，其功用是将吸嘴下方的垃圾再次扬起，降低了垃圾的悬浮速度，使得清扫更干净。另外可吸区域与可扫区域须有一定的重叠空间，确保车底清扫不到的地方处的垃圾也可以吸收干净。最终，所有废物在可吸区域内被吸嘴吸走，完成整个吸扫除尘过程。

滚

刷
图6 清扫区域

3.4、盘刷清扫机理
盘刷的转动是由液压马达的旋转来驱动的。清扫车行车作业，盘刷旋转过程中遇垃圾，使垃圾获得一定的速度，拋向吸嘴可吸区域形成垃圾带，在由吸嘴吸收，从而达到清扫的目的。在清扫过程中，需要保证盘刷有正确的拋尘方向。

（a)盘刷全接地拋尘方向示意 （b）盘刷部分接地拋尘方向示意
图7 盘刷抛尘过程
在盘刷清扫作业过程中，道路经过盘刷旋转清扫后，垃圾沿着盘刷旋转的切线方向被抛出。如果在盘刷底面整体触地旋转的情况下，如图7（a），就会造成废物沿着整个圆周的切线方向被抛出，这样不仅起不到清扫收集废物的作用，却会造成废物四溢、扬尘四起，使路面更加混乱，城市更加不整洁。所以，盘刷设计安装时，如图（b），需要与地面呈一定的角度，从而使盘刷在工作时，与地面的接触面始终保持成ψ角，这样便不会造成扬尘污染，顺利保证清扫作业的实现。同时，在保证合理的拋尘方向的同时，还要尽量使盘刷的清扫区间最大化，以达到最大的清扫宽度。

图8 盘刷与触地面示意图
从图8可知，倾角方位的选择，主要必须保证盘刷底面外边缘应该与地表面恰好接触，便能保证道路上各街角的垃圾随着盘刷的运动都被扫除，而且又不造成扬尘。盘刷内侧触地位置的确定，以扇形角度为120°处为宜。整个扇面与地面接触过程中，扇面边缘与地面的接触压力为临界值0，随着向扇面中心的不断运动，压力越来越大，直到扇面中线处达到最大，整个扇面压力对称分布。这样，既保证了合理的拋尘方向，又保证了有效的清扫宽度。
3.5、盘刷系统机构参数设计计算
在进行盘刷系统设计时，首先需要构思整个系统功能的实现及各参数的设计。并且盘刷系统作为一个结构性很强的执行装置，其参数之间是相互关联的。它们相互间的配合，最终实现了扫路车的清扫宽度、外倾角度、适当的触地压力及合理的机构避让等功能和性能。如图9所示，可以构思如下简图以利于分析、理解和计算一些相关问题。
图9 盘刷系统整体参数简图
图9中，盘刷支撑架转轴到连杆机构中竖杆的距离为，调节杆的长度为，支撑杆的长度为，竖杆BC到盘刷中心的距离为，盘刷底面直径为，竖杆两铰点间距离为，竖杆铰点到盘刷底面的距离为，盘刷下放角度为，盘刷工作时底面与地平面夹角为，扫路车底盘车架间距离为，盘刷支架外伸距离为，盘刷外伸角度为，清扫宽度为。
3.6 清扫宽度设计计算
适当的清扫宽度是保证扫路车清扫能力的重要参数。扫路车的最大清扫宽度是由盘刷在一定条件下所能外伸的最大宽度所决定。由上，则扫路车清扫宽度为：

3.7 盘刷触地角度设计计算
为了保证设计的扫路车正确的抛尘方向以及减少盘刷的磨损，故需要通过调整一些连杆机构和调整螺钉以及设计上的调整使得盘刷工作时与地面有一定的触地角度。而合理的盘刷触地角度是由机构调节盘刷内倾和侧倾共同作用的结果。
首先，盘刷内倾角度可由下面式子计算：

式中，表示机构为了调整盘刷底面与地面合适的夹角，而对四连杆中调节杆做出的调节量，故为了简化表示可以用代替。则上式变为：

当盘刷工作以后，由于盘刷刷毛的不断磨损，将会造成盘刷下放角度逐渐变大，这将对上式中值产生影响，所以盘刷的刷毛磨损到一定程度后，有必要通过对的调整来保证值能够保持在一定的范围内。同时，盘刷与地面的接触部分是呈外倾的扇面，这样才能保证合理的清扫宽度与清扫性能。而扇面的形成光靠盘刷的内倾还不够，同时还需要合适的侧倾角度才
图10 盘刷侧倾角度示意图
能保证，侧倾角是由马达支座与四连杆铰接座的相互转动实现的，如图10所示。
当盘刷同步实现了内倾角度和侧倾角度的时候，才能保证盘刷与地面有一个适当的夹角。
3.8 盘刷系统机构参数的确定
最终，通过上述机构分析与相应的结构计算为理论依据，结合最初盘刷系统设计的思路与构造需要满足的功能要求，参照整车布局的设计思路与整体方案中所确定的性能参数，以及底盘的参数，通过计算得出盘刷系统各机构具体参数，如表2所示：
表2 盘刷系统机构参数
=110mm
=218mm
=20
=590mm
=100mm
=25
=607mm
=525mm
=4
=88mm
B=2800mm
=5
=780mm
d=900mm

3.9、刷盘系统触地压力计算
盘刷系统工作时，适当的触地压力可以提高抛尘速度，保证有效的清扫率。盘刷之所以会产生触地压力，是由于真个盘刷系统的重量造成的，而由于盘刷在下降时，液压缸的液压油回流，在重力的作用下，整个盘刷系统自由下落，所以在计算触地压力液压油缸的液压油不影响影响，可忽略不计。盘刷下落到正常作业高度以后，盘刷的触地角度很小，对于触底压力的计算影响不大，故可以简化。通常情况下，只是靠上述机构的重力会造成盘刷触地压力过大会造成盘刷的过度磨损，是不能保证盘刷触地压力的合理性的。触地压力过小又会造成清扫率的不足，所以需要给机构添加一个可调节的提升机构来满足整个盘刷系统触地压力的合理性和可调节性。
如图11所示，对机构进行简化和静力学分析，其中杆和长均为，连杆机构中杆和杆长均为，盘刷中心到杆间距离为，提升力作用点到点距离为，盘刷触地压力到杆长为；杆重力为，杆重力为，杆和盘刷组件合重为，提升力为，盘刷触地压力为；盘刷下压角度为，提升力与杆的夹角为。

图11 盘刷连杆机构静力学分析
由11图，以点建立力矩平衡方程：

图12 盘刷组件及杆BC静力学分析
如图12，以点建立力矩平衡方程：

图13 杆静力学分析
由图13，点A受力为和，同时还受重力和、，得：

综合这3式得：

由公式，

式中：——刷毛直径，；
——盘刷半径，；
——刷毛自由长度，；
——刷毛的弹性模量，；
——刷毛断面的惯性矩；
——刷毛的变形量，；
——盘刷的转速，；
——盘刷的圆周线速度，
——工作刷毛数。
盘刷机构合理的触地压力可由下式计算：

式中：—刷毛直径，取2×10；
—盘刷半径，取0.45 ；
—刷毛自由长度，取0.35 ；
—刷毛的弹性模量，取
—刷毛断面的惯性矩，取
—刷毛的变形量，取0.02 ；
—盘刷的转速，取最高转速120
—盘刷线速度，取5.6；
—工作刷毛数，取500。
代入各参数值，求得：

所以，合理的提升力

在清扫作业中，由于盘刷会一直与地面产生高速相对运动，所以会使其逐渐磨损，刷毛变短，重力减小，盘刷下压角度增大，提升力与杆夹角减小，从而导致和发生变化，所以在设计的时候，要保证实际工作中两者在合理值周围变化，相差不大即可满足。

3.10 盘刷系统避让装置设计计算
清扫车在作业时，由于城市道路的不平，或道路环境的复杂，盘刷系统难免会遇到一些障碍物。有些障碍物过大，盘刷系统无法逾越，此时盘刷系统将与障碍物产生硬性碰撞，会导致损坏。为了避免这种状况的发生，在盘刷系统上设计有一个弹性避让机构。当盘刷在清扫作业中遇见障碍物时，盘刷组件在外物的作用下，避让机构控制盘刷系统回缩到车辆下方，从而避过障碍物，此时由于机构的回缩运动，避让弹簧被拉长，弹簧拉力增加；当越过障碍物以后，机构和盘刷组件在弹簧拉力的作用下重新回到工作位置的过程。避让装置主要由避让弹簧以及调节套筒两个机构组成。避让机构最组要的部分是避让弹簧。本设计主要是对弹簧的设计进行计算。在盘刷系统中，避让弹簧有两个作用，一、盘刷系统正常清扫作业时，通过调整避让弹簧上方的调节套筒，可以调节避让弹簧的升降，避让弹簧的伸缩，可以使盘刷机构处于合理的触地压力；二、当盘刷机构碰到障碍物需要避让时，弹簧能提供向外的拉伸力，从而保证盘刷机构能够正常复位。在设计避让弹簧时需要考虑到这两个因素。如图14所示，弹簧正常清扫作业长度为，杆长度为，点为弹簧与杆铰接点，长度为，杆长度为，弹簧与杆的下压方向夹角为，弹簧与杆外伸方向夹角为，机构下压角度为，机构外伸角度为。

图14避让弹簧设计简图
以点建立空间直角坐标系，弹簧连接铰座铰点坐标，连接杆铰点坐标。
当盘刷机构初始作业但未避让时：
弹簧正常作业时长度可表示为：
其中，
弹簧的自由长度可由下式计算：

式中：——弹簧剪切弹性模量，
——弹簧钢丝直径，；
——弹簧中径，；
——弹簧刚度，7。
则知，弹簧的拉伸力为：

则在面内，弹簧提供的用于调节触地压力的提升力为