P（ON）-落葉清掃機設計
P（ON）-落葉清掃機設計,on,落葉,清掃,打掃,設計
青島農業(yè)大學
畢業(yè)論文(設計)開題報告
題 目： 落葉清掃機
姓 名： 張明
學 院： 機電工程學院
專 業(yè)： 機械制造及其自動化專業(yè)
班 級： 0704
學 號： 20071893
指導教師： 徐永健
2011年 3 月 19日
一、選題依據(擬開展研究項目的研究目的、意義等)
秋末冬至，落葉紛飛，本是一片美麗景象，但大量落葉卻影響了城市環(huán)境?，F在一般都采用手工清掃落葉，這樣做不但增加了清潔工人的勞動強度同時由于落葉質量輕容積大收集后給運輸也帶來不便。落葉收集后通常采用焚燒或者填埋的方法來處理，這樣做不但污染了環(huán)境還浪費了資源。落葉是有機質，我們可以收集用于造紙，有機肥，飼料等。我研究的落葉清掃機采用無污染的吸附裝置可對路旁，樹底下等目前清掃機無法清掃的地方進行清掃，并壓縮落葉容積成塊狀，是一部綜合型的清掃機，具有很高的商業(yè)價值與推廣價值。
二、國內外同類研究或同類設計的概況綜述(在充分收集研究主題相關資料的基礎上，分析國內外研究現狀，提出問題，找到研究主題的切入點，附主要參考文獻)。
國內外落葉處理概況： 我國目前對城市落葉的清掃處理,大部分靠人工清掃,采用掃帚、撮箕、垃圾袋及手推車等手工工具,運至相對集中地焚燒或掩埋。大城市及一些開放城市有采用清掃機械清掃的,但均系散裝運輸,效率低,費用高. 發(fā)達國家的一些城市擁有刷式真空清掃車、不帶有壓縮裝置的真空清掃車、集裝車及電動環(huán)衛(wèi)收集車等,其不同的規(guī)格和型號可適應不同作業(yè)場合的需要. 國內有關部門也正致力于研制清掃機具,除已有的刷式清掃機外,又研制了吸塵式真空清掃收集車、帶壓縮設備的收運車等.環(huán)保部門還研制成無污染的焚燒爐,可以對樹葉等進行無污染處理。
現在國內外研制的落葉清掃機主要有燃油式與電瓶式，都可對路面進行清掃，有針對于路面的路面清掃機、超市廣場的吸塵清掃機、積雪清掃機、鐵軌清掃機等等。針對性較強，然而卻不能同時對路面、樹底、路旁等處同時進行清掃且缺少收集壓縮裝置，不能很好的對落葉這種有機物進行合理的利用。
工作原理：利用風機將落葉吸附進落葉收集裝置，然后進行擠壓統(tǒng)一存放。
結構特點：落葉清掃機可分為落葉吸附裝置、收集裝置、加熱裝置、擠壓裝置等部分，可實現落葉的清掃、收集、加熱、擠壓等處理功能。
參考文獻：
［1］黃標. 氣力輸送在卷煙工業(yè)中的應用 ; 輕工業(yè)出版社 1986
［2］彭耀林. 利用廢棄植物制作木炭技術 ; 農村百事通 1988
［3］雪茗齋. 機械設計實例課堂 ; 人民郵電出版社1999 38-78
［4］胡仁喜、康士廷. 模具設計從入門到精通; 機械工業(yè)出版社2000
［5］林清安. PROE零件裝配與產品設計 ; 清華大學出版社2009
［6］莊禮、賢馬暉. 流體力學 ; 中國科學技術出版社2008
［7］程友蓮. 風機與家用電氣 ; 中國農業(yè)出版社2005
［8］李廣慧、李波 機械制圖簡明手冊; 上海科學技術出版社1985
［9］周一鳴. 汽車與拖拉機 ; 中國農業(yè)大學出版社1998
［10］胡傳鼎. 通風除塵設備設計手冊; 化學工業(yè)出版社1986
［11］吳慶鳴、何小新 工程機械設計; 武漢大學出版社2010
三、研究方案(研究內容、目標、研究方法、技術路線、擬解決的問題、特色或創(chuàng)新點等)
研究內容：落葉清掃機
目標：能清掃路面、路旁、樹底下等處的落葉，壓縮統(tǒng)一存放，以備合理利用。
技術路線：調查研究→確定總體方案→工作機理分析→主要工作部件的設計→加熱收集裝置設計→計算和校核→撰寫論文→繪制零件及裝配圖→修改零件及裝配圖與論文→申請答辯
解決問題：落葉粘附過濾網與風機設計問題與整體結構的合理布局。
特色與創(chuàng)新點：
1）吸附面積廣，靈活，可對樹底、廣場、道路及路旁等地進行清掃
2）風機的設計與落葉落入進料裝置的設計，可將落葉吸入落葉收集裝置，經擠壓統(tǒng)一存放，合理的解決落葉吸附黏著過濾網的問題與存放問題。
3）合理解決農村城市化過程中雜物存放問題，有利于資源的合理配置。
四、進程計劃(各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等)
1）準備階段：3月1號到3月31號。進行相關資料的收集。
2）設計進行階段：4月1號到5月31號。在資料準備齊全的情況下，進行如下工作：
A）繪制落葉清掃機各零部件的零件圖。
B）繪制落葉清掃機的裝配圖
C）進行相關數據計算撰寫設計說明書與畢業(yè)論文。
3）完成階段：6月1號到10號。6月1號到5號對設計部分進行全面的修改。
4）答辯：6月5號到10準備畢業(yè)答辯。
五、導師評語
年 月 日
目 錄
摘要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1落葉清掃機設計的目的和意義 1
1.2本課題應解決的主要問題及技術要求 1
1.3國內清掃機的發(fā)展概況 2
1.4國外落葉清掃機的研究現狀 4
2總體方案選擇 5
3落葉清掃機運動機構的設計 10
3.1連桿機構的設計 10
3.2落葉清掃車擠壓機構運動分析與設計計算 11
3.3齒輪與輪軸的設計 14
4落葉清掃機帶傳動的設計計算 25
4.1平帶傳動機構的設計及計算 25
4.2V帶傳動機構的設計及計算 28
4.3帶傳動的張緊裝置 31
5總結 32
參考文獻 33
致 謝 34
落葉清掃機設計
摘要
目前，城市街道、公園、道路落葉清掃大多用手工清掃，效率低、勞動強度大，且不利于落葉的二次利用。本設計力求在落葉清掃過程中實現機械化，采用氣吸方式收集落葉以利于路旁、樹叢下落葉收集。收集后的落葉，采用加熱軟化和機械強力擠壓的方法，把松散的落葉加工成固體塊狀以利于運輸儲存及二次利用。本設計采用帶孔的旋轉落葉機構解決了落葉粘附落葉網的問題，采用機械及液壓的方式，提高了擠壓的壓力與作業(yè)效率。本設計對各個機構進行了精確的運動分析與計算，解決了機構運動的配合與定時問題。本設計基本上實現了落葉收集的自動化，在城市環(huán)衛(wèi)應用上可能將有廣闊的應用前景。
關鍵詞：落葉清除；加熱軟化；強力擠壓；氣吸方式；
The Design Of Shatter Sweeper
Abstract
Nowadays, the cleaning of the shatter in the street and park is usually done by labors. The workload is large .It will cost a lot of time and the leaf collected will not be used at the second time. The design is pursuit to improve the process did by machine. It will use the gas to collect the shatter which hides under the trees and the roadsides .After that, the leaves collected will be heated to be soft and be extruded by the machine. At the end, the shatter will be machined to solid so that it will be used and transported more conveniently. In fact, the machine usually works with many problems because the shatter perhaps adheres to the net .In order to solve this problem, we design the rotating institution to improve the pressure and efficiency. During the designing, we did a lot of analysis and calculation, making the machine work by cooperation and it can be timing. We have reason to believe, under our effort, the machine we designed will have fantastic performance.
Keyword: deciduous cleared ; heating softening;powerful extrusion ; gas suction mode;
機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文）
1緒論
1.1落葉清掃機設計的目的和意義
本次設計的課題是落葉清掃機。落葉清掃機作為城市的環(huán)衛(wèi)設備之一,是一種集路面清掃落葉、落葉輸送為一體的新型高效清掃設備?？蓮V泛應用于學校、公園、街道等地落葉清掃。落葉的清掃工作既可以保證道路的美觀,維護了環(huán)境的衛(wèi)生,又維持了路面的良好工作狀況,延長了路面的使用壽命。然而，一般的落葉清掃機并不能同時對樹底下、馬路旁邊等不易清掃的地方進行清掃，因此設計一種新式綜合型的清掃機迫在眉睫。
眾所周知大量落葉不僅影響了城市環(huán)境，還給交通帶來不便?，F在一般都采用手工清掃落葉，這樣做不但增加了清潔工人的勞動強度而且由于落葉收集后占用空間大給運輸也帶來不便。落葉收集后通常采用焚燒或者填埋的方法來處理，這樣做不但污染了環(huán)境還浪費了資源。落葉是有機質，我們可以收集用于造紙，生產有機肥和飼料等。此次設計所研究的落葉清掃機采用風機作為吸附裝置可對路旁，樹底下等目前清掃機無法清掃的地方進行清掃，并壓縮落葉容積成塊狀，是一部綜合型的清掃機，具有很高的商業(yè)價值與推廣價值。
1.2本課題應解決的主要問題及技術要求
落葉由于質量輕而易受風機吸力影響粘附在落葉過濾網上，從而使風機吸力作用減弱，由于占用空間大需要較大存儲裝置，為節(jié)約空間需壓縮成塊存放，由于部件較多分布復雜故需合理布局，合理確定各個部件之間的連接關系。
一、設計過程中需要解決的主要問題為：
(1)落葉粘附過濾網問題
(2)風機的合理選擇
(3)加壓裝置的設計
(4)各個部件之間的合理布局
二、設計過程中的技術要求：
（1）確定風機的類型與合理設計風機； 風機作為吸附裝置的動力，需合理選擇風機的型號、葉輪直徑、葉片數、風機流量、風機全壓等。
（2）解決落葉粘附過濾網問題； 合理設計落葉粘附過濾網方案，撥叉結構的設計、帶輪的設計、撥叉外箱體的設計等。
（3）加壓機構的確立；加壓機構方案的確立，加壓機構加壓順序的方案確立，加壓機構各個零件如軸、推桿、轉桿的設計。
（4）各個部件在機架上的合理布局。
1.3國內清掃機的發(fā)展概況
一、 我國清掃機的發(fā)展和不足
我國清掃機的發(fā)展歷史與發(fā)達國家的發(fā)展過程基本類似，也是從純掃式清掃機車的研究開始，然后逐步向吸掃式清掃機車發(fā)展。早在20世紀60年代，我國就已經研制出純掃式清掃機車，從此揭開了我國研發(fā)清掃機車的序幕。由于受當時我國的體制和當時城市環(huán)衛(wèi)部門的經濟狀況影響，只有上海、北京、南京、深圳等少數大城市使用數量很少的清掃車，但是這種型式的清掃車給我國清掃車的發(fā)展史增添了濃濃的一筆。
四川滬州機器廠制造出我國第一臺吸掃式清掃機，填補了我國在吸掃式清掃車市場上的空白，清掃效率從我國研制的純掃式清掃車的80%提高到90%以上，它更以純掃式清掃車無可比拼的優(yōu)勢迅速進入我國的大中城市如北京、上海、南京、深圳等。20世紀末期，市場需求的迅速膨脹促使各種類型和各種規(guī)格的清掃車不斷涌現。清掃車的使用也從大中城市逐漸擴展到小城市，而且不少企事業(yè)單位與部分居民小區(qū)也開始采用清掃車進行路面清掃。2000年以后，國內清掃車市場繼續(xù)呈現蓬勃發(fā)展的局勢。
近幾年來國內各個清掃車企業(yè)己經逐漸開始意識到產品自主研發(fā)的重要性，正逐步開始加大對科研工作的投資力度，其中有不少企業(yè)取得較為先進的研究成果。但到目前為止，國內針對清掃車工作裝置匹配性能的研究至今仍然不多，已經取得的一些科技成果。謝立揚在文獻［1］中根據吸掃式和純掃式清掃車兩種車型不同清掃機理，結合自己在實踐和試驗兩方面的經驗說明了清掃速度對清掃率的影響關系，得出了如下結論:無論是哪種形式的清掃車，當清掃速度增加時，清掃效率總的來說呈下降趨勢，對一些容重較小但形狀較大的物體，在一定清掃速度范圍內，清掃速度與清掃率無關[1]。龔佰勛在文獻［2］中闡述：通過多年的實踐經驗，提出了提高清掃車使用效能的各種方案，主要觀點包括在清掃一般的市政道路時，清掃車車速一般應控制在1.5m/s左右；保潔行駛速度則可高達5m/s，這樣最有利于垃圾的吸掃；風機風道應采用圓形截面，這樣可以有效減小風阻等[2]。
雖然我國在清掃機車研究方面取得部分令世界矚目的成就，但是我國的清掃機車同發(fā)達國家相比還存在著不少差距。我國自主研究設計的的清掃車雖然在清掃能力、清掃效率以及除塵效果等清掃作業(yè)方面的性能與發(fā)達國家的水平相差不太大，然而卻在噪聲控制、可靠性、舒適性等方面仍存在較大差距。
目前我國清掃車設計還停留在理論分析加經驗總結的基礎層面上，缺乏對清掃機車專用元件工作性能的系統(tǒng)分析，缺少對部分專用零部件的研究，缺乏具有明確目標的設計理論的指導?？梢哉f，到目前為止我國對清掃車的研究能力還相對來說比較差，對清掃車工作參數的相關的性能匹配研究也存在很多不足之處，對清掃車綜合工作性能的優(yōu)化指導作用還很有限，與此同時，對清掃車的研究還缺乏必要的研究條件。由于國內清掃車生產企業(yè)的生產規(guī)模都比較小，而且掃路機產品批量也較小，所以采用的生產設備和生產手段都較為落后，加工的零部件難以保證有穩(wěn)定的質量要求。此外，我國通用零部件制造水平較低，也影響了掃路機車的質量。
二、我國清掃機的研究方向
要提高我國清掃機車的整體水平，必須首先確定它的研究方向，從清掃機車的基礎研究著手，并根據我國清掃機車市場的需求，逐步研究開發(fā)出性能先進、可靠性高、符合我國基本國情的清掃車。隨著社會的發(fā)展進步，道路落葉的清掃工作不再滿足于單純意義上的清掃,將從功能、環(huán)保、經濟等多方面提出更多更高的要求,市場呼喚能滿足各種需求的清掃機車。 已知的清掃車類型有：
(1)全天候清掃車。目前的這種清掃機車需要通過噴水壓塵來除塵，在我國的一些干旱地區(qū)和我國的北方冬季無法使用此類清掃車，要解決這一問題，必須要開發(fā)能在干旱環(huán)境和冬季使用的清掃車或稱為全天候掃路車，如果該車能夠成功研發(fā)不但解決了上述難題，同時可節(jié)約用水，降低使用成本[3]。
(2)中小型全液壓清掃機車。未來市場的主要清掃車，為適應國內市場發(fā)展的需求，對中小型全液壓掃路車的研究工作已刻不容緩。目前，我國中小型全液壓掃路車不但存在與汽車底盤改裝的掃路車同樣的缺陷，而且還存在舒適性差、噪聲大、空車質量大、外形不夠美觀等諸多缺點。因此，要徹底擺脫我國全液壓掃路車的落后狀況，必須從現在開始就對其進行詳細的研究[3]。
(3)多功能型清掃機車。目前的國產清掃機車基本上來說都是單純意義上的清掃即只能掃路不能它用。然而從全國許多環(huán)衛(wèi)局的信息來看，對清掃車功能的需求應不僅僅只停留在單方面應同時實現多方面的功能像鏟雪、除草等。因此，清掃車多功能是一個發(fā)展方向[3]。
(4)環(huán)保型掃路車和單發(fā)動機全液壓驅動清掃機車。目前的掃路車尾氣污染和噪音污染相對來說對環(huán)境造成的危害都比較大。隨著國家環(huán)保部門對環(huán)境的要求越來越高,人們環(huán)保意識的普遍增強 ,現有掃路車就將很難適應社會發(fā)展的需要，因此開發(fā)環(huán)保型清掃機車勢在必行，單發(fā)動機全液壓驅動清掃機車發(fā)展前景的也必將一片美好[3]。
1.4國外落葉清掃機的研究現狀
國外一些發(fā)達國家從20世紀40年代就開始大量生產清掃機車，像美國ELGIN、德國FAUN-KUKA、日本KATO、英國JOHNSTON等公司，這些公司目前不管在銷量的規(guī)模、還是在技術應用的檔次上都走在了世界的前列。
文獻[5]中曾提出一種新型的路面清掃方式，采用灑路車與清掃車聯(lián)合作業(yè)的方式，這種方式不但可以有效解決普通路面清掃車的二次揚塵問題，而且還可以有效改善對片狀、絮狀或粉塵狀等輕質物體的清掃效率低較低的缺點[5]。
此外，國外針對清掃車進行的學術研究方向主要是面向清掃車性能優(yōu)化、安全舒適性、集成控制、環(huán)保節(jié)能等課題。Peel G.M.和Parker G.A.采用離散元素模型的方法，理論分析了清掃車盤刷在作業(yè)時與路面間的相互作用關系，得出了如下結論:隨著盤刷轉速的提高，盤刷與路面間的摩擦系數會減小，并且盤刷的接地壓力也會減小，這樣盤刷的驅動扭矩會相應下降[5]。
2總體方案選擇與確定
一、總體方案的提出
落葉清掃機是能夠完成清掃落葉，并將落葉擠壓成塊的作業(yè)機械。本課題擬設計一種清掃機，主要是總體尺寸的設計，各主要工作系統(tǒng)的設計，要求能同時收集并將落葉擠壓成塊且可對街道、公園及路旁落葉進行收集等功能，以達到清掃收集擠壓，功耗分配合理，落葉二次利用的目的。
文獻[6]中國內外通常按照清掃作業(yè)方式的不同將掃路車分為3大類。
(1)純吸式掃路車：該種掃路車依靠抽吸系統(tǒng)將內部空氣排空形成的一定的負壓，依靠大氣壓將路面垃圾從吸口處吸入垃圾箱[6]。
(2)純掃式掃路車：該種掃路車一般為“側掃+滾掃”結合方式對路面進行清掃[6]。
(3)吸掃式掃路車：該種掃路車一般為“盤掃+吸盤”結合的方式，也有的是“盤掃+滾掃+吸盤”結合的方式[6]。
根據設計要求，本設計選擇純吸式掃路車，則清掃裝置的功能分配如下圖
圖2.1落葉清掃機工作原理圖
二、機構的對比選擇
查閱參考文獻[4]中相關機構
1.刮葉機構的確定
方案一：
圖2.2八桿平面機構
刮葉部分采用八桿平面機構，通過刮葉滑塊的上下浮動將過濾網上的落葉掛下，使風機提供正常吸力工作。
機構分析：八桿平面機構可以實現刮落葉的目的，可實現刮葉滑塊的上下移動，但是此機構只能是一半的通風機口保持在正常工作水平，不能很好的綜合利用有限的資源。此機構的另一不足之處在于運動的穩(wěn)定性較差，而且要在箱體內實現這種運動占用箱體內部有限的空間，對箱體內部有限空間布局產生影響。
方案二：
圖2.3旋轉撥叉機構
旋轉撥叉機構是將帶有孔的葉輪不斷旋轉將落葉控制在撥叉一側，有風機提供動力，利用撥叉葉輪的孔的閉合與開放來控制落葉的升降進而將落葉送入旋轉定時撥叉機構。
機構分析：旋轉撥叉機構的旋轉軸外接皮帶輪，有皮帶輪帶動旋轉撥叉的旋轉軸運動。旋轉軸的運動帶動旋轉撥叉的轉動，風機通過旋轉撥叉的孔隙來提供動力吸附落葉。隨著旋轉葉輪的不斷轉動，吸入的落葉不斷反復堆積，當葉輪運動到下方時，孔隙堵塞，粘附在葉輪上的落葉降落，落葉降落又提供新的吸力，如此不斷反復運行，故選擇旋轉撥叉機構。
2．撥叉定時機構的確定
圖2.4撥叉定時機構
由于在落葉擠壓之前，落葉需要統(tǒng)一存放于落葉收集箱，等落葉擠壓裝置作用完成以后方便在擠壓過程中收集足夠的落葉進行下一次的擠壓成塊，故需設計一個定時開放的門，等到一定時間就開放。在此有二種方案，上圖不帶孔撥叉為方案一。
方案一 機構分析：
撥叉定時機構旋轉軸外接皮帶輪傳動，由皮帶輪帶動旋轉軸，旋轉軸帶動旋轉葉片運動。一個旋轉葉片每旋轉一周擠壓箱運動擠壓二次，旋轉葉輪在此期間充當了定時開關門的作用。且運動協(xié)調穩(wěn)定性好。
圖2.5齒輪齒條機構
方案二 機構分析：
由曲柄帶動齒輪齒條機構運動，再有齒輪齒條機構帶動定時門機構。從原理上看好像完美無缺，但我們卻忽視了這套機構是在箱體內部運動，而且齒輪齒條的擺動也不適合在箱體內部運動。故選擇第一套撥叉機構。
二、動力傳動方案的選擇
常見的傳動方式：
1、機械傳動形式：
這種形式的道路清掃車，其行走系統(tǒng)與垃圾清掃系統(tǒng)的動力都是通過機械形式傳動。
2、液壓傳動形式
液壓傳動這種形式的道路清掃車大多采用底盤，其動力僅需一臺發(fā)動機。
3、機械一液壓復合傳動
此種傳動是將發(fā)動機產生的機械能分為兩部分，一部分傳輸到清掃系統(tǒng)來驅動清掃裝置進行工作；另一部分傳輸到后橋傳動系統(tǒng)。
傳動方式的確定：
根據設計的要求，動力由柴油機提供，則可選擇機械-液壓復合傳動的方式，傳動方案如下圖所示
圖2.6傳動方案
三、總體方案的確定
工作原理如下圖所示，本設計是一種靠風機吸力來清掃落葉的清掃裝置，其基本結構
圖2.7總體方案
1-落葉收集口 2-吸管 3-帶孔撥叉 4-通風機 5-加熱箱 6-擠壓箱 7-液壓缸 8-撥叉定時機構
3落葉清掃機運動機構的設計
3.1連桿機構的設計
一、手動遙控開關門板裝置的確定
圖3.1手動遙控開關門板裝置
1-手動遙控桿 2-傳動桿 3-艙門門板連接桿
采用直徑為20的圓柱設計而成各參數的確定依據各類農用車的手動遙控桿。手動遙控桿主要負責艙門的開關。當打開艙門時，桿1作用，推動桿3打開艙門。
二、上擠壓桿的確定
圖3.2上擠壓桿機構
1-曲柄搖桿 2-連接桿 3-上擠壓桿
曲柄搖桿1在轉動軸的帶動下進行旋轉，帶動連接桿2運動，使上擠壓桿3做上下擠壓運動，從而實現對落葉的上擠壓運動。
3.2落葉清掃車擠壓機構運動分析與設計計算
一、擠壓機構工作原理
擠壓機構是順序機構，各個運動件之間有嚴格運動先后順序，首先是上擠壓桿的運動，然后是側擠壓感運動，再往后是液壓缸的運動，最后定時門機構運動，將箱門打開推出擠壓的落葉。
二、 擠壓機構運動分析
由設計任務書已知條件液壓缸最后壓力為100N /cm2 。由文獻[7]第六章公式6-20查得知
圖3.4液壓缸通油推力與速度示意圖
（3-1）
式中： P-液壓缸進油腔壓力，單位Pa； q- 流量，單位L/min；
-為輸出推力，單位 N； D-液壓缸的活塞直徑，單位mm；
d-液壓缸活塞桿直徑，單位 mm ； -液壓缸回油腔壓力， 單位Pa；
-液壓缸容積效率 -液壓缸的機械效率
由已知數據=14400N D=100mm d=40mm q=60L/min =0
得：=0.2m/s
1.液壓缸的強度計算
對于液壓缸的缸筒壁厚、端蓋處的螺紋強度和活塞桿直徑需進行強度計算。
由參考文獻 [7] 第六章第114頁知
當時 按薄壁缸筒實用計算公式計算即
（3-2）
當時
（3-3）
當時
（3-4）
式中： -壁厚，單位m；
D-缸筒內徑，單位m；
-缸筒材料的許用應力，單位MPa；
-最高允許壓力，單位MPa；
將數據代入上面公式得：
2.缸筒端部螺紋連接強度計算
螺紋處的拉應力：
（3-5）
螺紋處的剪應力：
（3-6）
合成應力：
（3-7）
式中： F-缸筒端部承受的最大推力，單位N；
D-缸筒內徑，單位m；
-螺紋外徑，單位m；
-螺紋底徑，單位m；
K-擰緊螺紋系數 K=1.25-1.5；
-螺紋連接摩擦系數 ；
將各數值代入得：
==805.6
3.活塞桿的強度計算
由參考文獻第六章115頁 （3-8）
式中： -活塞桿斷面積，單位；
W-活塞桿斷面模數，單位；
T-活塞桿承受的彎曲力矩，單位；
-材料的屈服強度，單位MPa；
-安全系數，一般為2-4；
將數值代入得：
=531MPa=650MPa
上擠壓桿與側擠壓桿和門系統(tǒng)時間分配采用不完整齒輪作為棘輪機構來實現各個部件順序運動。如圖3.5：
圖3.5棘輪機構
1-上擠壓桿齒輪箱蓋 2-上擠壓桿的傳動齒輪 3-不完全齒輪箱蓋 4-不完全齒輪 5-側擠壓桿的箱蓋 6-側擠壓桿齒輪 7-定時門機構齒輪 8-定時門機構齒輪箱蓋
3.3齒輪與輪軸的設計
一、錐齒輪的設計
由于不同的工作要求，在各個方向需要傳動不同的動力所以選用錐齒輪進行相互垂直的方向動力傳動。圖形參照參考文獻[8]圖10-33設計幾何參數。
根據參考文獻[8]第十章錐齒輪傳動相關公式現計算如下：
設定錐齒輪傳動比1:1
幾何尺寸確定：
1．分度圓直徑：由公式
（3-9）
式中： m為模數；
Z為齒數
計算得：
2．分度圓錐角：由公式
式中： 、為錐齒輪圓錐角；
、為錐齒輪齒數；
得：
3．齒頂圓直徑：由公式
（3-10）
式中： d為分度圓直徑，單位mm；
m為模數；
為圓錐角；
得：
4．齒根圓直徑：由公式
（3-11）
得：
5．外錐距：由公式
（3-12）
得：
6．齒頂角：由公式
（3-13）
式中： 為齒頂角；
得:
7．齒根角：由公式
（3-14）
得：
8．頂錐角：由公式
（3-15）
得： =
9．根錐角：由公式
（3-16）
式中： 為根錐角
得： =
10．高度變位因數X：
當時，選用公式： （3-17）
得:
11．齒頂高：由公式
（3-18）
得：
12．齒根高：由公式
（3-19）
得：
13．齒寬：b一般取0.3R，b=0.3R=0.3160=48mm
14．冠頂距：由公式
（3-20）
得：
15．大端分度圓弧齒厚：由公式
（3-21）
式中：按標準選取為,經查手冊[17]可取，得：
式中： 按標準選取為,經查手冊[17]可取，得：
二、風機的設計
由要求知氣流量為3000 ，全壓為4000pa左右。查參考文獻[9]通風機實用技術手冊（457頁）知：9-19至9-26為高壓離心通風機。高壓離心通風機主要用于鍛冶爐及高壓強制通風，并廣泛用于輸送物料、輸送空氣及無腐蝕性不自然、不含粘性物質的氣體。介質的溫度一般不會超過[10]。
選擇機號型號為9-26型離心通風機。4.5-A-2900-2-3407-4863內效率為77.1%、內功率5.87、所需功率6.8、每小時流量、全壓、溫度t=左右。
1.流量系數： （3-22）
參照參考文獻[10]離心通風機設計（24頁）通風機的主要形式和各種系數選擇
流量系數取=0.03
2.全壓系數
（3-23）
式中： -靜壓，單位Pa；
-通風機進口空氣密度，單位；
-葉輪外緣圓周速度，單位；
3.比轉速為
（3-24）
式中： -流量系數
-全壓系數
得：=22.3
4.轉速系數為
（3-25）
5.比直徑為
（3-26）
式中： D-葉輪外緣直徑，單位m；
-可壓縮性系數；
-全壓，單位Pa；
-流量，單位；
得：=5.87
6.葉輪徑向直徑
（3-27）
式中： -全壓，單位Pa；
-全壓系數；
-轉數；
得：
7.葉輪流量為
（3-28）
式中： 為每小時流量
得： （1.02-1.05）3407=3500
當v=0時
（3-29）
式中： -葉輪入口直徑，單位m；
-葉輪入口氣流充滿系數，一般取0.9-0.95；
-氣流流過葉輪的流量，單位；
得： =74.386
三、 各軸轉速的確定
拖拉機動力輸出軸的轉速，齒數=20
減速器1各箱體的齒輪軸的轉速：
即圖3.10中的軸2轉速為
由于傳動比8，我們取傳動比則=60軸1轉速為；取則所以軸3轉速為；取軸3齒輪2齒數為取軸4齒數為20各傳動比為，所以軸4的轉速為720。
圖3.10棘輪機構
1-上擠壓桿傳動齒輪；2-不完全齒輪；3-側擠壓桿的傳動齒輪；4-上定時門機構傳動齒輪；
5-上擠壓桿傳動軸；6-不完全齒輪；7-上定時門機構所在軸；
棘輪機構各軸的轉速：
圖3.10中軸6轉速為540，設 傳動比則軸5轉速為180；設 ，則軸7轉速為180。
四、各軸輸出功率的確定
圖3.11減速器
1-無孔撥叉動力軸 ；2-動力輸入軸 ； 3-帶孔撥叉動力軸；4-風機動力軸
有上述計算知輸出功率
由功率計算公式知=v/2=我們取平均值=1.0g/c，V為落葉的體積
g為常數，v為旋轉地周邊速度，h為旋轉落葉上升的高度。
由其中，則v=1.26=3.958m/s
Fmgh/2g/2=0.1455kN （3-30）
所以=3.9580.1455=0.5759kw取=1kw
同上述原理取
所以圖示機構功率的大?。?
=++=7.696+1.7871+1.131811.27 （3-31）
圖3.10示為棘輪機構
軸6為動力輸入軸1、3、4所在的軸分別為動力輸出軸，軸1為給上擠壓桿提供動力的動力源，軸4為定時門機構提供動力，軸3為側擠壓機構提供動力。軸6外接聯(lián)軸器，與錐齒輪相接，為棘輪機構的總動力源。
設上擠壓桿的壓力為10，側擠壓桿的壓力為20，上定時門機構的力大小為1kN，由F=PA得：
上擠壓力 =109595N=90.25kN
側擠壓桿擠壓力
=129520=22.8kN
上擠壓桿的運動路程為83cm，側擠壓桿的運動路程為83cm，上定時門機構的運動路程為72.25cm。所以上擠壓桿的功為90.250.83=74.9074 上擠壓桿的功率為=74.9071/10=7.49kw.
側擠壓桿的功率為
=22.80.83/10=1.89241.9kw.
上定時門機構的功率為
=10.83/10=0.083kw
所以棘輪機構總功率的大小為：
=++=0.0939+2.151+8.4776=10.7225
所以需要提供的總功率為：
P=/+/=11.91394+11.863=23.78kw
所以選用25kw的柴油機作為動力源。
五、各軸傳輸扭矩的確定
輸入軸的轉矩
(3-32)
式中： P-軸傳遞的功率，單位kW；
n-軸的轉速，單位；
得： T
如上圖3.2對軸3的齒輪進行分析：
軸3為動力輸出軸其軸上的功率=1.5kw，轉速=180
于是
初步確定軸的最小直徑
(3-33)
式中：查表取=110
得：=
4落葉清掃機帶傳動的設計計算
根據傳動原理可將帶傳動分為摩擦傳動和齒合傳動，現主要說明摩擦傳動中的平帶傳動與V帶傳動。
一、平帶傳動特點：
特點：最簡單的帶傳動形式，帶輪的結構非常簡單，可實現遠距離的傳遞，穩(wěn)定性高，應用廣泛。可應用于壓力機、機床、紡織機械、鼓風機、磁帶錄音機等，但需一定的預緊力。
二、V帶傳動特點：
特點：V帶通常通過楔形槽與V帶之間的楔式作用來提高壓緊力，所以V帶傳動過程中可產生更大的摩擦力，主要應用于一般機械來傳遞中等功率與中等速度。
4.1平帶傳動計算
如圖3.11中軸4皮帶查閱參考文獻[10]第一章9-20頁其相關設計計算如下：
由于傳動距離較遠，所以我們選用平帶傳動。
已知初始條件為，大帶輪轉速，小帶輪轉速，中心距，每天工作大約八小時。
1.主、從動輪直徑的確定
（4-1）
式中： p-軸3的傳遞功率；
-軸3的轉速；
得：
查[10]表2-12取接近的主動輪基準直徑。
根據傳動比
則從動輪基準直徑為 查參考文獻[16]表2-12、表2-13取標準值。
此時傳動比
驗算帶速
（4-2）
式中： -主動輪的直徑，單位m；
-主動輪的轉速，單位；
得： v
2.確定傳動中心距
初步選定中心距mm
按照選定中心距計算帶的長度由公式
（4-3）
式中： -中心距，單位mm；
-主動輪直徑，單位mm；
-從動輪直徑，單位mm；
-有端帶長度，單位mm；
得：
取4400mm
實際中心距為
（4-4）
式中：-修整后的帶長，單位mm；
-初選帶長，單位mm；
得：
3.驗算從動輪包角
（4-5）
式中： -實際中心距，單位mm；
得：
所以包角在允許范圍內。
4.驗算曲饒次數u
（4-6）
式中： 帶輪數
-修整后的帶長，單位mm；
得： u（次/s）
5.確定設計功率
由功率計算公式
（4-7）
查[10]表3-8查的工況系數
所以
6.帶的截面積A
由[10]表2-9確定帆布平帶單位截面積傳遞的額定功率=1.886
（4-8）
式中： 包角修正系數
傳動布置系數
得：
7.帶寬b
由[10]表的
式中： A-帶的截面積，單位；
-帶的張緊應力，單位；
得： b取b=63mm
8.軸壓力（?。?
式中： -小帶輪包角，單位；
得： N
圖3.3帶的相關參數如下表：
帶號 帶型 帶速 包角 帶長m 曲饒次數 截面積 帶寬mm 軸壓力N
軸1帶 普通平帶 6.232 182.56 3600 4.276 0.642 40 632.1
軸3帶 普通平帶 6.232 183.24 2800 5.38 0.526 36 512.5
軸4帶 普通平帶 8.4446 184.72 4400 3.83845 3.927 63 1412.5
4.2V帶傳動設計計算
圖3.10中軸4的皮帶傳動的設計計算查閱參考文獻[11]第三章17-25頁知
1. 確定計算功率
有上述條件知=0.083kw，轉速，設傳動比i=3.0，假設每天工作八小時由于載荷變動微小，因此取工作情況系數則由公式
（4-9）
式中： -工況系數；
P-額定功率，單位kW；
得：
2．選擇帶型
由,小帶輪轉速，由參考文獻[8]查看圖8-11選擇Z型帶。
3．確定帶輪的基準直徑和
1 ) 初選小帶輪的基準直徑
則大帶輪的基準直徑。
2 ) 驗算帶速
故帶速合適。
4．確定中心距a和帶的基準長度
根據(初步確定
（4-10）
式中：-初選中心距，單位mm；
-小帶輪基準直徑，單位mm；
-大帶輪基準直徑，單位mm；
得：
取
實際中心距：
5．驗算主動輪上的包角：
包角合適。
6．確定帶的數:
（4-11）
式中: -考慮包角不同時的影響系數；
-考慮帶的長度不同時的影響系數；
-單根A帶的基本額定功率，單位kW；
計入傳動比的影響時，單根A型帶額定功率的增量。
取;；；, 則取z=2
7．確定帶的預緊力
（4-12）
式中： -設計功率，單位kW；
z-帶根數
-包角修正系數，單位；
m-帶的單位長度質量，單位；
帶入數據計算得:
8.計算帶傳動作用在軸上的力
式中： -帶的初張緊力，單位N；
-小帶輪包角，單位；
z-帶的根數；
得： =
同理可得圖3.2中其他帶的相關參數
V帶參數表
帶號 帶型 帶速m/s 中心距 mm 包角帶 根數 預緊力N
軸1帶 Z 2.6956 653.2 172.2 2 1021
軸3帶 Z 2.6956 732.5 154.8 2 1321.2
軸4帶 Z 2.6956 748.2 162.4 2 886
4.3帶傳動的張緊裝置
各種材質的皮帶都不是完全的彈性體，在預緊力的作用下，經過一定時間的運轉后，就會由于塑性變形和磨損而松弛。于是我們?yōu)榱吮ＷC帶傳動具有正常工作的能力，應定期檢查帶的松弛程度進而確定初拉力的數值，維持帶的正常工作[11]。常見的張緊裝置有以下幾種：
1、定期張緊裝置
采用定期改變中心距的方法來調節(jié)帶的預緊力，使帶重新張緊[3]。
2、自動張緊裝置
將裝有帶輪的電動機安裝在浮動的擺架上，利用帶輪的自重，使帶輪隨同電動機繞固定軸擺動，以自動保持張緊力[3]。
3、采用張緊輪的裝置
當中心距不能調節(jié)時，可采用張緊輪將帶張緊[3]。本次設計中就采用張緊輪張緊裝置對皮帶進行張緊。本次設計中將張緊輪有的放在松邊內側，使帶只受單向彎曲，同時張緊輪盡量靠近大輪，以免影響小帶輪的包角。有的張緊輪置于松邊外側，靠近小帶輪。張緊輪的輪槽尺寸與帶輪的相同，且直徑小于小帶輪的直徑。
5總結
本論文詳細介紹了落葉清掃機的設計，根據市場需求分析本設計采用氣吸方式，可靈活吸附路旁、公園、樹底下等一些不易清掃的地方。采用機械液壓復合傳動方式來為擠壓箱提供擠壓動力，將收集落葉擠壓成塊。旋轉撥叉機構的巧妙設計，巧妙的解決了各運動機構之間的配合與定時問題。棘輪機構的設計同樣解決了擠壓箱各個方向推桿的先后作用順序。本設計由錐齒輪外接聯(lián)軸器與總動力軸相連接提供總動力，總動力由錐齒輪軸分別向二個垂直的方向傳輸一個接棘輪機構，一個接減速器機構，棘輪機構和減速器機構又分別接擠壓箱推桿機構與撥叉機構及風機，這樣一套完整的傳動機構就這樣確定了。落葉在通風機吸力作用下經收集艙口進入，經帶孔撥叉機構進入撥叉定時機構，收集后進入擠壓箱，擠壓箱推桿作用對落葉進行加壓處理，將落葉擠壓成塊。
該設計方案雖然能靈活收集路旁、公園、樹底下等處落葉，合理解決了樹葉粘附落葉網的問題。但也存在一些不足之處，例如擠壓箱推桿過長，可完全采用液壓方式對落葉進行擠壓，由液壓油泵提供動力但需完整的液壓系統(tǒng)；皮帶過長，是否可采用電機進行短距離提供動力等等。
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致 謝
經過這3個多月的忙碌，本次畢業(yè)設計已經悄悄接近尾聲，然而作為一項本科生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，所學知識能力有限等諸多原因，在設計過程中難免有許多考慮不周到與欠缺的地方，如果沒有各位老師的督促指導以及工作在一起的同學們的支持，單憑我個人的能力想要順利完成這個設計是相當困難的。
在這里我首先要感謝我的導師徐老師。在整個設計過程中，徐老師為此付出了很多的心血，犧牲了很多個人休息時間。由于我的知識面較窄，常常遇到一些不知所措的問題，老師都耐心的給我講解一遍又一遍。記得在設計過程中，我的設計方案有過較大的改動，但是每次改動，老師都不厭其煩的為我講解，直到我完全弄明白錯在哪里，怎樣改進才能更合適。他誨人不倦的高尚師德，嚴謹細致的作風，淵博的理論知識與嚴謹的科研精神令我深深地折服，同時也使我受益匪淺。在此謹向徐老師致以誠摯的謝意和最崇高的敬意。同時，我也要對在我的整個畢業(yè)設計過程中付出心血的其余的各位導師表示深深的感謝。
其次要感謝和我一起做畢業(yè)設計的同學們，遇到問題，我們總是呆在一起研究，一起討論，共同解決，食堂、宿舍、路旁總能看到我們的身影。為了完善我們的畢業(yè)設計我們大家往往共同通宵達旦的工作，彼此都建立了深厚的友誼。如果沒有他們的支持和鼓勵，此次的設計也不會如此快速的完成。然后還要感謝大學四年以來所有的老師，他們不辭勞累為我們打下機械專業(yè)知識方面的基礎，引導我們一步步的走進機械這一行業(yè)，更是我們堅定了學習機械的恒心，為我們的人生鋪平了道路。
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