矩形管道清潔

刖a

室內(nèi)空氣質(zhì)量不佳而引起的城市“大樓病”正危害著大眾的健康，醫(yī)學(xué)專家因此提

出了“病態(tài)建筑”和“病態(tài)建筑綜合癥”等新概念，而這些病的元兇主要藏于樓宇之

“肺”——集中/半集中式空調(diào)管道（即我們?nèi)粘ＫQ的中央空調(diào)管道）和通風(fēng)除塵管

道中，這些管道在長期使用中會積累許多灰塵、病菌、病毒、塵蜻及放射物，這些有害

物質(zhì)在送風(fēng)過程中便污染了空氣，長期被人體吸入，就會導(dǎo)致上述疾病?！胺堑洹焙颓?/p>

流感的出現(xiàn)更引起了人們對空氣質(zhì)量的高度重視。對管道進(jìn)行定期清洗勢在必行。

國外的中央空調(diào)管道清洗已形成產(chǎn)業(yè)化。我國還處于起步階段，國內(nèi)一些企業(yè)生產(chǎn)

的管道清洗機(jī)器人產(chǎn)品大多以仿造為主，技術(shù)性能較單一，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)。

國內(nèi)中央空調(diào)風(fēng)管清洗市場經(jīng)過三年多的發(fā)展，在北京、上海、廣州、杭州等大中

城市已經(jīng)開始發(fā)展。我們提供的核心設(shè)備和技術(shù)降低清洗成本；提供的清洗設(shè)備是根據(jù)

國外設(shè)備的特點(diǎn)，針對國內(nèi)管道的特點(diǎn)歷時(shí)三年設(shè)計(jì)完成的，其完全可以勝任國內(nèi)任何

管道的清洗工作。目前我國研發(fā)的管道清潔程度已經(jīng)達(dá)到國外同類裝置水平，但成本僅

為國外同類機(jī)器人進(jìn)口價(jià)格的一半。

矩形管道清潔裝置就是為自動(dòng)清掃中央空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。該裝置對封閉的中

央空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)分段清洗消毒，清除垃圾細(xì)菌及有害氣體后，清除了大樓綜合癥和細(xì)菌

傳染的溫床，暢通了風(fēng)管系統(tǒng)，使空調(diào)的通風(fēng)效率和空氣質(zhì)量都得到了恢復(fù)和提高。

目前，中央空調(diào)清洗市場在我國許多地方幾乎是一片空白，這一方面是由于人們的

中央空調(diào)的清洗意識還不夠，但更重要的，是由于中央空調(diào)風(fēng)道清洗工程是一項(xiàng)專業(yè)性

很強(qiáng)的服務(wù)項(xiàng)目，目前我國尚無生產(chǎn)這種設(shè)備的工廠，均需進(jìn)口。因此亟待功能完備，

結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉的國產(chǎn)機(jī)器人清潔系統(tǒng)面世。

調(diào)查顯示，全國目前共有約上百萬臺中央空調(diào)（包括家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)）亟待

清洗保養(yǎng)，面臨著這樣一個(gè)大市場，中央空調(diào)風(fēng)管的清洗必將形成一個(gè)大產(chǎn)業(yè)，潛在市

場巨大。

但是目前空調(diào)制造業(yè)、家電維修服務(wù)業(yè)、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測治理行業(yè)、社區(qū)服務(wù)行業(yè)，

以及一些國外專業(yè)公司都開始躍躍欲試。因此雖然市場前景誘人但是競爭也很激烈。所

以要盡量縮短清潔裝置的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)周期，盡快投入市場。

1矩形管道清潔裝置總體設(shè)計(jì)方案

清潔裝置有四大部分組成：監(jiān)視控制系統(tǒng)、清潔裝置系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)和集塵系統(tǒng)。

關(guān)于方案的選定，下面將逐一進(jìn)行介紹。

1.1監(jiān)視控制系統(tǒng)

工作人員通過監(jiān)視器遠(yuǎn)程監(jiān)控風(fēng)管內(nèi)部情況，使作業(yè)前及作業(yè)后的清洗效果一目

了然；并且攝像頭高度可根據(jù)風(fēng)管尺寸大小進(jìn)行調(diào)整，并可進(jìn)行俯仰控制，以達(dá)到最

佳觀察效果，如圖2.1所示。

圖2.1攝像頭系統(tǒng)

Fig.2.1Thesystemofcamera

1.1.1攝像頭的選擇

目前，市場上的主流攝像頭使用的感光元件主要有CCD和CMOS兩種。CCD是應(yīng)

用在攝影、攝像方面的高端技術(shù)元件，采用CCD感光元件的攝像頭在各方面的性能表

現(xiàn)都不錯(cuò)，具有成像靈敏度高、抗震動(dòng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴。CMOS則主要應(yīng)

用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中，具有價(jià)格低、響應(yīng)速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，但CMOS攝像

頭對光源的要求較高。

現(xiàn)在市場上數(shù)碼攝像頭的連接方式有接口卡、并口和USB接口三種。

通過對工作環(huán)境、圖像要求以及經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮，決定采用SG-388彩色數(shù)碼攝

像機(jī)，由于管道內(nèi)光線較暗，所以另外安裝燈光照明系統(tǒng)，如圖2.1所示。

1.1.2攝像頭的固定和調(diào)整

由于所清掃管道的高度變化范圍很大，所以需要方便的調(diào)整攝像頭的高度。本設(shè)計(jì)

采用攝像頭螺管與清潔裝置基座螺紋連接，并用緊定螺釘壓緊，根據(jù)需要靈活可靠的調(diào)

整攝像頭及照明系統(tǒng)的高度。另外攝像頭、照明系統(tǒng)、支架之間用緊定螺釘固定，可以

旋松螺釘，對攝像頭及照明系統(tǒng)進(jìn)行俯仰角的調(diào)整，再擰緊固定，也能很方便可靠的根

據(jù)需要調(diào)整視角范圍。如圖2.1所示。

1.1.3監(jiān)視器

采用10英寸彩色視頻監(jiān)視器，攝像頭通過并行接口方便的接在監(jiān)視器上，監(jiān)視器

還具有錄像功能，記錄整個(gè)清掃過程，使清掃工作有案可查。

1.2清潔裝置系統(tǒng)

本部分的設(shè)計(jì)主要難題有兩個(gè)：

（1）清潔裝置的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)向控制；

（2）清潔裝置高度的調(diào)整和改變功能的實(shí)現(xiàn)；

1.2.1清潔裝置的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)向控制

為此考慮了三個(gè)比較成熟的方案川：

方案一：雙電機(jī)各自驅(qū)動(dòng)清潔裝置翼側(cè)前輪，工作人員通過攝像頭觀察清潔裝置在

管道中的運(yùn)行情況，適時(shí)調(diào)整兩電機(jī)的速度，對清潔裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制。

方案二：單電機(jī)驅(qū)動(dòng)清潔裝置前軸，在清潔裝置前方左右兩端各安裝一個(gè)導(dǎo)向輪系

統(tǒng)，兩導(dǎo)向輪的角度可調(diào)，如圖2—4所示。清掃管道之前調(diào)整導(dǎo)向輪之間的橫向距離

比管道寬度略窄，以大小相同、方向相反的轉(zhuǎn)速與清潔裝置驅(qū)動(dòng)輪同步啟停，導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)

動(dòng)線速度比驅(qū)動(dòng)輪線速度略大，當(dāng)某一導(dǎo)向輪碰到管道壁時(shí)，導(dǎo)向輪的切向力和電機(jī)牽

引力的合力會迫使清潔裝置轉(zhuǎn)向，從而保證清潔裝置始終運(yùn)行在管道的正中央并能完成

自動(dòng)轉(zhuǎn)向。

方案三：雙電機(jī)各驅(qū)動(dòng)清潔裝置兩后輪，兩側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪系統(tǒng)各自獨(dú)立。在清潔裝

置前方左右兩端各安裝一個(gè)接觸感應(yīng)開關(guān)導(dǎo)向系統(tǒng)，兩接觸開關(guān)觸頭的角度可調(diào)。清掃

管道之前調(diào)整觸頭之間的橫向距離比管道寬度略窄，當(dāng)某一接觸開關(guān)碰到管道壁時(shí)與它

相反側(cè)的電機(jī)停轉(zhuǎn)，而同側(cè)電機(jī)照常轉(zhuǎn)動(dòng)，使清潔裝置轉(zhuǎn)向，從而保證清潔裝置始終運(yùn)

行在管道的正中央并能完成自動(dòng)轉(zhuǎn)向。工作人員還可以通過攝像頭觀察清潔裝置在管道

中的運(yùn)行情況，適時(shí)調(diào)整兩電機(jī)的啟停，對清潔裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制。

相比較而言：

方案一結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，但兩電機(jī)速度差的控制不好把握，兩電機(jī)啟動(dòng)的同步

度不好控制，而且對工作人員的技術(shù)要求較高，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，清潔裝置的

自動(dòng)化程度較低；

方案二采用導(dǎo)向輪系統(tǒng)，提高了清潔裝置的智能化，大大減輕了工作人員的工作量;

只是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜而且結(jié)構(gòu)尺寸大、重量大，使清潔裝置重心前移，其前傾

的伸長臂和導(dǎo)向輪會阻礙擺動(dòng)的清掃刷。

方案三使用接觸開關(guān)，結(jié)構(gòu)簡單、在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是個(gè)創(chuàng)新，重量輕、尺寸小，

并能夠?qū)崿F(xiàn)方案二導(dǎo)向輪的功能而克服了導(dǎo)向輪系統(tǒng)的缺點(diǎn)。

綜合考慮這三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我決定采用第三種方案，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2.2所示,

接觸開關(guān)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖2.3所示。

另外，本次設(shè)計(jì)采用履帶機(jī)構(gòu)傳輸。工業(yè)橡膠制履帶與鋼管的摩擦系數(shù)為0.8,是

普通塑料輪子與鋼管摩擦系數(shù)的5.8倍，是鋁合金輪子與鋼管摩擦系數(shù)的4.7倍，另外,

履帶增大了接觸面積，增加了摩擦力

圖2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖

Fig.2.2Transmissionsystem

圖2.3接觸開關(guān)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)圖

Fig.2.3Contactswitchguidanceorganizationchart

1.2.2清潔裝置高度的調(diào)整和改變功能的實(shí)現(xiàn)

之所以要為清潔裝置設(shè)計(jì)高度可以調(diào)整的機(jī)構(gòu)，主要是因?yàn)椋河捎谥醒肟照{(diào)風(fēng)管的

尺寸規(guī)格有一系列一一好幾種，那么要保證旋轉(zhuǎn)刷的旋轉(zhuǎn)中心一直處于風(fēng)管高度方向的

中心位置，就必須使清潔裝置的支撐體高度可以隨著風(fēng)管高度尺寸的改變而改變，以達(dá)

到清掃目的。

在此，我們采用了驅(qū)動(dòng)輪系統(tǒng)與主支撐體相對獨(dú)立、通過可轉(zhuǎn)角橋板連接，從而使

高度的改變變得簡單、穩(wěn)固。其原理如圖2.4所示:

圖2.4高度可調(diào)機(jī)構(gòu)原理示意圖

Fig.2.4Highlyadjustableorganizationprinciplehint

1.3旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)刷的驅(qū)動(dòng)考慮了兩個(gè)較為成熟的方案閭：

方案一：直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，另外安裝一向前吹灰塵的大功率風(fēng)機(jī)，以方便收集灰塵。

方案二：氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，在外接的螺管上加工一些斜孔，利用氣動(dòng)馬達(dá)吹出的高壓

空氣，向前吹灰塵，以便于集塵器收集。

在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)旋轉(zhuǎn)刷的驅(qū)動(dòng)功率和轉(zhuǎn)速，在網(wǎng)上查得各廠家的合適的

產(chǎn)品中，電機(jī)的尺寸、質(zhì)量較大，會導(dǎo)致清潔裝置重心前移，運(yùn)行平穩(wěn)度不夠；而且還

需要另外安裝風(fēng)機(jī)，不經(jīng)濟(jì)。

因此我決定采用第二種方案。另外，由于清潔裝置要實(shí)現(xiàn)對矩形管道在一次行程中

徹底清掃，旋轉(zhuǎn)刷必須能夠在行進(jìn)的過程中一邊旋轉(zhuǎn)，一邊左右擺動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)這些功能

而設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)模型如圖2.5所示。

圖2.5旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Fig.2.5Revolvingbrushesthesystemstructuredrawing

1.4集塵系統(tǒng)

選用大功率專用管道吸塵機(jī)收集風(fēng)管內(nèi)清除的塵埃、污物；

技術(shù)數(shù)據(jù)：

過濾器：

--預(yù)過濾器；

-式濾器Hi-Flo85%（選配）；

--HEPA過濾器DOP99.97%;

氣流：帶過濾器，3500立方米/小時(shí)；

發(fā)動(dòng)機(jī)：1.5千瓦；

供電：230或120伏，單相，7.0安培或380伏，3相，3.5安培;

尺寸：長度：940毫米

寬度：660毫米

高度：820毫米；

重量：58公斤。

2機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)計(jì)算

初定清潔裝置主要參數(shù)：

箱體外形尺寸：長X寬X高二310mmX160mmX110mm；

清潔裝置前進(jìn)速度：0.05m/s(即3m/min);

旋轉(zhuǎn)刷旋轉(zhuǎn)速度：10000r/mino

2.1清潔裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1.1清潔裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

(1)電機(jī)的選擇

小型減速交流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、輸出轉(zhuǎn)速低，輸出扭矩大等優(yōu)點(diǎn)，比較

符合該清潔裝置的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因此優(yōu)先選用九

①根據(jù)外形尺寸估計(jì)清潔裝置總質(zhì)量M

M=箱體質(zhì)量m1+履帶機(jī)構(gòu)質(zhì)量m2+清潔裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)質(zhì)

量014+接觸開關(guān)質(zhì)量ms+傳輸線質(zhì)量m6+攝像頭系統(tǒng)質(zhì)量m7

=[(240X280)+(240X120)+(280X120)]Xl.5X7.9g/cn?

+0.25+3+2+0.5+2.4+0.75

=2+0.25+3+2+0.5+2.4+0.75

=11(kg)

②計(jì)算驅(qū)動(dòng)清潔裝置所需要的牽引力F

F=履帶輪摩擦力F"旋轉(zhuǎn)刷摩擦力F2

=uMg+umg

=0.8X11X9.8+0.8X0.1X9.8

=87(N)

當(dāng)清潔裝置拐彎履帶與管道產(chǎn)生靜摩擦?xí)r，所需牽引力為，

F*=1.2XF=1.2X87=105(N)

③驅(qū)動(dòng)清潔裝置所需功率P

P=F*Xy

=105NX0.05m/s

=5.25W

初選減速交流電機(jī)型號59TYD-D:TYD-可逆齒輪減速同步電動(dòng)機(jī)。生產(chǎn)廠家網(wǎng)址:

寧波市州立興微特電機(jī)廠。

電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)為：

輸出功率P:15W

電壓U:110V

頻率f:50Hz

電流I:0.16A

旋轉(zhuǎn)方向：CCW,CW

輸出轉(zhuǎn)速叫：15r/min

允許負(fù)載T:24kg-cm

電動(dòng)機(jī)的外形如圖3.1所示。

O

L

0

4-sl

6

y

圖3.1同步交流減速電機(jī)尺寸外形圖

Fig.3.1Synchronizedexchangedecelerationelectricalmachinerysizeoutlinedrawing

(2)傳動(dòng)齒輪(二級傳動(dòng)比)的設(shè)計(jì)計(jì)算

由于齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，所以二級傳動(dòng)采用圓

柱直齒輪傳動(dòng)。根據(jù)轉(zhuǎn)速要求，并考慮到軸中心線與履帶輪的大小距離、電機(jī)的尺寸、

電機(jī)與履帶輪的相對位置，以及防止根切等問題，初選二級傳動(dòng)比i=1.3"L

①材料的選取

與電機(jī)軸配合的齒輪1選用45#鋼，整體淬火；與履帶輪驅(qū)動(dòng)軸配合安裝的齒輪選

用45#鋼,調(diào)質(zhì)。

②校核計(jì)算，確定主要尺寸：

精度等級：選8級精度；

齒數(shù)Z和模數(shù)m：初取齒輪1齒數(shù)Z|=27;Zz=iZ|=27X1.3=35,

所以，Z,=27,Z2=35O

取m=2o

實(shí)際分度圓直徑d：4=mZ尸2X27=54mm

d2=mZ2=2X35=70mm

中心距a：a=m(Z1+ZQ/2=2X(27+35)/2=62mm

齒寬：'二“昌二0.2X54=10.8mm

取b1=12mm。

齒輪1的幾何參數(shù)為：Z1=27,m=2,b]=12mm,d|=54mm,p=0°,a=20°。

齒根圓直徑：dfl=dr2(ha+c-xm)=54-2X(2+0.25X2)

=54-22X2.5

=49mm

齒頂圓直徑：4尸2a-d&-2c=2X62-65-1

=58mm

齒輪2的幾何參數(shù)為：Z2=35,m=2,d2=70mm,[3=0°,a=20°。

齒根圓直徑：由二d2-2h+c)=70-2X(2+0.25X2)

=70-2X2.5

=65mm

齒頂圓直徑：d，2=2a-dfl-2c=2X62-49-1

=74mm

齒寬b2：b2=^dd2=0.2X70=14.0mm

由于本設(shè)計(jì)中齒輪轉(zhuǎn)速極小、傳動(dòng)力也很小，所以齒輪寬度稍微減小不會影響傳動(dòng)

的作用。為了使清潔裝置的外形尺寸盡量減小，因此取b2=b】=llmm。開式傳動(dòng)齒輪的

主要失效形式是彎曲疲勞折斷(減少齒數(shù)，增大模數(shù))和磨粒磨損。經(jīng)過彎曲疲勞強(qiáng)度

校核驗(yàn)證，齒輪滿足強(qiáng)度要求。硬質(zhì)面齒輪采用表面淬火，軟齒面齒輪采用正火或調(diào)質(zhì)

處理來提高其表面質(zhì)量，有效防止磨粒磨損⑶。那么再計(jì)算小車前進(jìn)速度：片次/輪W/

=3.1415926X80X15/1.3=0.049m/s^0.05m/so

(3)驅(qū)動(dòng)履帶軸1的設(shè)計(jì)計(jì)算

軸的材料選用45#碳素鋼。

①初選軸徑

由于軸為傳動(dòng)軸，主要受轉(zhuǎn)矩，受很小的彎矩，所以利用切應(yīng)力公式，根據(jù)

T_9.55xl06P/n

工用］得,

一孤_0.2J3

d>\\A3mm,取d=17mmo

②軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于履帶輪直徑較小，軸的直徑也很小，而且軸的寬度和履帶輪的寬度也很小，所

以做成一體，如圖3.2所示。

2O.OBIH

圖3.2驅(qū)動(dòng)帶輪軸1結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.3.2Actuationbeltwheelaxlestructureschematicdrawing

③強(qiáng)度校核

根據(jù)軸的受力圖，畫出轉(zhuǎn)矩圖，并校核軸徑得知該軸符合強(qiáng)度要求。

④剛度校核

軸承受載荷小，主要受扭轉(zhuǎn)變形，對其扭角進(jìn)行校核，得出軸完全符合剛度要求。

⑤軸上零件的固定

i）軸上齒輪的固定

在此采用鍵連接來固定軸上齒輪，可多次裝卸。

ii）軸承的固定

由于軸跨距較短（L<400mm）,在常溫下工作，所以支點(diǎn)采用兩端單向固定的方式,

軸承兩端各用軸肩固定內(nèi)圈，利用驅(qū)動(dòng)輪系統(tǒng)外側(cè)板來固定外口。

（4）驅(qū)動(dòng)履帶輪軸2的設(shè)計(jì)計(jì)算

軸的材料選用45#碳素鋼。

①初選軸徑

由于軸為傳動(dòng)軸，主要受轉(zhuǎn)矩，受很小的彎矩，所以利用切應(yīng)力公式，根據(jù)

T_9.55xlO6P/n

工用］得,

一孤_0.2J3

d>8.85mm,取d-17mmo

②軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖3.3所示。

圖3.3驅(qū)動(dòng)帶輪軸2結(jié)構(gòu)示意圖

Fig3.3Actuationbeltwheelaxlestructureschematicdrawing

③軸的剛度、強(qiáng)度校核

軸2與軸1所取參數(shù)完全相同，而且不須傳遞齒輪的扭矩，故強(qiáng)度和剛度的校核計(jì)

算在此省略。

④軸上零件的固定

軸承的固定方式與軸1上軸承的固定方式完全相同，在此亦不再贅述。

(4)軸承的選擇

由于滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，具有摩擦阻力矩較??；徑向有隙較小、運(yùn)轉(zhuǎn)精度較

高；結(jié)構(gòu)緊湊簡單等優(yōu)點(diǎn)，而軸承主要須傳遞徑向載荷，所以選用應(yīng)用廣泛的深溝球軸

承。

①根據(jù)軸徑選取型號：四對型號為6201的深溝球軸承。

②軸承強(qiáng)度校核

由于軸承轉(zhuǎn)速較低，所以只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，兩對軸承中，軸1上軸承受力大，

所以只需對該對軸承進(jìn)行校核即可。

根據(jù)C；=S°P。得，

C。'=1X1.15kN=1.15kN<Co=3.05kN

即該組軸承滿足強(qiáng)度要求。

2.2旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

由于清潔裝置要能實(shí)現(xiàn)對矩形管道在一次行程中徹底清掃，其旋轉(zhuǎn)刷必須能夠在行

進(jìn)的過程中一邊旋轉(zhuǎn)一邊左右擺動(dòng)。

中央空調(diào)通風(fēng)管道尺寸規(guī)格：寬X高，寬、高差值(單位mm)

寬X高差值寬X高差值

400X200200400X250150

400X32080400X4000

500X200300500X250250

500X320180500X400100

500X5000630X250380

630X320310630X400230

630X500130630X6300

800X320480800X400400

800X500300800X630170

800X80001000X320680

1000X4006001000X500500

1000X6303701000X800200

1000X10000

由上列數(shù)據(jù)，除去正方形截面的管道，則矩形管道截面寬高的差值為：200,150,

80,300,250,180,100,380,310,230,130,480,400,300,170,680,600,500,

370,200o

對這組數(shù)據(jù)的比較可以看出：差值最小為80mm,最大為680mm；數(shù)值主要集中在

200mm至300mm。根據(jù)這一現(xiàn)象，我決定將旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)設(shè)計(jì)為清掃時(shí)左右擺動(dòng)距離在

80mm到250mm——這樣幾乎所有尺寸規(guī)格的管道都可以得到均勻的、一次清掃。其工

作原理如下圖3.4所示:

Fig.3.4evolvingbrushestheparallelswingingschematicdiagram

在上圖中，1點(diǎn)、2點(diǎn)固定在清潔裝置主支撐體上。由擺動(dòng)桿1、擺動(dòng)桿2和旋轉(zhuǎn)刷

組件桿在1、2、3、4點(diǎn)框內(nèi)組成一個(gè)平行四邊形曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。由于1點(diǎn)與2點(diǎn)和3

點(diǎn)與4點(diǎn)之間的距離長度相等（都是L）,根據(jù)平行搖桿的特殊軌跡原理，旋轉(zhuǎn)刷組件

的運(yùn)動(dòng)軌跡就會像圖式那樣，保持平行方向。

這就保證了旋轉(zhuǎn)刷在旋轉(zhuǎn)工作的同時(shí)，其軸線一直與管道的軸線平行（之所以這樣

設(shè)計(jì)，而不直接讓旋轉(zhuǎn)刷與擺動(dòng)桿1固定擺動(dòng)的原因已經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算分析，限于篇幅在

此不再贅述）。

下面是對擺動(dòng)臂各段長度，和擺動(dòng)角度等相關(guān)設(shè)計(jì)尺寸的計(jì)算。

取擺動(dòng)角度：6=45。，

擺動(dòng)寬度：b=250mm時(shí)，

擺動(dòng)臂1上2點(diǎn)到4點(diǎn)的長度:L1=（b/2）x=176.75mm,取180mm；

旋轉(zhuǎn)刷在中央位置時(shí)與擺動(dòng)到最大角度位置時(shí)

的前后伸縮，即圖中的高度h:h=180-b/2=180-125=55mm；

1、2點(diǎn)的距離（和3、4點(diǎn)距離相等）1:取l=20mm；

根據(jù)清潔裝置主要設(shè)計(jì)尺寸選取圓心6點(diǎn)到點(diǎn)5的長度R：取R=40mm；

b=80mm時(shí)，

擺動(dòng)臂1上2點(diǎn)到4點(diǎn)的長度：L尸（b/2）x=56.56mm,取U=60mm；

旋轉(zhuǎn)刷在中央位置時(shí)與擺動(dòng)到最大角度位置時(shí)

的前后伸縮，即圖中的高度h:h=L「b/2=60-40=20mm。

根據(jù)上面的計(jì)算得出旋轉(zhuǎn)刷的前后伸縮值在20mm——55mm之間，因此只要保證

旋轉(zhuǎn)刷的刷頭部分到清潔裝置最前段部件的距離超過55mm,就不會產(chǎn)生干涉。

擺動(dòng)的動(dòng)力采用減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，初選減速交流電機(jī)型號59TYD-D。生產(chǎn)廠家網(wǎng)址:

寧波市鄴州立興微特電機(jī)廠久

根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速叼=0.5r/s（Wj=30r/min）和小車行進(jìn)速度v=0.005m/s,得

電機(jī)每1秒轉(zhuǎn)1/2轉(zhuǎn)，擺動(dòng)桿擺動(dòng)一個(gè)單程（旋轉(zhuǎn)刷擺動(dòng)一個(gè)單程）；同時(shí)小車前

進(jìn)5cm。即小車每前進(jìn)10cm的距離，旋轉(zhuǎn)刷擺動(dòng)一個(gè)回程，這樣就可以完成設(shè)計(jì)的主

要目的——對中央空調(diào)管道在小車一次清掃中完成徹底、均勻的清掃。

氣動(dòng)馬達(dá)參數(shù)：