第2章 清扫车的总体设计
2.1 设计主要技术要求
驱动方式是以蓄电池供电给电机驱动。电瓶驱动型利用自身无级变速系统，能使清扫车在作业时可以随时根据路面污染状况及时、迅速地调整清扫速度，提高了清扫作业的工作效率。且其噪音低，污染小，适合院落、停车场、室内等小场合的清扫作业。
利用碟形刷来增加扫路车的清扫宽度，每小时清扫面积不低于1000 平方米。 滚筒刷不但能够清扫地面的垃圾外还起到把垃圾扫入机内垃圾箱的作用，垃圾箱容量不低于30L。
喷水系统要达到更理想的节能喷水，并能达到灰尘颗粒和水充分亲和增重，不扬尘。水箱容量达到25L以上。
2.2 总体方案的确定
由于工作的场合对环境要求较高因动力装置都选为噪音低，污染小环保的电力驱动。最初设计了许多的方案，最终综合考虑认为以下这种方案最为有可能实现我们的课题要求，方案为下图2-1图2-2所示：
图2-1 方案简图
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图2-2 方案简图
工作原理：人力推动清扫车前进，电动机1 逆时针转动将运动利用带传动同时传给带轮3 和带轮4，使带轮3 带动同一根轴上的小锥齿轮旋转，小锥齿轮通过啮合传动带动大锥齿轮6逆时针旋转，大锥齿轮通过同轴的带轮带动一个与扫盘2 连接的带轮转动来使扫盘2 顺时针旋转，另一边也是通过同样的原理使扫盘逆时针旋转，这样就可以将两侧的垃圾扫到中间。再同时由带轮7 带动滚筒8 顺时针旋转，将垃圾滚入导向刮板14 ，通过倾斜的导向刮板14 将垃圾送入垃圾箱13 内，这样就完成了对垃圾清扫的全部过程。
因此综合考虑将此方案作为最终设计方案。
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第3章 电机驱动装置的确定
清扫工作中的各个运动装置均由电机驱动运行的。电动机由动力蓄电池提供电源后转动，并通过皮带轮带动扫盘、滚筒和水泵等作业装置进行工作。下面分别对蓄电池与电机的选用进行分析。
3.1 蓄电池的选择
动力电池是清扫作业装置的动力源泉。电机电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命等。要使电机驱动清扫装置的扫地车与副发动机驱动清扫装置的扫地车相竞争，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的动力电池。目前在电动汽车市场上使用的动力电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂离子电池、飞轮电池、燃料电池等等。从最终产品产业化可行性以及经济性综合因素来考虑，在电动专用环卫车辆上主要采用铅酸动力电池与锂离子动力电池。下面对这两种电池性能作一个分析比较：
1、铅酸动力电池
铅酸动力电池已有多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。其优点：可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本上能满足电力驱动系统的动力性要求。但它有两大缺点：一是比能量低，所占的质量和体积太大，深度放电能力和低温放电能力较差，不能快速充电且一次充电作业时间较短；另一个是循环使用寿命短，使用成本过高，报废的铅酸蓄电池因废弃会造成二次污染。
2、锂离子动力电池
锂离子动力电池已经成为电动汽车行业动力电池的长期开发目标。其优点是：比能量、比功率较高；循环寿命长，可达1000次；充电放电效率高；功率输出密度大；没有记忆效应，且不会因废弃造成二次污染，是绿色蓄电池。其缺点是：快速冲、放电性能较差，需要进一步解决对其充放电过程的控制和配备专用的充电器；对于大容量锂离子电池组，还需要解决电池组的可靠性和各个单体电池之间的一致性。
清扫车所使用的蓄电池要求在使用过程中能够完全放电，不排放有害气体，不污染环境。由此针对此设计选用锂离子动力电池，电池名称为磷酸铁锂电池。
24V 10Ah磷酸铁锂电池组的有关技术规格为下表3-1所示：
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表3-1 磷酸铁锂电池组技术规格 项目 标称容量 标称电压 电池内阻 最大充电电流 最大充电电压 最大放电电流 放电终止电压 使用寿命 工作温度 外形尺寸 重量 价格 规格 10Ah 24V ≤120mΩ 6A 29.2±0.05 20A 20V 1000次 -20~45℃ 1003833335(mm) 3.8kg 550元 此蓄电池的性能： （1）该电池为全密封式电动车专用蓄电池，体积小、质量轻、储存能量多、自放电率低、比能量高等优点；
（2）安全性能好，原材料来源广泛；
（3）污染少，噪声小。可减少排污97%，甚至可做到零排污； （4）节约能源，为普通蓄电池耗能的2/3；
（5）具有良好的过充电、过放电、温度、过流、短路保护、锁定自恢复以及均衡功能；
（6）结构简单、控制方便，易于操作和维修； （7）使用时间长，充电后每次可用15 小时；
（8）有足够的功率供清扫机达到每小时清扫面积不低于1000 平方米的要求； （9）使用寿命长，一般可充电800 次以上。
3.2 电动机的选择
3.2.1 选择电动机应综合考虑的问题
1、根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的转矩、速度变化范围、启动频率、制动和反转以及工作环境等要求，选择电机类型及安装方式；
2、根据负载转矩，速度变化范围和启动频率程度等要求，考虑电动机的温开限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却方式，所选功率应大于或等于计算所需的功率，负荷率一般取0.8～0.9；
3、根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和
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易燃易爆气体等考虑必要保护方式，选择电机的结构型式；
4、根据工作电压和功率因数的要求确定电机的电压等级和类型；
5、根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速；
此外，选择电动机还必须符合节能要求，运行可靠性、设备的供贷情况、备件的通用性、安装检修的难易以及产品的价格等。
3.2.2 电动机的选择
1、电动机类型和结构形式
电动机类型和结构形式可以根据电源的种类、工作条件（温度、环境、空间尺寸）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。清扫车的电动机应放置在干燥及清洁的车箱内部，散热条件较好，要选用卧式的安装方式。
在移动的设备中和蓄电池配套的较常使用的电机有直流电动机和步进电动机。
直流电动机具有以下优点：
（1）优良的调速特性，调速平滑、方便，调速比可达到1：200； （2）过载能力大，并能在低速下连续输出额定转矩；
（3）能承受频繁的冲击性负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转； （4）容易购得，型号多，控制简单。
直流电动机的缺点：结构比较复杂，电流通常较大，需要齿轮减速器进行减速，维护工作量大。
步进电动机的优点有：步距角小，功率小，过载能力强，控制简单，启动和运行频率较高，不通电时有定位转矩，型号多，适合室内清扫机器人的速度。
步进电动机的缺点：功率与自重比小，运动平稳性差，低速性能不好，体积大，负载能力低，运动时产生震动，易失步。
清扫车多在室外环境下工作，要求控制较简单，运行平稳，因此选择直流电动机，而且是直流齿轮减速电机。
2、直流齿轮减速电动机的选择
直流齿轮减速电机[1]是指转轴上带有齿轮减速器和直流电机(马达)的集成体，这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。齿轮减速箱的作用是提供较低的转速,较大的力矩。减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等，其优点是简化设计、节省空间，承受过载能力高，能耗低，性能优越，振动小、噪音低。齿轮减速电机通常通过减小电机速度来增加旋转能力。
因为直流电动机仍然从内部伸出两个相同的插头，所以齿轮减速电机与普通
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