隧道清洁车除尘与安全设计说明

1、 毕 业 设 计 说 明 书 隧道清洁车侧面除尘与安全装置设计专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 隧道清洁车侧面除尘与安全装置设计摘要：为了实现机器代替人工自行完成隧道侧面除尘，本课题设计了用于隧道侧面除尘的机械手。根据隧道侧面除尘工作的要求，提出了整体的设计方案，把整个除尘机械手分为三大部分：一个是车载装置，二是机械手本体，三是吸尘装置。车载装置完成整个装置的承载作用，承载着机械手本体部分和垃圾储存箱；机械手本体实现除尘动作，利用四杆机构完成沿隧道侧面轨迹做摆动，用位置传感器控制摇杆上的伺服电机，电机驱动齿轮齿条装置达到控制手臂的伸缩，完成更有效的除尘效果；吸尘装置作为对隧道墙壁的除尘工作。整台机器结构简单，操作方便，能可靠平稳运行地代替人工达到满意的除尘效果。关键词：地铁隧道，除尘装置，蜗轮蜗杆升降机，机械手The design of the manipulator about dusting to the side of tunnelAbstract: In order to achieve the subway completion that a robot

2、can clear both sides of a tunnels dust instead of manual work, this subject has designed the robot . According to the requirements , the overall design was proposed. The whole manipulator can be divided into three parts: vehicle mounted device, robot, vacuum cleaner. The vehicle mounted device plays a role of load carrying capacity in the whole devise, including robot and garbage storage box. The manipulator can complete the action of clearing dust. The Crank-rocker mechanism swings along the tr

3、ack of the tunnel side , using position sensor to control the servo motor which is on the joystick. The motor driving telescopic rack and pinion device can control the stretch of arm, completing the removal of dust more effectively. Vacuum cleaner can complete the job of cleaning the dust of tunnel wall. The whole machine has simple structure and it is easy to operate. The movement is reliable and steady. It can replace the artificial to reach the satisfied effect of cleaning dust. Key words: Su

4、bway tunnel, Dust collecting equipment, Crank-rocker mechanism, Manipulators目 录1 绪论11.1 课题的背景及国内外现状11.2 国内外的研究现状11.2.1 机械除尘技术11.2.2 过滤除尘技术21.2.3 静电除尘技术21.3 课题研究的目的和意义32 除尘机械手的设计的总体方案42.1隧道清洁车侧面除尘与安全装置设计任务42.2 隧道清洁车的设计思路42.3地铁隧道侧面除尘机械手的类型62.4 蜗轮蜗杆升降机的选取82.4.1 为何选取蜗轮蜗杆升降机92.4.2 蜗轮蜗杆升降机的选型92.5 机械手自由度的校核123 除尘机械手的运动及结构设计123.1 除尘机械手末端执行器运动轨迹的规划133.2 除尘机械手的组成133.3 机械手手腕回转中心的确定144 其它部件的设计与选型174.1 电机的应用选择174.1.1 驱动电机的选择184.1.2 地铁隧道除尘机械手的电机选择184.2 吸尘头的设计214.3 手臂伸缩长度设计224.3.1 理想状况下手臂的伸缩量计算225.结论23参考文献24致谢

5、25附 录261 绪论1.1 课题的背景及国内外现状在现代的社会，由于城市化建设的飞速发展以及城市人口的快速增长，过量的人群活动在拥挤的城市区域，加上机动车和非机动车的大量购买造成了很大的堵塞和拥挤，使得城市里的交通充满了前所未有的压力。这样，使得人们出行受到干扰，浪费大量宝贵的时间，为了缓解这些问题。城市发展了轨道交通系统，现如今最先进的行之有效的交通工具便是轻轨和地铁。现在世界上大约有一二百个城市拥有地铁，线路总长已经超过了八千多公里。英国伦敦市内的地铁总长408公里多。东京的地铁达2000公里，年运输量超过了100亿次。美国就纽约就有27条，长为443公里。巴黎的轨道交通占有率为70%。地铁有15条线路，199公里。俄罗斯莫斯科有一个覆盖全市区的立体交叉地铁网，长度有三百千米，拥有一百四十多个车站。每天运输量高达800多万次，位居世界之最。我国随着经济的发展，城市化和工业化的进程正飞速不停地前进，市区的交通状况开始严重地制约我国城市高速发展的节奏。据统计，我国拥有100万人口的城市有34个，拥有50到100万的人口的城市也达到了43个。目前形式下，过量的城市人群拥挤在城市狭小的范

6、围内，加上机动车和非机动车大量的购买，交通是一大问题。为了缓解目前这种交通状况。我国建设了很多地铁，地铁的建设提高了交通的运行效率。吸引了人们的实用，促进城市发展，改善了公共交通环境。然而，地铁的快速发展也带来了另一个问题：那就是与地铁相对应的配套设备设计和制造问题。我国的地铁研制工作还属于发展和普及的阶段，很多配套的设施还没形成标准化的设计和生产。所以地铁隧道的除尘工作便成为一个很重要的问题。隧道在列车长时间运行之后存在了大量灰尘，所以便要研究除尘设备。1.2 国内外的研究现状1.2.1 机械除尘技术利用重力、离心力、惯性力等质量力来使含有灰尘的气流中的尘粒从气流中分离出来，进行收集尘粒。（1）重力除尘技术重力除尘的原理是利用尘粒与气体有不一样的比重，因为灰尘受重力的影响会自动从气体中掉落分离出来。并在管道里增加扩大部分挡板来避免气流旋窝带起已经沉降的尘粒1。（2）离心力除尘技术离心力除尘技术是利用漩涡运动使里面的气流产生的离心力来清除气里的粉尘。含有灰尘的气体进入除尘设备的外壳和排气管之后，形成的外旋流会使粉尘在离心力的作用下移向设备的内壁，并在外旋流的带动下转到除尘器下部，由排尘

7、孔释放出去，净化后的气体形成上升的内流，并经过排气管排放出去2。（3）惯性除尘技术惯性除尘技术是利用尘埃和气体在运动中产生的不一样的惯性力，使粉从气体中分离。一般是在含有气流的前方设置障碍，使得气流迅速改变方向，但此时粉尘惯性力比气体的大的多，粉尘就会离开气流，得到干净的气体2。1.2.2 过滤除尘技术过滤除尘技术就是利用过滤器把含尘的气体通过过滤材料，使得粉尘分离出来。过滤除尘技术有两种方式内部过滤和表面过滤。内部过滤是把松散孔多的材料（如金属绒、玻璃纤维、硅砂、煤粒等）用一定的体积填充在容器或者结构架里作为过滤层，净化含尘气体，尘粒被过滤材料收集起来。粉尘经滤料过滤后受到的力在不同的除尘技术中最复杂，即使有很多种过滤分离表达的方程式，但还是不足以定量表达实际情况的除尘效率。所以才说，除尘技术是科学和实践相结合的完美的产物。1.2.3 静电除尘技术静电除尘技术是利用强电场使含尘气体发生电离，利用气体中粉尘带电荷的原理，通过设置设备中的正负极电板来吸附灰尘，达到净化空气的目的。静电除尘技术分为平板式和管式。按静电除尘的作用机理，可分为电晕放电、粒子荷电、尘粒收集和清灰这四个环节。（1）

8、电晕放电把非常高的直流电压加到一对电极上，其中一个点极是细导线，另一电极是管状的或者板状的，电场强度在导线表面附近很强，并随远离导线的距离增大而大幅减弱。在含有强电场的导线表面空间内，使得原有微量自由电子迅速增加到很高的速度，通过碰撞中性气体分子，释放外层电子形成新的自由电子和正离子。这些电子接着又被加速到一定速度，再次引起气体分子碰撞电离。这个过程在短暂的时间里无限重复，便产生大量自由电子和正离子，这便是电离过程。由于气体电离，在放电极周围就会产生明亮的光晕，并发出丝丝的气体爆裂声，这便称为电晕放电。（2）粒子荷电依据电荷具有异性相吸、同性排斥的原理，在气体电离之后形成的大量自由电子和正负粒子会向着异性电极运动，这运动便会使含尘气体中的尘粒吸附在上面，形成尘粒荷电。（3）尘粒收集尘粒搜集的过程就是让带点粒子在电场中获得加速的过程，使得负电荷的粒子会向着阳极电板运动，带有正电荷的粒子向着阴极移动。（4）清灰在电场的作用下俩极都会有很多灰尘沉积下来，所以要及时清理，防止影响电晕放电，一般是采取重锤撞击或者电磁装置抖动使得极板上的灰尘掉落在灰斗内。1.3 课题研究的目的和意义地铁已经是一个

9、人口聚集的公共场所，大城市里人们每天都乘坐着地铁，没有一个好的环境怎么能带给市民一个舒适的心情呢？日复一日，年复一年。因为地铁长时间运转，会带来很多灰尘影响到地铁环境，如果不及时清理，很有可能影响到地铁良好的运转，还会影响到乘客们所在候车厅的环境。因此，地铁隧道的清理工作已经是一个非常重要，必须要做的工作，地铁如图1-1所示。图1-1 地铁 过去地铁大多采用人工吹扫作业的手段来进行操作，但是长时间之后发现，这样的方式工作环境太恶劣，工作效率也比较低、污染比较大大，所以对现在使用的吹扫工作方式要进行大大改进，本课题就是要研究一台工业机器人除尘机械手，代替人工去实现地铁隧道侧面灰尘的自动清理。2 除尘机械手的设计的总体方案2.1隧道清洁车侧面除尘与安全装置设计任务利用本次设计，让我去了解开发设计机械产品需要哪些过程，加强我系统的运用所学的基础理论能力、巩固自身专业知识和各项技能素养，进一步的培养大学生设计、计算、分析和解决问题的能力，并会懂得如何总结、归纳，得到合理的结论，进行比较系统的机械工程训练，初步锻炼从事科学研究的工作能力，增强论文撰写和技术表述的基本能力。奠定了基础的实际工作，来达到人培养人才的目的和要求。课题任务是设计一台除尘机械手，代替人工做地铁隧道侧面灰尘的自动除尘工作。其参照的原始数据和设计要求为：（1）地铁隧道截面为圆形，其半径为4米，最高点为6.5米。（2）手臂末段安装吸尘头，可以将机械手安装在专用的（或者改装的）车辆上,允许每单程清理半面隧道。（3

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