设计任务:设计一款3T全吸式扫路车,要求能全天候使用,具体要求如下:
1、 清扫性能参数:******清扫宽度2.8m;清扫速度3~20km/h;******清扫能力56000m2/h;******吸入粒度(密度小于2g/cm3的颗粒当量直径)80mm;卸料角≥45°;吸净率≥95%;清扫区域控尘能力:风机出风口与旋风除尘器进口相比,除尘效率10μm达到99%,5μm达到95%;
2、 选用底盘:底盘型号――NKR77LLPACJAY;生产企业――庆铃汽车股份有限公司;
3、 副发动机:型号――JX493ZQ4A;功率/转速――62Kw/3600 r/min;额定工作转速――1500~1700 r/min;额定功率――28~35Kw;油耗――240g/kwh;
4、 风机:型式――离心式;传动型式――副发动机机械驱动,通过离合器实现离合, 并设超越离合器防护停车反带;
5、 除尘系统包括:吸尘口(采用随动型组合式,四吹四吸结构,周长7600mm,离地高度4~8mm, 压降500Pa)、吸风管(2支,直径180mm,附惯性除尘,压降100Pa)、垃圾箱(重力沉降,压降50Pa)、拦网(压降20Pa)、高效旋风除尘器(8台并联,处理能力1000 m³/h/台,压降1000Pa)、离心风机、回风管压(压降100Pa);
6、 清水箱容积:0.7m³;
7、 垃圾箱容积:4.5 m³;有效容积:2.5 m³;
8、 喷水系统:①、喷雾机构:喷嘴数量:3只;压力:10bar;喷嘴流量0.7l/min;②、箱内自洁系统:喷嘴数量:2只(旋转喷嘴);压力:10bar;喷嘴流量36 l /min;③、箱外自洁系统:喷枪数量:1只;压力:10bar;喷嘴流量10 l /min;④、卸料压尘系统:喷嘴数量:6只;压力:10bar;喷嘴流量7.2l/min;
设计计算:
一、 风机计算
1、 风量计算
系统工作状态下所需风量计算:
a. 吸风管中风速的确定:
首先确定垃圾颗粒的悬浮速度:
[关于颗粒状物料在吸风管中受力情况分析。
1. 颗粒受重力:G=ρ尘粒*V体积=(4/3)*π(d/2)³*ρ尘粒;
2. 颗粒受风的推力:F风=c*ρ空气*S颗粒v颗粒²/2;
3. 颗粒受风的摩擦力:T ,摩擦力T的大小与流体种类有关;与流体的接触面积有关;与垂直于板的速度梯度成正比,故:
式中:
μ——流体动力粘性系数];
A——流体的接触面积;
——流体在法线方向(垂直于木板)的速度梯度,另外,颗粒在管道中被吸起时的情形,很像火车在隧道中穿过,有活塞效应,因为颗粒的大小占据了管道的面积,同时管道里的流量是不变的,所以空气在颗粒四周的速度较没有颗粒时要大,具体有:v管/v颗粒=s颗粒/s管=(D²-d²)/D²;
4. 颗粒在风管中因为颗粒上下侧的压差所受的压力:在吸风管直径不变的情况下,随颗粒的增大压差增大,又因F压=P*S颗粒,所以,压力应该与颗粒的直径的平方成正比关系,具体数值未知。
根据上述分析,可以得到,
当:F风+ T+ F压>G时,颗粒就可以被吸起。]
U=(4*g*d*(ρ尘粒-ρ空气)/3*c*ρ空气)1/2
U――垃圾尘粒的悬浮速度(m/s);
d――垃圾尘粒的当量直径(mm),根据设计要求,这里取80mm;
ρ尘粒――垃圾尘粒的密度(g/cm³),通常取2g/cm³;
ρ空气――空气的密度(g/cm³),通常取1.29kg/m³;
g――重力加速度;
c――为垃圾颗粒在沉降时收到的气体迎面阻力及摩擦阻力之和的阻力系数,随气流的状态的变化而变化,这里我们取1;
则有:
U=(4*g*d*(ρ尘粒-ρ空气)/3*c*ρ空气)1/2
=(4*10*0.08*(2000-1.29)/3*1*1.29)1/2
=40.7m/s
因为上式是在不计活塞效应和F压的情况下计算得到的风速,所以上述风速应该完全可以满足要求。
b. 吸风管截面积的确定:
根据垃圾情况的复杂性,确定吸管直径为2*180mm:
A=2*π*R²=2*π*90²/1000000=0.05087m²;
V管=40.7m/s
Q管= A管* V管*3600=0.05087*40.7*3600=7453m³/h;
回风管:Q回= Q管-Q口=7453-4471=2982m³/h;
考虑到实际使用过程中,由于密封效果等因素,实际风量要在理论风量的基础上乘以工况系数K(K>1),这里我们取K=1.2,则
Q=K* Q管=1.2*7453=8943m³/h=2.484m³/s
2、 风压计算
系统压降计算:吸尘口(压降500Pa)、吸风管(压降150Pa)、垃圾箱(压降50Pa)、拦网(压降50Pa)、旋风除尘器(压降1000Pa)、回风管压(降50Pa)。
则,系统压降P降=500+150+50+50+1000+50=1800Pa;
风机在******工况下,出口动压约占全压的10%~20%,当偏离******工况时会大些。在此,取动压是全压的20%计算,则风机的全压为,P2=P1/(1-20%)。
所以,风机理论全压为
P=P2+P降=1.2*1800=2160 Pa
考虑到实际使用过程中,由于密封效果和工况复杂等因素,实际风压要在理论风压的基础上乘以工况系数K(K>1),这里我们取K=2.5,则
P实际=K*P
P实际=K*P=K*2160=2.5*2160=5400Pa=540毫米水柱
3、 功率计算
通风机的有效功率(Ny千瓦)即:
式中:
Q—通风机输送的风量,m3/s;
H—通风机产生的风压,毫米水柱;
102—千瓦与kg•m/s之间的换算关系系数,1kw=102kg•m/s。
实际上,消耗在通风机轴上的功率(轴功率)要大于有效功率,这是因为通风机在运转过程中轴承内部有磨擦损失和空气在通风机中流动也有能量损失的缘故。轴功率N与有交效功率NY之间的关系如下:
式中:
η——通风机效率,%。
N——轴功率,kw
通风机的有效功率与轴功率之比为通风机的效率η,即:
通风机的效率反映了通风机工作的经济性。后向叶片风机的效率一般在0.8~0.9之间,前向叶片风机的效率在0.6~0.65之间,这里取η=0.6,将Q= 2.277m³/s,P实际=326毫米水柱带入上述公式,可得
N=21.9KW
4、 传动比与风机转速计算
发动机额定转速为:1700转/分;
风机转速为:2500转/分;
则:速比i=25/17。
二、 旋风除尘器计算
1、 风量计算
根据供应商提供的旋风除尘器参数有:单台旋风除尘器的处理能力为:1000m³/h,现采用8台并联,
则有:8*1000=8000 m³/h;
与风管风量7453 m³/h相比,可以满足需求。
2、 除尘效率
根据供应商提供的旋风除尘器参数有:
除尘效率:除尘效率10μm达到99%,5μm达到95%。
三、 吸尘口计算
1、 吸尘口周长计算
根据结构设计图可量取计算得:
C主吸口=4300mm
C侧吸口=1650mm
C全= C主吸口+2* C侧吸口=4300+2*1650=7600mm
设吸尘口离地高度为6mm,
则,吸尘口进风面积:A口=C*H=7600*6/100000=0.045600m²;
根据合并后吸尘管直径为2*180mm,以及C主吸口=4300mm和C侧吸口=2*1650mm
可以计算并圆整得,主吸口吸管直径2*150mm,侧吸口吸管直径2*120mm)
2、 吸尘口新风量计算
设吸尘口风速为V口=30m/s,则:
Q口= A口* V口*3600=0.0456*30*3600=4924 m³/h;
3、 吸尘口回风量计算
回风管回风量:Q回= Q管-Q口=7453-4924=2529m³/h;
另,根据结构设计图可量取计算得:
主吸尘口回风口长度:
L主=2280mm
主吸尘口回风口长度:
L侧=900mm
则,L全= L主+2* L侧=2280+2*900=4080mm
设吸尘口风速为V回=40m/s,则:
Q回=V回*A回= V回* L全*W口
W回= Q回/ (V回* L全)=2529/(3600*40*4.08)=0.0043m=4.3mm
计算主回风管直径(2根):
设主回风管内风速为V主回=20m/s,则:
D主=( 40*2*L主*W回/(20*π))1/2=( 40*2*2280*4.3/(20*π))1/2=112mm
将回风管直径圆整,取D主=120mm,
则:V主回=17.35 m/s
计算侧回风管直径(2根):
设侧回风管内风速为V侧回=20m/s,则:
D侧=( 40*2*L侧*W回/(20*π))1/2=( 40*2*900*4.3/(20*π))1/2=70.2mm
将回风管直径圆整,取D侧=80mm,
则:V侧回=15.4 m/s
四、 中压水泵计算
1、 车尾喷雾系统计算
预设喷嘴数量为3个,工作压力10巴,每只喷嘴每分钟流量为0.72L,连续工作时间3小时
则:3*0.72=2.16L/min
2.16*3*60=389L
2、 车内自洁系统计算
预设喷嘴数量为2个,工作压力10巴,每只喷嘴每分钟流量为36L,连续工作时间1分钟
则:2*36=72L
3、 卸料抑尘系统计算
预设喷嘴数量为6个,工作压力10巴,每只喷嘴每分钟流量为7.2L,连续工作时间1分钟
则:6*7.2=43.2L
4、 车外自洁系统计算
预设喷枪数量为1个,工作压力10巴,每只喷嘴每分钟流量为10L,连续工作时间5分钟
则:5*10=50L
由设计条件可知,清水箱容积:0.7m³=700L,而车尾喷雾系统、车内自洁系统、卸料抑尘系统和车外自洁系统在一个工作周期中的用水量为:
389+72+43+50=554L<700L
所以,扫路车蓄水量满足车尾喷雾系统、车内自洁系统和卸料抑尘系统在一个工作周期中的使用。
五、 液压系统计算
根据结构设计,扫路车的液压系统中的执行元件有:卸料油缸(2支,缸径63mm,行程580mm)、吸尘口提升油缸(1支,缸径40mm,行程210mm)、侧吸尘口收放油缸(2支,缸径20mm,行程100mm)、后门油缸(1支,缸径40mm,行程260mm)、球阀控制油缸(4支,缸径20mm,行程100mm)
卸料油缸用油量:
V1=2*π*d1²*L1/4=2*π*63²*580/4/1000000=3.62l
后门油缸用油量:
V2=π*d2²*L2/4=π*40²*260/4/1000000=0.33l
吸尘口提升油缸用油量:
V3=π*d3²*L3/4=π*40²*210/4/1000000=0.27l
侧吸尘口收放油缸用油量:
V4=2*π*d4²*L4/4=2*π*20²*100/4/1000000=0.07l
球阀控制油缸用油量:
V5=4*π*d5²*L5/4=4*π*20²*100/4/1000000=0.14l
用油量合计:
V=V1+V2+V3+V4+V5
=3.62+0.33+0.27+0.07+0.14
=4.43l
油箱容量暂定为10l;
油泵要求:
根据功能要求,垃圾箱升起时垃圾箱后门打开,另垃圾箱升起和后门打开均用时1分钟,根据前面计算结果有:
V1+V2=3.62+0.33=3.95l
则油泵******泵油量不能小于3.95l/min,系统压力为16mPa。