电动清扫车的新型清扫装置设计与流场仿真

摘要

电动清扫车作为道路环保作业的中坚力量，其关键部件清扫装置的清扫能力和吸尘效率直接影响整车的清扫性能，因此对清扫装置的结构设计与性能优化具有重要意义。　　本文以清扫装置及其关键机构为研究目标，以提高清扫效率为性能指标，提出了新型可伸缩、可升降式双清扫装置的布局结构；并提出了应用气固两相流动理论对滚吸式吸尘口进行流场分析的方法，具体研究工作和研究结论如下：　　首先，针对清扫装置的布置形式和工作原理进行分析，设计了新型可伸缩、可升降式双清扫装置；根据新型清扫装置的性能要求，对其液压系统和关键机构进行研究设计、主要元器件进行计算与选型；基于清扫装置的初步设计，探讨分析了滚刷刷毛的清扫性能。　　其次，通过研究砂石颗粒在滚筒内的运动轨迹，间接优化滚筒壁的关键参数。借助现代接触动力学建立砂石颗粒在滚筒内各运动阶段的理论轨迹方程组；以滚筒前挡板和滚筒临界点的参数值为优化对象，利用MTALAB对滚筒壁进行参数优化分析。优化结果表明：滚筒前档板与路面夹角?=30°、滚筒临界点与滚刷水平中心线夹角?=60°为最优参数解。　　再次，为提高新型滚吸式吸尘口的吸尘效率，针对其设计标准和性能指标进行了研究分析；为保证吸尘口流场仿真的可靠性、准确性，分析与探讨了其工作介质（气相）和研究对象（颗粒相）的数值模拟方法。研究表明：应采用欧拉—拉格朗日方法进行吸尘口的气固两相耦合模拟。　　最后，基于ICEM和FLUENT对初始吸尘口模型进行了网格划分和流场仿真，从气固两相流中速度分布和质点迹线的角度出发，分析其结构不合理之处；提出了改变出口直径和吸尘口宽度两种优化方法，仿真分析了在不同结构参数下，对吸尘口内部速度分布的影响；利用离散相模型求解优化后吸尘口的清扫性能，通过对比优化前后的性能参数，证明了结构参数优化的正确性、合理性。仿真结果表明：吸尘口宽度220 mm、出口直径200 mm为吸尘口的最优结构参数；并且优化后吸尘口的入口最低速度提高至4.8 m/s、质量流量提高了0.543 kg/s、全压差降低了448 Pa；当砂石当量直径为8 mm时，优化后吸尘口吸尘效率提高了6.8%，且可吸入最大粒径为9 mm，清扫性能优于行业标准。　　综上所述，本文针对新型双清扫装置进行了总体设计与研究，以提高吸尘效率为性能指标，重点对滚筒壁和吸尘口进行结构参数优化与仿真分析，提升了清扫装置的清扫性能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及来源

1.2 国内外研究现状

1.3 当前研究存在的主要问题

1.4 论文的主要研究内容

第二章 新型清扫装置的布置形式及其设计研究

2.1 清扫装置的布置形式与工作原理

2.2 清扫装置的研究与分析

2.3 主要元件的选型与分析

2.4 滚刷刷毛的清扫性能分析

2.5 本章小结

第三章 基于MATLAB的滚筒壁结构参数优化

3.1 滚刷机构整体清扫性能分析

3.2 砂石颗粒运动轨迹的理论分析

3.3 基于MATLAB的颗粒运动轨迹仿真

3.4本章小结

第四章 清扫装置吸尘口的结构设计及数值模拟研究

4.1 清扫装置吸尘口的结构设计

4.2 气力输送工作介质的物理性质及流动特性

4.3 吸尘口连续气相的数值模拟研究

4.4 吸尘口颗粒相的数值模拟研究

4.5 本章小结

第五章 清扫装置吸尘口流场分析与结构优化

5.1 计算流体动力学的模块分析

5.2 清扫装置吸尘口的流场模拟

5.3 初始吸尘口数值模拟结果分析

5.4 吸尘口模型的结构参数优化

5.5 优化后吸尘口的清扫性能分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文与参加的项目