基于TRIZ理論電動(dòng)清掃車

基于TRIZ理論電動(dòng)清掃車吸塵性能設(shè)計(jì)摘要電動(dòng)清掃車作為當(dāng)今社會(huì)新興的機(jī)械化清潔設(shè)備已得到越來越廣泛地使用，大量的國產(chǎn)品牌電動(dòng)清掃車出現(xiàn)并投入市場，但在使用過程中又反應(yīng)出當(dāng)前產(chǎn)品仍然存在不足，例如吸塵能力存在局限、高粉塵環(huán)境易造成二次揚(yáng)塵等。針對目前國內(nèi)電動(dòng)清掃車盤刷、吸塵裝置、垃圾箱舉升系統(tǒng)普遍存在的缺陷，本文采用TRIZ創(chuàng)新理論方法作為工具進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。得到解決方案：在盤刷中新添加兩組刷毛并單獨(dú)配備噴水裝置組成三級變換刷毛、為吸塵口添加可調(diào)節(jié)擋板及舉升肢桿滑輪添加鎖緊裝置。最終完成電動(dòng)清掃車盤刷、吸塵口的尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與盤刷、舉升肢桿滑輪的CATIA三維模型建立與仿真。本文根據(jù)TRIZ理論對電動(dòng)清掃車的盤刷、吸塵裝置、垃圾箱舉升系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了方案仿真模擬，為電動(dòng)清掃車領(lǐng)域提供了一份有價(jià)值的參考。關(guān)鍵詞：電動(dòng)清掃車；盤刷吸塵裝置；垃圾箱舉升系統(tǒng)；TRIZ理論DESIGNOFDUSTABSORPTIONPERFORMANCEOFELECTRICSWEEPERONTRIZTHEORYAbstractAsanewmechanicalcleaningequipmentintoday'ssociety,electricsweepershavebeenusedmoreandmorewidely.Alargenumberofdomesticbrandelectricsweepershaveappearedandputintothemarket,butintheprocessofuse,italsoreflectsthatthecurrentproductsarestillinsufficient,suchasthelimitationofdustcollectionability,secondarydustcausedbyhighdustenvironment,etc.Inviewofthecommondefectsofthediscbrush,dustsuctiondeviceanddustbinliftingsystemofthedomesticelectricsweeper,thispaperusesTRIZinnovativetheoryandmethodasatoolforresearchanddesign.Thesolutionistoaddtwonewgroupsofbristlestothediscbrushandequipwithawaterspraydeviceseparatelytoformathree-stagetransformationbristle,addanadjustablebaffleforthedustsuctionportandaddalockingdevicefortheliftinglimbbarpulley.Finally,thesizeandstructuredesignofthediscbrushandthesuctionportoftheelectricsweeperarecompleted,andtheCATIAthree-dimensionalmodelestablishmentandSimulationofthediscbrushandtheliftinglimbpulleyarecompleted.AccordingtoTRIZtheory,thispaperdesignsthediscbrush,dustcollectoranddustbinliftingsystemofelectricsweeper,andsimulatesthescheme,whichprovidesavaluablereferenceforthefieldofelectricsweeper.Keywords:Electricsweeper;Diskbrushdustcollector;Dustbinliftingsystem;TRIZtheory目錄1緒論 11.1課題的研究背景及研究對象 11.1.1課題的研究背景 11.1.2課題的研究對象 21.2電動(dòng)清掃車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.2.1國外電動(dòng)清掃車發(fā)展?fàn)顩r 31.2.2國內(nèi)電動(dòng)清掃車發(fā)展?fàn)顩r 31.3本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題及研究方法 31.3.1本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題 31.3.2研究方法 32電動(dòng)清掃車工作原理與清掃性能分析 52.1電動(dòng)清掃車的工作原理 52.2清掃吸塵介質(zhì)簡介 52.3電動(dòng)清掃車清掃能力及效率分析 52.3.1清掃能力分析 52.3.2清掃效率分析 63基于TRIZ理論盤刷吸塵裝置設(shè)計(jì) 73.1吸塵系統(tǒng)的系統(tǒng)分析 73.1.1系統(tǒng)存在的主要問題和缺點(diǎn) 73.1.2理想解 83.2吸塵系統(tǒng)的因果分析 83.2.1因果分析 83.2.2因果軸分析 83.3吸塵系統(tǒng)的技術(shù)矛盾 103.4吸塵系統(tǒng)的物場分析 113.5吸塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案建立 133.5.1初方案建立 133.5.2方案尺寸設(shè)計(jì) 163.5.3方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 193.5.4方案三維模型建立 213.6吸塵系統(tǒng)作業(yè)對象特性分析 213.6.1氣流動(dòng)性 223.6.2塵粒在氣流中的受力 223.6.3刷毛的受力 244基于TRIZ理論垃圾箱舉升系統(tǒng)設(shè)計(jì) 264.1垃圾箱舉升系統(tǒng)的系統(tǒng)分析 264.1.1舉升系統(tǒng)存在的缺點(diǎn) 274.1.2舉升系統(tǒng)的理想解 274.2舉升系統(tǒng)的物場分析 274.3舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案建立 284.3.1舉升系統(tǒng)解決方案 284.3.2舉升系統(tǒng)方案三維模型建立 284.3.3彈簧相關(guān)參數(shù)分析 294.3.3.1彈簧主要尺寸、參數(shù) 294.3.3.2彈簧的受力、強(qiáng)度計(jì)算 305方案仿真模擬 316結(jié)論 33參考文獻(xiàn) 34致謝 35附錄 36緒論電動(dòng)清掃車是一種新興的機(jī)械化清潔設(shè)備，通過蓄電池為行駛系統(tǒng)與清掃系統(tǒng)供能，實(shí)現(xiàn)車輛的行駛與清掃系統(tǒng)的自動(dòng)清掃。隨著技術(shù)的發(fā)展與人們對環(huán)境態(tài)度的改善，電動(dòng)清掃車已逐步投入社會(huì)使用，一些公園、城市道路、小區(qū)都可以見到電動(dòng)清掃車的身影。輕型節(jié)能的環(huán)保模式將成為未來公共環(huán)保領(lǐng)域的主流，因此對電動(dòng)清掃車各方面性能的研究升級十分重要。目前國內(nèi)使用的大部分國產(chǎn)電動(dòng)清掃車仍存在很多不足之處。1.1課題的研究背景及研究對象1.1.1課題的研究背景清掃車的出現(xiàn)對于公共環(huán)保領(lǐng)域具有里程碑式的意義，清掃車相比于環(huán)衛(wèi)工人，路面清掃效率大大提高，節(jié)省了大量人力財(cái)力。而針對一些小區(qū)、公園的狹小道路，清掃車無法正常作業(yè)，于是又出現(xiàn)了新興的小型電動(dòng)清掃車，繼承了清掃車的高清掃效率的同時(shí)縮小了體積并更換電能作為動(dòng)力源，節(jié)能環(huán)保兼顧。電動(dòng)清掃車在清掃車領(lǐng)域今后的研究發(fā)展具有很大意義。隨著社會(huì)的高速發(fā)展，在人民生活水平不斷提高的同時(shí)，環(huán)境污染問題也漸漸進(jìn)入人們的視野，“城在垃圾中、垃圾在城中”[1]，交通、化工、餐飲、機(jī)械、大氣等方方面面每天在大量地排出化石燃料、顆粒粉塵、殘羹剩渣、化學(xué)垃圾等嚴(yán)重影響環(huán)境質(zhì)量的同時(shí)也影響著人們的日常生活和身心健康。而其中對城市空氣污染影響最嚴(yán)重的是以交通揚(yáng)塵為首的可吸入顆粒物。[2]當(dāng)今社會(huì)，城市道路在城市化進(jìn)程快速發(fā)展的作用下其里程快速增長，城市道路網(wǎng)縱橫發(fā)達(dá)，往來車流絡(luò)繹不絕，大量交通揚(yáng)塵也隨之而來。而要對這些揚(yáng)塵污染進(jìn)行控制主要有兩種措施，一是通過控制車輛尾氣排放減少顆粒物沉積在路面即控制污染源，二則是對路面進(jìn)行清掃。目前國內(nèi)大部分城市采用的是人工清掃的方式進(jìn)行路面清掃，但人工清掃存在很多缺陷，工作量大、工作效率低、人員成本高，且嚴(yán)重影響環(huán)衛(wèi)工人身體健康[3-4]，不適合現(xiàn)代城市道路環(huán)境清潔需求。而目前國內(nèi)使用較多的清掃設(shè)備是清掃馬路等主干道的大型清掃車，但諸如非機(jī)動(dòng)車道、人行道、公園、小區(qū)街道等路面較為狹窄且多彎道[5]，大型清掃車無法正常工作，而小型電動(dòng)清掃車結(jié)合了大型清掃車的機(jī)械化清掃方式與環(huán)衛(wèi)工人的靈活機(jī)動(dòng)，可全面解決路面垃圾的清理以及運(yùn)輸工作。現(xiàn)流行的電動(dòng)清掃車主要為吸掃式清掃車，同時(shí)兼顧清掃與吸塵功能，但在投入使用過程中其缺陷逐漸暴露出來，如掃刷清掃不徹底、易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵、掃刷吸塵裝置配合不佳、高粉塵路面不適用等。但電動(dòng)清掃車任然具有巨大的優(yōu)勢與使用空間，因此對電動(dòng)清掃車的相關(guān)研究具有重要意義。1.1.2課題的研究對象在環(huán)保問題逐漸得到重視的如今，電動(dòng)清掃車開始被各地環(huán)衛(wèi)部門引進(jìn)作為城市道路清潔工具投入使用。國產(chǎn)的電動(dòng)清掃車多是通過引進(jìn)國外同類產(chǎn)品進(jìn)行借鑒研究，行業(yè)整體發(fā)展時(shí)間較短，產(chǎn)品技術(shù)水平不高，尤其在除塵效率、清掃效率、適用性等方面與國外仍存在較大差距。吸塵系統(tǒng)[6]是電動(dòng)清掃車的核心，主要由刷盤、吸塵裝置組成，吸塵裝置通過波紋管將灰塵垃圾運(yùn)送到垃圾箱中。即盤刷、吸塵裝置的結(jié)構(gòu)和功能將直接影響電動(dòng)清掃車的除塵和清掃能力。本文主要針對電動(dòng)清掃車吸塵系統(tǒng)中的盤刷和吸塵裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過TRIZ創(chuàng)新工具分析得到不同改進(jìn)方案并進(jìn)行篩選，以達(dá)到提高電動(dòng)清掃車除塵清掃能力的效果。同時(shí)電動(dòng)清掃車的工作載荷受垃圾箱容積直接影響，一個(gè)合理高效的垃圾箱舉升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將為電動(dòng)清掃車提供更大的載荷與便捷的垃圾傾倒能力，使其更加安全可靠，因此將對電動(dòng)清掃車的垃圾舉升系統(tǒng)一同設(shè)計(jì)。本課題針對某廠的現(xiàn)有產(chǎn)品1600（圖1.1）進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。圖1.1電動(dòng)清掃車圖1.2參考車型相關(guān)參數(shù)1.2電動(dòng)清掃車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外電動(dòng)清掃車發(fā)展?fàn)顩r國外很早就開始了掃地車的研究[7]，已有近200年的發(fā)展歷史，其最早起源于十九世紀(jì)二十年代的歐洲，美德日等國家的路面機(jī)械化程度已非常完善。如美國的ELGLN公司、日本的富士公司等都是比較著名的清掃車公司。早在上世紀(jì)六十年代，歐美市場就已出現(xiàn)大量清掃車，不過當(dāng)時(shí)清掃車需根據(jù)路面情況選擇不同類型的清掃車。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，清掃車從當(dāng)初功能單一的清掃機(jī)械發(fā)展到現(xiàn)在的清掃、除塵、運(yùn)輸一體化機(jī)械。同時(shí)在濕式除塵[8]、垃圾傾倒、垃圾檢測識(shí)別等各方面均實(shí)現(xiàn)了功能設(shè)計(jì)。加之傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)在掃地車上的運(yùn)用，掃地車的智能程度也得到了極大的提高[9-10]，以使掃地車能夠有效地對周圍環(huán)境進(jìn)行檢測并作出最恰當(dāng)?shù)膭?dòng)作。1.2.2國內(nèi)電動(dòng)清掃車發(fā)展?fàn)顩r我國清掃車行業(yè)僅發(fā)展了短短數(shù)十年，雖然近幾年國內(nèi)清掃車得到了很快的發(fā)展，但是自主研發(fā)的掃地車在質(zhì)量與性能方面都和國外存在著較大的差距。其主要原因在于國內(nèi)還缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，特別是對專用部件的研究，缺乏理論指導(dǎo)，模仿多于自主研發(fā)。與此同時(shí)，我國生產(chǎn)加工的設(shè)備與手段都較為落后，很難保證零部件的質(zhì)量，從而影響著清掃車的清掃性能。另外，國內(nèi)清掃車在機(jī)電一體化水平方面也存在著很大的不足。就目前來說，國內(nèi)清掃車智能化水平普遍不高，傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)沒有得到很好地應(yīng)用，如水箱的水位感應(yīng)、料箱的重量感應(yīng)以及吸塵系統(tǒng)的真空度感應(yīng)都很少得到運(yùn)用。1.3本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題及研究方法1.3.1本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題本文旨在通過對電動(dòng)清掃車盤刷，吸塵裝置的結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行創(chuàng)新方法研究設(shè)計(jì)來提高吸塵系統(tǒng)的清掃吸塵能力，以及通過對垃圾箱舉升裝置進(jìn)行研究設(shè)計(jì)來提高垃圾箱舉升系統(tǒng)的可靠性。1.3.2研究方法為針對問題尋找解決方案，本文將借助TRIZ理論工具作為主要研究方法進(jìn)行研究。TRIZ理論是通過長時(shí)間對專利的研究實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的發(fā)明創(chuàng)造問題的潛在規(guī)律的理論，旨在辨別、強(qiáng)調(diào)目標(biāo)存在的矛盾并尋找相應(yīng)解決方法消除矛盾以得到理想解。TRIZ理論最早由根里奇.阿奇舒勒先生創(chuàng)立，其核心為技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論。為了解決問題，技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論配備了八個(gè)進(jìn)化法則作為解決工具。即提高理想度法則、增加集成度再進(jìn)行簡化的法則、向微觀級和增加場應(yīng)用的法則、動(dòng)態(tài)性和可控性進(jìn)化法則、減少人工介入的進(jìn)化法則、技術(shù)系統(tǒng)的S曲線進(jìn)化法則、子系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進(jìn)化法則、子系統(tǒng)的不均衡進(jìn)化法則。幾乎所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中都存在沖突矛盾。而一般的解決方案并不能徹底解決問題，只是暫時(shí)的隱藏、規(guī)避問題或是降低問題的干擾影響。TRIZ理論的方案思路是希望直接解決或消除沖突矛盾，以得到理想產(chǎn)品。沖突矛盾中存在一個(gè)作用既造成有用結(jié)果又造成有害結(jié)果的情況稱技術(shù)沖突或技術(shù)矛盾。其通常表現(xiàn)為同屬于一個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中的兩個(gè)子系統(tǒng)之間的沖突矛盾。TRIZ理論研究歸納出工程中用于描述沖突的工程參數(shù)39個(gè)（最新理論擴(kuò)充到48個(gè)）。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將沖突矛盾的兩個(gè)系統(tǒng)相應(yīng)的功能用至少兩個(gè)工程參數(shù)表示出來，列出沖突矩陣對應(yīng)尋找解決沖突的發(fā)明原理。發(fā)明原理是由TRIZ研究人員通過長時(shí)間對各領(lǐng)域的專利、創(chuàng)新成果進(jìn)行研究總結(jié)得到的。實(shí)踐證明發(fā)明原理在各領(lǐng)域中對研究設(shè)計(jì)人員的工作都有重要指導(dǎo)意義。TRIZ理論中各種思維方法與工具能夠打破我們的思維定勢，擴(kuò)展我們的創(chuàng)新思維能力，同時(shí)還可以提供科學(xué)的問題分析方法，輔助我們按照合理有效的途徑尋找解決方法。2電動(dòng)清掃車工作原理與清掃性能分析2.1電動(dòng)清掃車的工作原理現(xiàn)主流的電動(dòng)清掃車整體結(jié)構(gòu)主要有兩個(gè)模塊：駕駛室、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成的行駛模塊與吸塵系統(tǒng)、垃圾箱等組成的清掃模塊。其工作原理為：電動(dòng)清掃正常工作時(shí)，車前端的左右盤刷將垃圾拋向車身前方，吸塵裝置形成較高的負(fù)壓，高速的氣流將塵粒垃圾等通過波紋管運(yùn)送到垃圾箱中，通過內(nèi)部濾塵系統(tǒng)處理后將空氣排出。2.2清掃吸塵介質(zhì)簡介清掃吸塵過程中，塵粒垃圾主要通過高速氣流帶動(dòng)進(jìn)入吸塵裝置，而攜塵氣流在吸塵系統(tǒng)內(nèi)部流動(dòng)情況比較復(fù)雜屬于非定常流動(dòng)問題，為了研究方便，將它簡化為定常問題處理。在清掃吸塵工作過程中工作對象種類繁多，性狀不一，不同塵粒的密度也大不相同。那么將其帶動(dòng)的最小風(fēng)速、被吸塵裝置吸入所需的最小負(fù)壓存在差異。下表2.1列舉了一些常見塵粒垃圾的密度。表2.1常見塵粒垃圾密度塵粒垃圾密度（kg/m2）樹枝，筷子400-600紙片300-350塑料制品320香煙236金屬氧化物5000-5200塵土，沙子1300-1600石塊1500-2600樹葉300-4002.3電動(dòng)清掃車清掃能力及效率分析2.3.1清掃能力分析電動(dòng)清掃車吸塵裝置的工作能力也叫清掃能力用P[11]表示。清掃能力是指清掃車在正常工作時(shí)，各個(gè)參數(shù)在規(guī)定的情況下，單位時(shí)間內(nèi)所能清掃的最大道路面積，也就是清掃車在作業(yè)過程中所能達(dá)到的最大速度vmax與清掃寬度b的乘積，用公式表示為：P=vmaxb其中清掃寬度是指在清掃車清掃路面垃圾的過程中，在給定車速的情況下能夠持續(xù)穩(wěn)定的達(dá)到清掃作業(yè)面的最大寬度。上述公式說明了清掃車的清掃能力與其作業(yè)時(shí)的清掃速度以及清掃寬度有關(guān)，因此為了提高清掃車的清掃能力應(yīng)當(dāng)提高清掃車的行駛速度以及清掃裝置的清掃寬度。但是如果清掃車行駛速度過快，垃圾由于慣性的作用會(huì)很難被清理，從而導(dǎo)致清掃過程中垃圾的遺漏。另一方面，小型清掃車的外形尺寸有著行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，其寬度在2m左右，因此盤刷的安裝位置及工作范圍也受到了限制。目前，國內(nèi)市場所出現(xiàn)的小型電動(dòng)清掃車所規(guī)定的清掃速度平均值為v=8km/h，清掃寬度均值為b=2m，從而其清掃能力的均值為P=16000m2/h。因此為了提高小型清掃車的清掃能力，同時(shí)也要滿足小型清掃車的行駛速度以及外形尺寸的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，只能改變現(xiàn)有清掃車的吸塵裝置的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行吸塵裝置結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新型設(shè)計(jì)。2.3.2清掃效率分析電動(dòng)清掃車的清掃效率指的是清掃車在工作完成后能除去的垃圾質(zhì)量M1與清掃路面總的垃圾質(zhì)量M的百分比。即：η=M1M×η——清掃車的清掃效率；M——清掃前路面垃圾質(zhì)量（單位：g）；M1——清掃車收集的垃圾質(zhì)量（單位：g）；M2——路面殘留的垃圾質(zhì)量（單位：g）。清掃車的效率是衡量一款清掃車工作性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，根據(jù)國內(nèi)相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)《JB/T7303-2007路面清掃車》的內(nèi)容[12]，一般常用清掃車的清掃效率應(yīng)不低于90%。影響清掃效率的因素有很多種[13]，而其中影響比較大的有清掃車的行駛速度、盤刷轉(zhuǎn)速、刷毛的性質(zhì)、盤刷的傾斜角度以及風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。3基于TRIZ理論盤刷吸塵裝置設(shè)計(jì)3.1吸塵系統(tǒng)的系統(tǒng)分析吸塵系統(tǒng)清掃裝置吸塵吸塵系統(tǒng)清掃裝置吸塵裝置吸塵管道風(fēng)機(jī)灑水裝置盤刷吸塵口圖3.1吸塵系統(tǒng)系統(tǒng)組成模型盤刷：盤刷為清掃裝置的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過兩側(cè)盤刷逆向轉(zhuǎn)動(dòng)接觸地面將垃圾塵粒聚攏到吸塵口前方待吸塵裝置處理。灑水裝置：濕式清掃車在每個(gè)盤刷上方附帶灑水裝置，作業(yè)時(shí)進(jìn)行噴水降塵，使一些較小的灰塵能夠吸收水分子凝結(jié)成較大的顆粒，便于吸塵。風(fēng)機(jī)：為吸塵口提供負(fù)壓氣流來吸送塵粒到垃圾箱中。吸塵管道：連接吸塵口與垃圾箱，垃圾塵粒吸送的通道。吸塵口：吸塵裝置關(guān)鍵部件，控制氣流分布。吸塵口結(jié)構(gòu)形狀決定吸塵效率和能力。3.1.1系統(tǒng)存在的主要問題和缺點(diǎn)道路衛(wèi)生情況復(fù)雜，現(xiàn)行的電動(dòng)清掃車在作業(yè)過程中存在一些清掃不徹底的問題。例如口香糖殘?jiān)@類帶有粘性的與路面附著較緊實(shí)的垃圾，或是鳥類、寵物糞便及酒水、飲料、油漬殘?jiān)山Y(jié)后貼合在路面上都較難清理。正常掃刷很難刷動(dòng)這類垃圾，吸塵裝置也無法直接將其吸入；另一方面，因?yàn)殡妱?dòng)清掃車多為小型清掃工具，整體體積較傳統(tǒng)清掃車小很多，盤刷、吸塵口尺寸多有限制，對于塑料水瓶、一次性餐盒、果皮等體積稍微較大的垃圾無法正常清掃吸入；再者對于一些極端環(huán)境如高粉塵路面作業(yè)時(shí)易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵且難清掃徹底。3.1.2理想解電動(dòng)清掃車在遇到與路面附著緊實(shí)的頑固垃圾時(shí)可以變化掃刷硬度進(jìn)行加力刮刷后再進(jìn)行清掃吸塵、在遇到塑料瓶等體積相對較大的垃圾時(shí)吸塵口尺寸可調(diào)節(jié)吸入、在高粉塵環(huán)境中盤刷能徹底刷起粉塵的同時(shí)兼顧抑制二次揚(yáng)塵。3.2吸塵系統(tǒng)的因果分析因果分析法是研究事物發(fā)展的結(jié)果與產(chǎn)生的原因之間的關(guān)系，并對影響因果關(guān)系的因素進(jìn)行分析的方法。在研究對象的先行情況時(shí)，把作為它的原因的現(xiàn)象與其他非原因的現(xiàn)象區(qū)別開來，或者是在研究對象的后行情況時(shí)，把作為它的結(jié)果的現(xiàn)象與其他現(xiàn)象區(qū)別開來，解決“為什么”的問題。3.2.1因果分析根據(jù)存在的問題吸塵系統(tǒng)清掃能力不足，先采用五個(gè)“為什么”的方法進(jìn)行因果分析，通過挖掘系統(tǒng)內(nèi)部資源，以尋找有效解決問題的方案。（1）電動(dòng)清掃車無法清掃黏著在路面的和一些體積較大的垃圾，且在高粉塵路面易造成二次揚(yáng)塵，為什么？（2）影響電動(dòng)清掃車工作能力缺陷的直接原因是吸塵系統(tǒng)的清掃能力不足。那么為什么吸塵系統(tǒng)能力不足？（3）路面垃圾種類情況復(fù)雜不可一概而論，同時(shí)吸塵裝置和清掃裝置功能也存在缺陷。為什么功能存在不足？（4）吸塵裝置的功能缺陷在吸塵口的工作能力不足與風(fēng)機(jī)提供的負(fù)壓有限；清掃裝置的功能缺陷是盤刷工作單一且灑水裝置作用區(qū)域有限。為什么盤刷、吸塵口能力不足？（5）盤刷刷毛硬度是固定不變且偏軟的，僅用于掃刷道路表面的垃圾灰塵，無法刷動(dòng)帶有黏著性的垃圾；吸塵口工作區(qū)域固定，主要依靠盤刷將垃圾聚集到吸塵口處，同時(shí)因?yàn)檐嚿沓叽缦拗?，電?dòng)清掃車吸塵口尺寸都不大，無法吸送體積偏大的垃圾。3.2.2因果軸分析對于系統(tǒng)存在的不足，通過因果分析后，可進(jìn)一步分析其產(chǎn)生的原因，把這些原因運(yùn)用因果軸表達(dá)出來，如圖3.2所示通過因果軸分析，找到影響因素六個(gè)：路面垃圾種類情況復(fù)雜、風(fēng)機(jī)提供負(fù)壓有限、吸塵口尺寸小、吸塵口工作區(qū)域固定、灑水裝置作用區(qū)域有限、刷毛硬度偏軟。對因果軸進(jìn)行圖形化規(guī)范描述（圖3.3）吸塵系統(tǒng)清掃能力不足吸塵系統(tǒng)清掃能力不足路面垃圾種類情況復(fù)雜吸塵裝置功能不足吸塵口能力不足風(fēng)機(jī)提供負(fù)壓有限吸塵口尺寸小吸塵口固定不可動(dòng)清掃裝置功能不足盤刷能力不足刷毛硬度偏軟灑水裝置作用區(qū)域有限圖3.2吸塵系統(tǒng)清掃能力不足因果軸模型圖3.3吸塵系統(tǒng)清掃能力不足因果軸標(biāo)準(zhǔn)化模型3.3吸塵系統(tǒng)的技術(shù)矛盾當(dāng)改善技術(shù)系統(tǒng)中某一特性或參數(shù)時(shí)，同時(shí)引起系統(tǒng)中另一特性或參數(shù)的惡化，即技術(shù)矛盾。技術(shù)矛盾1：根據(jù)因果分析結(jié)果，吸塵系統(tǒng)能力不足與刷毛強(qiáng)度有關(guān)。If（如果）增加刷毛的強(qiáng)度Then（那么）就會(huì)增加盤刷刮刷的功能（系統(tǒng)的可靠性）But（但是）盤刷掃刷的旋轉(zhuǎn)功率就會(huì)下降（功率）圖3.4矛盾分析1方案1：為盤刷提前準(zhǔn)備功率更大的電動(dòng)機(jī)?！罁?jù)NO.11事先防范原理。方案2：在原刷毛不變的情況下增加一組新的硬度更高的刷毛，原刷毛負(fù)責(zé)掃刷一般垃圾塵粒，高硬度刷毛負(fù)責(zé)刮刷有一定黏著力的垃圾?！罁?jù)NO.26復(fù)制原理。方案3：將盤刷支撐盤設(shè)計(jì)為多孔結(jié)構(gòu)，通過減小支撐盤重量來平衡刷毛增加的質(zhì)量?！罁?jù)NO.31多孔材料原理。技術(shù)矛盾2：根據(jù)因果分析結(jié)果，吸塵系統(tǒng)能力不足與吸塵口大小有關(guān)。If（如果）增加吸塵口的體積Then（那么）吸塵裝置的能力就會(huì)增加（系統(tǒng)的可靠性）But（但是）清掃車整體體積就會(huì)變大（體積）圖3.5矛盾分析2方案4：添加另一個(gè)工作面積較大的新吸塵口專門用于吸收體積較大的垃圾?！罁?jù)NO.2抽取原理。方案5：將吸塵口擋板變更為可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在擋板兩側(cè)添加活動(dòng)軌道，當(dāng)遇到體積較大垃圾時(shí)可上升擋板，清掃灰塵等細(xì)小垃圾時(shí)下降擋板維持原來吸塵口大小。——依據(jù)NO.24借助中介物原理。方案6：將吸塵口擋板材料換為柔軟可形變的柔性材料，再遇到體積偏大的垃圾時(shí)，根據(jù)受到垃圾的擠壓力造成局部形變擴(kuò)大吸塵面積，待垃圾吸入后又恢復(fù)尺寸?！罁?jù)NO.35物理或化學(xué)參數(shù)改變原理。技術(shù)矛盾3：根據(jù)因果分析結(jié)果，吸塵系統(tǒng)能力不足與風(fēng)機(jī)供壓有關(guān)。If（如果）增加風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓Then（那么）吸塵裝置的能力就會(huì)增加（系統(tǒng)的可靠性）But（但是）系統(tǒng)功率會(huì)變大（功率）圖3.6矛盾分析3方案7：在吸取質(zhì)量較大及附著較緊實(shí)的垃圾時(shí)，增大風(fēng)機(jī)功率，讓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生更大負(fù)壓快速吸送垃圾塵粒?！罁?jù)NO.21減少有害作用的時(shí)間方案8：增加一個(gè)新的口徑小的吸塵口專門用于吸收頑固垃圾，通過減小作用面積增大負(fù)壓?！罁?jù)NO.26復(fù)制原理。3.4吸塵系統(tǒng)的物場分析物場分析是TRIZ理論中一個(gè)問題構(gòu)造、描述和分析的工具。在使用物場模型分析和解決問題的過程中，根據(jù)模型所描述的功能問題的類型來確定問題性質(zhì)，同時(shí)結(jié)合物場對系統(tǒng)功能分析的結(jié)果，參考76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)。因果分析中，刷毛硬度偏軟，對附著力高的粘性垃圾作用力不足，刷不動(dòng)，只能清掃質(zhì)量較輕附著力小的垃圾塵粒，屬于無效完整系統(tǒng)，參考第1.1類標(biāo)準(zhǔn)解。嘗試標(biāo)準(zhǔn)解S1.1.1完善物場模型，添加一組單獨(dú)的高硬度金屬刷毛，專門用于刮刷粘性垃圾（圖3.7）?；驀L試基于S1.1.3外部合成物場模型，設(shè)置第三盤刷臂，配備高硬度刷毛專門用于刮刷粘性垃圾。粘性垃圾刷毛S1S2粘性垃圾刷毛S1S2F機(jī)械場粘性垃圾刷毛S1S2F機(jī)械場S3金屬刷毛路面垃圾灑水裝置S1S2F液壓場路面垃圾灑水裝置S1S2F液壓場路面垃圾灑水裝置S1S2F液壓場S3噴水裝置圖3.8物-場模型2電動(dòng)清掃車吸塵口體積小且固定不可動(dòng)，只能靠盤刷將垃圾塵粒聚集到吸塵口進(jìn)行吸送，且吸塵口體積較小，當(dāng)遇到塑料瓶、一次性餐盒等體積較大的垃圾時(shí)便無法吸入，屬于無效完整系統(tǒng)，參考第1.1類標(biāo)準(zhǔn)解。嘗試標(biāo)準(zhǔn)解S1.1.2內(nèi)部合成物場模型，增大吸塵口高度，在吸塵口頂端添加可調(diào)節(jié)擋板，在遇到體積較大的垃圾時(shí)擋板上調(diào)，吸塵口工作面積增大，在吸掃體積偏小的垃圾與塵粒時(shí)擋板下降維持正常工作面積（圖3.9）。大體積垃圾吸塵口S1S2大體積垃圾吸塵口S1S2F氣動(dòng)場大體積垃圾吸塵口S1S2F氣動(dòng)場S3可調(diào)節(jié)擋板3.5吸塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案建立3.5.1初方案建立表3.1TRIZ分析解決方案匯總方案序號方案名稱方案描述1改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)為盤刷提前準(zhǔn)備功率更大的電動(dòng)機(jī)2組合盤刷在原刷毛刷盤不變的情況下增加一組新的配備硬度更高的刷毛的刷盤3多孔結(jié)構(gòu)將盤刷支撐盤設(shè)計(jì)為多孔結(jié)構(gòu)，通過減小支撐盤重量來平衡刷毛增加的質(zhì)量4增加組件添加另一個(gè)工作面積較大的新吸塵口專門用于吸收體積較大的垃圾5動(dòng)態(tài)化組件將吸塵口擋板變更為可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在擋板兩側(cè)添加活動(dòng)軌道，根據(jù)需要調(diào)節(jié)吸塵口大小6柔性材料將吸塵口擋板材料換為柔軟可形變的柔性材料，再遇到體積偏大的垃圾時(shí)，根據(jù)受到垃圾的擠壓力造成局部形變擴(kuò)大吸塵面積7改變風(fēng)機(jī)參數(shù)在吸取質(zhì)量較大及附著較緊實(shí)的垃圾時(shí)，增大風(fēng)機(jī)功率，讓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生更大負(fù)壓快速吸送垃圾塵粒8增加組件增加一個(gè)新的口徑小的吸塵口專門用于吸收頑固垃圾，通過減小作用面積增大負(fù)壓9完善結(jié)構(gòu)添加一組單獨(dú)的高硬度金屬刷毛，專門用于刮刷粘性垃圾10增加組件設(shè)置第三盤刷臂，配備高硬度刷毛專門用于刮刷粘性垃圾11增加組件在刷盤里單獨(dú)配備噴水裝置12增加組件為吸塵口添加一個(gè)頂罩，根據(jù)需要可打開或閉合頂罩進(jìn)而改變吸塵口工作面積通過因果分析、矛盾分析、物場分析針對存在的清掃能力不足問題得到12個(gè)初步解決方案，具體方案見表3.1。根據(jù)TRIZ理論工具分析，最終選擇方案2、5、9、11。主要對盤刷、噴水裝置、吸塵口三個(gè)部分進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。其中盤刷刷毛硬度偏軟，對口香糖、食物殘?jiān)雀街Ω叩恼承岳饔昧Σ蛔?，刷不?dòng)，只能清掃質(zhì)量較輕附著力小的垃圾塵粒。解決方案為在原盤刷中心增加一個(gè)鋼絲硬刷毛，通過液壓伸縮桿與盤刷旋轉(zhuǎn)盤連接，在清掃普通低附著力垃圾塵粒時(shí)，液壓伸縮桿收縮使鋼絲硬毛刷高于塑料軟毛刷，由一般的塑料軟毛刷進(jìn)行清掃；當(dāng)遇到口香糖、食物殘?jiān)雀街诼访嫔系恼承岳鴷r(shí)，適當(dāng)抬起盤刷，液壓伸縮桿伸長使鋼絲硬毛刷低于塑料軟毛刷接觸到路面，由鋼絲硬毛刷將垃圾刮起后再切換為塑料軟毛刷進(jìn)行清掃（圖3.10）。圖3.10草圖一灑水裝置的問題在于灑水裝置作用區(qū)域有限，只能噴灑盤刷前方區(qū)域（圖3.11），在清掃附著力強(qiáng)的粘性垃圾時(shí)對于盤刷正在作業(yè)的位置無法同時(shí)灑水，使得刷毛刷不動(dòng)，解決方案考慮再盤刷內(nèi)部單獨(dú)添加一個(gè)噴水裝置輔助鋼絲刷毛刮刷垃圾（圖3.12）。圖3.11灑水裝置工作示意圖圖3.12草圖二吸塵口工作狀態(tài)下不具備活動(dòng)能力，主要依靠盤刷將垃圾塵粒聚集到吸塵口前進(jìn)行吸掃，且受電動(dòng)清掃車體積影響，其吸塵口作用面積較小，當(dāng)遇到塑料瓶、一次性餐盒等體積較大的垃圾時(shí)便無法吸入（圖3.13）。解決方案嘗試增大吸塵口高度，在吸塵口工作面添加可調(diào)節(jié)擋板，在遇到體積較大的垃圾時(shí)擋板上調(diào)，吸塵口工作面積增大，在吸掃體積偏小的垃圾與塵粒時(shí)擋板下降維持正常工作面積（圖3.14）。圖3.13吸塵口工作示意圖圖3.14草圖三3.5.2方案尺寸設(shè)計(jì)基于參考車型的尺寸參數(shù)，需要對方案中的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中外盤刷選取目前市場常見的底盤直徑300mm，毛口直徑600mm的刷盤。設(shè)計(jì)尺寸主要包括盤刷中硬刷毛旋轉(zhuǎn)盤、硬刷毛旋轉(zhuǎn)盤支撐架、外圈刷毛連接板、盤刷主軸，吸塵口調(diào)節(jié)擋板的總體尺寸。硬刷毛旋轉(zhuǎn)盤按照方案將設(shè)置于盤刷最底端，通過各連接板、支撐架、主軸與發(fā)電機(jī)連接。旋轉(zhuǎn)盤直徑需小于外盤刷的底盤直徑300mm，刷毛長度需盡量簡短取20mm，另刷毛按矩形陣列排布，具體尺寸如圖3.15。硬刷毛旋轉(zhuǎn)盤支撐架用來連接硬刷毛旋轉(zhuǎn)盤與主軸，支撐架需保證兩組對稱螺栓排布與主軸連接孔位，連接螺栓選擇M10*40標(biāo)準(zhǔn)螺栓，對邊直徑16mm，頭部厚度6.4mm?？傮w直徑厚度參考硬刷毛旋轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)，據(jù)此設(shè)計(jì)硬刷毛旋轉(zhuǎn)盤支撐架如圖3.16。圖3.15硬刷毛旋轉(zhuǎn)盤尺寸圖圖3.16硬刷毛旋轉(zhuǎn)盤支撐架尺寸圖外圈刷毛連接板主要用于連接外盤刷支撐架與硬刷毛盤刷支撐架，同時(shí)附屬有液壓桿與噴水裝置，起到兩種刷盤之間的切換與硬刷毛盤刷工作時(shí)的加濕需要?？傮w尺寸需大于主軸直徑并小于外盤刷的底盤直徑300mm，同時(shí)滿足一組對稱液壓桿與一組噴水裝置的排布，設(shè)計(jì)值見圖3.17。圖3.17外圈刷毛連接板尺寸圖主軸與電動(dòng)機(jī)直接接觸并貫穿盤刷所有機(jī)構(gòu)傳輸動(dòng)力，總體尺寸長度參考外盤刷刷盤與地面間距離，主軸直接取50mm（圖3.18）。圖3.18盤刷主軸尺寸圖參考車型寬度尺寸為1220mm，通常吸塵口長度在車身寬度一半左右，既要大于兩盤刷刷毛的間距又要小于車身寬度。吸塵口調(diào)節(jié)擋板高度尺寸主要參考目標(biāo)垃圾尺寸，目前常見的體積較大的垃圾主要是塑料瓶和一次性餐盒。市場上常見的500ml塑料瓶直徑在65-80mm不等；一次性餐盒按容積也分500ml、650ml、750ml、1000ml等，這里參考1000ml一次性餐盒尺寸170mm*120mm*65mm與850ml環(huán)保碗尺寸140mm*89mm*80mm。綜合考慮取環(huán)保碗直徑140mm為上限，取調(diào)節(jié)板高度170mm，其余尺寸見圖3.19。圖3.19吸塵口調(diào)節(jié)擋板尺寸圖3.5.3方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3.20盤刷總裝圖結(jié)合草圖構(gòu)思與TRIZ理論工具分析，影響電動(dòng)清掃車吸塵系統(tǒng)清掃能力的因素中路面垃圾種類情況復(fù)雜屬于不可控的不穩(wěn)定因素，不予考慮到解決方案中；風(fēng)機(jī)提供負(fù)壓有限無法吸起附著力較強(qiáng)的粘性垃圾與吸塵口固定不可動(dòng)考慮通過改進(jìn)設(shè)計(jì)盤刷代替解決。即最終方案將對盤刷與吸塵口進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，方案中盤刷需要能夠刷動(dòng)口香糖食物殘?jiān)雀街诼访娴恼承岳?，同時(shí)在高粉塵路面不易造成二次揚(yáng)塵。吸塵口需要滿足原來功能的情況下可以吸入塑料瓶等體積較大的垃圾。由此構(gòu)建盤刷與吸塵口方案。圖3.21盤刷正視圖刨面圖盤刷方案總裝圖如圖3.20所示，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中考慮到高粉塵環(huán)境抑制二次揚(yáng)塵的能力，最終在草圖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加設(shè)置內(nèi)圈盤刷組成三級盤刷裝置，即在高粉塵環(huán)境作業(yè)時(shí)由內(nèi)圈盤刷作業(yè)，揚(yáng)塵擴(kuò)散將被外圈盤刷刷毛阻隔，同時(shí)配合噴水裝置完成作業(yè)范圍內(nèi)的內(nèi)部降塵。對照圖3.20與圖3.21，1-外圈盤刷、2-主軸、3-支撐架、4-A連接板、5-B連接板、6-內(nèi)圈盤刷、7-C連接板、8-噴水裝置、9-硬刷毛旋轉(zhuǎn)盤支撐架、10-硬毛盤刷、11硬毛盤刷緊固螺栓、12-電動(dòng)機(jī)、13-液壓桿。外圈與內(nèi)圈盤刷均通過支撐架與主軸連接。噴水裝置設(shè)置于C連接板上。A連接板與B連接板組成連接外圈盤刷與內(nèi)圈盤刷的1級連接板，C連接板與B連接板組成連接內(nèi)圈盤刷與硬毛盤刷的2級連接板，各級盤刷根據(jù)工作需要由主軸傳遞電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行工作。電動(dòng)清掃車在清掃一般垃圾時(shí)，1級、2級連接板液壓桿收縮，外圈盤刷接觸地面，由主軸帶動(dòng)外圈盤刷旋轉(zhuǎn)工作，此時(shí)仍由原來的灑水裝置輔助作業(yè)，參考圖3.12；在高粉塵路面作業(yè)時(shí)，1級連接板液壓桿加壓伸長，2級連接板液壓桿收縮，內(nèi)圈盤刷接觸地面，由主軸帶動(dòng)內(nèi)圈盤刷旋轉(zhuǎn)工作，同時(shí)由C連接板上的噴水裝置輔助降塵；在清掃口香糖、食物殘?jiān)雀街^強(qiáng)的垃圾時(shí)，1級、2級連接板液壓桿均加壓伸長，硬毛盤刷接觸地面，由主軸帶動(dòng)硬毛盤刷旋轉(zhuǎn)工作，C連接板上的噴水裝置輔助工作。3.5.4方案三維模型建立根據(jù)上述對盤刷方案的尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及主要部件的結(jié)構(gòu)和連接方式，在CATIA中繪制各個(gè)部件的零件圖及方案總裝的裝配圖，建立出盤刷方案的三維模型如圖3.22所示，吸塵口調(diào)節(jié)擋板的三維模型如圖3.23。圖3.22盤刷三維模型圖3.23吸塵口調(diào)節(jié)擋板三維模型本文設(shè)計(jì)盤刷的目的是電動(dòng)清掃車工作時(shí)能夠刷動(dòng)口香糖食物殘?jiān)雀街诼访娴恼承岳瑫r(shí)在高粉塵路面不易造成二次揚(yáng)塵。通過建立的三級盤刷體系，可根據(jù)具體工作路況需要，切換外盤刷、內(nèi)盤刷與硬毛盤刷進(jìn)行清掃工作。同時(shí)在盤刷內(nèi)增加設(shè)置專門的噴水裝置精確控制輔助灑水位置。3.6吸塵系統(tǒng)作業(yè)對象特性分析3.6.1氣流動(dòng)性層流和湍流是主要的空氣流動(dòng)分類。判斷其狀態(tài)，可觀察其雷諾數(shù)是否超過臨界值。即：Re=vLρμv——?dú)饬魉俣?，m/s；L——特征長度，m；ρ——?dú)怏w密度，kg/m3；μ——?dú)怏w動(dòng)力黏度，Pa·S。當(dāng)空氣在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，取特征長度L為直徑D。臨界雷諾數(shù)為2300，當(dāng)Re＜2300，空氣為層流；當(dāng)Re＞2300，空氣為湍流。異型管道內(nèi)的流動(dòng)，取L為水力直徑dH。雷諾數(shù)計(jì)算式為：Re=vdHdH=4ASA——過流斷面的面積，m2；S——過流斷面上流固接觸的周長，m。電動(dòng)清掃車風(fēng)機(jī)、吸塵管道內(nèi)部選擇Re=2070，而吸塵口吸送情況，選擇Re=2320。3.6.2塵粒在氣流中的受力以單一塵粒為例，其在氣流中受到的力主要有：氣流的作用力、上升力、塵粒間的碰撞力、重力。氣流對塵粒產(chǎn)生的作用力：P=π8ρgUr——?dú)饬髋c塵粒的相對速度，m/s；CD——阻力系數(shù)，和雷諾數(shù)Re和塵粒形狀相關(guān)。圖3.24球形塵粒阻力系數(shù)CD—雷諾數(shù)Re關(guān)系圖A．Re<<l時(shí)，稱之為低雷諾數(shù)流動(dòng)或蠕動(dòng)流。此時(shí)作用力以摩擦阻力為主；B．1≤Re≤500時(shí)，開始有流動(dòng)分離。此時(shí)作用力由摩擦阻力和壓差阻力兩部分組成：C．500≤Re≤2×105時(shí)，流動(dòng)分離變得嚴(yán)重。此時(shí)作用力以形狀阻力為主，CD幾乎不隨Re變化(CD=1.2)D．2×105≤Re≤5×105，分離區(qū)開始縮小，CD迅速下跌；E．5×105≤Re≤3×106，分離點(diǎn)前移，CD開始回升；F．Re≥3×106，CD與Re無關(guān)。氣流對塵粒產(chǎn)生的上升力FL，即負(fù)壓風(fēng)機(jī)在吸塵口周圍形成的氣流作用于塵粒上，使塵粒產(chǎn)生上的升力：FL,1=πUrFL,2=KμUrd塵粒間的碰撞力FC，即多個(gè)塵粒間碰撞時(shí)產(chǎn)生的作用力。假設(shè)塵粒間的碰撞力為FC，根據(jù)動(dòng)量定理ΔI=MV2-MV1可知：FC=?I?t圖3.25塵粒起跳時(shí)，碰撞力FC、阻力P、上升力FL1和FL2、及其與重力的比值A(chǔ)．塵粒的碰撞力FC平均可以達(dá)到1.6×103g·cm/s2，且碰撞力與重力比值的平均值也在2.45×102左右，碰撞力是重力的數(shù)百倍之多，因此，產(chǎn)生的加速度也在幾百cm/s2。B．阻力P與重力大致相當(dāng)或略大。C．氣流對塵粒的上升力FL1和FL2大致等于重力的幾十至幾百分之一。綜上所述可知，在塵粒的起動(dòng)過程中，塵粒間的碰撞力起到了決定性作用。3.6.3刷毛的受力盤刷塑料刷毛工作受力如圖3.25所示:圖3.26刷毛受力分析圖盤刷承受的垂直反力為：P=0.5×10?2?EJ?s50.65——沿圓周的積分系數(shù)；J——截面慣性矩：Yk——工作點(diǎn)距坐標(biāo)點(diǎn)的距離；I——與地面接觸的數(shù)量：S——自由長度；E——彈性模量；Pi——每條所受的垂直反力；qcp——工作時(shí)，產(chǎn)生的離心力分布；qcp=2·mB·ω2·Rcp/sβ——刷盤中心線與鉛垂線的夾角γ產(chǎn)生的刷絲接地角。γ很小時(shí)，β=π。ω——轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；Rcp——平均半徑；mB——質(zhì)量；盤刷轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩為：M=5×10?3?EJ?β?R?fβR——頭部旋轉(zhuǎn)半徑；fβ——與地面的摩擦系數(shù)。4基于TRIZ理論垃圾箱舉升系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前市場上流行的電動(dòng)清掃車若使用非獨(dú)立可換桶的垃圾箱，則一般采用液壓舉升傾倒系統(tǒng)，如圖4.1所示。該系統(tǒng)可簡單分為底部的組合桿式液壓舉升系統(tǒng)與液壓傾倒系統(tǒng)，兩系統(tǒng)由鉸鏈結(jié)構(gòu)連接。舉升系統(tǒng)工作時(shí)主要依靠舉升液壓桿對舉升主桿的作用實(shí)現(xiàn)垃圾箱的舉升，兩側(cè)肢桿起輔助作用，其中肢桿1兩端固定，肢桿2兩端有滑輪隨著舉升高度變化在軌道中移動(dòng)。（a）（b）圖4.1（a）液壓舉升傾倒系統(tǒng)實(shí)物圖（b）液壓舉升傾倒系統(tǒng)示意草圖液壓舉升傾倒系統(tǒng)傾倒系統(tǒng)舉升系統(tǒng)肢桿液壓舉升傾倒系統(tǒng)傾倒系統(tǒng)舉升系統(tǒng)肢桿舉升主桿傾倒主桿傾倒液壓桿舉升液壓桿圖4.2液壓舉升傾倒系統(tǒng)系統(tǒng)組成模型傾倒液壓桿：通過泵輸出壓力油經(jīng)油路集成塊控制，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，為傾倒系統(tǒng)提供動(dòng)力。傾倒主桿：在傾倒液壓桿推力作用下將垃圾箱推動(dòng)至目標(biāo)角度。舉升主桿：在舉升過程中推動(dòng)垃圾箱至目標(biāo)高度。肢桿：對舉升系統(tǒng)起輔助支撐作用。舉升液壓桿：通過泵輸出壓力油經(jīng)油路集成塊控制，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，為舉升系統(tǒng)提供動(dòng)力。4.1.1舉升系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)與電動(dòng)清掃車最大舉升重量直接相關(guān)的因素是舉升液壓桿泵輸出的壓力油壓力，而要增大壓力可能需要減小液壓桿直徑，減小直徑液壓桿本身剛度又受影響。另一影響因素為兩側(cè)輔助交叉肢桿，肢桿一根固定，另一根兩端有滑輪，作業(yè)過程中跟隨舉升高度變化在軌道中移動(dòng)，而舉升到目標(biāo)高度時(shí)活動(dòng)肢桿的滑輪缺少鎖緊機(jī)構(gòu)，如果液壓桿突然泄壓肢桿滑動(dòng)存在危險(xiǎn)。4.1.2舉升系統(tǒng)的理想解電動(dòng)清掃車在不改變舉升液壓桿參數(shù)的同時(shí)如若遇到工作過程中液壓桿突然泄壓，兩側(cè)肢桿處于鎖緊狀態(tài)且能夠支撐整個(gè)系統(tǒng)與垃圾箱。4.2舉升系統(tǒng)的物場分析肢桿滑輪S肢桿滑輪S1S2F機(jī)械場肢桿滑輪S1S2F機(jī)械場S3鎖緊機(jī)構(gòu)圖4.3舉升系統(tǒng)物場分析模型助交叉肢桿存在不足，其中的活動(dòng)肢桿兩端有滑輪在軌道中移動(dòng)卻缺少鎖緊機(jī)構(gòu)，如果液壓桿突然泄壓肢桿滑動(dòng)未鎖緊，垃圾箱突然下降存在危險(xiǎn)，屬于無效完整系統(tǒng)，參考第1.1類標(biāo)準(zhǔn)解。嘗試標(biāo)準(zhǔn)解S1.1.2內(nèi)部合成物場模型，在肢桿兩端的滑輪上添加鎖緊機(jī)構(gòu)，當(dāng)舉升系統(tǒng)上升至目標(biāo)高度停止時(shí)，滑輪自動(dòng)與軌道鎖緊。4.3舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案建立4.3.1舉升系統(tǒng)解決方案針對舉升系統(tǒng)存在的問題，借助TRIZ理論的物場模型分析決定通過內(nèi)部合成物場模型即在滑輪中加入鎖緊機(jī)構(gòu)來設(shè)計(jì)方案。解決方案為在滑輪中心添加橡膠緩沖墊、彈簧及傳感裝置。舉升系統(tǒng)工作時(shí)，泵輸出壓力油經(jīng)油路集成塊控制，推動(dòng)舉升液壓桿活塞桿運(yùn)動(dòng)，舉升主桿在液壓桿作用下開始將垃圾箱向上舉升，同時(shí)活動(dòng)肢桿被滑輪帶動(dòng)移動(dòng)，滑輪在軌道中水平運(yùn)動(dòng)。當(dāng)舉升到目標(biāo)高度時(shí)，泵停止輸出壓力油，該信號傳遞到滑輪的傳感裝置，滑輪中彈簧將橡膠緩沖墊頂出與軌道壁貼合鎖緊。4.3.2舉升系統(tǒng)方案三維模型建立圖4.4滑輪三維模型4.3.3彈簧相關(guān)參數(shù)分析4.3.3.1彈簧主要尺寸、參數(shù)圓柱彈簧的主要尺寸包括：彈簧絲直徑d、彈簧圈外徑D、彈簧圈內(nèi)徑D1、螺旋升角α、自由長度H0、彈簧圈中徑D2等（圖4.1）。圖4.5彈簧主要尺寸示意圖旋繞比C是彈簧的重要參數(shù)，C=D2/d旋繞比小，彈簧剛度大、硬，內(nèi)外側(cè)應(yīng)力大；旋繞比大則相反。常用選值參見表4.1.表4.1常用彈簧旋繞比選取參考表彈簧絲直徑d（mm）0.2~0.40.5~11.1~2.22.5~67~1618~40旋繞比C7~145~125~104~104~84~6方案使用彈簧相關(guān)參數(shù)H0=13mm，D2=16mm，d=2mm，D=18mm，則旋繞比為：C=D2符合旋繞比參考取值。彈簧節(jié)距t：t=d+λmaxnλmax——彈簧的最大變形量；?——最大變形時(shí)相鄰彈簧絲間的最小距離，一般不小于0.1d；n——彈簧工作圈數(shù)。彈簧絲間距δ：δ=t?d彈簧的自由長度H0：H0=nδn0——彈簧總閘數(shù)。n0=n+n1；n1——支撐閘數(shù)，一般取1.5-2.5。彈簧螺旋升角α：α=tg?1tπD24.3.3.1彈簧的受力、強(qiáng)度計(jì)算彈簧被壓縮時(shí)受到的應(yīng)力主要為扭矩和橫向力引起的剪應(yīng)力τ：τ=K8FD2K=0.615C+4C?14C?4K——曲度系數(shù)；F——軸向壓力。彈簧受載后軸向變形量λ：λ=8FD23G——彈簧的切變模量；剛度k=F/λ。彈簧受到的應(yīng)力大小有變化范圍，根據(jù)力學(xué)疲勞強(qiáng)度理論進(jìn)行應(yīng)力幅安全系數(shù)、最大應(yīng)力安全系數(shù)的計(jì)算。τmax=8KFmaxτmin=8KFminCS=τ0+0.75τminτmin、τmax——最小、最大切應(yīng)力（MPa）；Fmin、Fmax——最小、最大工作載荷（N）；τ0——彈簧材料的脈動(dòng)循環(huán)剪切疲勞極限（MPa），可根據(jù)循環(huán)次數(shù)N由表4.2查取。表4.2彈簧疲勞極限τ0N≤104105106107τ00.45σB0.35σB0.33σB0.30σB[S]——許用安全系數(shù)，當(dāng)彈簧計(jì)算和材料的性能數(shù)據(jù)精確度高時(shí)，取1.3~1.7；精確度較低時(shí)，取1.8~2.2。5方案仿真模擬基于前面對盤刷方案的三維建模，本章通過CATIA中的數(shù)字化裝配DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對方案進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。根據(jù)設(shè)計(jì)目的，主要模擬，外圈盤刷、內(nèi)圈盤刷、硬毛盤刷在不同工況的作業(yè)情況與液壓桿的配合情況。首先模擬電動(dòng)清掃車清掃一般垃圾時(shí)的工況。1級、2級連接板液壓桿收縮，外圈盤刷接觸地面，主軸帶動(dòng)外圈盤刷旋轉(zhuǎn)工作，內(nèi)圈盤刷與硬毛盤刷不接觸地面不工作，內(nèi)置噴水裝置不工作。仿真模擬狀態(tài)參考圖5.1。圖5.1仿真模擬狀態(tài)一第二項(xiàng)模擬電動(dòng)清掃車在高粉塵路面的清掃工況。1級連接板液壓桿加壓伸長，2級連接板液壓桿收縮，內(nèi)圈盤刷接觸地面，主軸帶動(dòng)內(nèi)圈盤刷旋轉(zhuǎn)工作，外圈盤刷與硬毛盤刷不接觸地面不工作，內(nèi)置位于C連接板上的噴水裝置輔助降塵工作。仿真模擬狀態(tài)參考圖5.2。圖5.2仿真模擬狀態(tài)二最后一項(xiàng)模擬電動(dòng)清掃車在清掃口香糖、事物殘?jiān)扔姓承愿街诼访嫔系睦鴷r(shí)的工況。1級、2級連接板液壓桿均加壓伸長，硬毛盤刷接觸地面，主軸帶動(dòng)硬毛盤刷旋轉(zhuǎn)工作，外圈盤刷與內(nèi)圈盤刷不接觸地面不工作，內(nèi)置噴水裝置進(jìn)行噴水輔助硬毛盤刷刮刷工作。仿真模擬狀態(tài)參考圖5.3。圖5.3仿真模擬狀態(tài)三根據(jù)仿真模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)方案基本滿足設(shè)計(jì)需求，在高粉塵環(huán)境作業(yè)時(shí)切換內(nèi)盤刷進(jìn)行工作，盤刷掃起的揚(yáng)塵擴(kuò)散將受阻于外圈盤刷的刷毛，同時(shí)配合盤刷內(nèi)置噴水裝置進(jìn)行盤刷內(nèi)部快速降塵，可有效降低存在的高粉塵環(huán)境二次揚(yáng)塵問題。在遇到口香糖、食物殘?jiān)扔姓承愿街诘孛嫔系睦鴷r(shí)，普通的長毛軟毛刷掃刷不動(dòng)，需要硬度較大的硬毛盤刷進(jìn)行刮刷，再配合噴水裝置進(jìn)行加濕可清掃大部分的這類垃圾。6結(jié)論針對國內(nèi)現(xiàn)行電動(dòng)清掃車存在的問題和不足，本文以某公司現(xiàn)有產(chǎn)品1600為參考，以電動(dòng)清掃車吸塵性能為研究對象，利用TRIZ創(chuàng)新方法工具輔助分析產(chǎn)品組成和影響因素，并得到解決方案，進(jìn)而對方案進(jìn)行草圖繪制、尺寸設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終完成方案在CATIA中的三維模型建立，并對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析與方案仿真模擬。主要工作如下：（1）對吸塵系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析其子系統(tǒng)組成主要有盤刷、灑水裝置、風(fēng)機(jī)、吸塵管道、吸塵口。系統(tǒng)現(xiàn)存的主要問題在于作業(yè)過程對部分垃圾清掃不徹底，如口香糖、塑料瓶等附著在路面上的粘性垃圾或體積較大的垃圾無法清掃吸入及在一些高度粉塵路面作業(yè)易造成二次揚(yáng)塵。針對問題做因果分析得到影響因素6點(diǎn)：路面垃圾種類情況復(fù)雜、風(fēng)機(jī)提供負(fù)壓有限、吸塵口尺寸小、吸塵口工作區(qū)域固定、灑水裝置作用區(qū)域有限、刷毛硬度偏軟。后經(jīng)技術(shù)矛盾分析與物場分析得到解決方案。綜合解決方案與草圖思路得到最終方案：在原盤刷中心增加一組內(nèi)圈盤刷與一組硬刷毛刷盤，分別通過1級、2級連接板連接，并在C連接板上設(shè)置噴水裝置，在對粘性垃圾刮刷與高粉塵路面作業(yè)時(shí)輔助噴水；在原寬度不變情況下增大吸塵口高度，在吸塵口工作面添加可調(diào)節(jié)擋板，根據(jù)目標(biāo)垃圾大小判斷是否需要上調(diào)擋板擴(kuò)大吸塵口工作面積。對方案尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后在CATIA中進(jìn)行方案三維建模。最后進(jìn)行仿真模擬驗(yàn)證方案可行。（2）對垃圾箱液壓舉升傾倒系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析其子系統(tǒng)組成有傾倒液壓桿、傾倒主桿、舉升主桿、舉升肢桿、舉升液壓桿。系統(tǒng)存在的一個(gè)缺陷即活動(dòng)肢桿兩端滑輪無鎖緊機(jī)構(gòu)，作業(yè)過程中隨著舉升高度變化，滑輪在軌道中移動(dòng)，如果液壓桿突然泄壓，垃圾箱突然下降肢桿滑輪滑動(dòng)存在危險(xiǎn)。針對該缺陷借助物場模型進(jìn)行分析并建立設(shè)計(jì)方案：在滑輪中心添加橡膠緩沖墊、彈簧及傳感裝置。舉升系統(tǒng)工作時(shí)，泵輸出壓力油經(jīng)油路集成塊控制，推動(dòng)舉升液壓桿活塞桿運(yùn)動(dòng)，舉升主桿在液壓桿作用下開始將垃圾箱向上舉升，同時(shí)活動(dòng)肢桿被滑輪帶動(dòng)移動(dòng)，滑輪在軌道中水平運(yùn)動(dòng)。當(dāng)舉升到目標(biāo)高度時(shí)，泵停止輸出壓力油，該信號傳遞到滑輪的傳感裝置，滑輪中彈簧將橡膠緩沖墊頂出與軌道壁貼合鎖緊。最終對設(shè)計(jì)方案滑輪進(jìn)行CATIA三維建模并對彈簧受力、強(qiáng)度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析。參考文獻(xiàn)[1]MaantayJ，McLaffertyS．Geospatialanalysisofenvironmentalhealth[J]．1sted．NewYork：SpringerScience+BusinessMediaB.V.,2011．[2]李紅，曾凡剛等．可吸入顆粒物對人體健康危害的研究進(jìn)展[J]．環(huán)境與健康雜志．2002(01)：85．87．[3]馬文星，清掃車的發(fā)展[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006．[4]張啟明．路面清掃車的發(fā)展[J]．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2008，25（8）：43.[5]李志紅，林又紅，但斌斌，等.特種微型路面清掃車[J]．工程機(jī)械，2009，40(1)：17-19.[6]朱伏龍，基于吸塵性能的吸塵口結(jié)構(gòu)研究與流場分析[D]．上海：上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，2008：18．21．[7]王敏，梁菲，意大利Dulevo公司6款清掃車[J]．汽車與配件，2007(30)：44-45.[8]宋永剛，姚莉娜，高等級公路清掃車除塵機(jī)理及除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究[N]．中國公路學(xué)報(bào)，1995．2(8)．[9]ERWINPRASSLER；ARNORITTER；CHRISTOPHSCHAEFFER；PAOLOFIORINI．AShortHistoryofCleaning[J]．AutonomousRobotsRobots，2000(9)：211-226．[10]LiangXincheng；Zhangjun；SunFengchun；TianLe．Developmentofapureelectricroadsweeper[R]．BeUing：BeijingInstituteofTechnology，2010(1)：103-106．[11]李小鳳，JDB2000DTSL型電動(dòng)清掃車作業(yè)機(jī)構(gòu)控制方法與系統(tǒng)研究[D]．江蘇：江蘇大學(xué)，2015．[12]袁正前，淺析吸掃式掃路車清掃效率的主要影響因素[J]．江蘇交通科技．2003，26（3）：36-37.[13]謝立楊，清掃車清掃速度對清掃率的影響[J]．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，1997(4)．

附錄1DevelopmentofmainworkingmoduleComparedwithconventionalsanitationvehicle,batterypackworksasenergysourceandmotorworksaspowersourceinthisnewtypeofsweeper.Insteadofengine,gasolinetankandotherengineaccessories,thepureelectricroadsweeperiscontrolledanddrivenbylowandhighvoltagecircuit,battery,motor,EMS(energymanagementsystem)andelectriccomponents.Thewholestructureofthevehiclehasbeenchangedgreatly.Consideringcostofresearchanddevelopmentperiodlimitation,amaturechassisofconventionalvehicleisadopted.Withsomeimprovements,thechassisofthepureelectricroadsweeperisimplementedoncompatibilityofexistingequipmentsandtechnology.1.1Selectionofdrivingmotor,fanmotorandpowermatchingThedrivingmotoranditscontrolsystemisoneofthekeysystemsforelectricvehicle(EV),whichtransformselectricenergytomechanicalenergy.Comparedwiththetraditionaldrivingmotorforindustry,thedrivingmotorofEVanditscontrolsystemmustmeetsomerequirementsintermsofworkefficiency,overloadcapacity,powerdensity,reliability,dynamiccontrolperformanceofrotationalspeedandtorque,etc.Consideringpermanentmagnetbrushlessmotorpossessessomeoutstandingperformancesuchaslowcost,goodreliability,maintenance-free,highpowerdensityandefficiency,thepureelectricroadsweeperadoptedathree-phasewatercooledpermanentmagnetbrushlessmotor.Inviewofvehicle'sconditions,powermatchingforEVisfinishedbasedonPM=wherePMrepresentsoutputpowerofmotor,Grepresentsvehicleweight,Varepresentsvehiclevelocity,ηrepresentstransmissionefficiency,dv/dtrepresentsacceleration.Fig.1isdrawnbasedonthecalculationresult.Parametersofthemotorsaredeterminedbycalculationanddescribedasfollows.Ratedpowerofthedrivingmotoris42kW,peakpoweris88kW.Ratedvoltageis336V,ratedtorqueis150Nm.Themaximaltorqueis300Nm,ratedrotationalspeedis2800rpm.Thehighestrotationalspeedis4500rpm.Thefanmotorpowerismatchedsimilarly.Ratedpowerofthefanmotoris28kW,ratedrotationalspeedis2900pm.Themaximalrotationalspeedis3000rmm.1.2DesignoflowvoltagecircuitThemoduleoflowvoltagecircuitiscomposedofsomecircuitssuchaswarmwindcircuit,controllerofthedrivingmotorandcontrollerofthefanmotor.SpecificcircuitsareshowninFig.2.Inordertoimprovesafetyoftheroadsweeper,highvoltagecircuitiscontrolledbylowvoltagecircuit.Theelectricitysupplyoftheroadsweeperisdividedintotwosteps.Detailedcontrolprincipleisdescribedasfollows.Firstly,thekeyisinsertedandturnedtopositionACC,andbatterycontactorisclosed.Afterthat,DC/DCissuppliedwithhighvoltage,andthestoragebatteryischarged.WhenthekeyisturnedtopositionON,thestoragebatteryischargedcontinuously.Meanwhile,throughDC/AC,thisvoltageisalsoloadedonwater-pumpmotor,vacuum-pumpmotor,air-conditioningmotor,oil-pumpmotorandwarm-windfan.Consideringthewarm-windfanandtheair-conditioningcircuitsharethesamepowersupply,aself-lockinstallationisdesignednecessarilytoguaranteethatonlyoneofthemisoperativeatthesametime.Inaddition,giventhegreatpower-consumingoftheair-conditioning,aclutchandadelayrelayaresetinthecircuit,whichensurethattheloadisaddedgradually.Thecontrollerofthedrivingmotorisconnectedwiththedrivingmotorinseries.Voltagerangingfrom0to5Visproducedwhenthedrivertreadstheaccelerationpedal.Thisvoltageischangedtocontroltheworkingstateofthedrivingmotor.Whenthebrakecontactorisclosed,controlsignalofthedrivingcontrollerisshortcircuitandthecontrollerisinstateofpower-off.Accordingtopreliminarycontrolstrategy,thedrivingmotorstopstooutputpower.Themotorcouldreverseitsrotationintwoconditions.Oneisforincreasingbrakingforce;theotheristogenerateelectricity.Similarly,thedriveradoptstheresistanceofpotentiometersothatdifferentcurrentisgeneratedtocontrolthefanmotor.Thekeyispulledout,thebatterycontactorisdisconnectedandpowersupplyisshutoff.Duringoperationoftheroadsweeper,alotofheatisgenerated.Iftheheatcannotbetransferredpromptly,theperformanceofthemotorswillbedeteriorated,andthelife-spanofmotorswillbeshortened.Aseriesofcoolingschemeisadoptedinthesweeper.Coolantiscirculatedthroughthefanmotor,thefanmotorcontroller,thedrivingmotoranditsmotorcontroller.1.3DesignofhighvoltagecircuitThecontrolprincipleofhighvoltageisdescribedasfollows.ThekeyisinsertedandturnedtopositionACC,andthebatterycontactorisclosed,DC/DCissuppliedbyeternalpower,andthestoragebatteryischarged.WhenthekeyisturnedtopositionON,throughsomecomponentssuchasairswitchcontactor,startingcircuitandsoon,thefanmotorandthedrivingmotoraresuppliedwithhighvoltage.Signalsofthecontrollersarecontrolledrespectivelybythepedalandthepotentiometer.HighvoltagecircuitisshowninFig.3.1.4DevelopmentofSweepingsystemAnewtechnologyofautomaticcollisionavoidanceisintegratedintosweepingsystemofthepureelectricroadsweeper.Sweepingsystemenablesitshorseshoesuctionmouthtolevelautomatically,whichgivestheroadsweeperexcellentcleaningabilityandhighefficiency.Sweepingdeviceiscomposedoffourcleaningunitsthatlocatedrespectivelyintheleftfront,rightfront,leftrearandrightrearofthevehicle.Thespeedofsweepdisccanbeselectedamong60,80,110r/min.Thebothactions,includingwithdrawingandreleasing,offrontandrearsweepdevicesarecontrolledbyhydrauliccylinders.Thefrontsweepdiscscanbecontrolledrespectivelyandtheyalsohaveanti-collisionfunction.Whiletheactionofrearsweepdiscsisinaccordancewithsuctionmouth,twooperationmodescanbeselectedaccordingtopracticalworkingcondition.Inaddition,wetdedustingfunctionofthesweepercanavoideffectivelydustdispersioncausedbyworking.ThewholeappearanceofthesweeperisillustratedinFig.4.2ResearchonEMSandbatterylife-spanDuetotheuniquerequirementsofsweepingoperation,theelectricroadsweepermustbeabletomeetcertainendurancemileage.Sincebatteryactsasenergystorageofelectricvehicle,itstechnicalstandardsarecrucialtothedevelopmentofEV.SinceLithium-ionbatteryisofoutstandingperformancesuchashigherspecificenergy,largercapacity,ithasbeenusedwidely.Presently,forthelimitationofsinglebatterycapacity,Lithium-ionbatterymustbeusedingroup.However,thesinglebatteryofthesamestandardtypehasdifferenceinvoltage,internalresistance,capacity,whichcallsin-consistency.Problemslikethebatterypackfailtomeettheprescribedrequirementsofthesinglebatteryorthelife-spanofthebatterypackisshortenedsignificantly,arethedirectresultsofinconsistency.Inaddition,current,DOD(depthofdischarge)andtemperaturewillhaveagreateffectonthelife-spanofbattery-3].Consequently,EMSmustbedevelopedtomonitorthestateofLithiumionbattery.EMSofthesweeperiscomposedofmastercontrolmodule,slavecontrolmodule,andvehicleLCDmodule.Theoperatingstateofthebatterycanbemonitoredanddisplayedinrealtime.SOC(stateofcharge)isakeyparameterusedtoindicatetheremainingenergyofbattery,anditmustbeestimatedbyexternalcharacteristicofbatterysuchasvoltage,current,temperature,DODandlife-span-4].Itplaysthefunctionoffuelgaugeinconventionalvehicles.SOCisarelativeparameterandexpressedasapercent,itsvaluesrangebySOC=CuwhereCurepresentsavailablecapacitywithrateddischargecurrent,Crrepresentsbatt