长途客车真空卫生间电控系统设计及其部件标准化.docx
- 文档编号:11639015
- 上传时间:2023-03-29
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:472.65KB
长途客车真空卫生间电控系统设计及其部件标准化.docx
《长途客车真空卫生间电控系统设计及其部件标准化.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《长途客车真空卫生间电控系统设计及其部件标准化.docx(35页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
长途客车真空卫生间电控系统设计及其部件标准化
华中科技大学
硕士学位论文
长途客车真空卫生间电控系统设计及其部件标准化
姓名:
张知予
申请学位级别:
硕士
专业:
环境工程
指导教师:
周敬宣
20060506
华中科技大学硕士学位论文摘要本文以华科大-峰华环保技术研发中心真空卫生间项目为背景,论述了长途客车真空卫生间的国内外现状、市场容量、需求等,以安装在宇通(6120HWC型)客车上的真空卫生间为实例,说明了真空卫生间的原理、系统流程、工作方式、工作过程及其技术参数,并以该车型对真空卫生间的安装结构和安装方法进行了探讨和研究,确立其最佳的安装方案,并配以结构图予以说明。
真空卫生间控制系统的电路设计,以真空卫生间的使用方式为设计基础,在分析了关门真空建立和开门真空建立两种方式后,确定关门真空建立为控制方案,并根据此方案设计电路。
依据经验设计法,确定电路原理图和安装图等。
以实验室两台真空卫生间样机为列,设计继电器-接触器控制系统和可编程逻辑控制器(PLC)的控制系统,确立两种控制系统电气元件的选择规范、电控柜的制作安装方法,并完成试验和调试。
电控系统的标准化依据了《电工电子技术国际标准》、《电气图用图形符号》、《电气制图标准》等规范,其结果以表格等形式归纳在附录2和3中,该标准是以电控系统设计为基础,以实验室样机试验数据为参考,针对整体系统进行优化的结果,该标准确立了真空卫生间电控系统技术要求、电气原理图设计规范、电气元件(继电器、接触器等)选用标准、可编程控制器型号及技术参数。
并以实验室两台样机的试验测试数据为参考,确立了可编程控制器程序及程序中部分参数的标准数值。
电控系统标准在设计与试验的基础上提炼而成,作为真空卫生间电路控制系统最终定型和规模化生产的依据和参考。
本文对电控系统红外控制做了进一步探讨。
通过样机的试验,分析红外光电开关使用方法、安装方式、开关类型的选取等,并确立其选用的参考标准,作为真空卫生间进一步完善的方向。
关键词:
公路客运真空卫生间继电器-接触器PLC逻辑控制器标准化
华中科技大学硕士学位论文AbstractThisdissertationbasiconHUST-FENGHUAEnvironmentTechR&DCenterVacuumToiletProject,itdiscussesthecoachvacuumtoiletbackgroundbothindomesticandoverseas,marketcapabilityanddemand.AccordingtoasamplevacuumtoiletinstalledontheYUTONG(6120HWCcoach,paperexplaintheprinciple,systemflow,workingmode,workingprocessandtechparametersofthevacuumtoilet,anditdiscussesvacuumtoiletinstallationframeworkandmethod,definesthebestinstallationmethod,andilluminatesitwithillustrations.Thedesignofvacuumtoiletelectrocircuitcontrolbasicontheusingmode,afteranalyzingtwomethods:
settingupvacuumafterdoorclosedandsettingupvacuumaftertheuserleave,paperdecidesthefirstoneasthecontrolblueprintanddesignstheelectrocircuit.Accordingtotheexperienceddesignmethod,designtheelectricprincipledrawingsetc.Asthelabtwovacuumtoiletssamples,designtherelay-contactorcontrolsystemandprogrammablelogiccontrolsystem,decidingtwosystem’selectricelements,electriccontrolbox'sinstallationmethodandaccomplishtestanddebugging.Electrocircuitcontrolsystemstandardaccordingasthe“electrotechnicianandelectronicsinternationalstandard”,“Graphicalsymbolsforelectricaldiagrams"etc,thestudyresultattachedintheaddendum2,3asforms.Thisresultbasiconelectrocircuitcontrolsystemdesignandlaboratorialdata,itistheoptimizedresultanditdefinesthevacuumtoilettechnologicdemand,electricprincipledesigncriterion,electricelementsselectingstandard,PLCmodelandparameters.Besides,accordingtothelaboratorialdata,thepaperdefinessomestandardparametersaboutthePLCprogram.Electrocircuitcontrolsystemstandardisbasicedonthedesignandtest,itisforthevacuumtoiletelectrocircuitcontrolsystemfinalizesthedesignandproducinginthefuture.Itisalsostudytheinfraredswitchabouttheelectrocircuitcontrolsystem.Accordingtothesamplesystemsexperimentation,itanalyzesinfraredswitchusingmethod,installationwaysandtypes.Itdefinestheconsultingstandardabouttheinfraredswitchin
华中科技大学硕士学位论文thispaperastheprogressdirectionofvacuumtoilet.Keywords:
PassengertransportVacuumToiletRelay-ContactorPLCStandard
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到,本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:
日期:
2006年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:
学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□,在_____年解密后适用本授权书。
不保密□。
(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名:
指导教师签名:
日期:
年月日日期:
年月日本论文属于
华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题的研究背景及意义1.1.1课题的研究背景随着经济的持续发展,公路交通已经成为我国的支柱产业之一。
作为国家的基础设施,公路交通从二十世纪80年代进入高速发展的时期。
到2000年底,全国公路总里程超过140万公里[1],其中有高速公路里程到达11605公里,公路网密度达到0.146公里/平方公里。
预计2010年,全国的公路交通总里程要达到145万公里。
如此大规模的公路建设,必将给公路沿线地区带来一系列的环境问题,其中长途客车粪便污染问题会更加严重。
在二OO一年交通部办公厅文件《京沪、京沈高速公路旅客运输组织方案》中明确要求“800公里以上的线路途中配客点不得超过3个,500至800公里以上的线路不得超过2个,200至500公里的线路不得超过1个,200公里以下的线路不准配客。
如无特殊原因,中途就餐停靠时间不得超过30分钟,其余停靠不得超过15分钟”,同时提出,在距离为400公理以上线路上营运的客车必须是车内具备卫生间的高级客车。
由此可见,公路长途客运距离长、中途停靠时间短,因此需要客车增设车载卫生间。
在现代汽车上,车载卫生间技术的选择要受到车辆性能、空间体积和运行速度、环境等因素的影响。
同时,在国家环境保护、卫生治理和健康等相关法规的制约下,客车厕所的设计必须考虑多方面的因素。
如同水、气、声、渣等环境污染一样,客车厕所在长途客运上也存在同样的污染问题,[1]直排的粪便对大气、水源环境、路面和土质都会造成污染。
因此,必须采取长途客运汽车安装车载厕所的措施,新造客车安装车载卫生间,现有客车改造安装集便器,车站安装地面粪便回收设施,尽快改变多年来客车卫生间污物直排或间接直排给环境带来的影响。
华中科技大学硕士学位论文1.1.2国内外长途客车车载卫生间的现状1国外车载卫生间发展为避免客车排便对公路环境的污染,世界各国都积极研制和发展新型的车载卫生间,以替代传统的直通式卫生间。
美国研制客车集便装置的时间较早[2],形式较多,主要有:
化学式、焚烧式、生物处理式、过滤消毒式、电极杀菌消毒排出式、化学处理循环式。
由于公众对环保问题的关注[2][4],美国有关法律规定1971年以后新造车必须使用集便器,1974年12月31日之前老式厕所必须改造完。
并且1970年以后首先在铁路线上全部安装了密封式厕所,其中Amfleet(483辆装循环式全储存式卫生间;Superline(240辆装Monogram真空密封式卫生间;Amfleet(250辆装Mi-crophor密封式卫生间厕所。
日本于1960年开始研制适用于东海道新干线旅客列车的储留式卫生间,并逐步在列车上安装。
由于储留式厕所冲水量大、储污量大、清洗频繁,影响车辆使用率,1969年后逐步改装成循环式卫生间。
现在日本所有新干线都安装了真空式集便器。
德国客车密封式卫生间的主要形式有:
压力水冲洗式、循环水冲洗式、以及真空式厕所,其中真空式又分为真空吸出式和集便箱有生物作用的真空式两种。
目前各国车载卫生间形式多样,方式新颖,有真空式、循环式、净化排水式、自动开闭式等。
而且很多新式厕所在其他交通领域都得到了广泛的应用,包括铁路线、航空、航海等。
2我国车载卫生间现状目前国际上比较先进的客车车载厕所至今在我国没有得到开发和应用。
我国绝大多数长途客用汽车采用的直排或间接直排式卫生间。
而很多长途客用汽车甚至没有卫生间,旅客只能在途中停靠点或者车站上厕所。
直排式厕所即将污物直接排放到公路上,而排泄物未经处理直接排放到公路上,严重影响了公路环境卫生。
在汽车高速行驶时,飞溅起来的排泄污物会溅到车底,车边,并可能雾化成颗粒,造成大气,水源及公路周边环境的污染。
间接直排厕所是在车载厕所下安装集便装置,运行过程中将粪便冲入集便箱内,
华中科技大学硕士学位论文汽车到检修站后,再将污物排入检修站排污系统。
集中式排放虽然简单,但也存在诸多不利。
长途客用汽车车上可利用空间较少,厕所一般都很狭窄,因此所携带的集便器和清水箱体积有限,很多情况下都限制了厕所的使用,如很多客车就禁止在途中大便。
并且国内车载厕所多用重力冲水方式,技术比较落后,浪费水严重,加上客车上储水量有限,厕所使用更加不便。
1.1.3长途客车真空卫生间项目简介及研究意义本课题由华中科技大学环境学院联合福建峰华环保设备有限公司,融入技术与资金,经过详尽的市场分析,针对性的开发长途客车真空卫生间。
相比与传统重力式卫生间,真空卫生间具有适用范围广、性能稳定等特点,是新一代的环保产品,并能达到资源利用的目的,真正符合可持续发展、环境保护的概念,适应我国当前循环经济的发展要求。
因此,长途客车车载真空卫生间系统的研究和开发具有很高的环保意义、经济意义和社会意义。
1.2长途客车真空卫生间市场需求分析1.2.1市场需求1长途客车及铁路列车领域市场[1][4]长期以来我国长途客车和列车上使用的是直接排放式厕所,粪便排放在公路铁路,造成环境污染。
旅客上厕所时经常会为污秽的景象而感到厌恶。
旅客上下车时使用的客车侧面上的扶手也经常被污染。
2000年底在环形铁道上作200km/h及以上速度运行试验时,在不同的速度级下,向厕所倾倒不同颜色的仿排泄物,在速度超过160km/h时,即发现仿排泄物被甩到玻璃窗上,甚至甩到车顶上。
据铁道部内部文件,2008年以前,所有进京列车全部由直排式改为集便式,这无疑给真空厕所系统带来极大的发展契机。
目前一部分长途豪华大巴上已经装有从国外进口的真空厕所,而我们自主研发的真空厕所性能上和进口产品差不多,而价格仅为其1/4,具有很大的竞争优势。
而且在很多其他领域,真空卫生间都有广泛的应用前景。
华中科技大学硕士学位论文1)船舶领域市场我国现有各类经营性船舶近万条,船舶在船体运营过程中有严重的粪便污染水域问题,按照有关部门规定,2003年6月1日起已开始逐步将排污口铅封,严禁向海(河)里排污。
三峡水域管理部门也已明确提出,过往船舶必须安装粪便处理设备。
在国际海事条约中,IMO公约的附则明确规定了生活污水的排放标准、排放方式、排放地点,并要求备有先进的测试、监测设备和执行机构。
2)远期潜在市场我国是一个贫水国家,水资源非常短缺,一方面冲水厕所对水资源造成了巨大浪费,另一方面,粪便污水未处理便直接排入水体,对水环境又造成污染。
粪便是一种很好的有机肥的原料,传统的重力排水厕所无法将粪便收集。
真空厕所系统,每次冲水只需1升左右,相当于传统沖厕用水的1/6-1/8;采用真空抽力,能从源头上将粪便污水收集;其后续制肥系统能将粪水变废为宝,若能产业化,将产生巨大的经济效益。
真空系统的管道输送不受地形坡度限制,可升可降,遇到障碍物可灵活绕开,适用于较难安装传统重力排水地区。
因此真空厕所系统在缺水城市地区、移民建镇地区、生态旅游区、传染病医院及重力冲水系统难以安装的地区有很广泛的应用前景。
另据《国家发展改革委办公厅组织实施城市节水和海水利用高技术产业化专项的公告》,真空厕所系统属“城市节水新技术及其装备”领域专项支持的重点技术方向,可向国家申请产业化基金。
1.2.2市场容量根据资料[5],2005年全国大型客车销售19895辆,同比增长20.11%;如果按每辆客车安装真空卫生间一套计算,其年市场容量为:
19895*2=3.979亿元。
客车市场相对封闭,一旦进入,如果占领1/3的市场,则市场容量为:
19895*2/3=1.326亿元由此可见,真空卫生间在客车领域具有相当客观的利润和发展前景。
同时真空卫生间系统在火车,船舶,缺水城市地区、移民建镇地区、生态旅游区、传染病医院及重力冲水系统难以安装的地区等领域也有着几十个亿的潜在市场容量。
华中科技大学硕士学位论文1.3本文所做的工作通过对长途客车真空卫生间系统的整体开发设计,确定本文的研究方向和主要工作内容。
本文分五章:
第一章绪论,主要介绍研究的背景和课题提出的要求,分析了长途客车真空卫生间的现状和市场需求前景。
第二章详细介绍真空卫生间系统的设计原理和结构,明确设计中要考虑的参数指标。
第三章针对真空卫生间系统的控制部分,对电控系统进行设计,提出电控系统的原理、控制方式和安装方式的设计方案。
第四章根据实验结果,对电控系统的各个部分进行化标准化设计,提出各部分的标准化研究方案和结果。
第五章总结全文,得出了本课题设计的主要结论,也提出研究的不足之处及相关建议。
华中科技大学硕士学位论文2真空卫生间原理及结构2.1长途客车真空卫生间系统简介2.1.1真空卫生间介绍长途客车真空卫生间是利用真空负压原理抽吸粪便污物,将集便箱连接在便器出口,通过输送管道,把粪便吸进集便箱。
由于利用负压抽吸取代了传统的重力水冲,水主要起润滑管壁作用,故大大减少了用水量,同时它将粪便收集起来,利于集中处理。
由于用水少,增加了清水的利用率,同时粪便靠负压抽吸,不容易堵塞管道,臭气不会泄漏,对外界环境没有污染。
而且整套系统密封严格,卫生安全。
长途客车真空卫生间与现市场上普遍使用的传统重力水冲卫生间外观、形式一致,卫生间整体独立,能配合各型客车的改造或安装。
卫生间整体采用注塑制造,安置在客车中部或后部,结构小巧,面积约0.5平方米,内部配备抽水马桶、垃圾桶、洗手池、面镜、干手器、照明系统、除臭器等。
卫生间外观如图2-1所示:
图2-1客车真空卫生间
华中科技大学硕士学位论文2.1.2真空卫生间工作过程真空卫生间工作过程为,乘客进入卫生间后,启动水环真空泵,通过气管将集便箱内抽成一定的负压,形成真空并保持在集便箱内。
乘客冲厕时,按动冲厕开关,打开冲水系统,冲厕3~5秒后停止。
然后,控制系统将打开便器出口界面阀,界面阀开启后即与集便箱接通,在箱内真空负压作用下,便器内粪便污物被抽吸至箱内,抽吸过程约1~2秒,抽吸完成后,界面阀立刻关上,完成一次工作循环。
整个冲洗过程在5秒左右。
当使用者需要洗手时,按下洗手开关,水龙头出水,出水时间约5~7秒,洗手过程可多次进行。
卫生间的水增压器利用汽车上的高压气源给水增压,即保证了冲厕用水的压力,也节约了单次耗水量。
2.1.3真空卫生间系统流程真空卫生间系统包括:
卫生间壳体、便器、集便箱、清水箱、界面阀、增压器、真空泵、气路、水路、电控系统等部分,其工作流程如图2-2所示:
图2-2系统流程图
排放
华中科技大学硕士学位论文卫生间系统流程图表明了真空卫生间各部分之间的关联和工作职能,由上图可知,便器里的粪便经水冲后,在界面阀控制下,被抽吸进入集便箱,然后经集便箱出口闸板阀完成排放,这一过程表明了真空卫生间系统的主要功能。
其中各个部件的作用和控制由相对应辅助零件完成。
清水箱用来给水增压器注入清水,再由水增压器的水完成冲厕。
真空泵完成对集便箱真空的建立,电控系统则负责对各个零部件及电气元件的控制,保证所有的部件合理的工作秩序。
2.1.4真空卫生间主要参数真空卫生间主要参数如表2-1所示:
表2-1真空卫生间主要参数名称参数主电源24V电瓶195~200Ah额定功率~160W工作真空度MPa清水箱体积L集便箱体积L清水增压器工作压力MPa重量约100Kg耗水量约0.8L/次2.2真空卫生间原理真空卫生间的设计原理利用了真空负压抽吸作用,即形成在物体上的大气压力差值而产生了推动力,真空是本系统设计的理论基础。
2.2.1真空原理[6][7]“真空”是指在给定的空间内,气体分子的密度低于该地区大气压的气体分子密度的状态。
不同的真空状态就意味着该空间具有不同的分子密度。
在标准状态(0℃,760托时)下,每立方厘米中的分子数为2.6870×1019个,而在真空度为10-8托时,每立方厘米中的分子数只有3.24×1010个。
1真空测量单位
华中科技大学硕士学位论文
(1)用压强作测量单位(真空技术中常用)
(1)毫米汞往:
0℃时,1毫米汞柱作用在单位面积上的力。
现在常用“托”来表示。
1毫米汞柱(mmHg)=1托(Torr)1微米汞柱(µmHg)=10-8托
(2)巴,即1平方厘米的面积上作用106达因的力。
1巴(bar)=106微巴(μbar)=106达因/厘米2=7.5×102托(3)标准大气压:
即0℃时,760毫米汞柱所产生的压强,简称“大气压”。
1标准大气压(atm)=760托=1.03322千克/厘米2(4)帕斯卡:
即1平方米的面积上作用1牛顿的力。
它是国际单位制中的压强基本单位,简称“帕”。
1帕(Pa)=1牛顿/米2=1千克/米·秒2=10达因/厘米2=7.5006×10-3托
(2)用真空度的百分数作测量单位760%100%760Pδ−=×式中P的单位是托,它只是压强高于1托时才用。
已知真空度的百分数δ,求气体压强P时可用下式:
760(1100pδ=−式中P的单位是托。
表2-2真空度的百分数与压强对比真空度的百分数(100%δ压强P(托)真空压力表读数760-P(托)真空度的百分数(100%δ压强P(托)真空压力表读数P(托)646752756760注:
本表只给出相对于海平面附近点的值,其他地区要按高度查出当地大气压值,另给出对照表。
华中科技大学硕士学位论文2真空区域划分为实用上便利起见人们常把真空度粗划为几个区段。
划分的依据主要考虑真空应用、真空物理特点、常用真空泵和真空规的使用范围等,并随着真空技术的发展有所变化。
通常将真空区域划分为五个范围,见表2-3:
表2-3真空区域划分名称压强范围粗真空托~10托低真空托~10-3托高真空-3托~10-8托超高真空-8托~10-12托极高真空-12托注:
1.从10-8托开始,超高真空表面物理特征比较明显,故定作超高真空区域的起点。
2.10-12托以下的真空,目前无论是获得还是测量都存在很多问题,有待进一步研究。
2.2.2真空运输的原理真空运输是气力输送的一种[8][9],属于负压(吸送)。
气力输送是在管道内利用具有一定能量的气流,将粉粒状物料悬浮移动,从一处移动到另一处,并且通过分离器使工作气体和物料分开的输送设备。
气力输送在国内外已经有很多年的历史,气力输送装置的类型可按输送管中所形成的压力而定,大致可分为吸送式和压送式。
前者用低于大气压力的气流进行输送,后者用高于大气压力的气流进行输送。
在国内[10],气力输送在多数工厂中主要用于吸送粘土粉、煤粉及新砂。
在国外,从1853年开始就出现了气力输送装置。
在最近一、二十年中,气力输送发展很快。
在粮食、有色冶金、化学、水泥等部门应用最多,如粮食、果品、食盐、化学物品、煤、磨料、木屑、灰渣、混凝土、纽扣、火柴、造型材料、金属零件等,输送距离可达数公尺至数公里。
真空输送,就是利用真空泵
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 长途客车 真空 卫生间 系统 设计 及其 部件 标准化
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)