何偉慶（三明市公路設(shè)施維護中心）

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自行式邊溝清掃機的研發(fā)與應(yīng)用

何偉慶（三明市公路設(shè)施維護中心）

采用三角皮帶離合傳動機構(gòu)、小型高效自動行走機構(gòu)、垃圾清掃和分離裝置、可調(diào)整限位裝置等研制而成的自行式邊溝清掃機的研發(fā)在道路養(yǎng)護中具有非常重要的意義。其項目產(chǎn)品具有使用方便、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，本文通過對自行式邊溝清掃機產(chǎn)品的技術(shù)要點和特征進行研究，分析對道路清潔養(yǎng)護的作用。

自行式邊溝清掃機；關(guān)鍵技術(shù)；產(chǎn)品特征

1　引言

目前，福建乃至全國經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)的公路管理養(yǎng)護部門，第一線的公路養(yǎng)護班站道路保潔配有清掃車，伸縮縫養(yǎng)護配有清灌縫機，標線維護配有除線機、劃線機，綠化維護配有專門修剪機，唯獨清理道路邊溝仍靠繁重的人工勞動，而且這種現(xiàn)狀還將長時間存在。究其原因，主要是沒有合適的機械設(shè)備。

近些年來，某些養(yǎng)護單位曾購置小挖機以替代人工作業(yè)，但因其無法適應(yīng)水溝特殊結(jié)構(gòu)的作業(yè)要求而不了了之?？删屯诰驒C而言，其高效的挖掘鏟除功能，靈活的移場提拋動作，特別適合邊溝溜方清理之所需。那么，能否居于成熟的挖掘機技術(shù)平臺設(shè)計出一種既能用于挖掘清除又能適用于道路邊溝清掃作業(yè)特點的設(shè)備呢？

課題組從2010年立項開始，就一直立足于上述思路的研發(fā)和試制中，通過各種資料的整理分析，以現(xiàn)有輪胎式挖掘機為平臺，專門設(shè)計了異形挖機動臂，并在永安公路分局進行路試，試驗結(jié)果是：雖具有挖掘功能，但無法完成道路邊溝的清掃和垃圾收集，尤其碰到防撞墻、標志牌及路樁，根本無法使用，所以，該項研究工作就暫時停滯了，但課題組并沒有放棄繼續(xù)研究的信心。從2012年開始，課題組成員分別多次到養(yǎng)護道班進一步深入了解新改建的道路邊溝的堆積垃圾情況后，通過資料整理分析，我們發(fā)現(xiàn)，山區(qū)公路邊溝垃圾的主要成分70%以上是落葉和樹枝，以及一些塑料袋等，砂子、碎石和泥土大概占30%；沿海公路邊溝主要砂子、碎石、塵土以及生活垃圾如飲料盒、塑料袋、煙頭、紙巾為主。真正需要挖掘作業(yè)如溜方、堵塞等的機會并不多?；谏鲜龇治龅贸龅慕Y(jié)論，并借鑒本公司先前研發(fā)的掃路機技術(shù)，課題組轉(zhuǎn)變思路著手研制一種可完全代替人工清溝的道路邊溝清掃機。

2　自行式邊溝清掃機產(chǎn)品設(shè)計背景及技術(shù)要點

（1）以清掃功能為主，采用掃刷和吸嘴組合清掃方式，垃圾直接掃入抽屜式垃圾箱。

（2）采用自動行走方式，三角皮帶傳動離合，確保設(shè)備按要求行駛或停止。

（3）適應(yīng)不同溝底垃圾成分，分別采用角刷+滾刷和角刷+吸嘴的清理形式，重點解決好落葉較多或有粘土的邊溝。

（4）自動行走的導向限位手段。設(shè)計能沿著邊溝壁行走的導向頂輪，以保證作業(yè)時不碰撞溝壁。

3　產(chǎn)品的主要組成及工藝流程

3.1產(chǎn)品的主要組成

3.1.1自動行走小推車

包括機架、發(fā)動機、傳動機構(gòu)、行走輪等。行走輪中的驅(qū)動輪裝有離合裝置，可控制掃溝機的行走，非作業(yè)時可人力推行。

3.1.2清理裝置

由雙側(cè)置角刷、中置提刷、傳動機構(gòu)、垃圾箱、以及引風機、吸嘴等組成。動力通過傳動機構(gòu)帶動角刷、提刷轉(zhuǎn)動進行清掃作業(yè)。垃圾箱用于收集來自提刷拋送的垃圾；吸嘴置于設(shè)備最前端，用于提前收集尚未清掃到的落葉和樹枝，便于角刷和提刷清掃。

3.1.3可調(diào)整限位頂輪組

安裝于小推車機架上，可根據(jù)邊溝寬度進行適當調(diào)整，使之頂著水溝壁行走，保證清掃機能適應(yīng)不同水溝寬度并順著水溝走向自動行駛作業(yè)。

3.2產(chǎn)品工藝流程

①將角刷壓低觸地，調(diào)整好提刷高度，以及限位頂輪寬度，后將本設(shè)備放入道路邊溝里，開啟發(fā)動機開關(guān)，啟動發(fā)動機，將驅(qū)動輪掛擋，就可以開始作業(yè)了。②將傳動皮帶的離合操縱桿放低并扣住，使傳動皮帶張緊，動力傳給清理裝置和驅(qū)動輪，機器即可自動行走進行邊溝清掃作業(yè)。③垃圾箱裝滿后，停機抽出垃圾箱，將垃圾倒入自備停放在路邊垃圾桶內(nèi)，后放回清掃機內(nèi)，進行下一段作業(yè)；而當垃圾桶裝滿后，可由小型專用提升機提起裝進養(yǎng)護車車廂內(nèi)運走。

4　關(guān)鍵技術(shù)

4.1小推車及其行走傳動裝置設(shè)計

它既是所有工作裝置的載體，又要能方便移場和作業(yè)時自動行走，要求它既要輕便又要有足夠強度。根據(jù)前期調(diào)研的數(shù)據(jù)和工作人員反饋：①我們嚴格按照標準邊溝的尺寸進行機架設(shè)計，盡量在清掃效率和機體體積上找到最佳平衡點，機架設(shè)計加工采用板材鏤空折彎成型，既減輕重量又能滿足強度要求，同時，相關(guān)的尺寸安裝位置全部預(yù)先在電腦上通過三維圖進行組合模擬標定，從而保證設(shè)備的裝配質(zhì)量和效率；②為減輕機器重量，簡化機構(gòu)配置，我們在傳動裝置上設(shè)計了一套具有離合功能的皮帶傳裝置，這也是該設(shè)備的一大創(chuàng)新點。具體方案是：發(fā)動機動力輸出皮帶輪所對應(yīng)連接的皮帶輪是可以擺動升降的，通過操作手柄，可使傳動皮帶張緊或松弛，從而達到動力傳遞的離、合需要，關(guān)鍵技術(shù)在于傳動皮帶在擺動升降過程的限位問題，也就是說，皮帶脫離后要重新與帶輪結(jié)合時必須有一套導向機構(gòu)予以保證。經(jīng)過不斷摸索，發(fā)現(xiàn)利用皮帶罩的特殊設(shè)計可以實現(xiàn)，當一皮帶輪往上擺（中心距變短），與操作機構(gòu)連接的皮帶罩能使皮帶整體上移，保證皮帶與動力輸出皮帶輪脫離不接觸，達到分離目的，反之，當一皮帶輪下擺，通過皮帶罩能使皮帶按要求位置與動力皮帶輪良好結(jié)合（傳遞），從而保證傳動皮帶的正常分離與結(jié)合；而行走輪的傳動機構(gòu)上還增加了一套分離撥叉，可使行走輪與傳動裝置脫離或結(jié)合，獨立于驅(qū)動系統(tǒng)，即設(shè)備可手推或自動行走。

4.2清理裝置的獨創(chuàng)設(shè)計

這是設(shè)備的核心部件，設(shè)計得好壞，直接關(guān)聯(lián)著成敗。針對溝底垃圾主要由砂石、泥土、樹葉等成分組成的客觀事實，我們借鑒公司近年來著重研究的道路清掃機的相關(guān)技術(shù)，結(jié)合清掃對象的特殊性，設(shè)計出一種基于清掃技術(shù)的邊溝清掃裝置，其結(jié)構(gòu)包括：雙側(cè)置角刷、中置提刷、傳動離合機構(gòu)、垃圾箱，以及引風機、吸嘴等。其工作原理：角刷將水溝底角的垃圾刷掃到水溝中間，提刷或吸嘴再將垃圾提拋進垃圾箱，完成邊溝清掃作業(yè)。

4.3可調(diào)式導向頂輪組結(jié)構(gòu)設(shè)計

標準化道路邊溝不僅在鋪筑過程會有尺寸偏差，而且水溝本身又是彎彎曲曲的，如果沒有一套導向裝置，設(shè)備是很難自動行走作業(yè)的。我們在小推車機架上設(shè)有4個可調(diào)寬度的導向頂輪組，在調(diào)定的寬度內(nèi)（一般比水溝略窄），機器可自由行走甚至是搖搖晃晃都可正常作業(yè)，碰到彎道時，頂輪會頂著溝壁滑滾，起到引導機器的正常行走作業(yè)，保護機器外露件不會被撞壞。

5　產(chǎn)品特征

5.1產(chǎn)品的技術(shù)特點

采用小型高效的動力組合自動行走機構(gòu)和清掃裝置，掃吸結(jié)合，可完全代替人工進行道路邊溝垃圾的清掃和收集作業(yè)。專利技術(shù)設(shè)計的三角皮帶動力離、合傳動機構(gòu)，較好解決了自動行走過程的動力傳遞（行走或停止），結(jié)構(gòu)緊湊，操作輕便。獨創(chuàng)的垃圾清掃裝置，通過角刷和提刷、引風機吸收機構(gòu)的不同組合，可有效解決不同垃圾成分（樹葉、砂石）的清理問題?？烧{(diào)整限位頂輪機構(gòu)，可使之頂著水溝壁行走，保證清掃機能適應(yīng)不同水溝寬度并順著水溝走向自動行駛作業(yè)。

5.2產(chǎn)品的技術(shù)水平

經(jīng)省中檢院檢測，各項性能指標都達到《交通科技發(fā)展項目技術(shù)任務(wù)書》的技術(shù)要求和公司《企業(yè)標準》的技術(shù)指標要求，具體檢測指標如下：

（1）結(jié)構(gòu)形式：自行式。

（2）清掃寬度：350～650mm；清掃速度：1.2～2km/h；清掃效率：≥85%。

（3）功率：引風機功率：1kW；發(fā)動機功率：5kW。

（4）外觀設(shè)計：垃圾箱容積：0.06m3；整機質(zhì)量：100～125kg；外形尺寸：1×0.5×0.9m。

6　結(jié)束語

國內(nèi)尚無發(fā)現(xiàn)主要用于道路邊溝清掃的類似設(shè)備，只能跟小型挖機和掃路車輔助功能（增加吸管用于清吸邊溝）進行比較。小挖掘機具有高效的挖掘鏟除功能，靈活的移場提拋動作，特別適合邊溝大面積溜方清理之所需，但卻無法適應(yīng)水溝特殊結(jié)構(gòu)的作業(yè)，對溝底的砂石、泥土更是無計可施；掃路車在清吸邊溝時，吸管要人工抬著，跟隨操作，不僅笨重，作業(yè)強度大，而且作業(yè)難度高 （吸嘴難控制、碰到標志桿就不能操作），同時油耗大（100kW大風機運轉(zhuǎn)）費用高；而該項目產(chǎn)品由于是專門針對清理邊溝而開發(fā)，可在溝底里獨立自動行走作業(yè)，其獨創(chuàng)的小型高效發(fā)動機（4kW）帶動具有離合功能的傳動皮帶驅(qū)動角刷、提刷轉(zhuǎn)動進行邊溝清掃作業(yè)，以及豐富的工作部件選用，適應(yīng)清理不同溝底垃圾的技術(shù)手段，可以完全代替人工的清理作業(yè)，在目前國內(nèi)都處于領(lǐng)先水平?？傊?，該項目產(chǎn)品除了在移場中必要的推行外，整個作業(yè)過程基本實現(xiàn)自動操作，大大減少了操作人員的勞動強度和安全隱患；用于收集不同成分垃圾的垃圾箱和多種清掃裝置組合的設(shè)計，極大提高了該產(chǎn)品的實用性和推廣使用價值，這些創(chuàng)新技術(shù)使該項目產(chǎn)品與國內(nèi)其他相類似產(chǎn)品相比具有極大的性價比優(yōu)勢。

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2095-2066（2016）10-0006-02