梁澤芬，林小軍，閆國強，吳國明

(1.蘭州工業(yè)學(xué)院 機電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050； 2.四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械系，四川 遂寧 629000)

0 引 言

拖把作為清潔工作的必需品，是生活中不可缺少的幫手[1]。要對大型廣場、車站、碼頭這些場所進(jìn)行清潔, 傳統(tǒng)拖地方式勞動強度大、效率低, 已難以滿足要求。傳統(tǒng)的吸塵器也難以將粘連在地上的塵土打掃干凈[2-3]。傳統(tǒng)的拖布和帶脫水裝置的拖布，脫水效果并不好，擦完的地面仍留有水漬，還需用干抹布進(jìn)一步擦拭，否則很容易被踩臟，也很容易滑倒，存在一些安全隱患[4-7]。筆者設(shè)計的手推式電動拖地小車由曲柄連桿機構(gòu)帶動齒輪齒條傳動帶動扇形齒做120°擺動，帶動拖布來回擺動實現(xiàn)拖地功能，后置刮板在小車重力作用下與地面接觸，對地面進(jìn)行二次清洗。該拖地車能對大面積場地進(jìn)行拖、洗,大大的提高了勞動效率。

1 總體方案的確定

該手推式電動拖地小車主要由驅(qū)動系統(tǒng)、托板裝置、曲柄搖桿機構(gòu)和齒輪齒條傳動裝置、托板、刮板等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。驅(qū)動裝置各部件安裝固定在車架體的架面上，托板裝置安裝在車體下面；主動輪經(jīng)連接件固定在車架體的下部。齒輪齒條傳動帶動扇形齒做120°擺動帶動拖布來回擺動實現(xiàn)拖地功能，后置刮板在小車重力作用下與地面接觸，對地面進(jìn)行二次清洗。

圖1 手推式電動拖地小車結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 傳動裝置設(shè)計

手推式電動拖地小車工作原理是：拖地小車的作用是人推著拖地小車在地面行進(jìn)，由一臺1.5 kW電動機作為動力源，電動機輸出轉(zhuǎn)速為1 400 r/min經(jīng)蝸輪蝸桿減速器減速后輸出，再通過齒輪傳動帶動曲柄連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動扇形齒輪來回擺動(連桿與扇形齒輪鏈接為一個整體)使得齒條帶動托板來回擺動，托板上的拖布與地面接觸從而達(dá)到了拖地的功能。傳動裝置傳送原動機的動力、變換其運動，以實現(xiàn)拖地裝置預(yù)定的工作要求，該拖地小車傳動裝置簡圖如圖2所示。

實驗證明人用普通拖把拖地時擺動一個來回大概需要2 s，既人的拖地速度為0.5次/s，要提高拖地的效率就要提高拖把來回擺動的速度，此次設(shè)計的手推式電動拖地小車上托板的擺動速度設(shè)定為120 r/min，即0.5 s一個來回。而電動機的轉(zhuǎn)速為1 400 r/min，現(xiàn)需要通過減速器減速，選用傳動比i=10的蝸輪蝸桿減速器，這樣輸出的轉(zhuǎn)速就為140 r/min，然后再通過改變帶輪的大小就可以使托板的擺動速度達(dá)到120 r/min。

1.2 運動機構(gòu)設(shè)計

曲柄連桿機構(gòu)的設(shè)計(如圖3所示)為拖地小車實現(xiàn)拖地功能的關(guān)鍵執(zhí)行機構(gòu)，構(gòu)件1為曲柄，2為連桿，3為搖桿。通過曲柄1的回轉(zhuǎn)運動，帶動搖桿3作往復(fù)擺動，搖桿3帶動下面的扇形齒輪來回擺動，與所嚙合的齒條形成拖地動作。

圖3 曲柄連桿機構(gòu)設(shè)計簡圖

現(xiàn)討論構(gòu)件1相對于構(gòu)件4作整周轉(zhuǎn)動的條件，即A為轉(zhuǎn)動副的條件。當(dāng)AD>AB,顯然構(gòu)件上的B點應(yīng)能通過以A為圓心、AB為半徑的圓周上的任意一點，如圖3中的B′點和B″點，否則A就不是整轉(zhuǎn)副。 當(dāng)?shù)竭_(dá)B′點時，A、B′ 、C′和D形成△B′C′D′，這時B點和D點之間的距離達(dá)到最大值BDmax=AB+AD。顯然，由△B′C′D存在的幾何條件可知，四桿的長度必然滿足：

AB+AD≤BC+CD

同理，當(dāng)AB處在AB″時，B″ 、C″和D形成△B″C″D，這時B點和D點之間的距離達(dá)到最小值BDmin=AD-AB。由△B″C″D存在的幾何條件可知，四桿的長度滿足：

BC+AB≤CD+AD

或AB+CD≤BC+AD

上式各等式中的等號表示當(dāng)B點到達(dá)B′點和B″點時，剛好形成整轉(zhuǎn)副。

將前幾式兩兩相加，得：

AB≤BC

AB≤CD

AB≤AD

由已知條件AB=120 mm，AD=400 mm，CD=180 mm，BC≤CD+(AD-AB)，帶入，得BC≤460 mm，取BC=380 mm。

分析上述數(shù)據(jù)，滿足鉸鏈四桿機構(gòu)中連接兩構(gòu)件的運動副成為整轉(zhuǎn)副的條件，即最短構(gòu)件與最長構(gòu)件長度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長度之和；被該運動副連接的兩構(gòu)件中必有一構(gòu)件是四桿中長度最短的構(gòu)件。

由于A、D兩點位置不變，B、C兩點距離不變，所以B繞A點，C繞D點轉(zhuǎn)動形成的圓弧B′BB″=弧C′CC″。

弧B′BB″=弧C′CC″

式中：∠B′BB″=180°，AB=120 mm，CD=180 mm

解得∠C′CC″=120°，則對應(yīng)的扇形齒輪是120°；以此確定齒條長為265 mm。 齒輪齒條設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 齒輪齒條結(jié)構(gòu)圖

依據(jù)前述設(shè)計與計算，設(shè)計運動機構(gòu)的三維圖如圖5，手推式電動拖地小車整體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖5 運動機構(gòu)三維設(shè)計圖 圖6 手推式電動拖地小車 三維結(jié)構(gòu)圖

2 結(jié) 論

設(shè)計的手推式電動拖地小車在人力作用下推動前進(jìn)，曲柄搖桿機構(gòu)控制扇形齒做120°擺動，同時帶動托板上的齒條來回擺動進(jìn)而使得托板做來回擺動，托板下的拖布實現(xiàn)拖地功能。拖地小車整體設(shè)計重心靠后，后部的萬向輪起負(fù)重與驅(qū)動的作用，前導(dǎo)輪輔助行走，刮板在小車重力作用下與地面緊密接觸，

對地面進(jìn)行二次刮洗。托板下面的拖布采用可裝卸式的，隨時可以清洗，提高了拖地效率，減輕了操作者勞動強度，本小車價格低廉，清潔效率高，值得推廣。

[1] 袁新梅,蔡 飛,王行江,等.一種家用清潔掃地拖地機的設(shè)計[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版),2014, 11(4):60-61.

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