婁菊紅 王卓 王鵬 賀彪 董春雨

摘? 要：文章采用SolidWorks及CAD三維軟件設(shè)計(jì)了小型落葉清掃小車。通過構(gòu)建小車三維模型，對(duì)整體框架和各個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。該小車功能包括落葉清掃、傳送、粉碎及收集，并實(shí)現(xiàn)收集箱拉伸自動(dòng)化。采用掃盤和滾刷的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)雙重清潔，具有清掃強(qiáng)度高、針對(duì)性強(qiáng)、自動(dòng)化可調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：清掃小車;三維模型;三維軟件

中圖分類號(hào)：U469.6+91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）06-0092-02

隨著城市化的快速發(fā)展，學(xué)校、居民小區(qū)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，綠化面積也隨之增加。秋冬季節(jié)，落葉的清掃給環(huán)衛(wèi)工人帶來了極大的工作強(qiáng)度。如果落葉不及時(shí)處理，就會(huì)引發(fā)下水道堵塞和河道淤積[1]。為減輕環(huán)衛(wèi)工人勞動(dòng)強(qiáng)度，落葉清掃小車的研發(fā)和推廣勢(shì)在必行。目前，市面上存在的清掃車主要有掃刷式、吸氣式、掃刷與吸氣混合式等類型。雖然各類型清掃車可以順利的完成清掃并大面積的推廣開來但是不同程度的存在一些問題。例如掃刷式掃地車掃地效率不高且不穩(wěn)定。吸氣式對(duì)于大片樹葉淤積收集效果較差。掃刷和吸氣混合式的清掃車功率大，清掃范圍廣，效率高為公路環(huán)衛(wèi)部門所采用，然而其由于成本高、體積大、噪聲大等缺點(diǎn)，故只能應(yīng)用于公路、廠區(qū)道路等面積較大的道路[2]。學(xué)校、小區(qū)等人為活動(dòng)的場(chǎng)所大多數(shù)還是采用掃刷式清掃車和人工清掃方式進(jìn)行清掃。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)學(xué)校、街道、小區(qū)等人為活動(dòng)的場(chǎng)所，采用掃刷加滾刷式清掃車，采用由粗到精的雙重清掃系統(tǒng)，還加入了落葉粉碎這一功能，實(shí)現(xiàn)綠化廢棄物資源化利用[3]，為后期落葉的處理提供便利。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 車身整體框架設(shè)計(jì)

車身整體框架由鋁合金2020型材搭建而成，具有強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。型材使用角碼進(jìn)行連接，構(gòu)建出類似箱體的主體框架并在此基礎(chǔ)加裝小車車體其他結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)不僅確保了車身穩(wěn)定性，而且便于安裝其它零件，易于拆卸維修。

車身整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括盤刷模塊、滾刷模塊、傳送帶模塊、粉碎模塊和收集模塊五大模塊。

1.2 模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 盤刷模塊設(shè)計(jì)

由盤刷、法蘭盤、螺紋軸、聯(lián)軸器、石墨軸承和電機(jī)等構(gòu)件構(gòu)成。利用盤刷鏡像對(duì)稱旋轉(zhuǎn)將落葉沿橡膠斜鏟掃入傳送帶上。其中直線軸承采用石墨軸承，可以承受軸向力和徑向力強(qiáng)度較高且軸承中石墨起潤(rùn)滑作用。聯(lián)軸器直接充當(dāng)傳動(dòng)軸套在軸承中以抵消掃盤清掃所帶來的徑向力起到保護(hù)電機(jī)的作用[4]。并且提高傳動(dòng)的穩(wěn)定性，提高使用清掃速度和強(qiáng)度上限。盤刷要求：前傾角15°，轉(zhuǎn)速120r/m，清掃速度5km/h，滲透量10mm，清掃落葉的效率可達(dá)到96%[5]。石墨軸承結(jié)構(gòu)圖如圖2。

1.2.2 滾刷模塊

由滾刷和斜鏟構(gòu)成。電機(jī)通過皮帶皮帶輪傳動(dòng)帶動(dòng)滾刷轉(zhuǎn)動(dòng)，將落葉沿斜鏟掃入收集模塊的下部收集箱中。電機(jī)與滾刷的傳動(dòng)比采用1：1傳動(dòng)，傳動(dòng)性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速適中[6]。滾刷由滾筒和排刷組成，排刷的制材為磨料尼龍，具有較高的耐磨性。排刷采用螺旋人字形排布，該結(jié)構(gòu)可極大的提高落葉掃入效率。盤刷和滾刷共同構(gòu)成小車清掃系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)落葉的雙重清掃。滾刷結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.2.3 傳送帶模塊

由傳送帶和軸琨構(gòu)成。傳送帶將盤刷掃入的落葉傳送至粉碎模塊。傳送帶材料為PVC，配有擋板和花邊，以保證落葉傳送至高處而不掉落，提高傳送落葉的效率。軸琨做傳動(dòng)軸，帶動(dòng)傳送帶滾刷，材料為橡膠，增大傳送帶與軸琨之間的摩擦系數(shù)，防止發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，提高動(dòng)力傳送效率。

1.2.4 粉碎模塊

位于小車尾部頂端，由兩個(gè)配有電機(jī)且同步旋轉(zhuǎn)的刀片組成。粉碎刀片高速旋轉(zhuǎn)將粉碎落葉，粉碎后的落葉將沿收集道落入上部收集箱中，完成整個(gè)工作流程。粉碎刀片為月牙雙向刀片。雙向切割提高切割率。

1.2.5 收集模塊

位于小車尾部底端，由收集道和上下收集箱構(gòu)成。收集道由不銹鋼板經(jīng)過沖壓加工形成錐桶型零件[7]，對(duì)落葉起導(dǎo)向作用，使其順利地落入上收集箱中。上收集箱裝納粉碎過的落葉。下收集箱裝納由滾刷掃入的遺漏落葉。上下上收集箱配有滑軌以減小摩擦力，并裝有電動(dòng)推桿以實(shí)現(xiàn)收集箱的自動(dòng)推拉功能，使用更加便捷可靠[8]。

1.3 工作原理

小車行進(jìn)時(shí)由頭部的盤刷將落葉掃入，落葉沿斜板掃入傳送帶上。傳送到粉碎機(jī)構(gòu)粉碎通過收集道落入上收集箱中。位于小車中部的滾刷模塊進(jìn)行二次清掃，將殘余的落葉掃入下收集箱中，完成工作過程。各模塊都由電機(jī)作為動(dòng)力源通過皮帶皮帶輪進(jìn)行傳動(dòng)。

工作流程圖見圖4。

2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 雙重清潔系統(tǒng)

小車是靠盤刷模塊和滾刷模塊來共同清掃地面落葉。兩模塊分別位于小車的頭部和中部。通過一前一后雙重清掃來提高效率和清潔度。首先盤刷進(jìn)行大規(guī)模清掃將大部分落葉掃入傳送帶。然后中部的滾刷將殘余的落葉掃入下收集箱中。盤刷面大適合首次大面積清掃，提高整體效率。滾刷采用人字形排刷清掃清潔度較高。一前一后相互配合將落葉高效的掃入收集箱中。

2.2 輸送帶傳送系統(tǒng)

本車為了提高落葉傳送的穩(wěn)定性特別采用了高效率的傳送帶。該傳送帶帶有擋邊和圍欄，可將掃盤清掃到傳送帶上的落葉通過圍欄的攔截送到位置較高的粉碎模塊。

2.3 落葉粉碎系統(tǒng)

本車采用了雙月牙型刀片并用雙刀片同時(shí)切割保證及時(shí)切碎傳送過來的樹葉。便于回收和二次加工。并配有收集道對(duì)切割后的落葉進(jìn)行約束使之落到上收集箱中。

2.4 自動(dòng)推拉收集箱

在自動(dòng)化普及的背景下，小車加裝了可自動(dòng)拉伸收縮的收集箱用以回收落葉。減少了人工工作量。自動(dòng)推拉機(jī)構(gòu)由滑軌、電動(dòng)推桿組成電動(dòng)推桿徑向和軸向尺寸較小。傳動(dòng)時(shí)采用行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，末端輸出采用梯形螺紋機(jī)構(gòu)將圓周運(yùn)動(dòng)化為直線運(yùn)動(dòng)獲得較大的軸向力和較高的傳動(dòng)效率并保證機(jī)構(gòu)的自鎖性。

3 結(jié)束語

本車采用雙重清潔，收集箱實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。掃地效率和清潔度具有較大的提高。適用于學(xué)校、街道、小區(qū)等人為活動(dòng)的小型場(chǎng)所。粉碎系統(tǒng)對(duì)落葉的粉碎加工為落葉的收集及二次提供了便利。采用型材框架做小車主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各清掃系統(tǒng)部件易于調(diào)整空間位置。成本低，結(jié)構(gòu)精巧穩(wěn)定。五大系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)了落葉的清掃、傳送、粉碎及收集并且相互配合協(xié)調(diào)運(yùn)作可通過調(diào)節(jié)速度來適應(yīng)不同類型的地面落葉清掃。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶菲，劉楊，季恒芳，等.城市落葉如何處理[J].科學(xué)大眾：科學(xué)教育，2002（11）：36-37.

[2]徐小六，白甫停，余雨.小型手推式落葉清掃車的研制[J].科技資訊，2013（33）：50-51.

[3]王芳，李洪遠(yuǎn).綠化廢棄物資源化利用與前景展望[J].中國發(fā)展，2014（1）.

[4]濮良貴，紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2012.

[5]徐會(huì)敢，任國濤，趙金鵬.清掃車盤刷工作參數(shù)試驗(yàn)研究[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2013（4）：107-111.

[6]孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].高等教育出版社，2012.

[7]嚴(yán)紹華.工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)Ⅱ熱加工工藝基礎(chǔ)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[8]周祖德，唐永紅.機(jī)電一體化（第一版）[M].華中科技大學(xué)出版社，2002.

[9]賈米娜，郭鋒.實(shí)用電動(dòng)推桿[J].機(jī)械管理開發(fā)，2006（2）：58-59.