邢智慧

（沈陽城市建設(shè)學(xué)院，遼寧 沈陽110167）

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，更多的人已經(jīng)不僅僅局限于物質(zhì)追求，對(duì)生活環(huán)境的追求也日趨明顯。所以，改善環(huán)境、保持環(huán)境、創(chuàng)造環(huán)境也成為人們追求高生活質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。

室內(nèi)大廳的地面，比如教學(xué)樓、辦公樓、商場(chǎng)的地面，保持干凈、整潔、衛(wèi)生，需要清潔工人付出辛勤的勞動(dòng)。然而目前，室內(nèi)大廳的清潔工作仍以人工手持掃把、拖布清掃為主，清掃時(shí)工人需要低頭彎腰，對(duì)身體的損耗非常大，非常勞累。所以，研究一款靈巧方便的清潔工具，改善清潔工人勞動(dòng)時(shí)的身體姿態(tài)，從而減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，是非常必要的。

本文擬設(shè)計(jì)一種地面垃圾清理機(jī)，能同時(shí)完成清掃地面、垃圾收集、擦拭地面的功能，能節(jié)省下大量人力，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

2 方案設(shè)計(jì)

采用電動(dòng)機(jī)作為系統(tǒng)的動(dòng)力源，將會(huì)使垃圾清理機(jī)成本大幅增加，同時(shí)電動(dòng)機(jī)噪音大，電線不易過長，行走不方便，不能大面積的清掃。采用人力作為該裝置的動(dòng)力源，通過結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，使垃圾清理機(jī)本身小巧靈活，將以往人們打掃時(shí)彎腰的姿勢(shì)變?yōu)橹绷⑿凶叩淖藙?shì)，這一改變將大大減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。另外，該裝置還具有垃圾收集、擦拭地面的功能，滿足了清掃過程中工具齊全性的要求，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，為徹底清潔提供了方便。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 工作原理

該垃圾清理機(jī)主要由支撐架、掃地裝置、擦地裝置、撿拾裝置、收集裝置五部分組成。通過各構(gòu)件有機(jī)有序的配合工作，可以使人保持直立行走的姿勢(shì)，向前推動(dòng)整套裝置，與此同時(shí)即可完成掃地、收集垃圾、擦地的功能。當(dāng)不需要工作時(shí)，該垃圾清理機(jī)相當(dāng)于一個(gè)臨時(shí)的垃圾箱，可以向里投擲垃圾，方便運(yùn)輸、清潔，而且可拆卸。

具體的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該垃圾清理機(jī)主要由轉(zhuǎn)向輪1、清潔毛刷2、撮子3、驅(qū)動(dòng)輪4、鏈輪拖布5、支撐架6、鏈條7 組成。工作時(shí)，工人手扶支撐架6，動(dòng)力便傳至機(jī)體兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪4處，驅(qū)動(dòng)輪4 所在的輪軸一側(cè)裝有鏈輪，通過鏈傳動(dòng)，將動(dòng)力傳至機(jī)體前端清潔毛刷2 所在傳動(dòng)軸一側(cè)的鏈輪處，這樣就能使清潔毛刷實(shí)現(xiàn)清掃地面的功能。在此過程中，四個(gè)導(dǎo)向輪1 起導(dǎo)向、支撐的作用。撮子3 安裝在支撐架6 上，在工作時(shí)，撮子架上端會(huì)安裝一個(gè)垃圾袋，當(dāng)清潔毛刷清掃垃圾時(shí)，它能夠?qū)⑵涫占链樽永?。?dāng)垃圾較多時(shí)，可以用腳踩撮子架，將垃圾倒入垃圾袋中，垃圾袋可以隨時(shí)替換。在清掃的過程中，鏈輪拖布5 會(huì)一直工作，清潔毛刷2 清掃完地面后，鏈輪拖布5 緊接著會(huì)擦拭地面，實(shí)現(xiàn)工人一次走過，完成掃地、拖地兩項(xiàng)工作。

圖1 地面垃圾清理機(jī)示意圖

3.2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.2.1 清掃裝置

利用鏈傳動(dòng)原理完成清潔毛刷的清掃工作。通過合理選擇鏈輪直徑的大小，獲得一定的轉(zhuǎn)速比，從而獲得不同的轉(zhuǎn)速，方便完成預(yù)期動(dòng)作。如圖2 所示。

圖2 清掃裝置

3.2.2 收集裝置

利用杠桿原理，通過一套雙杠桿機(jī)構(gòu)將撮體升降至相應(yīng)位置，通過腳踏方式完成垃圾的傳送，減輕了雙手的工作量及操作的復(fù)雜度。具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 收集裝置

4 參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 整體外觀參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1.1 高度

根據(jù)大多數(shù)人的身高，設(shè)計(jì)車體整體高度為800～1100mm，使得工作時(shí)雙臂可自然彎曲，身體保持直立姿勢(shì)，消除了傳統(tǒng)打掃時(shí)的彎腰動(dòng)作，減輕勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，提高工作效率。

4.1.2 寬度

與成人肩同寬，在500～750mm 之間，工作時(shí)雙臂無須外擴(kuò)或夾緊，與正常走路姿勢(shì)相似，減少工作疲勞強(qiáng)度。

4.1.3 長度

為了方便清掃，車體前方應(yīng)有一定的有效可視區(qū)域，還應(yīng)保證合適的空間安放清潔毛刷、傳動(dòng)軸、拖布，經(jīng)過多次試驗(yàn)，定于長度在800～1100mm 之間，既保證了有效的工作面積，又能確保工人可以看清車體前方物體。

最終確定各數(shù)據(jù)分別為：高度：h=1000mm；寬度：b=670mm；長度：l=900mm，長度與高度相差不多，使得整機(jī)類似于等腰三角形，增加了整體美觀性，同時(shí)也保證了系統(tǒng)的平穩(wěn)性。

4.2 車輪及鏈輪鏈條參數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)，最終確定垃圾清理機(jī)關(guān)鍵部件的參數(shù)為：

4.2.1 車輪

驅(qū)動(dòng)輪4 直徑：d1=120mm，轉(zhuǎn)向輪1 直徑：d2=100mm。

4.2.2 清掃裝置

大鏈輪直徑：d鏈1=90mm，大鏈輪齒數(shù)：z鏈1=29；

小鏈輪直徑：d鏈2=60mm，小鏈輪齒數(shù)：z鏈2=21；

鏈條厚度：s=15mm。

4.2.3 拖地裝置

大鏈輪直徑：d鏈3=90mm，大鏈輪齒數(shù)：z鏈3=7；

小鏈輪直徑：d鏈4=60mm，小鏈輪齒數(shù)：z鏈4=12；

鏈條厚度：s=20mm。

4.2.4 撮子

長：l=310mm；寬：b=470mm；高：h=150mm。

4.2.5 樣機(jī)試制

通過以上參數(shù)設(shè)計(jì)，最終確定了地面垃圾清理機(jī)的具體參數(shù)，并依此參數(shù)完成樣機(jī)的制作，具體如圖4 所示。

圖4 地面垃圾清理機(jī)樣機(jī)外觀圖

5 結(jié)論

本文對(duì)地面垃圾清理機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)選擇及樣機(jī)試制。該機(jī)能夠一次完成掃地、收集垃圾、擦地的功能。機(jī)具實(shí)用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便舒適，能夠?qū)⑷藗儚膫鹘y(tǒng)的彎腰掃地擦地的姿勢(shì)中解放出來，以此減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

6 展望

通過對(duì)垃圾清理機(jī)樣機(jī)調(diào)試及試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該機(jī)能夠很好的完成清掃功能，垃圾收集功能及擦地功能需進(jìn)一步研究、調(diào)試。具體有以下幾點(diǎn)有待進(jìn)一步研究：

6.1 確定清潔毛刷安裝軸與地面的最佳高度，毛刷的材質(zhì)及長度有待進(jìn)一步確定。

6.2 在本樣機(jī)中，垃圾收集裝置能夠起到收集垃圾的功能，但其安放位置及固定方式還有待進(jìn)一步研究。

6.3 在本樣機(jī)中，擦地裝置選擇海綿材質(zhì)，機(jī)具在行進(jìn)過程中，能夠簡單的擦除地面的浮灰，但是拖布如何拆卸、如何清洗，還有待進(jìn)一步研究。

總之，通過對(duì)該機(jī)具的設(shè)計(jì)、參數(shù)選擇、樣機(jī)制作及試驗(yàn)進(jìn)行研究，證實(shí)該機(jī)能夠有效改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率，具有一定的生產(chǎn)使用價(jià)值。