邱鵬

株洲市電動(dòng)汽車示范運(yùn)營(yíng)有限公司 湖南 株洲 412000

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人們對(duì)于自身生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高，但是由于當(dāng)前人工體力勞動(dòng)的成本也越來(lái)越高，所以單純依靠人工來(lái)進(jìn)行公共基礎(chǔ)設(shè)施等的環(huán)衛(wèi)清掃是非常不現(xiàn)實(shí)的，因此可以進(jìn)行快速環(huán)衛(wèi)清掃作業(yè)的機(jī)械設(shè)備得到了快速地推廣以及應(yīng)用。只是當(dāng)前所推廣使用的清掃設(shè)備基本上都用于一些相對(duì)寬闊平坦的城市道路，這些清掃設(shè)備由于體型相對(duì)較大，所以并不適用于城市住宅以及大街小巷等有路牙的相對(duì)狹窄的道路的清掃。基于這種情況，需要設(shè)計(jì)出一款可以有效對(duì)路牙進(jìn)行清洗清掃的小型清掃車，從而保證城市住宅以及大街小巷等有路牙的相對(duì)狹窄道路的清潔。在本文中，我們便對(duì)該小型清掃車的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行簡(jiǎn)單敘述，并且通過(guò)計(jì)算來(lái)驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方案下的小型清洗車可以有效滿足其在復(fù)雜路面的工作要求。

1 設(shè)計(jì)方案

由于該清掃車主要用于城市住宅以及大街小巷等有路牙的相對(duì)狹窄道路的清潔，所以為了保證清掃車的正常作業(yè)，我們使清掃車主要通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)的方式來(lái)進(jìn)行行駛，并且利用電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)清掃車的洗刷機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)其清掃功能。同時(shí)為了保證清掃車小型化，我們使清掃車的水泵以及清掃機(jī)械保持一定的獨(dú)立性。除此之外，還需要對(duì)清掃車的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)以及具體的傳動(dòng)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。接下來(lái)我們便對(duì)其進(jìn)行介紹。

1.1 清掃車的參數(shù)設(shè)計(jì)

為了使清掃車可以對(duì)路牙進(jìn)行有效的清洗，我們對(duì)清掃車的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

工作時(shí)速：1～3.5km/h；

路牙清洗高度：h≤200mm；

爬坡度：最大30%；

車載刷頭轉(zhuǎn)速：300r/min；

車載水箱容量：滿載500L；

有效工作時(shí)間：水箱滿載情況下可以持續(xù)清掃作業(yè)30～50min。

1.2 清掃車傳動(dòng)方式的設(shè)定

當(dāng)前常用的大型清掃車主要使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，然后通過(guò)液壓傳動(dòng)來(lái)進(jìn)行變速，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載的傳遞。由于本文所設(shè)計(jì)的清掃車多用于狹窄的道路，所以清掃車應(yīng)該具備低速、小型化的特點(diǎn)?；诖耍覀儽阋云桶l(fā)動(dòng)機(jī)為清掃車的動(dòng)力，然后以機(jī)電傳動(dòng)來(lái)進(jìn)行負(fù)載的傳動(dòng)[1]。

2 清掃車整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文所提出的可清洗路牙的小型清掃車的整體系統(tǒng)主要包括清掃車發(fā)動(dòng)機(jī)、清掃系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)以及減速系統(tǒng)。接下來(lái)，我們便依次對(duì)其相關(guān)的選定以及設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹說(shuō)明。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的選定

發(fā)動(dòng)機(jī)是清掃車可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)的基礎(chǔ)，因此需要根據(jù)清掃車各個(gè)機(jī)構(gòu)所需的實(shí)際功率來(lái)確定清掃車的總功率，并且結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定來(lái)選擇合適的發(fā)動(dòng)機(jī)。

首先我們對(duì)清掃車的總功率進(jìn)行確定：

本計(jì)算公式中：

M：傳動(dòng)裝置的總效率。

基于以上計(jì)算公式，結(jié)合實(shí)際使用場(chǎng)景所需的功率，可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為7.5kW。

其次需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行確定，由于轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及功率之間存在著一定的關(guān)系，這個(gè)關(guān)系可以通過(guò)以下公式來(lái)表示：

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩以及功率便可以得到最佳的匹配，即轉(zhuǎn)矩T為20N·m，功率為6.28kW。根據(jù)這些計(jì)算得到的參數(shù)，我們?yōu)樵O(shè)計(jì)中的小型清掃車選擇裝配了MZ/R300型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)樵撔桶l(fā)動(dòng)機(jī)的功率為10kW，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)3000r/min，同時(shí)其耗油量較低，約為200g/kW·h。根據(jù)這些參數(shù)，可以知道該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)可以有效滿足我們所提出的小型清掃車的工作要求，同時(shí)還具有耗油量少、低成本以及維護(hù)方便等的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 清潔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文所提的小型清掃車的清潔系統(tǒng)主要由路面清掃系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)以及路牙洗刷系統(tǒng)組成，我們將依次對(duì)這三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。

首先，我們對(duì)路面清掃系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)小型清掃車的清潔順序，其路面清掃系統(tǒng)安排在清掃車的前方。在整個(gè)路面清掃系統(tǒng)中，主要是由一個(gè)小型電機(jī)帶動(dòng)圓盤軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)軸上安裝的洗刷來(lái)進(jìn)行路面的清掃作業(yè)，而且為了保證清掃區(qū)域的干凈度，洗刷設(shè)計(jì)直徑為300mm，材質(zhì)采用高強(qiáng)尼龍絲，整體斷面為橢圓形。同時(shí)，我們?cè)谇鍜哕嚨能嚨字醒胛恢迷O(shè)置安裝了一個(gè)導(dǎo)流板，這個(gè)導(dǎo)流板可以對(duì)垃圾在洗刷轉(zhuǎn)速下的移動(dòng)方向進(jìn)行一定的限制，從而有效避免垃圾的四處飛散。

其次，對(duì)小型清掃車的噴水系統(tǒng)進(jìn)行介紹。此清掃車由于作業(yè)環(huán)境而應(yīng)該具備小型化的特點(diǎn)，所以我們使清掃車的水泵以及清掃機(jī)械保持一定的獨(dú)立性，并不會(huì)受到機(jī)械傳動(dòng)的控制。因此我們選用了其開(kāi)閉可以通過(guò)電鈕開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行控制的24V低壓直流泵，且清掃車采用滿載容量可達(dá)500L的水箱，保證清洗過(guò)程中的供水充足。同時(shí)為了該清掃車可以有效滿足各種不同路面的清洗作業(yè)，我們選擇了雙噴頭型的噴嘴，其流量通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)行合理的控制，從而有效保證了清掃車可對(duì)不同路面進(jìn)行清潔。

最后，對(duì)該小型清掃車的路牙洗刷系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。由于該小型清掃車除了對(duì)路面進(jìn)行清掃外還應(yīng)該對(duì)路牙進(jìn)行清潔。所以根據(jù)該特點(diǎn)將路牙洗刷系統(tǒng)設(shè)置在清掃車的側(cè)面，該洗刷系統(tǒng)中通過(guò)小型電機(jī)以及鏈輪傳動(dòng)來(lái)對(duì)洗刷軸的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行合理的控制。由于路牙相對(duì)路面較高，且呈垂直面，所以我們將洗刷系統(tǒng)的不銹鋼芯軸通過(guò)平鍵來(lái)連接在尼龍軸套上，并且將0.5mm的高強(qiáng)尼龍毛刷裝置在尼龍軸套上的木棒內(nèi)，一來(lái)可以保證洗刷系統(tǒng)的使用周期，二來(lái)可以在對(duì)路牙洗刷時(shí)，其洗刷軸可以抬起至合理的高度，從而可以對(duì)路牙進(jìn)行快速有效的清掃[2]。

為了保證路牙洗刷系統(tǒng)可以對(duì)路牙進(jìn)行有效清潔，需要對(duì)洗刷軸的絕對(duì)速度s以及速度內(nèi)傾角α進(jìn)行計(jì)算，在保證毛刷的接地中心角不變的前提下，洗刷軸合理的絕對(duì)速度以及速度內(nèi)傾角的確定可以使得高強(qiáng)度尼龍毛刷裝置的有效使用。計(jì)算公式如下：

其中，w為洗刷軸的相對(duì)速度，v為清掃車的行駛速度，β為毛刷的接地中心角，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的確定，計(jì)算得到洗刷軸的絕對(duì)速度可以保持在6～15m/s，其速度內(nèi)傾角可以為20°～35°之間，在此范圍內(nèi)，毛刷裝置便可以對(duì)路牙進(jìn)行有效的清潔。

2.3 行駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該清掃車的行駛系統(tǒng)除了正常的行駛作用外，還可以將各種不同路面作用給清掃車車輪的力矩進(jìn)行一定程度的承受以及傳遞，從而使該小型清掃車可以承受不同程度的顛簸震動(dòng)以及一定程度的沖擊。

為了使行駛系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的各項(xiàng)功能，該系統(tǒng)主要由前輪、后輪、驅(qū)動(dòng)橋以及制動(dòng)器組成，同時(shí)我們根據(jù)實(shí)際的使用場(chǎng)景將行駛系統(tǒng)的前后輪進(jìn)行大小輪的設(shè)計(jì)。將清掃車的前輪設(shè)置為大輪，使其可以作為驅(qū)動(dòng)輪來(lái)承擔(dān)清掃車的整體質(zhì)量，而由于后輪的主要作用是導(dǎo)向，即起到導(dǎo)向輪的作用，所以可以將后輪設(shè)計(jì)為小輪。整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)采用了液壓盤式的制動(dòng)方式，從而保證行駛系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.4 減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于此清掃車除了具有小型化的特點(diǎn)外，在行駛過(guò)程中還具有低速的特點(diǎn)，所以我們?cè)O(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為1500～2000r/min，而在減速過(guò)程中則主要通過(guò)皮帶傳動(dòng)來(lái)起到機(jī)構(gòu)的過(guò)載保護(hù)作用。同時(shí)，由于該小型清掃車的減速相對(duì)較大，所以在減速系統(tǒng)中，我們選擇了美國(guó)園林機(jī)械中常用的變速器。此減速器的減速比可達(dá)9.63，同時(shí)在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)四個(gè)進(jìn)檔以及一個(gè)退檔，其進(jìn)檔速度依次為1km/h、1.5km/h、1.9km/h以及3km/h，退檔速度則為2.6km/h，可以有效地滿足該減速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前生活水平下，人們對(duì)于生活居住環(huán)境的要求逐漸提升，但是一些有路牙的相對(duì)狹窄偏僻的道路由于人工清掃強(qiáng)度太大，且目前所使用的大型清掃設(shè)備并不能進(jìn)入這些道路進(jìn)行清潔，導(dǎo)致這些帶路牙的道路極大程度上影響了城市的美觀以及人們的生活體驗(yàn)。基于此，在本文中，我們提出了一種可清洗路牙的小型清洗車的設(shè)計(jì)方案，并且通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算證明了該清洗車可以有效滿足其在復(fù)雜路面的工作要求，可以對(duì)道路路牙進(jìn)行有效清潔。