唐女智，徐欽云，李 鋼，馬梓璇，楊家興，王 彥

（南華大學(xué)，湖南 衡陽(yáng)421000）

1 背景概述

近幾十年來(lái)，人口密度隨著城市的發(fā)展逐年增大，其中人口高密度引發(fā)的一項(xiàng)比較嚴(yán)重的問(wèn)題便是生活垃圾處理變得越來(lái)越艱難。現(xiàn)今，無(wú)論是城市的街道還是人們所居住的社區(qū)，很大部分的城市生活垃圾都是由環(huán)衛(wèi)工人來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一收集與處理的。而環(huán)衛(wèi)工人沒(méi)有先進(jìn)的垃圾收集和處理設(shè)備，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力進(jìn)行垃圾分類。目前大部分國(guó)內(nèi)的環(huán)衛(wèi)工人用品重功能輕設(shè)計(jì)。為了保持城市的良好的生活環(huán)境，環(huán)衛(wèi)工人每天起早貪黑掃大街。但他們的作業(yè)裝置落后，時(shí)常出現(xiàn)事倍功半的狀況。

2 市場(chǎng)調(diào)研

筆者們調(diào)查了衡陽(yáng)市蒸湘區(qū)、石鼓區(qū)等幾個(gè)街道的環(huán)衛(wèi)工人，他們大多數(shù)都是上了年紀(jì)的中老年人，早上05：00左右起床進(jìn)行大街清掃，工作量非常大。通過(guò)調(diào)查得知，他們每天起早貪黑，街道上碎末垃圾量很多，他們的勞動(dòng)量很大，清掃效率低，由于工作很累，他們經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)腰酸背疼腰間盤突出及冬天生凍瘡的現(xiàn)象。他們非?？释羞@樣一款輕便且功能齊全的掃地車來(lái)輔助他們完成工作。

基于此，我們團(tuán)隊(duì)研究出了這款“U&I”環(huán)保掃地機(jī)，可以解決環(huán)衛(wèi)工人清掃效率低、死角垃圾處理、因工作量大而導(dǎo)致身體不適等問(wèn)題。

3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 簡(jiǎn)易環(huán)衛(wèi)車的整體結(jié)構(gòu)

U&I環(huán)保掃地車簡(jiǎn)易模型如圖1所示。在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品色彩與產(chǎn)品造型一樣，是視覺(jué)上最直觀的感受，而車身的符號(hào)在設(shè)計(jì)中具有重要的表達(dá)意義。因此掃地機(jī)外身設(shè)計(jì)美觀，內(nèi)座柔軟舒服，符合人性化設(shè)計(jì)要求。車身采用藍(lán)白色相間，車身設(shè)計(jì)標(biāo)志，顯示掃地機(jī)此時(shí)的工作狀態(tài)。掃地機(jī)上的自動(dòng)清潔設(shè)備設(shè)計(jì)了清晰的人機(jī)交互符號(hào)，能保證環(huán)衛(wèi)工人在使用過(guò)程中能夠發(fā)出正確的指令。

圖1 U&I環(huán)保掃地車簡(jiǎn)易模型

3.2 設(shè)計(jì)過(guò)程

3.2.1 爬樓裝置設(shè)計(jì)

通過(guò)實(shí)地進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)樓梯的高度眾數(shù)在16 cm左右，寬度眾數(shù)大致在30 cm左右，根據(jù)此數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)爬樓輪胎。輪胎需要滿足的功能有：在平地上行駛的時(shí)候，能夠和普通輪胎一樣，為一個(gè)圓形輪胎；爬樓梯的時(shí)候，能夠自然地伸展開(kāi)來(lái)，實(shí)現(xiàn)像坦克履帶式的爬樓梯動(dòng)作，即把輪胎拆分為一個(gè)又一個(gè)的塊狀物，翻上樓梯。模塊化輪胎如圖2所示。

圖2 模塊化輪胎

筆者們把低速液壓馬達(dá)創(chuàng)新性地應(yīng)用到了爬樓輪胎里面，輪胎模塊的伸出范圍為0～20 mm之間。當(dāng)輪胎在平地上行駛的時(shí)候供油泵停止工作，輪胎模塊由于車的重力作用通過(guò)套筒口被壓在定子里，形成一個(gè)普通的輪胎。爬樓輪胎所需要的液壓油來(lái)自于一個(gè)液壓泵，通過(guò)油量分配箱分配到將要工作的輪胎里面，即某一個(gè)輪胎接觸階梯時(shí)候，液壓油就通到那一個(gè)輪胎里去，同時(shí)可以平均分配液壓油到三個(gè)輪胎里。

當(dāng)掃地機(jī)爬樓梯時(shí)，液壓馬達(dá)開(kāi)始工作，此所定子與輪軸鎖死而固定不動(dòng)，輪胎模塊通過(guò)液壓力的作用抵開(kāi)套筒口，然后開(kāi)始爬樓。

爬樓過(guò)程如圖3所示。

圖3 爬樓過(guò)程

3.2.2 清掃裝置設(shè)計(jì)

吸塵機(jī)部分為垃圾的收集提供動(dòng)力保證，整部分由六個(gè)部分組成，由下到上分別是轉(zhuǎn)接盒、篩網(wǎng)、電機(jī)架、機(jī)蓋、風(fēng)扇、電機(jī)組成。吸塵機(jī)部分如圖4所示。

圖4 吸塵機(jī)部分

3.2.3 噴淋裝置設(shè)計(jì)

水箱里面的水通過(guò)重力作用流到邊刷上面，邊刷旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)水灑向四周，有效地減少了掃地過(guò)程中揚(yáng)起的灰塵。

3.2.4 自動(dòng)卸載垃圾裝置設(shè)計(jì)

自動(dòng)卸載垃圾裝置如圖5所示。當(dāng)掃地機(jī)在正常掃地時(shí)候，電動(dòng)推桿帶動(dòng)集塵箱蓋閉合，裝滿時(shí)候，把掃地機(jī)開(kāi)到垃圾池附近，電動(dòng)推桿推開(kāi)集塵箱蓋，實(shí)現(xiàn)傾倒的動(dòng)作。

圖5 自動(dòng)卸載垃圾裝置

3.2.5 驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

該掃地機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置由鋰電池驅(qū)動(dòng)，清潔環(huán)保，排放廢氣少。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

具體創(chuàng)新點(diǎn)如下：①在“U&I環(huán)保掃地機(jī)”側(cè)部增加了手?jǐn)y式垃圾管道，該管道使用塑料制成并且質(zhì)量好、質(zhì)量小，環(huán)衛(wèi)工人可以手提吸走街道死角垃圾；②設(shè)置了一種滾輪結(jié)構(gòu)，可以上下樓梯；③車身設(shè)置了自動(dòng)卸載垃圾裝置；④車型設(shè)計(jì)內(nèi)部構(gòu)造舒適宜人，外形美觀，操作簡(jiǎn)便，功能齊全；⑤采用電池作為電力驅(qū)動(dòng)，相比之前掃地機(jī)燒柴油更經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

5 小結(jié)

“U&I環(huán)保掃地車”采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，并與環(huán)保綠色相結(jié)合。該款針對(duì)環(huán)衛(wèi)工人使用的掃地機(jī)具有良好的社會(huì)效益，市場(chǎng)前景廣闊，將推動(dòng)環(huán)衛(wèi)事業(yè)的發(fā)展，解決環(huán)衛(wèi)工人清掃效率低、長(zhǎng)期工作累引發(fā)身體疾病的問(wèn)題。

該研究的初衷是為了減輕環(huán)衛(wèi)工人的工作量，改善他們的工作環(huán)境。筆者們?cè)O(shè)想將機(jī)電一體化的掃地機(jī)應(yīng)用于各中小城市，落實(shí)到每一位環(huán)衛(wèi)工人使用的話，環(huán)衛(wèi)工作者將倍感欣慰，城市衛(wèi)生將進(jìn)一步得到改善，市民的素質(zhì)將得到一定程度的提高。