小型多功用環境清理車的設計初探

張恩惠，殷小瑞，王述洋

(東北林業大學機電工程學院，黑龍江哈爾濱 150040)

當今社會，人類對自身生存環境的舒適度和健康水平要求愈來愈高，住宅區、校園和廣場等場所的環境美化和清理顯得尤為重要，草坪修剪車、草坪清掃車、吸塵清掃車和掃雪機等各種用于清理環境的小型機械設備相繼出現，并且成為人們生活中不可缺少的一部分。但目前存在的問題是，各種小型機械設備繁多，且年利用率不高，給維護儲存帶來很大不便。根據我國國情及園林綠化作業的特點，我國園林綠化機械的發展，現階段應該研究以小型為主、一機多用、經濟耐用的作業機械［1］。針對上述情況，設計研究出一款只要更換工作裝置，就能有多種功用的小型環境清理車，具有重大的意義。本文對其結構特點及工作原理進行重點介紹。

1 總體結構特點及工作原理

1.1 結構組成

小型多功用環境清理車主要由簡單的專用底盤、減速箱、無級變速器、工作裝置、氣力輸送管道、清潔裝置、收集袋、燃油箱和發動機等主要部件組成。

其主要外形特點是:發動機后置，駕駛員的坐位設在燃油箱上方，工作裝置位于中間底盤下部，氣力輸送管道的一端與工作裝置連接，另一端與后置的集物袋連接。如圖1所示。

圖1 小型多功用環境清理車基本結構示意圖注:1－收集袋;2－氣力輸送管道;3－發動機;4－燃油箱;5－底盤;6－清潔裝置;7－工作裝置Fig.1 The basic structure diagram of small-scale multi-function environmental cleaning car

1.2 工作原理

小型環境清理車的無級變速裝置是傳統的摩擦圓盤式，如圖2所示，該圓盤和鏈傳動減速箱一起可以左右移動，由操縱踏板通過杠桿系統實施其移動;當壓下前進或后退的踏板時，帶圓盤的鏈傳動減速箱沿著后橋半軸移動，隨著移動改變了圓盤的轉速，也就改變了驅動輪的轉速，改變了車的運移速度;無級變速器的主動盤是往一個方向以定角速度旋轉的，帶圓盤的減速箱可以從中心位置向右或向左移動，這決定于壓下的是前進踏板還是后退踏板，以達到機器前進或倒退的目的［2］。

圖2 小型多功用環境清理車傳動示意圖注:1－驅動行走輪;2－鏈傳動;3－圓盤式無級變速器;4－帶傳動;5－可移動減速箱;6－差速器;7－工作部件Fig.2 The transmission schematic diagram of small-scale multi-function environmental cleaning car

工作裝置的動力來自可移動減速箱，通過動力輸出軸、鏈傳動和無級變速器，然后再由帶傳動輸送到工作部件。

1.3 主要技術性能參數

小型環境清理車結構上相對比較簡單，由于是針對宅區、校園、廣場等比較平坦的環境設計的，所以對功率和轉彎半徑要求都比較低;該車的幾種主要性能參數見表1。

表1 小型多功用環境清理車主要性能參數Tab.1 The main performance parameters of small-scale multi-function environmental cleaning car

2 幾種功能及其工作裝置

不同的功能是通過更換相應的工作裝置實現的?？筛鼡Q的工作裝置主要包括:用于修剪草坪的切割裝置、用于清掃草坪和街道的裝置、用于清掃積雪的掃雪裝置。由于所設計的工作裝置置于車底盤下部，給更換工作裝置帶來很大不便，所以在工作裝置與底盤之間增加滑移裝置，如圖3所示。手動打開滑移裝置上的鎖扣，輕輕一拉，工作裝置就會從車底盤下部滑出，更換結束之后，將工作裝置通過滑移導軌推入底盤下部，鎖緊鎖扣即可，這樣能夠使更換工作更加簡單快捷，且經濟環保。

圖3 滑移裝置結構簡圖注:1－鎖扣;2－滑移導軌;3－安裝盤Fig.3 Structure diagram of slip device

2.1 切割裝置

切割裝置按照刀具種類的不同可以分為旋刀式、滾刀式、往復刀齒式、甩刀式和甩尼龍繩式等［3］，其中以旋刀式和滾刀式使用最普遍。小型環境清理車是針對比較平坦的草坪環境設計的，對草坪修剪的質量要求不是非常高，所以選用旋刀式切割裝置。

旋刀裝置包括刀盤體 (護罩)、刀盤體的支承輪和修剪高度調節裝置等，都是單獨的部件，通過掛結聯桿掛結在自行式底盤上［4］。

旋刀裝置按旋刀數量分，有單刀、雙刀和三刀幾種，每一把切割刀片都有單獨的驅動輪。刀數越多割幅越寬。不論是單刀、雙刀還是三刀，都組裝在一個刀盤體內，切割裝置的帶傳動系統、刀片制動器、修剪高度調節裝置、掛結機構等也都安裝在刀盤體上，整個刀盤體掛結在拖拉機或小車底盤上，一般刀盤體都有支承輪支承，支承輪的高度可以調節，調節支承輪的高度實際上就是調節刀片的修剪高度，有逐輪調節，也有通過一個手柄就可調節全部支承輪的。

旋刀切割裝置根據掛結或安裝的位置有軸間式、前置式、后置式、側置式和復合式等。軸間式是將切割裝置安裝在底盤的前后輪軸之間，它的優點是結構緊湊，操作者的視野好，轉向比較靈活，轉彎半徑相對較小，對安裝有支承輪的軸間式切割裝置來說，對地面起伏的適應性相對較好，缺點是底盤的前輪會滾壓一部分未修剪的草坪，增加了這部分草坪的修剪難度。

本文所用到的旋刀裝置是針對城市宅區、校園、廣場等比較平整的草坪設計的，結合軸間式的特點，本文選用雙刀 (如圖4所示)、軸間式且不必安裝支承輪的旋刀裝置。

圖4 雙刀切割裝置傳動示意圖注:1－動力輸出帶輪;2－固定導向輪;3－右刀片驅動帶輪;4－V帶;5－左刀片驅動帶輪;6－張緊輪Fig.4 Schematic diagram of two knives cutting device transmission

2.2 清掃吸塵裝置

清掃裝置主要由與吸嘴相連的3個旋刷組成，如圖5所示。

圖5 清掃裝置結構示意圖注:1－離心式風機;2－吸嘴;3－旋刷Fig.5 Structure diagram of cleaning device

旋刷安裝在吸嘴前方，當旋刷旋轉時，刷子上的尼龍絲能抓住落在草坪上的垃圾、落葉和碎草，將其拋向吸嘴;吸嘴則利用離心式風機產生的負壓，將垃圾吸進，并通過氣力輸送管道，將垃圾送入收集袋，吸嘴和旋刷的高度是可調的，作業時一般調至剛接觸到草坪表面的高度為宜。若太低會損傷草株，甚至把部分土粒吸出，使草根裸在外面;若太高則會影響清掃質量，無法清掃干凈。

除了用于清掃草坪上的垃圾 (如紙、煙頭、果皮等)、落葉和修剪下來的草屑，還可以用于清掃公園園路、廣場，以及城市街道、馬路等硬質路面。

當清掃硬質路面上的塵土時，在旋刷工作范圍內采用水噴頭噴霧的方式進行壓塵，能夠提高清掃效率，減少毛刷磨損，防止使用時出現揚塵現象，造成二次污染環境。

2.3 掃雪裝置

掃雪裝置的工作原理和清掃裝置類似，當旋刷(如圖6所示)旋轉時，刷毛能將積雪迅速拋向吸嘴，吸嘴利用離心式風機產生的負壓，將雪排向一側。氣力輸送管道可以根據需要開啟與關閉，開啟時，可以將積雪向集草一樣送進收集袋，便于清理;關閉時，清掃的積雪通過吸嘴排向一側。

刷毛由富有彈性且耐磨的金屬絲或重合酰胺纖維或合成纖維構成，它在作業時有一定的彎曲度，以便把低凹處的積雪清掃出來。

所設計的掃雪裝置主要用于公園園路、林蔭道、廣場、人行道等處清掃松軟的積雪，把積雪推向一邊，清理出一條無積雪的通道。

圖6 旋 刷Fig.6 Rotary brush

3 結束語

本設計結合一機多用、經濟環保的設計主題，利用通用化設計理念，設計出一款只要更換工作裝置，就能有多種功用的小型環境清理車。解決了更換工作裝置過程中出現的問題，使更換工作更加便捷。該車具有修剪草坪、清掃草坪垃圾、清掃街道塵土垃圾、街道積雪等多種功用，四季通用，小巧玲瓏、結構緊湊、安全可靠、操作方便靈活，能夠給現代宅區、校園、廣場等美化環境帶來極大的方便，推廣應用價值很好。

【參 考 文 獻】

［1］王乃康，茅也冰，趙 平．現代園林機械［M］．北京:中國林業出版社，2004．

［2］顧正平，沈瑞珍，劉 毅．園林綠化機械與設備［M］．北京:機械工業出版社，2002．

［3］俞國勝，李 敏，孫吉雄．草坪機械［M］．北京:中國林業出版社，1999．

［4］葛安華，陶 鵬，李權章．基于ADAMS的采伐聯合機臂系運動學仿真分析［J］．森林工程，2012，28(2):34 －35．