一種自動擦地機設計

摘 要：文章提供了一種自動擦地機，其原理是將拖布在豎直方向旋轉(zhuǎn)，在拖布的上方有噴水桿，濕潤的、旋轉(zhuǎn)著的拖布的邊緣和地面接觸，擦走了地面的灰塵，在臟拖布的旋轉(zhuǎn)過程中，首先被淋上清水，稀釋了灰塵，然后碰上一阻擋桿，將灰塵臟水甩到集水槽里，干凈的、濕潤的拖布進行下一輪的擦地。該產(chǎn)品適合于水泥、陶瓷地面的清潔。

關(guān)鍵詞：水泥地面；擦地機；拖布；自動清洗

引言

目前，清掃形如瀝青馬路的粗糙地面使用的掃地機以毛刷式為主，清掃形如陶瓷的光滑地面的掃地機以拖布擦地機為主?，F(xiàn)行的擦地機當拖布用臟后，需要人工沖洗，沖洗麻煩，加大了勞動強度，降低了效率。文章提供一種合于水泥、陶瓷地面的自動擦地機，它能夠自動清洗、自動甩干拖布。該項設計填補了市場上的空白。

1 自動擦地機的總體設計

自動擦地機的結(jié)構(gòu)如圖1所示：在橫向長軸1的周圍，纏繞有長度相同的拖布2，橫向長軸1的兩端用軸承及支架固定在擦地機的前端，橫向長軸1的方向平行于地面。橫向長軸1的一端有鏈輪3，鏈輪3通過第一鏈傳動4和電動機9連接。橫向長軸1的右方有阻擋長桿5，阻擋長桿5的下方有集水槽6，集水槽6的底部安裝有一臺水泵7，水泵7的動力靠第二鏈傳動8連接電動機9獲得。水泵7通過出水管10將水揚到水箱的高處，水從出水口11流到水箱中。水箱中間設有濾網(wǎng)12，臟水13被濾網(wǎng)12過濾的成為清水14，清水14通過節(jié)流閥15到達噴水長桿16，噴水長桿16的長度同橫向長軸1。在擦地機的底座下方安裝有車輪17，在拖布2的前方及兩側(cè)安裝有防護罩18，在擦地機的后方裝有支撐桿19，支撐桿19的上端安裝有橫向把手20，人們通過推動橫向把手20使擦地機前進，在電動機的旁邊有驅(qū)動電瓶21。

1.橫向長軸；2.拖布；3.鏈輪；4.第一級鏈傳動；5.阻擋長桿；6.集水槽；7水泵；8第二級鏈傳動；9.電動機；10出水管；11.出水口；12.濾網(wǎng)；13.臟水；14.清水；15.節(jié)流閥；16.噴水長桿；17.車輪；18.防護罩；19.支撐桿；20.橫向把手

圖1 自動擦地機結(jié)構(gòu)圖

2 除塵工作原理

啟動電機9后，電機9帶動拖布2沿順時針方向豎直旋轉(zhuǎn)，如圖1所示。濕潤的、和地面接觸的拖布2的外邊緣向前運動時，粘去了地面上的灰塵，臟拖布2旋轉(zhuǎn)到橫向長軸1的上方時，上方有噴水長桿16，臟拖布2被淋上清水，清水稀釋了灰塵，灰塵與拖布2的粘滯力減小，在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用下被甩出拖布。接著，拖布2在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)中又碰到了阻擋長桿5，拖布2受到阻擋長桿5的阻擋，產(chǎn)生一個向外甩臟水的動作，就好像人們將沖涮過的拖布向一根棍子上甩水一樣，剩余的灰塵又一次受到更大的向外甩的力。

下面分析一下灰塵受到阻擋長桿5作用前后受力的變化。以拖布2邊緣的灰塵為研究對象，其原來的圓周運動速度為v，旋轉(zhuǎn)半徑為R，灰塵的質(zhì)量為m，在臟拖布2沒有碰到阻擋桿5前，灰塵所受的離心力為：

F=m■

當拖布2碰到阻擋長桿5后，假設阻擋長桿5與橫向長軸1的距離為4R/5，則拖布邊緣的灰塵的旋轉(zhuǎn)半徑由圍繞著橫向長軸1變?yōu)閲@著阻擋長桿5，旋轉(zhuǎn)半徑變?yōu)榱薘-4R/5=R/5，這時灰塵所受的離心力為：

由上式看出，阻擋長桿5使灰塵所受的離心力增大為原來的5倍，灰塵及臟水突破了粘滯力的束縛，使得灰塵及臟水脫離拖布2，被甩到集水槽里。橫向長軸轉(zhuǎn)動帶動纏繞墩布布條整個構(gòu)成圓柱形狀，邊緣的墩布布條在遇到阻擋長桿之后，其內(nèi)部的水夾雜污物沿該圓柱形狀切線飛出，切點在阻擋長桿位置，由于集水槽位于圓柱形狀的墩布布條的后下方，所以阻擋長桿必然位于橫向長軸的斜下方。這樣就能將飛出的水夾雜污物做斜拋運動掉落到集水槽中。墩布布條黏著污物后，污物通過水沖溶解，碰上阻擋長桿后，阻擋長桿的作用效果有三個：其一是甩干，便于下一次使用；其二是甩污物；其三是“刮”墩布布條污物。三個作用效果保障了墩布布條的清潔。隨著旋轉(zhuǎn)的進行，拖布一直進行著拖地（拖布變臟）-噴淋（拖布變濕）-甩干（拖布變濕潤清潔）-拖地的循環(huán)。另外，集水槽6里的臟水被水泵7揚到高處，經(jīng)過濾后循環(huán)使用。

3 機械結(jié)構(gòu)設計

3.1 原動機的選用

電動機驅(qū)動的擦地機工作時需要的動力主要是克服拖布與地面的摩擦力、拖布與阻擋桿的摩擦力和轉(zhuǎn)動軸承的摩擦力，根據(jù)擦地的需要，拖布與地面的距離可以調(diào)節(jié)，阻擋桿與拖布間距離也可以調(diào)節(jié)。所以，通過實驗，在拖布直徑為370mm、橫長軸長度為930mm的條件下，選用額定功率800w，額定直流電壓48V、轉(zhuǎn)速940r/min的電機能夠滿足要求。

通過實驗確定擦地機工作時所受的摩擦阻力大小，結(jié)合拖布轉(zhuǎn)動需要的轉(zhuǎn)速，及擦地機不宜外接電源的特點，選用的電機為：額定功率800w，額定直流電壓48V，轉(zhuǎn)速940r/min。

3.2 傳動部分的設計

3.2.1 方案的選擇

鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比；需要的張緊力小，作用于軸的壓力也小，可減少軸承的摩擦損失；結(jié)構(gòu)緊湊；能在溫度較高、潮濕油污等惡劣環(huán)境條件下工作。自動擦地機的工作環(huán)境充滿灰塵、硬質(zhì)顆粒等，工作環(huán)境惡劣，因此本設計的傳動部分選用鏈傳動。

3.2.2 鏈傳動的設計

（1）選擇鏈輪齒數(shù)

第一級傳動電機主軸的主動鏈輪齒數(shù)為19齒，從動鏈輪為38齒。第二級鏈傳動電機主軸的主動鏈輪齒數(shù)z1=19齒，從動鏈輪z2=19齒。電機轉(zhuǎn)速為n1=940r/min，根據(jù)傳動比計算出第一級鏈傳動從動鏈輪安裝的橫向長軸8的轉(zhuǎn)速為n2=470r/min。

（2）選擇鏈條型號和節(jié)距

根據(jù)查手冊，可選第一、二級鏈傳動的鏈條型號均為12A，單排鏈。滾子鏈的節(jié)距P=19.05mm。

（3）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距

第一級鏈傳動取a=1100mm；相應的鏈長節(jié)數(shù)為

Lp=2a/p+■+（■）■

=■+■+（■）■■=144.7

取鏈長節(jié)數(shù)為144節(jié)。

第二級鏈傳動取a=700mm；相應的鏈長節(jié)數(shù)為

Lp=2a/p+■+（■）■

=■+■+（■）■■=92.5

取鏈長節(jié)數(shù)為92節(jié)。

（4）計算鏈速，確定潤滑方式

因兩級鏈傳動主動鏈輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)及鏈號相同，所以鏈速相同，均為

v=■=■=5.67m/s

由速度和鏈號查手冊，可知潤滑方式均采用油盤飛濺潤滑。

4 市場推廣前景分析

該技術(shù)已經(jīng)研制出產(chǎn)品，該產(chǎn)品的參數(shù)為：拖布直徑：370mm，橫長軸長度：930mm，電機-橫長軸傳動變速比2：1，電機功率：0.8kw，水泵功率：75w。本產(chǎn)品的原動機可以是電機，也可以是內(nèi)燃機。本產(chǎn)品可以做成小的供給家庭使用，也可以做成大的供給大型廣場、馬路使用。該產(chǎn)品是專利技術(shù)，生產(chǎn)者須經(jīng)本專利人允許。本例涉及的小車可以設計為機動的，操作人可以坐在車上邊駕車邊操作。經(jīng)檢索，國內(nèi)外還沒有成熟的不用沖洗拖布的自動擦地機，所以，本產(chǎn)品有廣闊的市場前景。

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*通訊作者：門立山（1957，11-），男，副教授。