落葉打包及收集車的設計

婁菊紅 王卓 王鵬 賀彪 董春雨

摘? 要：文章采用SolidWorks及CAD三維軟件設計了小型落葉清掃小車。通過構建小車三維模型，對整體框架和各個模塊的結構進行優化。該小車功能包括落葉清掃、傳送、粉碎及收集，并實現收集箱拉伸自動化。采用掃盤和滾刷的結合，實現雙重清潔，具有清掃強度高、針對性強、自動化可調節等特點。

關鍵詞：清掃小車;三維模型;三維軟件

中圖分類號：U469.6+91 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0092-02

隨著城市化的快速發展，學校、居民小區的規模不斷擴大，綠化面積也隨之增加。秋冬季節，落葉的清掃給環衛工人帶來了極大的工作強度。如果落葉不及時處理，就會引發下水道堵塞和河道淤積[1]。為減輕環衛工人勞動強度，落葉清掃小車的研發和推廣勢在必行。目前，市面上存在的清掃車主要有掃刷式、吸氣式、掃刷與吸氣混合式等類型。雖然各類型清掃車可以順利的完成清掃并大面積的推廣開來但是不同程度的存在一些問題。例如掃刷式掃地車掃地效率不高且不穩定。吸氣式對于大片樹葉淤積收集效果較差。掃刷和吸氣混合式的清掃車功率大，清掃范圍廣，效率高為公路環衛部門所采用，然而其由于成本高、體積大、噪聲大等缺點，故只能應用于公路、廠區道路等面積較大的道路[2]。學校、小區等人為活動的場所大多數還是采用掃刷式清掃車和人工清掃方式進行清掃。本設計主要針對學校、街道、小區等人為活動的場所，采用掃刷加滾刷式清掃車，采用由粗到精的雙重清掃系統，還加入了落葉粉碎這一功能，實現綠化廢棄物資源化利用[3]，為后期落葉的處理提供便利。

1 設計方案

1.1 車身整體框架設計

車身整體框架由鋁合金2020型材搭建而成，具有強度高、重量輕、耐腐蝕、使用壽命長等特點。型材使用角碼進行連接，構建出類似箱體的主體框架并在此基礎加裝小車車體其他結構。該設計不僅確保了車身穩定性，而且便于安裝其它零件，易于拆卸維修。

車身整體結構如圖1所示，包括盤刷模塊、滾刷模塊、傳送帶模塊、粉碎模塊和收集模塊五大模塊。

1.2 模塊設計

1.2.1 盤刷模塊設計

由盤刷、法蘭盤、螺紋軸、聯軸器、石墨軸承和電機等構件構成。利用盤刷鏡像對稱旋轉將落葉沿橡膠斜鏟掃入傳送帶上。其中直線軸承采用石墨軸承，可以承受軸向力和徑向力強度較高且軸承中石墨起潤滑作用。聯軸器直接充當傳動軸套在軸承中以抵消掃盤清掃所帶來的徑向力起到保護電機的作用[4]。并且提高傳動的穩定性，提高使用清掃速度和強度上限。盤刷要求：前傾角15°，轉速120r/m，清掃速度5km/h，滲透量10mm，清掃落葉的效率可達到96%[5]。石墨軸承結構圖如圖2。

1.2.2 滾刷模塊

由滾刷和斜鏟構成。電機通過皮帶皮帶輪傳動帶動滾刷轉動，將落葉沿斜鏟掃入收集模塊的下部收集箱中。電機與滾刷的傳動比采用1：1傳動，傳動性能穩定，轉速適中[6]。滾刷由滾筒和排刷組成，排刷的制材為磨料尼龍，具有較高的耐磨性。排刷采用螺旋人字形排布，該結構可極大的提高落葉掃入效率。盤刷和滾刷共同構成小車清掃系統來實現對落葉的雙重清掃。滾刷結構如圖3所示。

1.2.3 傳送帶模塊

由傳送帶和軸琨構成。傳送帶將盤刷掃入的落葉傳送至粉碎模塊。傳送帶材料為PVC，配有擋板和花邊，以保證落葉傳送至高處而不掉落，提高傳送落葉的效率。軸琨做傳動軸，帶動傳送帶滾刷，材料為橡膠，增大傳送帶與軸琨之間的摩擦系數，防止發生相對滑動，提高動力傳送效率。

1.2.4 粉碎模塊

位于小車尾部頂端，由兩個配有電機且同步旋轉的刀片組成。粉碎刀片高速旋轉將粉碎落葉，粉碎后的落葉將沿收集道落入上部收集箱中，完成整個工作流程。粉碎刀片為月牙雙向刀片。雙向切割提高切割率。

1.2.5 收集模塊

位于小車尾部底端，由收集道和上下收集箱構成。收集道由不銹鋼板經過沖壓加工形成錐桶型零件[7]，對落葉起導向作用，使其順利地落入上收集箱中。上收集箱裝納粉碎過的落葉。下收集箱裝納由滾刷掃入的遺漏落葉。上下上收集箱配有滑軌以減小摩擦力，并裝有電動推桿以實現收集箱的自動推拉功能，使用更加便捷可靠[8]。

1.3 工作原理

小車行進時由頭部的盤刷將落葉掃入，落葉沿斜板掃入傳送帶上。傳送到粉碎機構粉碎通過收集道落入上收集箱中。位于小車中部的滾刷模塊進行二次清掃，將殘余的落葉掃入下收集箱中，完成工作過程。各模塊都由電機作為動力源通過皮帶皮帶輪進行傳動。

工作流程圖見圖4。

2 設計特點

2.1 雙重清潔系統

小車是靠盤刷模塊和滾刷模塊來共同清掃地面落葉。兩模塊分別位于小車的頭部和中部。通過一前一后雙重清掃來提高效率和清潔度。首先盤刷進行大規模清掃將大部分落葉掃入傳送帶。然后中部的滾刷將殘余的落葉掃入下收集箱中。盤刷面大適合首次大面積清掃，提高整體效率。滾刷采用人字形排刷清掃清潔度較高。一前一后相互配合將落葉高效的掃入收集箱中。

2.2 輸送帶傳送系統

本車為了提高落葉傳送的穩定性特別采用了高效率的傳送帶。該傳送帶帶有擋邊和圍欄，可將掃盤清掃到傳送帶上的落葉通過圍欄的攔截送到位置較高的粉碎模塊。

2.3 落葉粉碎系統

本車采用了雙月牙型刀片并用雙刀片同時切割保證及時切碎傳送過來的樹葉。便于回收和二次加工。并配有收集道對切割后的落葉進行約束使之落到上收集箱中。

2.4 自動推拉收集箱

在自動化普及的背景下，小車加裝了可自動拉伸收縮的收集箱用以回收落葉。減少了人工工作量。自動推拉機構由滑軌、電動推桿組成電動推桿徑向和軸向尺寸較小。傳動時采用行星齒輪減速機構，末端輸出采用梯形螺紋機構將圓周運動化為直線運動獲得較大的軸向力和較高的傳動效率并保證機構的自鎖性。

3 結束語

本車采用雙重清潔，收集箱實現自動化。掃地效率和清潔度具有較大的提高。適用于學校、街道、小區等人為活動的小型場所。粉碎系統對落葉的粉碎加工為落葉的收集及二次提供了便利。采用型材框架做小車主體結構穩定，各清掃系統部件易于調整空間位置。成本低，結構精巧穩定。五大系統分別實現了落葉的清掃、傳送、粉碎及收集并且相互配合協調運作可通過調節速度來適應不同類型的地面落葉清掃。

參考文獻：

[1]陶菲，劉楊，季恒芳，等.城市落葉如何處理[J].科學大眾：科學教育，2002（11）：36-37.

[2]徐小六，白甫停，余雨.小型手推式落葉清掃車的研制[J].科技資訊，2013（33）：50-51.

[3]王芳，李洪遠.綠化廢棄物資源化利用與前景展望[J].中國發展，2014（1）.

[4]濮良貴，紀明剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2012.

[5]徐會敢，任國濤，趙金鵬.清掃車盤刷工作參數試驗研究[J].建設機械技術與管理，2013（4）：107-111.

[6]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].高等教育出版社，2012.

[7]嚴紹華.工程材料及機械制造基礎Ⅱ熱加工工藝基礎（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[8]周祖德，唐永紅.機電一體化（第一版）[M].華中科技大學出版社，2002.

[9]賈米娜，郭鋒.實用電動推桿[J].機械管理開發，2006（2）：58-59.