加速換季樹木落葉處理的道路整潔裝置設計

丁建峰 孫艷芬 單子恩 尹鑫洋 沈振宇

（常州機電職業技術學院機械工程學院，江蘇 常州 213164）

0 引言

在秋冬季節，城市環衛工人面臨大量的落葉清掃工作，而落葉處理道路整潔裝置的設計和應用，可以有效地降低環衛工人清掃落葉的工作強度和壓力，為實現對落葉的高效化收集和路面清潔打下堅實的基礎。因此，為了提高落葉處理效率和效果，如何科學地設計落葉處理道路整潔裝置是技術人員必須思考和解決的問題。

1 機械結構設計

落葉處理流程主要包含落葉收集、落葉打碎、落葉擠壓、落葉運輸四個環節。首先，通過利用落葉收集裝置，實現對道路落葉的全面收集。其次，利用引風機將收集好的落葉傳輸到收集箱，收集箱在吸入這些落葉的同時，會對落葉進行徹底打碎處理[1]，當收集箱被裝滿時，該裝置會自動對收集箱內的落葉進行加壓處理，最后，采用裝袋的方式，對壓實后的落葉進行打包運輸。落葉處理道路整潔裝置總體結構如圖1所示。

圖1 落葉處理道路整潔裝置總體結構圖

1.1 動力系統設計

該裝置在具體的設計中，可以將其設計為手推式設備，該設備內部動力系統主要使用了汽油機，汽油機主要為落葉收集提供源源不斷的動力[2]，這種動力對液壓泵站和風機起到一定的帶動作用。

1.2 落葉收集打碎系統設計

落葉收集打碎系統作為落葉處理道路整潔裝置的重要子系統，在具體的設計中，主要將落葉收集刷設置在車身下方，并將該收集刷的外觀設計成“一”字形狀，然后，利用引風機內部負壓，為收集刷提供相應動力，確保落葉全部被吸入收集箱[3]。同時，還要向落葉收集刷內安裝和固定相應的引風機，并為引風機配置相應的外殼，從而提高落葉吸收處理效率和效果。此外，為了確保該裝置具有強大的吸收排放功能[4]，還要將風機葉片設計成刀刃狀，使得落葉被收集箱吸入的同時，被風機葉片進行打碎處理，同時，還要設置相應的軸向真空機，使得風機噪聲降到最低[5]，這樣一來，不僅最大限度地提高了落葉吸入效率，還能保證引風機葉輪的強度和硬度，確保其具有較高的耐磨性。

1.3 落葉壓縮成型系統設計

當道路落葉被全部收集到收集箱內后，需要利用落葉壓縮成型系統，將落葉進行擠壓處理，使其被全部擠壓成塊狀。而擠壓功能的實現離不開液壓系統的使用。落葉壓縮液壓處理工作主要包含以下三個環節，分別是液壓缸伸出、保壓、液壓缸縮回[6]。首先，采用手動控制的方式，當開關置于左位狀態時，液壓油自動進入液壓缸，液壓桿呈現出外伸狀態，液壓缸桿在執行伸出動作期間，落葉會被受到擠壓處理。當油路壓力不斷增加時，溢流閥會呈現自動打開狀態，而單向閥此時置于關閉狀態，此時液壓缸右腔內流入大量的液壓油，促使液壓桿呈現出縮回狀態，這表明落葉已全部擠壓成型。

1.4 行走以及支撐部件設計

該裝置在具體的設計中，將三個萬向輪安裝和固定于底盤上，確保該裝置能夠采用推動、拖動多種方式進行靈活行走。其他支撐部件主要負責為其他部件提供一定的支撐作用，這些支撐部件主要包含保護板、上罩、機體。

2 控制系統設計

在控制系統具體的設計中，主要利用了AT89C51單片微型計算機，該控制系統結構圖如圖2所示，從圖2中可以看出，該系統主要包含無線遙控模塊、電機驅動模塊、紅外避障模塊。

圖2 控制系統結構圖

2.1 無線遙控模塊設計

無線遙控模塊在具體的設計中，所使用的核心器件主要包含兩種，一種是遙控編碼集成芯片PT2262，另一種是遙控解碼集成芯片PT2272。其中，PT2262作為一種先進、新型解碼器，可以對數據和地址進行編譯處理，使其轉換為代碼波形，該編碼器所含有的三態地址位數和地址代碼種類分別達到13個、531442種。PT2272作為一種常用的解碼器，與PT2262之間可以形成良好的配對關系。該解碼器所含有的三態地址位數和地址代碼種類與PT2272相同，從這些三態地址和地址代碼中任意選出一種，就可以實現編碼器和解碼器的快速配對，因此，無線遙控模塊具有較高的抗干擾能力。在無線遙控模塊中，當PT2262與電源成功接通后，需要向芯片PT2262提供源源不斷的電能，當PT2262處于靜態時，則整個裝置無須耗電。

2.2 電機驅動模塊設計

電機驅動模塊在具體的設計中，離不開對集成電路芯片的使用，通過使用該芯片，可以實現對兩個直流電機的同時驅動，通過使用直流電機，可以實現對左、右驅動輪的自動化控制。另外，通過利用L298，可以對控制直流電機的運行速度進行直接調整和控制。

2.3 紅外避障模塊設計

紅外避障模塊主要用于對該裝置周圍障礙物的有效探測和識別，便于該裝置在清掃道路落葉時，可以更好地規避障礙物。該模塊在具體的設計中，主要利用了紅外反射式傳感器，該傳感器型號為JY043，具有電路簡單、安裝調試靈活、檢測范圍廣等特點，因此，為了提高該裝置的運行性能，需要將該傳感器安裝和固定于落葉處理道路整潔裝置左右兩側。對于紅外反射式傳感器而言，其工作流程如下：首先，發射管會向該裝置四周發射相應的紅外信號，一旦紅外信號遇到障礙物，發射管會立馬受到反射信號，此時，信號處理電路會自動將輸出端的高電平設置為低電平狀態。然后，將低電平信號發送到單片機的端口處，一旦單片機檢測到這一信號，說明該裝置在清掃道路落葉時，遇到障礙物，此時，該裝置會自動避開障礙物，確保落葉清掃工作能夠正常、穩定、有序地開展。

3 控制程序設計

該裝置控制程序主要由以下兩個部分組成，分別是遙控程序和裝置主程序。其中，裝置的主程序流程如下：當該裝置成功接收到遙控信號時，該裝置會自動開啟，然后進入運動狀態，并不斷地檢測和識別道路四周的障礙物，一旦檢測到道路周圍出現障礙物時，會精確地分析和判斷出當前障礙物的所在位置，然后，該裝置會調整運動方向，精確規避障礙物。如果沒有發現道路四周出現障礙物時，該裝置會按照所設置好的運動方向繼續前行。

4 裝置測試

為了更好地驗證落葉處理道路整潔裝置的可靠性和有效性，現將該裝置應用于某城市的道路落葉清掃工作中，經過實驗測試發現，通過利用該裝置，不僅可以圓滿地完成道路落葉清掃任務，還能提高落葉清掃效率，使落葉清掃速度達到5m2/min。此外，該裝置由于安裝了相應的紅外傳感器，因此，在清掃道路落葉時，可以自動避開障礙物。另外，該裝置在具體的運行中，所消耗的電能主要是由蓄電池提供的，因此，該裝置具有隨時充電功能，通過使用該裝置清掃道路落葉，其能量消耗量大約是同類型清掃裝置的80%。并且該裝置尾部含有手推裝置，便于環衛工人在裝置沒電的情況下也能采用手推的方式清掃道路落葉，極大地提高了該裝置的實用性。

5 結語

綜上所述，本文所設計的落葉處理道路整潔裝置具備結構簡單、操作方便、安全可靠等特點，該裝置通過對遙感信號進行及時接收，可以對道路周圍障礙物進行智能化檢測，從而實現對道路落葉的自動化清掃，為緩解環衛工人手動清掃落葉壓力提供重要的技術支持。由此可見，落葉處理道路整潔裝置具有非常高的應用價值和應用前景，值得被進一步推廣和應用。