落叶打包及收集车的设计

娄菊红 王卓 王鹏 贺彪 董春雨

摘  要：文章采用SolidWorks及CAD三维软件设计了小型落叶清扫小车。通过构建小车三维模型，对整体框架和各个模块的结构进行优化。该小车功能包括落叶清扫、传送、粉碎及收集，并实现收集箱拉伸自动化。采用扫盘和滚刷的结合，实现双重清洁，具有清扫强度高、针对性强、自动化可调节等特点。

关键词：清扫小车;三维模型;三维软件

中图分类号：U469.6+91 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0092-02

随着城市化的快速发展，学校、居民小区的规模不断扩大，绿化面积也随之增加。秋冬季节，落叶的清扫给环卫工人带来了极大的工作强度。如果落叶不及时处理，就会引发下水道堵塞和河道淤积[1]。为减轻环卫工人劳动强度，落叶清扫小车的研发和推广势在必行。目前，市面上存在的清扫车主要有扫刷式、吸气式、扫刷与吸气混合式等类型。虽然各类型清扫车可以顺利的完成清扫并大面积的推广开来但是不同程度的存在一些问题。例如扫刷式扫地车扫地效率不高且不稳定。吸气式对于大片树叶淤积收集效果较差。扫刷和吸气混合式的清扫车功率大，清扫范围广，效率高为公路环卫部门所采用，然而其由于成本高、体积大、噪声大等缺点，故只能应用于公路、厂区道路等面积较大的道路[2]。学校、小区等人为活动的场所大多数还是采用扫刷式清扫车和人工清扫方式进行清扫。本设计主要针对学校、街道、小区等人为活动的场所，采用扫刷加滚刷式清扫车，采用由粗到精的双重清扫系统，还加入了落叶粉碎这一功能，实现绿化废弃物资源化利用[3]，为后期落叶的处理提供便利。

1 设计方案

1.1 车身整体框架设计

车身整体框架由铝合金2020型材搭建而成，具有强度高、重量轻、耐腐蚀、使用寿命长等特点。型材使用角码进行连接，构建出类似箱体的主体框架并在此基础加装小车车体其他结构。该设计不仅确保了车身稳定性，而且便于安装其它零件，易于拆卸维修。

车身整体结构如图1所示，包括盘刷模块、滚刷模块、传送带模块、粉碎模块和收集模块五大模块。

1.2 模块设计

1.2.1 盘刷模块设计

由盘刷、法兰盘、螺纹轴、联轴器、石墨轴承和电机等构件构成。利用盘刷镜像对称旋转将落叶沿橡胶斜铲扫入传送带上。其中直线轴承采用石墨轴承，可以承受轴向力和径向力强度较高且轴承中石墨起润滑作用。联轴器直接充当传动轴套在轴承中以抵消扫盘清扫所带来的径向力起到保护电机的作用[4]。并且提高传动的稳定性，提高使用清扫速度和强度上限。盘刷要求：前倾角15°，转速120r/m，清扫速度5km/h，渗透量10mm，清扫落叶的效率可达到96%[5]。石墨轴承结构图如图2。

1.2.2 滚刷模块

由滚刷和斜铲构成。电机通过皮带皮带轮传动带动滚刷转动，将落叶沿斜铲扫入收集模块的下部收集箱中。电机与滚刷的传动比采用1：1传动，传动性能稳定，转速适中[6]。滚刷由滚筒和排刷组成，排刷的制材为磨料尼龙，具有较高的耐磨性。排刷采用螺旋人字形排布，该结构可极大的提高落叶扫入效率。盘刷和滚刷共同构成小车清扫系统来实现对落叶的双重清扫。滚刷结构如图3所示。

1.2.3 传送带模块

由传送带和轴琨构成。传送带将盘刷扫入的落叶传送至粉碎模块。传送带材料为PVC，配有挡板和花边，以保证落叶传送至高处而不掉落，提高传送落叶的效率。轴琨做传动轴，带动传送带滚刷，材料为橡胶，增大传送带与轴琨之间的摩擦系数，防止发生相对滑动，提高动力传送效率。

1.2.4 粉碎模块

位于小车尾部顶端，由两个配有电机且同步旋转的刀片组成。粉碎刀片高速旋转将粉碎落叶，粉碎后的落叶将沿收集道落入上部收集箱中，完成整个工作流程。粉碎刀片为月牙双向刀片。双向切割提高切割率。

1.2.5 收集模块

位于小车尾部底端，由收集道和上下收集箱构成。收集道由不锈钢板经过冲压加工形成锥桶型零件[7]，对落叶起导向作用，使其顺利地落入上收集箱中。上收集箱装纳粉碎过的落叶。下收集箱装纳由滚刷扫入的遗漏落叶。上下上收集箱配有滑轨以减小摩擦力，并装有电动推杆以实现收集箱的自动推拉功能，使用更加便捷可靠[8]。

1.3 工作原理

小车行进时由头部的盘刷将落叶扫入，落叶沿斜板扫入传送带上。传送到粉碎机构粉碎通过收集道落入上收集箱中。位于小车中部的滚刷模块进行二次清扫，将残余的落叶扫入下收集箱中，完成工作过程。各模块都由电机作为动力源通过皮带皮带轮进行传动。

工作流程图见图4。

2 设计特点

2.1 双重清洁系统

小车是靠盘刷模块和滚刷模块来共同清扫地面落叶。两模块分别位于小车的头部和中部。通过一前一后双重清扫来提高效率和清洁度。首先盘刷进行大规模清扫将大部分落叶扫入传送带。然后中部的滚刷将残余的落叶扫入下收集箱中。盘刷面大适合首次大面积清扫，提高整体效率。滚刷采用人字形排刷清扫清洁度较高。一前一后相互配合将落叶高效的扫入收集箱中。

2.2 输送带传送系统

本车为了提高落叶传送的稳定性特别采用了高效率的传送带。该传送带带有挡边和围栏，可将扫盘清扫到传送带上的落叶通过围栏的拦截送到位置较高的粉碎模块。

2.3 落叶粉碎系统

本车采用了双月牙型刀片并用双刀片同时切割保证及时切碎传送过来的树叶。便于回收和二次加工。并配有收集道对切割后的落叶进行约束使之落到上收集箱中。

2.4 自动推拉收集箱

在自动化普及的背景下，小车加装了可自动拉伸收缩的收集箱用以回收落叶。减少了人工工作量。自动推拉机构由滑轨、电动推杆组成电动推杆径向和轴向尺寸较小。传动时采用行星齿轮减速机构，末端输出采用梯形螺纹机构将圆周运动化为直线运动获得较大的轴向力和较高的传动效率并保证机构的自锁性。

3 结束语

本车采用双重清洁，收集箱实现自动化。扫地效率和清洁度具有较大的提高。适用于学校、街道、小区等人为活动的小型场所。粉碎系统对落叶的粉碎加工为落叶的收集及二次提供了便利。采用型材框架做小车主体结构稳定，各清扫系统部件易于调整空间位置。成本低，结构精巧稳定。五大系统分别实现了落叶的清扫、传送、粉碎及收集并且相互配合协调运作可通过调节速度来适应不同类型的地面落叶清扫。

参考文献：

[1]陶菲，刘杨，季恒芳，等.城市落叶如何处理[J].科学大众：科学教育，2002（11）：36-37.

[2]徐小六，白甫停，余雨.小型手推式落叶清扫车的研制[J].科技资讯，2013（33）：50-51.

[3]王芳，李洪远.绿化废弃物资源化利用与前景展望[J].中国发展，2014（1）.

[4]濮良贵，纪明刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2012.

[5]徐會敢，任国涛，赵金鹏.清扫车盘刷工作参数试验研究[J].建设机械技术与管理，2013（4）：107-111.

[6]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].高等教育出版社，2012.

[7]严绍华.工程材料及机械制造基础Ⅱ热加工工艺基础（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[8]周祖德，唐永红.机电一体化（第一版）[M].华中科技大学出版社，2002.

[9]贾米娜，郭锋.实用电动推杆[J].机械管理开发，2006（2）：58-59.