逆向自洁式清扫车结构设计

刘荣辉

(吉林农业科技学院 机械与土木工程学院，吉林 吉林 132101)

当前的地面清洁工具存在两个发展趋势，一是经济条件好的地区使用机械化、自动化程度较高的多功能清洁车作业，这类清洁车的优点是节省劳力、效率高、质量高；缺点是体积大、结构复杂、成本高[1-3].二是大多数地区为节省经费，清洁作业仍使用原始的扫帚和拖把方式，该清洁方式不仅劳力较多、效率低，而且尘土飞扬，影响环境卫生.通过对现有同类产品的市场调查，并对其结构和功能进行综合比较，市场现有的地面清洁产品主要存在以下不足：传统清洁产品的劳动强度大、工作效率低；电力驱动清洁产品价格昂贵；大多无自洁功能，清洁质量的一致性差.

本文设计开发了一种结构简单、清洁质量高的清扫车，以使用者推力为动力源，应用了现代设计方法和理论，保证了小车在功能高度集成的要求下，结构紧凑，从而确保了本装置的经济性与实用性，以其多功能、低价格、高性能、结构简单的突出优点，可以在车站、商场、医院等场所得到广泛应用..

1 清洁车的系统组成及其工作原理

清洁车总体方案设计如图1所示.他由清扫机构、逆向清洗机构、过滤装置、喷淋自洁装置、抬升机构等组成.

图1 逆向自洁式地面清洁车总体方案示意图

清洁车采用逆向清洗原理，以人推动为动力.人力推动小车运动，动力传递给小车行走轮，将行走轮变成驱动轮，驱动轮通过齿轮机构把动力再传递给滚筒，拖布带在滚筒静摩擦力作用下，相对于地面作逆向清洗运动，同时驱动轮通过带传动带动立式圆锥式清扫机构，把灰尘和大粒度杂物扫入集尘箱内[4].拖布带采用整周式循环运动方式工作，作业过程中利用水池对拖布带进行水浴，并采用喷淋自洁的方法去除带上尘土等杂物，再经过一对滚轮的对压作用，挤掉带内多余水分，从而达到适宜地面清洗湿度，实现循环清洗，进而实现拖布带高效清洁作业.

2 清扫车方案设计

2.1 清扫机构

清扫机构设计在清洁车的最前端，作用是将尘土、大粒度杂物清扫到集尘箱内，有利于拖布带清洗作业，如图2所示.

图2 清扫机构原理示意图

清扫机构动力由清洁车驱动轮提供，驱动轮通过皮带把动力传递给立式锥形刷，毛刷旋转把尘土、大粒度杂物扫进集尘箱中收集起来.清扫机构锥形刷作业转速过高造成尘土飞散，污染环境；速度过低，不能达到清扫目的，需要限制锥形刷转速在一定范围内工作.

2.2 逆向清洗机构

逆向清洗机构在清扫机构后，由整周式拖布带传动机构组成.清洁车行走时带动驱动轮运动，驱动轮通过齿轮传动机构带动滚筒转动，在拖布带与滚筒静摩擦力作用下，实现连续逆向回转运动，对地面进行循环清洗作业[5].为了达到高效清洁目的，清洗机构采用齿轮增速传动机构，从而使拖布带获得较高的逆向回转运动.

逆向运动是：假设清洁车驱动轮以某固定方向作回转运动，以驱动轮运动为参考系，与其定义相反为逆向运动.整周式拖布带清洗方式，应用逆向运动能有效提高工作效率和质量.

逆向清洗机构原理示意图如图3所示，清洁车驱动轮通过齿轮机构，把动力传递给滚筒，拖布带在滚筒静摩擦力的作用下，实现连续逆向运动.

图3 拖布带逆向清洗机构原理示意图

2.3 喷淋自洁装置

拖布带循环清洗作业，带清洁度逐渐下降，影响清洗质量的一致性，最终导致清洗效率和清洗质量的降低.

喷淋自洁装置作用是拖布带循环作业过程中，同时进行自洁，保证清洗质量和效率.喷淋自洁装置如图4所示.

图4 拖布带喷淋自洁装置

在拖布带垂直运动方向上安装自洁刷，带向上运动过程中，始终和毛刷接触，在毛刷和喷淋水清洗作用下除去污泥.

2.4 抬升机构

清洁车作业实际是拖布带和地面线接触运动，在无作业情况下希望清洗机构和清扫机构脱离地面，这样可以提高整车运转的灵活性，有利于清洁车拐弯、越障和远距离换水等运动.

抬升机构使用平面四杆机构，如图5所示.摇杆1在右限位销作用下限制摇杆2脱离地面，辅助清扫和清洗机构作业.摇杆1顺时针转过一定角度，通过左限位销限位，实现无作业负载运动[6].

图5 平面四杆抬升机构原理图

2.5 辅助机构

2.5.1 挤压机构

清洁车上设计了拖布带挤压机构，拖布带在循环作业和自洁过程中，能有效地挤压掉拖布带内多余的水分，适宜地面作业湿度，提高清洗效果.拖布带挤压机构如图6所示.

图6 拖布带挤压机构原理示意图

挤压机构采用弹簧可调压缩机构.弹簧和挤压轮对拖布带进行初步预紧，适合拖布带循环运动作业，通过弹簧可调压缩机构可以进行适当微调预紧.

2.5.2 张紧机构

拖布带是柔性体，具有柔性变化，作业过程中发生一定量伸缩变形.滚筒和拖布带静摩擦力是拖布带清洗作业的动力，在摩擦系数一定条件下，张紧力是影响拖布带与滚筒静摩擦力主要因素，张紧力过小带出现松弛打滑，过大增大导向轮摩擦负载，影响拖布带正常作业[7-8].清洗机构无作业抬升后，在张紧机构作用下，自适应拖布带空间变化预紧，所以张紧机构的设计很有必要.张紧机构如图7所示.

图7 拖布带张紧机构原理图

在拖布带作业过程中，整个张紧机构处于受压状态.张紧机构在一定范围内，自适应拖布带作业张紧[9-11].

3 结 论

本文提出了集清扫、逆向清洗、自洁等多功能为一身的设计方案，对清洁车的车体、驱动及传动系统、清扫装置、逆向清洗装置、自洁装置、拖布带提升装置进行了合理的设计，具有如下特点：

(1) 采用了拖布带逆向清洗机构，提高了清洁效率.

以人工推力为动力，通过简单的传动机构，使拖布带相对于地面作逆向相对运动，增加了单位时间内拖布带相对地面的清洗距离，提高了清洁效率.

(2) 采用了拖布带喷淋自洁机构，保证了清洁质量的一致性.

使用水浴、喷淋、脱水等综合措施，能够始终保持拖布带清洁度，使清洁车的清洁一致性得到充分保证.

(3) 实现了清扫、逆向清洗、自洁多种功能，实用性强.

清洁车集清扫、逆向清洗、自洁等多项功能于一体，具有很强的实用性，易于产品化推广.