扫地车设计说明书

齐齐哈尔大学综合实践
滚筒式扫地车
院系：机电工程学院
班级：机电082班
姓名：栾志明
学号：2008113025
指导教师: 机械电子工程教研室
20101211
扫地车设计说明书
——栾志明
作品内容简介
针对目前环卫、保洁人员劳动强度大，效率低下，工作时间长等问题，而目前市场上没有出现比较成熟、实用的适合环卫工人使用的产品，我们设计了一种实用、简便的XX扫地车。

该扫地车可以对路面,广场等较平坦的场地进行快速，高效的清扫，而且不需要其它动力，具有较强的适应性。

我们在车上设计一个多排毛刷的滚筒配合一个大半个圆的弧形铲子可以将垃圾迅速扫起，只需扫地车前进这一个动作即可实现对地面垃圾的收集清扫工作。

垃圾车上还设计有连杆机构可实现调节前面万向轮的高度同时控制离合器离合滚筒两个动作，可以使扫地车在不清扫时使滚筒离地的同时和链轮离合，这样方便使用者在不用的时候轻松移动扫地车。

车轮上还有棘轮配合上万向轮的调高，可随意的后退而不带到垃圾，实现多次清扫。

而在垃圾特别多的时候，车上的压缩装置可以增加扫地车的装载量，进行更持久的清扫。

1研制背景及意义
在对城市环卫工人的调查中我们了解到，他们工作的效率低、时间长、劳动强度大，他们一般每人负责5000米左右的街道，5点开始清扫，一直到8点，完成第一次清扫，上午和下午分别留半数负责日常维护，城市的美丽和清洁是建立在他们每天辛勤劳动的基础上的。

而现在的工人还在使用着最基本的工具——扫帚和簸箕，使得工作效率不高，因而每天要工作很长时间，长时间的高强度工作是环卫工人易患腰椎间盘突出，关节炎等职业病。

当然国家也开始引进一些国外的清洁设备来提高环卫工人的工作效率，市场上已有的进口设备，大多采用的是内燃机带动的真空泵来“吸取”垃圾，这种方法效率虽然很高，但是设备较大，需要额外的牵引力，并且化石燃料的使用,既提高了成本,又污染环境,不符合当前社会的发展趋势。

所以，开发出一种高效，简单，廉价的清扫机械以降低“城市美容师”的劳动强度，就是一件十分必要的事。

由于市场上的相关产品不完善，而城市清洁中也确实需求此类产品，可以预见其市场前景广阔。

2设计任务书
2.1设计简介及原理
本作品是针对环卫工人及保洁人员设计的一种高效，实用的垃圾清扫工具，使用者推动小车就可以将地面上的垃圾收集到车中。

具体功能模块如下。

动力模块：清扫车中部靠近重心位置有2个主轮，其中装有链轮的右轮，作为动力输出带动滚筒。

清扫模块：车底装有带刷毛的滚筒，配合一段圆弧形挡板将垃圾卷进垃圾箱内，在挡板与地面接触的地方装有硬毛刷，以保证清扫效果。

升降模块：清扫车的万向轮装在平行四边形杆组上，以保证在调节万向轮高
度时万向轮始终水平，通过调节万向轮的高度使滚筒和地面脱离接触。

离合模块：采用齿式离合器，取较大的齿数，齿端面倒成尖角，这样结合起来非常容易。

压缩模块：采用曲柄摇杆机构实现垃圾的压缩。

2.2设计要求
1、运行速度：人平均行走的速度ν=0.8m/s，主轮的直径是d=0.2m，主轮的转速为n=ν/(πd)=1.27转/s就是76.4转每分钟，滚筒在200转每分钟时可以取得较好的效果，则需要传动比为i=76.4：200=1：
2、车体尺寸：0.8×0.75×0.5米，整车的容积有90L，既可以满足实际需要又使得整车比较紧凑。

3、处理垃圾：树叶：厚度纸张：平均厚度0.2mm；包装袋：厚度0.2—2mm；烟头：直径8mm,长度30mm；水果皮：厚度1—20mm；一些小的杂物：体积约为1cm³；一般的路边垃圾重量不会超过100g；
2.3设计内容
（1）根据任务要求,进行扫地车的总体机构设计，确定各个功能的实现机构。

确定多功能模块的接口。

（2）根据相关参数和和设计要求，进行各部分的设计，使得扫地车的清扫效果能达到要求，整体操作人性化。

（3）进行传动机构的工作能力的设计计算，进行工作部件的强度校核，确定传动部件以及各个零件的尺寸与材料。

（4）对清扫车整体进行结构设计，绘制装配图及关键零件的工作图。

（5）绘制清扫车的实体三维模型，实现动画动作
3.方案设计
3.1清扫的方案设计
我们采用滚筒来实现我们的功能主体，主要原因是滚筒的清扫效果好、效率高、结构相对简单，安装也十分方便，再配合链轮的动力传输，所以运行稳定可靠。

滚筒转动时将垃圾卷入垃圾箱，如图。

在毛刷长度的选择上，应为考虑到垃圾的相关参数，在参考一些的滚筒刷毛
的长度后，我们选择刷毛的有效长度为5cm，与地面干涉是2.5个cm这样会有较大的压力，产生较大的摩擦力确保能将垃圾扫起。

在滚筒圆周上均分这10排刷毛，在滚筒转动时这些刷毛将交替的进行清扫保证清扫质量。

10排刷毛是分别安装的，刷毛基底为梯形长条，装在圆筒的梯形槽内，保证不会在工作中出现松动现象，这样的安装也给刷毛的更换带来很大的方便。

3.2动力的方案设计
考虑到节能环保及简便性，选择推动车前进时转动的车轮作为动力源;考虑到传输的可靠性和安装的方便性，我们使用链轮传动。

由于清扫车后退时滚筒是不工作的，所以在车轮中心装有棘轮，使它只能单向传动，这样更加符合实际需求。

向前推车，转动的车轮通过链轮及链条带动滚筒转桶。

车向后运动时，由于棘轮的单向传动特性，车轮链轮不转动，因而滚筒不转动。

3.3压缩的方案设计
由于垃圾车的容量是有限的，考虑到有些情况下垃圾较多，而垃圾又是很松散的，这就需要压缩，使扫地车可以连续清扫更大的范围。

并且该装置能防止垃圾在入口处堆积。

我们设计了一个曲柄摇杆机构来实现压缩功能。

将压垃圾的挡板与连杆相连。

这样可以使压缩时挡板按下面的轨迹运动，将下部的垃圾推走。

当需要压缩时就只需将手柄转动一圈，垃圾压缩的过程就实现了。

3.4升降的方案设计
当扫地车不清扫而又需要将扫地车移动时，就要求使滚筒与地面脱离。

很自然的，我们首先想到是让滚筒相对于车体向上运动，但这样会大大增加链传动及
滚筒自身机构的复杂程度，且整体的稳定性也将大打折扣。

使滚筒升高还可选择变化轮子的位置，由于滚筒和万向轮相距较近，而且移动主轮会使动力的稳定性降低，所以我们选择万向轮的升降来调节滚筒的高度。

抬升方法可以选择万向轮与有一个有固定轴的杆相连，转动杆就可以将万向轮抬高，但是这样的话不能保证万向轮总是水平的，在转过一定角度后，万向轮与水平线成一个角度，影响其工作。

于是我们采用平行四边形四杆机构，在调整万向轮高度的过程中可保持其水平。

3.5离合的方案设计
在扫地车不清扫时，为了让使用者能够轻松推动它，除了让滚筒离地外，
还应该让其停止转动，于是考虑到用离合装置。

(1)牙嵌式离合器
牙嵌式离合器结构简单，安装方便，承载力较大，从功能上讲基本上可以满足使用要求。

离合器的活动端与固定端自然对正的几率非常小，操纵时需要反复调整，很不方便。

而且牙嵌式离合器工作行程长，使得链轮与轴承的距离较远，所以会产生较大的弯矩。

(2)电磁离合器
由于考虑到实用性，用电磁式还要求有电源，蓄电池需要经常充电很不方便，电磁离合器安装精度要求很高，尤其是活动端和固定端同轴度要求非常高，对加工和装配都提出了很高的要求。

(3)齿式离合器
齿式离合器与牙签式离合器比较相似，不同的是齿式离合器的齿数可以根据情况自己设计，可以取较多齿数。

齿式离合器承载能力很大，根据我们的使用要求，可以取较小的模数和较多的齿数，齿端面倒成尖角，这样以来结合起来非常容易，操纵时不需要太多的调整。

综合分析比较，我们最终选择了齿式离合器，其结构紧凑，体积小，重量轻，操纵方便，安全可靠。

因为我们控制离合的距离较远，就需要用钢丝绳来控制，而钢丝绳只能够提供拉力，所以我们用一根弹簧提供离合器的回复力。

如图，滚筒需要工作时，离合器受弹簧压力而啮合，车轮的转动传给链轮，继而使滚筒转动。

滚筒不需要工作时，掰动手柄，则钢丝绳使离合器分离，只需将手柄卡在此位置，则车运动时能保持滚筒不转动。

下图是抬升和离合综合示意图：
如图掰动手柄，万向轮相对车体向下运动，即车体被抬升，滚筒离地。

同时钢丝绳使离合器分离，滚筒停止转动。

3.6操作的方案设计
3.6.1清扫
小车的主要功能就是清扫垃圾，如图，小车在工作时将控制手柄置入工作档，此时滚筒与地面接触，人推小车前进主轮带动滚筒做快速旋转将垃圾扫入车内，达到清扫的目的。

考虑到一些特殊的情况，有些地方难以完全清扫干净，我们在车的后面设置有一工具箱，可以处理一些特殊的情况。

这样使小车的适应性也更广，方便操作
者。

3.6.2移动
当小车需要移动时，这时不需要清扫，需要将滚筒离地并且使它停止旋转，这样使小车能够轻松的移动，如图所示，当操作者将控制手柄置离合档时，离合器离合时滚筒不再旋转,而且万向轮也立起使滚筒离地，这样操作者就能十分轻
松的移动小车了。

4各部分参数设计
4.1整车尺寸
整车的尺寸我们参照了相关的垃圾小车，并且考虑到清扫的实际需要，车体
我们设置为，长×宽×高：0.8×0.75×0.5米，这样整车的容积有90L既可以满足实际需要又使得整车比较紧凑。

车前部设计成有倾角，方便垃圾的倾倒，而且还使小车更加美观。

因车的重心在车的中部，我们将主轮放在此位置，使的车主要的重力落在主轮上，一方面可以增加车轮的摩擦力，防止车轮打滑。

另一方面可以使万向轮上的受力很小，这样万向轮的升降就容易得多。

万向轮升降使得滚筒离地有5cm，保证车行走的一般的路面上不会碰到地面。

4.2动力部分的参数
人平均行走的速度是ν=0.8m/s
主轮的直径是d=0.2m
这样主轮的转速为n=ν/(πd)=1.27转/s就是76.4转每分钟
滚筒在200转每分钟时可以取得较好的效果
则需要传动比为i=76.4：200=1：2.6
4.3主要部件(主轴)强度校核:
因为车轮和轴承距离很小,实际受力情况可以简化成
受力图如下:
弯矩最大值M,和扭矩最大值T都出现在链轮所在截面,此截面为危险截面,取此截面直径d=20mm.链轮半径R=100mm,所收拉力F2不大于100N,现取
F2=100,据此有M<100x0.3=30Nm,T=F2xR=10Nm
得σ=39.528Mpa,小于45号钢的许用应力[σ]=60Mpa.
5创新点及其应用前景
通过我们的调查，国内还没有厂家生产同类产品，而与国外的类似的产品的比较，我们的作品有如下独特之处：
(1)扫地车的独特滚筒设计能够快速、高效得将地面上的垃圾扫起。

(2)利用车轮带动滚筒转动实现清扫功能，从而摆脱了电池，发动机等装备
的限制，能更好的适应国内市场的需求。

(3)利用平行四边形四杆机构来调节万向轮的位置，从而达到滚筒离地的目
的，简单、实用、巧妙。

(4)一个动作实现滚筒离地及停转的目的，从而轻松实现扫地车正常清扫和
小阻尼运动两种状态的切换。

(5)曲柄摇杆四杆机构实现的压缩功能能够很好的解决垃圾的压缩问题，让
垃圾车能够更有效的利用有限的容积。

目前我国环卫、保洁人员普遍没有什么高效的工具来进行环卫工作，这很大程度上与我国对环卫的投入不足和相关设备的价格太高有关。

但随着我国的经济水平上升，环卫市容问题会是大众关心的，而我们的作品就是为提高环卫工人的工作效率和改善他们的工作环境，这也有助于提高我国城市的形象。

除此之外，我们的作品还适用于广场、游乐场和展会等场所。

相比于外国进口的设备，一般的除尘机都要好几千元，扫地车更是达到几万元的价格，而我们的扫地车批量生产时价格可降低到300元左右，这是政府及相关部门、企事业单位可以接受的价格，所以我们的作品有很好的市场前景。

·
经历了半个多月的努力，终于圆满的完成了实践任务。

在这段时间里，是第一次感受的设计和实践的艰辛，但最主要的是在这里学到了很多知识，提高了自己的独立思考与设计的能力。

这其中得到了很多人的帮助。

首先，我最感谢的事我的指导老师机械电子教研室的全体老师，他们给了我很多启发。

也教会了我如何独立学习，使得我能够顺利的完成任务。

这段时间对我来说是漫长的，真的很感谢我的朋友们的关心与帮助，在大家的鼓励与关怀下我坚持完成了任务，不仅收获了知识也收获了友情。

再次对老师们和朋友们表示衷心的感谢！
[1]杨家军 . 机械原理 (基础篇) .华中科技大学出版社 ,2005
[2]杨家军, 程远雄. 机械原理（专题篇）.华中科技大学出版社 ,2005
[3]杨家军 . 机械系统创新设计.华中科技大学出版社, 2000
[4]张卫国, 饶芳 . 机械设计（基础篇）.华中科技大学出版社,2005
[5]吴昌林 ,姜柳林. 机械设计（专题篇）.华中科技大学出版社,2006 [5]中国机械工程学会 ,中国机械设计大典编委会 .中国机械设计大典. 江西科
学技术出版社,2001。