机械创新设计论文5038908

落叶清理机的设计

1.设计背景

目前路面上的清洁车基本都是用吹吸式或冲水式来清除垃圾，只能在大路中间行驶，清洁范围有限。路边或小路上等无法用清洁车清扫的地方，只能依靠工人手工清扫垃圾，劳动量大且效率低。目前国内虽然已有同类机器，但其结构偏复杂，成本高，无法推广使用。目前道路清扫主要是靠人力扫把、铁锹、小车等完成，体力消耗大，效率低，危险性高。先进的汽车清扫车，造价高、费用大、维修困难等原因普遍使用有一定难度。为了解决人力清扫耗力大、效率低、危险性高及维修的问题；所以有必要开发一种小型清洁机器，以减少工人劳动量，同时提高效率。

2.产品规划

设计的是一种用于路面落叶（垃圾）清扫的机器。机器露天工作，工作环境为小路或主要街道旁的人行道。动力来源为人力、或小型机车牵引，可大批量生产。清扫装置是清扫机的核心部件，清扫装置性能的改进可以提高清扫机的工作的效率，减轻环卫工人的劳动强度，加速环卫死角的清理，提高保洁效率。针对目前环卫工作的情况设计了集清扫、收集转运为一体的清扫装置，该清扫装置工作可靠，操作简单，效果好；同时其造型简单美观，结构合理，适用性强。此机器

的工作效率高，适用于校园甬路、街道广场、较大的院落、狭窄的小巷，可供乡镇以上的城市全能使用，本机自代垃圾箱，在骑行时就将路面上的杂物卷进垃圾箱，方便快捷。

3.方案设计

该机器应具备以下特点：

1、结构简单。因是小型清洁机器，要求成本低，操作维护方便，便于工人使用，其结构需简单，可靠性好。

2、清扫机构可调节，即清扫时该机构工作，不清扫时该机构不工作，以免做无用功。在以上分析的基础上，对机器各部分方案进行设计。

1、整体方案的设计，即机器的整体结构形式（外观）的确定。机器为三轮车形式，由人力驱动。清扫的动力来源为人蹬脚踏板的力。人蹬脚踏板，带动后轮运动，再将后轮运动传递给工作轴，扫把旋转，完成运动。

优点：动力来源稳定，可直接在现有三轮车基础上进行改装，成本低。因是骑行，效率较手推车高。

缺点：结构尺寸相对较大。虽然结构尺寸较大，但相对来说，其稳定性好，效率高。同时选定动力源为人力。

2、清扫功能实现形式的确定

因是小型清洁机器，考虑到动力及成本，选择清扫功能实现形式为：通过扫把与地面的相对运动，将落叶（垃圾）扫起。主要运动为旋转运动。则扫把运动方向与机器前进方向相同。扫把环绕工作轴成星形布置（放射状），工作轴与车轮所在轴平行。扫把与地面相对运动，

将落叶扫起。结构简单，清扫功能易实现，但清扫能力有限，即可能清扫的不彻底。扫地刷常用的有圆柱刷。圆柱刷由刷芯、刷毛以及把刷毛固定在刷芯上的零件所组成。刷毛的材料常用钢丝、棕榈丝、竹条、人造纤维等。扫地刷扫起的垃圾通过输送装置送入垃圾箱。考虑到机器清洁的主要是落叶或其他片状体，不需要较强的清扫能力，所以可以实行。

3、落叶收集方式的确定

收集容器为一放在车后的垃圾箱。需确定的是如何将落叶由地面送入垃圾箱。将扫把成环状布置在两个滚筒上，滚筒转动，则扫把连续地将落叶扫入垃圾箱，扫把成环状布置在一根轴上，环轴一圈扫把逐渐增长，通过轴旋转，扫把一点点地将落叶送上斜坡，由最长的那根扫把将落叶弹入垃圾箱。

此方案结构简单，容易实现。但最短扫把对落叶的清扫会受到最长扫把的限制，因最长扫把与地面接触时被压弯，最短扫把可能扫在它的上面，不能与地面接触，只有通过增加两扫把之间的距离才能解决。同时最长扫把将落叶弹起时会产生灰尘，传送过程不平稳，但不影响机器正常工作。

其机构简图如下：

4.传动方案的选取

主要传递的是运动，且是在两平行轴之间传递，.带传动：虽然传动平稳，但不适合低速传动，且要求有一定的初拉力，不合适。.齿轮传动：传动比稳定，效率高，但制造及安装精度高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合，不合适。.链传动：安装精度低，可在恶劣环境下工作，可用于远距离传动。虽然瞬时传动比不恒定，但不影响本机器工作。最终选择链传动。至此，机器的方案设计完成。该机器在整体方案上采用三轮传动形式，通过前轮的旋转来带动整个机构的运动。清扫功能实现形式确定为扫把运动方向与机器前进方向相同。扫把环绕工作轴成星形布置（放射状），工作轴与车轮所在轴平行。落叶收集方式确定为扫把成环状布置在一根轴上，环轴一

圈扫把逐渐增长，通过轴旋转，扫把一点点地将落叶送上斜坡，由最

长的那根扫把将落叶弹入垃圾箱。传动的方式采用的两轴间的带传动。该机器的设计适用于各种道路的落叶垃圾等的清理，有着很高的应用前景。其主要机构如下所示:

4.1 传动件的设计，参数选定

1、脚踏板到后轮轴的传动

可直接利用三轮车上原有的链轮传动。大链轮齿数为38，分度圆直径为200mm，飞轮齿数为23，分度圆直径为121mm。大链轮与飞轮中心距为1000mm。

2、后轮轴到工作轴的传动

链轮轮齿要有足够的耐磨性和强度。因小链轮的啮合次数较大链轮多，所受的冲击也较大，故小链轮应采用较好的材料制造。

人正常骑行速度约为5m/s，车轮直径为700mm，后轮轴转速为

0510*******.4/min 700n r π⨯=⨯=，则主动轮转速为10136.4/min n n r ==

设计时必须保证工作轴转速高于后轮轴转速（扫把与地面的相对速度必须大于零，才可将落叶扫起）。考虑到链条传动的多边形效应，取扫把与地面的平均相对速度为0.5m/s ，以保证任意时刻扫把与地面的相对速度均大于零。

4.2 清扫及收集机构的设计、参数选定

（1）、滚筒材料为塑料，因工作轴较细，扫把不能直接固定在轴上。先将扫把固定在滚筒上，然后通过键将轴与滚筒周向固定。选择滚筒外径为D=120mm ，内径与轴径相等，为d=25mm 。滚筒分置在小链轮两侧，长度均为L=350mm 。

（2）、扫把共有六把，均布在滚筒上。因工作轴中心离地面高度为200mm ，滚筒外径为120mm ，取最短扫把长度为150mm ，以保证扫把与地面充分接触，便于将落叶扫起。其余扫把在最短扫把的基础上以10mm 递增，最长扫把长200mm 。

（3）、斜板及垃圾箱材料为Q235，斜板最高点离地高度为150mm ，与地面夹角为30°，故斜板宽度为300mm 。斜板长度为750mm ，厚度为5mm 。

（4）、箱体采用厚为5mm 的钢板焊接而成。尺寸为750×120×100。

4.3 调节机构的设计

为保证扫把清扫时正常工作，不清扫时不工作，可在车两侧安装一机构。该机构可以固定工作轴在空间的位置，还可对工作轴的位置