多功能手动清洁车的设计及应用

第26卷,总第151期2008年9月,第5期《节能技术》

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Sep 12008,N o 15

多功能手动清洁车的设计及应用

万　超,司　慧

(北京林业大学工学院,北京　100083)

摘　要:设计制作了一种多功能手动清洁车,既可用于清除道路的积雪,又可以清扫、擦拭地

面。其特点是操作方便,结构紧凑,节能环保。在实际使用中,得到很好的作业效果。

关键词:清洁车;手动;多功能中图分类号:U41813 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2008)05-0411-03

Design and Application of Manual Cleaning Machine of Multifunction

W AN Chao ,SI Hui

(C ollege of T echnology ,Beijing F orestry University ,Beijing 100083,China )

Abstract :A manual cleaning machine of multifunction has been designed and manufactured 1This machine can be used not only for cleaning the snow on the road ,but als o for sweeping and wiping the floor 1It features sim 2ple operation ,com pact structure ,and high efficiency and it is better for energy conservation and environment protection 1During the use of this machine ,it performs very well in every operation 1K ey w ords :cleaning machine ;manual ;multifunction

收稿日期　2008-07-14 修订稿日期　2008-09-01基金项目:北京林业大学“首都高校第四届机械创新设计大赛竞

赛项目资助”。

作者简介:万　超(1986～),男,在读本科。

目前现有的环卫机械,大多功能比较单一,且需要动力消耗,不利于节能环保。其中除雪机械分为两种,一种为大型除雪车,通常是在卡车底盘上安装除雪铲、清扫盘等,适用于大型公路及高速公路的除雪作业;另一种为小型除雪机械,如利用高压气流将积雪吹向一侧的吹雪设备,包括动力设备、风机、导雪管等。但是这两类设备在一些道路的清雪中使用不方便,比如路面较窄,大型除雪车无法作业;而小型除雪机械由于采用抛雪清除,除雪质量不够理想。并且这类机械消耗燃料或电能,作业时噪音较大。为了克服现有除雪机械在较窄道路作业中的不足,本文设计了多功能手动清洁车,其特点是手工操作,结构简单,使用方便,节约能源,绿色环保,能够为环卫工人减轻大量体力劳动,带给环卫工人全新的作

业感受。该清洁车不仅能够清除路面的积雪,也可

以清扫和擦拭地面。适合于工厂、公园、广场、居民小区等的清雪、清扫以及大型建筑内部的清洁作业。

1　基本结构及工作原理

111　基本结构

多功能手动清洁车主要由行走系统、传动系统、工作系统、离合系统和机架等组成。

(1)行走系统:包括后端的驱动轮及前端的转向轮。

(2)传动系统:由链传动及齿轮传动组成,具有增速、换向的功能。

(3)工作系统:包括前端的可拆卸推雪板及下端的扫盘、圆筒滚子、垃圾收集箱等,从而实现多种功能的清洁作业。

(4)离合系统:由离合器把手、推块和弹簧组成,以实现扫盘的正、反转和停转。

(5)机架总成:采用钢板成型后组装而成,精度好,能够保证作业运行的平稳性。

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114・

112　工作原理

该车传动部分由驱动后轮带动链传动得到加速,再经锥齿轮改变运动方向和加速,使旋转立轴带动扫盘旋转,从而完成清扫工作。传动系统结构如图1所示。

操作者通过把手推动后轮,为清洁车工作提供动力。通过调节离合器把手得到正转、反转和断开传动链三种状态,分别相应于扫雪、清洁地面和非工作状态。在扫雪功能中,先通过前排的推雪板将大部分积雪推向两边,推动离合器使两扫盘正转,将剩余地面的雪扫向两边,达到较好的扫雪质量;在清扫地面功能中,将前端推雪板卸下,推动离合器使两扫盘反转,将地面尘土扫向中间,收入收集箱;在擦拭地面功能中,将推雪板及扫盘卸下,换装上拖布盘,即可以擦拭地面。同时离合器断开传动链时,该车也可以运送垃圾和作为日常生活载重工具。

2　主要工作部件及设计依据

211　主要部件

(1)工作系统部件:按照三个主要功能进行说明。如图1所示。

扫雪功能部分:雪比较厚时,可先通过推雪板1把雪推向两边;剩下的雪由扫盘13、27清除。工作时驱动后轮8使其同轴的大链轮11转动,将动力传至小链轮24,使得与其同轴的锥齿轮18转动,带动锥齿轮28,然后经大齿轮16与小齿轮15及惰轮25,惰轮25与小齿轮26啮合,将旋转运动传至两个扫盘13、27,两扫盘旋转方向相反,向外转动,将雪扫向两边。

清扫功能部分:将推雪板1卸下,大锥齿轮23与小锥齿轮28啮合,最后经大齿轮16与小齿轮15及惰轮25的啮合,惰轮25与小齿轮26啮合,将旋转运动传至两个扫盘13、27,两扫盘旋转方向相反,向内转动,达到将垃圾扫向中间的目的。在链传动中,小链轮12在链条6的作用下转动,带动与之连接的圆筒滚子10转动,将集中的垃圾扫入垃圾收集箱9,在机架3前端固定托盘4,用于盛放工具杂物(或垃圾箱)等,也可盛水,使地面湿润再清扫,免得产生灰尘。

擦拭地面功能部分:将扫盘13、27换作拖布盘,与凸缘14连接,推动小车带动拖布盘旋转,便可擦拭地面;同样托盘4用于盛放工具杂物和水,方便清洁工作。

(2)传动系统部分:后轮转动后,经过链传动、锥齿轮传动、齿轮传动到达工作机构。

(3)离合部件:锥齿轮18和锥齿轮23可在有导向平键的锥齿轮轴17上移动。除雪时,右推离合器把手5,使离合器21右进,推块20压缩螺旋弹簧22,在弹簧22的作用下,使大锥齿轮18与小锥齿轮28啮合。清扫时,左推离合器把手5使离合器21左进,推块20压缩螺旋弹簧19,在弹簧19的作用下使大锥齿轮23与小锥齿轮28啮合,从而实现扫盘反转。

(4)行走部分:清洁车前端设计有工业脚轮2,规格为WP13C-125×50,用于转向;后端设计有直径350mm的驱动后轮8,选用手推车用轮,配有低压充气轮胎;把手7的高度与倾斜角度基于操作人员推动的灵活性与方便性选取,符合人体工程学要求。212　主要部件设计依据

设计依据主要从以下几个方面考虑:除雪阻力、小车行进速度、地面摩擦力大小、整车质量、扫盘要求最低速度、工作效率及工作环境等。

3　主要技术措施

311　扫盘的直径及推雪板设计

考虑小型道路的除雪及操作者的力量,两扫盘及推雪板的作业宽度设为600mm,扫雪的厚度为10mm,推雪的最大厚度为100mm,总体的最大除雪厚度为110mm。由雪的密度ρ=200kg/m3、抗切强度τ=200Pa,通过计算得到扫盘的最低转速为[n] =764r/min。

设计推雪宽度为L=600mm、切削角θc=25°、前铲行进角θc=55°、推雪阻力F p=F f+F c+F a,其中F f为摩擦阻力,F c为分离积雪的切削阻力,F a 为抛出雪的作用力。考虑到除雪的工作方式,可以把F f和F a近似取为0,因此

F p=F c=F cx+F cy+F cz

=

τS sinθ

c

sin2θ

cos2θc/2

+

τS sinθ

c

sinθcosθ

cos2θc/2

+ KτS cosθc

cos2θc/2

式中　τ———雪的平均抗切应力,取τ=2000Pa;

S———除雪断面积,取S=54000mm2;

K———铲刃口形状系数,前铲取1;

θ

c

———切削角,取θc=25°。

则　F C=109195N

312　传动系统设计

人正常行走的速度v=018m/s,车后轮直径d =350mm,所以后轮转速n=4317r/min,取直齿圆柱齿轮传动比i1=2165,半开式锥齿轮单级传动比i2=215,链传动的传动比i3=3,圆盘辊子的转速n′=n×i1×i2×i3=86815r/min,工作转速合适。

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2

1

4

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