一種新型路面清掃機(jī)的設(shè)計(jì)

1小型有機(jī)溶劑整理設(shè)備清潔設(shè)備可根據(jù)大小分為大型清潔設(shè)備和小型清潔設(shè)備。本文主要研究小型清潔設(shè)備?，F(xiàn)有的小型清掃設(shè)備主要有清潔機(jī)器人和掃地機(jī)兩大類,下面分別進(jìn)行介紹。1.1綜合性的操作清潔機(jī)器人技術(shù)是20世紀(jì)80年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的,最初的作用只是用于房間地面的自動(dòng)清潔,隨著技術(shù)的進(jìn)步,逐漸形成了融機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能、虛擬技術(shù)等于一體的綜合性技術(shù),其作用也從單一的地面清掃擴(kuò)展到了壁面清潔、泳池清潔等很多方面,應(yīng)用范圍大大增加。清潔機(jī)器人一般具有以下特點(diǎn):(1)自帶電源,小巧輕便、操作簡(jiǎn)單、自主性及實(shí)用性強(qiáng);(2)工作環(huán)境主要為普通家庭環(huán)境,但由于家庭環(huán)境千差萬(wàn)別,因此要求其具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。(3)工作任務(wù)是清掃地面,工作對(duì)象是地面的灰塵、紙屑以及其他一些小尺寸物體,因此大尺寸物體不能作為清潔機(jī)器人的處理對(duì)象。此外,考慮到安全因素,清潔機(jī)器人還必須做到對(duì)人及家庭物品等不會(huì)造成任何危害和損害,同時(shí)還需具備自我保護(hù)的能力。因此就現(xiàn)有技術(shù)而言,清潔機(jī)器人的發(fā)展和推廣均受到一定的限制。1.2帶和齒輪等傳動(dòng)件掃地機(jī)是現(xiàn)有技術(shù)下最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型清掃設(shè)備,是一種適用于工廠、小區(qū)、機(jī)關(guān)等小面積清掃的掃地機(jī)械。掃地機(jī)一般是由車架、車輪、罩殼和手把組成的小車,在小車前側(cè)安裝立掃帚,車架及罩殼下面安裝橫掃帚,通過(guò)半交叉皮帶和齒輪等傳動(dòng)件由車輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)力帶動(dòng)掃帚將垃圾掃入車架前端設(shè)置的撮箕內(nèi)。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便,清掃時(shí)能較好地避免揚(yáng)塵與機(jī)動(dòng)噪聲,不清掃時(shí)可將掃帚抬起脫離地面,以減少磨損。掃地機(jī)的掃地速度為3~6km/h,掃地寬度1~2m。另有一種以圓盤刷為工具的新型掃地機(jī),其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單,運(yùn)行更靈活,被廣泛用于清掃公共場(chǎng)所地板或室內(nèi)地面上的覆蓋物。掃地機(jī)的特點(diǎn)是工作效率高,清掃面積大,路面清潔度高,其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴,且轉(zhuǎn)彎等操作不夠靈活,因此當(dāng)清掃小面積區(qū)域或地形復(fù)雜區(qū)域時(shí),其清掃效率和效果都明顯下降,這時(shí)只能沿用傳統(tǒng)的手工清掃。因此急需開(kāi)發(fā)一種成本低、清掃效果好且適用于院落、小區(qū)、小巷、走廊等小區(qū)域場(chǎng)所的小型清掃設(shè)備。2清潔機(jī)的設(shè)計(jì)方案的確定和工作原則2.1設(shè)備運(yùn)行要求根據(jù)實(shí)際需求,此次設(shè)計(jì)的小型清掃設(shè)備需滿足以下要求:運(yùn)行靈活、節(jié)省能源、操作方便、清掃效果良好、造價(jià)低。針對(duì)這些要求提出了以下三種設(shè)計(jì)方案。2.1.1帶輪3液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)如圖1所示,由常見(jiàn)的拖拉機(jī)1提供動(dòng)力,經(jīng)過(guò)皮帶傳送到帶輪2,再由皮帶把動(dòng)力傳遞到帶輪3,帶輪3的軸上有齒輪,經(jīng)過(guò)齒輪嚙合把動(dòng)力傳到大齒輪上,在大齒輪上由銷釘6將掃把5固定,掃把同時(shí)穿過(guò)車架上的鋼筋圈7。工作時(shí)由大齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)掃把5做擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),使掃把像劃船的槳一樣運(yùn)動(dòng),以此達(dá)到掃地的目的。2.1.2效率4.2試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,利用常見(jiàn)的電動(dòng)三輪車改裝,其中1為車架,動(dòng)力由電瓶9提供,電動(dòng)機(jī)7通過(guò)皮帶輪將動(dòng)力傳遞給齒輪2所在的軸,再通過(guò)與齒輪4的嚙合帶動(dòng)曲柄5做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)槳板8同時(shí)進(jìn)行左右和上下運(yùn)動(dòng),最終帶動(dòng)掃把6進(jìn)行擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),達(dá)到掃地的目的。2.1.3從“公車”到“車后”如圖3所示,首先由電瓶2帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)將動(dòng)力傳遞到車軸,一方面帶動(dòng)三輪車前進(jìn),另一方面將動(dòng)力分別傳遞到減速箱5和車后的掃滾7;經(jīng)一級(jí)減速后改變轉(zhuǎn)向,將動(dòng)力傳遞給帶掃把的工作軸,從而帶動(dòng)掃把6像劃槳一樣模仿人工掃地的動(dòng)作,以達(dá)到掃地目的;同時(shí),后邊的掃滾可以將車下的垃圾掃到垃圾收集箱里。2.1.4方案三:齒輪傳動(dòng)+鏈輪傳動(dòng)(1)方案一:此方案由拖拉機(jī)的柴油機(jī)提供動(dòng)力,由于動(dòng)力十足,因此能夠長(zhǎng)時(shí)間的工作,但體積較大,運(yùn)行不夠靈活,不能在狹窄的地方作業(yè),同時(shí)利用柴油機(jī)提供動(dòng)力還存在噪聲及能耗大、污染環(huán)境等問(wèn)題。(2)方案二:本方案動(dòng)力由電瓶提供,噪聲小,節(jié)能環(huán)保;但在動(dòng)力的傳遞過(guò)程中用到了齒輪傳動(dòng),由于清掃垃圾時(shí)作業(yè)環(huán)境較惡劣,所以對(duì)齒輪的使用壽命有很大影響,難以保證清掃車工作的平穩(wěn)性,此外,由于現(xiàn)有的電動(dòng)三輪車結(jié)構(gòu)較為緊湊,故在現(xiàn)有的電動(dòng)三輪車上進(jìn)行改裝成本較高。(3)方案三:在人力三輪車上進(jìn)時(shí)改裝,用電瓶提供動(dòng)力,其是在方案二的基礎(chǔ)上由原來(lái)的齒輪傳動(dòng)改為鏈輪傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng),以適應(yīng)惡劣的作業(yè)環(huán)境,且能保證傳動(dòng)比,同時(shí)也能使結(jié)構(gòu)更加緊湊。采用該方案的清掃車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,噪聲小,節(jié)能環(huán)保,操作靈活方便,能夠適合多種復(fù)雜路面,成本也比前兩個(gè)方案更加經(jīng)濟(jì),與本設(shè)計(jì)的初衷相吻合。經(jīng)過(guò)三個(gè)方案的綜合比較,方案三是適合本設(shè)計(jì)的最佳方案。2.2運(yùn)動(dòng)軌跡和掃把的工作部件如圖4所示,主工作部分由鏈輪、搖把和滑板組成,工作時(shí),鏈輪帶動(dòng)搖把做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),搖把帶動(dòng)滑板運(yùn)動(dòng),這樣就構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的四桿機(jī)構(gòu),其簡(jiǎn)化的原理圖如圖5所示。簡(jiǎn)化上述機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖6所示,B點(diǎn)軌跡是掃把尾部的運(yùn)動(dòng)軌跡,支點(diǎn)即為三輪車上的鐵環(huán),A點(diǎn)是掃把頭主要清掃部位的運(yùn)動(dòng)軌跡頂點(diǎn)。本清掃機(jī)的主要工作部件是由竹子制成的掃把和尼綸制成的滾筒,設(shè)計(jì)的清掃速度為5km/h左右,即1.39m/s。為了保證清掃路面能銜接良好,不留清掃死角,設(shè)計(jì)時(shí)采用兩把掃把?？紤]到掃把一次的清掃面積有限,掃把的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為不低于60r/min,但為了保證車下邊的垃圾能被掃滾掃進(jìn)垃圾箱,則需將轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增加,因此,最終將轉(zhuǎn)速設(shè)定為150r/min。2.3傳動(dòng)外廓尺寸根據(jù)選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速n,可得傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比i=6.5。根據(jù)鏈輪的傳動(dòng)特點(diǎn),傳動(dòng)比過(guò)大,鏈條在小鏈輪上的包角就會(huì)過(guò)小,此時(shí)參與嚙合的齒數(shù)減少,就會(huì)使鏈輪承受的載荷增大,輪齒的磨損也會(huì)隨之增加,容易出現(xiàn)跳齒和脫鏈現(xiàn)象,因此,一般鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比i≤6,鏈條在小輪上的包角應(yīng)不小于120°。式中:i1為電機(jī)鏈輪的傳動(dòng)比;i2為減速箱的傳動(dòng)比;i3為輸出鏈輪與減速箱鏈輪的傳動(dòng)比。為使傳動(dòng)的外廓尺寸緊湊,初步取i1=1.5,則i2=2,i3=2.16。由于主動(dòng)輪在車軸上,故主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為300r/min,從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速定為150r/min,所以帶輪的傳動(dòng)比為2。除了上述項(xiàng)目外,在設(shè)計(jì)清掃車時(shí)還需考慮電動(dòng)三輪車尺寸的大小、掃把的傾斜角度,最重要的是協(xié)調(diào)三輪車的車速和掃把的清掃速度。3清洗機(jī)的三維模擬利用Solidworks軟件進(jìn)行清掃機(jī)的三維模擬,根據(jù)已有參數(shù),將所有的設(shè)計(jì)部件均按要求進(jìn)行模擬安裝,得到的仿真圖如圖7所示。4清掃機(jī)的不足該清掃機(jī)是在原有掃路機(jī)械的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行靈活,