一種新型路面清掃機的設(shè)計

一種新型路面清掃機的設(shè)計

1小型有機溶劑整理設(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。現(xiàn)有的小型清掃設(shè)備主要有清潔機器人和掃地機兩大類,下面分別進行介紹。1.1綜合性的操作清潔機器人技術(shù)是20世紀80年代開始發(fā)展起來的,最初的作用只是用于房間地面的自動清潔,隨著技術(shù)的進步,逐漸形成了融機械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、機器人技術(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。清潔機器人一般具有以下特點:(1)自帶電源,小巧輕便、操作簡單、自主性及實用性強;(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器人的處理對象。此外,考慮到安全因素,清潔機器人還必須做到對人及家庭物品等不會造成任何危害和損害,同時還需具備自我保護的能力。因此就現(xiàn)有技術(shù)而言,清潔機器人的發(fā)展和推廣均受到一定的限制。1.2帶和齒輪等傳動件掃地機是現(xiàn)有技術(shù)下最為經(jīng)濟實用的小型清掃設(shè)備,是一種適用于工廠、小區(qū)、機關(guān)等小面積清掃的掃地機械。掃地機一般是由車架、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,通過半交叉皮帶和齒輪等傳動件由車輪旋轉(zhuǎn)動力帶動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)簡單、操作方便,清掃時能較好地避免揚塵與機動噪聲,不清掃時可將掃帚抬起脫離地面,以減少磨損。掃地機的掃地速度為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,其結(jié)構(gòu)更加簡單,運行更靈活,被廣泛用于清掃公共場所地板或室內(nèi)地面上的覆蓋物。掃地機的特點是工作效率高,清掃面積大,路面清潔度高,其缺點是價格昂貴,且轉(zhuǎn)彎等操作不夠靈活,因此當清掃小面積區(qū)域或地形復(fù)雜區(qū)域時,其清掃效率和效果都明顯下降,這時只能沿用傳統(tǒng)的手工清掃。因此急需開發(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)域場所的小型清掃設(shè)備。2清潔機的設(shè)計方案的確定和工作原則2.1設(shè)備運行要求根據(jù)實際需求,此次設(shè)計的小型清掃設(shè)備需滿足以下要求:運行靈活、節(jié)省能源、操作方便、清掃效果良好、造價低。針對這些要求提出了以下三種設(shè)計方案。2.1.1帶輪3液壓系統(tǒng)的傳動如圖1所示,由常見的拖拉機1提供動力,經(jīng)過皮帶傳送到帶輪2,再由皮帶把動力傳遞到帶輪3,帶輪3的軸上有齒輪,經(jīng)過齒輪嚙合把動力傳到大齒輪上,在大齒輪上由銷釘6將掃把5固定,掃把同時穿過車架上的鋼筋圈7。工作時由大齒輪的旋轉(zhuǎn)運動帶動掃把5做擺轉(zhuǎn)運動,使掃把像劃船的槳一樣運動,以此達到掃地的目的。2.1.2效率4.2試驗結(jié)果如圖2所示,利用常見的電動三輪車改裝,其中1為車架,動力由電瓶9提供,電動機7通過皮帶輪將動力傳遞給齒輪2所在的軸,再通過與齒輪4的嚙合帶動曲柄5做旋轉(zhuǎn)運動,從而帶動槳板8同時進行左右和上下運動,最終帶動掃把6進行擺轉(zhuǎn)運動,達到掃地的目的。2.1.3從“公車”到“車后”如圖3所示,首先由電瓶2帶動電動機3轉(zhuǎn)動,電動機將動力傳遞到車軸,一方面帶動三輪車前進,另一方面將動力分別傳遞到減速箱5和車后的掃滾7;經(jīng)一級減速后改變轉(zhuǎn)向,將動力傳遞給帶掃把的工作軸,從而帶動掃把6像劃槳一樣模仿人工掃地的動作,以達到掃地目的;同時,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+鏈輪傳動(1)方案一:此方案由拖拉機的柴油機提供動力,由于動力十足,因此能夠長時間的工作,但體積較大,運行不夠靈活,不能在狹窄的地方作業(yè),同時利用柴油機提供動力還存在噪聲及能耗大、污染環(huán)境等問題。(2)方案二:本方案動力由電瓶提供,噪聲小,節(jié)能環(huán)保;但在動力的傳遞過程中用到了齒輪傳動,由于清掃垃圾時作業(yè)環(huán)境較惡劣,所以對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)有的電動三輪車結(jié)構(gòu)較為緊湊,故在現(xiàn)有的電動三輪車上進行改裝成本較高。(3)方案三:在人力三輪車上進時改裝,用電瓶提供動力,其是在方案二的基礎(chǔ)上由原來的齒輪傳動改為鏈輪傳動和皮帶傳動,以適應(yīng)惡劣的作業(yè)環(huán)境,且能保證傳動比,同時也能使結(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,成本也比前兩個方案更加經(jīng)濟,與本設(shè)計的初衷相吻合。經(jīng)過三個方案的綜合比較,方案三是適合本設(shè)計的最佳方案。2.2運動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,鏈輪帶動搖把做旋轉(zhuǎn)運動,搖把帶動滑板運動,這樣就構(gòu)成了一個簡單的四桿機構(gòu),其簡化的原理圖如圖5所示。簡化上述機構(gòu),運動簡圖如圖6所示,B點軌跡是掃把尾部的運動軌跡,支點即為三輪車上的鐵環(huán),A點是掃把頭主要清掃部位的運動軌跡頂點。本清掃機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)計時采用兩把掃把?？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垃圾箱,則需將轉(zhuǎn)速進一步增加,因此,最終將轉(zhuǎn)速設(shè)定為150r/min。2.3傳動外廓尺寸根據(jù)選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機的主軸轉(zhuǎn)速n,可得傳動裝置的總傳動比i=6.5。根據(jù)鏈輪的傳動特點,傳動比過大,鏈條在小鏈輪上的包角就會過小,此時參與嚙合的齒數(shù)減少,就會使鏈輪承受的載荷增大,輪齒的磨損也會隨之增加,容易出現(xiàn)跳齒和脫鏈現(xiàn)象,因此,一般鏈傳動的傳動比i≤6,鏈條在小輪上的包角應(yīng)不小于120°。式中:i1為電機鏈輪的傳動比;i2為減速箱的傳動比;i3為輸出鏈輪與減速箱鏈輪的傳動比。為使傳動的外廓尺寸緊湊,初步取i1=1.5,則i2=2,i3=2.16。由于主動輪在車軸上,故主動輪的轉(zhuǎn)速為300r/min,從動輪的轉(zhuǎn)速定為150r/min,所以帶輪的傳動比為2。除了上述項目外,在設(shè)計清掃車時還需考慮電動三輪車尺寸的大小、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清洗機的三維模擬利用Solidworks軟件進行清掃機的三維模擬,根據(jù)已有參數(shù),將所有的設(shè)計部件均按要求進行模擬安裝,得到的仿真圖如圖7所示。4清掃機的不足該清掃機是在原有掃路機械的基礎(chǔ)上進行改裝及創(chuàng)新設(shè)計的,其結(jié)構(gòu)簡單,運行靈活,