纯扫式路面清扫机扫辊的设计

纯扫式路面清扫机扫辊的设计

纯扫清扫清扫机的工作原理是，在旋转的扫清器上，利用扫描器（清洁头）将分散的、灰尘和其他材料推到地板上，收集到特别的灰尘收集装置中，以达到干净的路面。扫辊是其作业的主要执行机构,扫辊的结构、安装角度和转速高低,都会直接影响到扫路机的工作效能。1扫篇材料的选用扫辊的外部形态,粗看就像是一个粗大的圆柱形毛刷一样,其结构一般由扫枚(或称刷毛)和扫枚载体两部分组成。扫枚材料可以是细钢丝和钢丝制品,也可以用柔性和韧性俱佳的聚丙烯树脂纤维、110尼龙丝等制成。具体选用哪一种材料,须依据扫辊的使用条件和尺寸大小而定。扫枚载体即安装扫枚的辊体部分,一般由辊轴、扫芯盘或扫芯体、端头法兰等部件组成,其具体结构有盘轴形式、带轴形式和木芯体等多种形式。1.1扫可能引起校园造模改造盘轴结构是将扫枚事先径向安装在一个个硬质塑料圆盘或由薄壁钢板压制成的圆盘外缘上,形成独立的辐射状扫芯盘,然后通过带键槽的钢制连接套串装在辊轴上,如图1所示。为了减轻重量,辊轴可以采用钢管焊接轴头的结构形式。扫芯盘的基座(即圆盘)如果采用塑料材料,一般为热铸成型。安装扫枚的径向盲孔可以一次铸成,省去切削加工,工艺简单,成本低廉,适宜于批量生产。每个扫芯盘上沿圆周插装6～8束扫枚,用一根细铁丝从贴近圆盘的根部中心串联起来并锁死,使之成为一个整体。每束扫枚捆绑后的直径约20mm,单根扫枚的直径约2mm。为了增加扫枚的刚度,还需在每束扫枚的中心夹进2～3根等径钢丝一起捆紧插牢。也有的扫芯盘基座是用薄钢板或钢带模压成带U形槽的圆环,扫枚的安装无需事先捆绑,只要采用专门工具,将扫枚横卧在U形槽中,然后将槽口压紧锁死。扫辊的易损部位是扫枚。由于工作过程中,扫枚一直处于和路面的接触摩擦中,其长度逐渐变短,直至最后失效,扫辊随之报废。扫枚磨损后,只需更换新的扫芯盘备件,即可恢复功能,而其它零件,像辊轴、连接套等,均可继续使用,这是其突出优点之一。1.2螺旋槽带带轴结构形式的扫辊如图2所示。其扫枚是直接用细钢丝绳连续压装在一条盘旋在轴套圆柱面的螺旋槽带之中,亦无需事先捆绑成束。轴套通过压装在两端的锥度端头和辊轴联在一起,传递扭矩。螺旋槽带是这种结构形式的关键零件,它是采用专门的挤压成型设备加工制成,其截面形状同梯形螺纹的牙形一样,盘绕在圆柱面上时,前后唇边相互搭接,形成一个完整的梯形螺纹。这种结构形式的扫辊,加工工艺较复杂,一次性投资也较大,但生产效率高,适宜于大批量生产。另外,这种扫辊整体性强,扫辊直径可达1m以上,适用于大型清扫车的后置辊刷。1.3木芯辊的压包安装木芯体结构形式的扫辊,是由盘轴形式演变而来的。它由整体木芯取代了原来的圆盘和联接套等零件,而直接以木材作轴,在木辊轴上制孔插栽扫枚束。扫枚束的制作方法大致与盘轴式的相同,只是每束的捆绑直径可以略大一些。为了防止木芯在温度和湿度的交变作用下产生裂纹,影响扫辊的正常使用,应在木芯体的外表面上镶包一层薄铁皮加固,或直接采用整体薄壁钢管将木芯塞装进去的方法。其整体结构如图3所示。采用这种结构形式时,由于两端的轴头只能在木芯上套装或在薄壁钢管两端焊接,其同心度需仔细修正,避免扫辊运转时产生过大的振动。插装扫枚的盲孔一般宜在木芯辊轴加工好后再制作,其在辊轴圆柱表面上的位置分布也有一定考究。为便于扫枚在辊轴上固定,其沿轴向分布应做成一个个圆环,以利采用铁丝锁牢。考虑到扫枚对散落物的最佳作用角度,扫枚在圆柱面上应以左向螺旋排列为宜。这种形式的扫辊,在扫枚磨损失效后,更新也比较容易,只需将辊轴卸下来,除掉磨短了的旧扫枚,重新插装上新的扫枚即可。其木芯轴不仅加工制作容易,成本低廉,而且可以重复使用。与前面两种结构形式相比,其经济性最佳。2清洁辊轴的安装角度2.1辊轴之间的夹角鉴于纯扫式路面清扫机的工作原理,是借助其横置的扫辊上成排的扫枚和路面相接触时,一面转动一面向前移动的过程中,将路面上散落物和尘垢清除掉的,因此,辊轴中心线与路表面之间的夹角,在理论上应为0°。为适应路面拱度的变化,扫辊的悬挂机构应设有浮动自调装置,以确保扫辊全长上的扫枚无论运行在任何路段上,都能保持和路面有良好的接触。如果清扫机在出厂时,人为地将辊轴固定在某一特定的方向上,而且不具备自动调节功能,在遇到路面拱度变化时,必然会明显地妨碍其清扫效果。2.2扫辊有效长度l纯扫式路面清扫机也有带集尘箱和不带集尘箱之分。带集尘箱的清扫机,其扫辊轴线应和集尘箱的收集器下唇保持平行,使二者充分吻合,以利提高集尘效果。由于集尘箱的收集器一般横置,由此确定扫辊轴线在水平面内与前进方向成90°夹角。不带集尘箱的扫路机,一般是将尘垢扫向右边路肩一侧,定期由人工收集清理。对于这种扫路机,其扫辊轴线宜向右偏转一定角度。实践表明,这一偏角的大小会直接影响到扫路机的清扫效果和生产效率,正确取值至关重要。现较为直观地说明扫辊偏角大小对清扫效果和生产效率的影响。图4表示了路面上某一散落物由A点被扫向路边E′点时的全过程。为简化叙述,这里暂时对路面作用于物体的反作用力忽略不计,同时设定该物体形状比较规则,并沿作用力方向向前运动。图中θ为扫辊轴线在水平面内偏离垂直位置的角度,d为扫辊有效直径(指扫枚处于工作状态时扫辊轴线距地面间距离的2倍);S为物体最终被清扫出路面时扫辊向前移动的距离;b为清扫宽度,l为扫辊有效长度。设A、B、C、D、E分别为扫辊上的5个扫芯盘,某散落物的起始位置恰好处于扫芯盘A的正下方。当扫辊随机架以速度v向前移动时,该物体即被盘A沿切线方向扫向A′点,继而当盘B经过A′点时,该物体又被盘B扫向B′点……,以此类推。由于各扫芯盘所在平面相互平行,它们作用于物体的力也大致相同。这样,各扫芯盘就像传递接力棒一样,使该物体沿着同一方向向前推抛出去,直至将该物体扫出清扫宽度以外。由于物体的运动轨迹AE′垂直于扫辊轴线AE,依据几何关系,扫辊前移的距离S、清扫宽度b和扫辊有效长度l之间有如下关系:S=l/sinθ(1)b=l/cosθ(2)S=l/sinθ(1)b=l/cosθ(2)由式(1)可知,当扫辊的有效长度l设计一定时,辊轴在水平面内的偏角θ值选得越大,则物体被清扫过程中扫辊前移的距离S会越小。这意味着扫辊前部的推尘厚度会比较小,有利于提高清扫效果,这是我们所希望的结果。但由式(2)不难看出,在l一定时,θ值选得越大,清扫宽度b就会明显减小。这意味着每单程清扫的面积要减少,直接会导致生产效率的下降,显然这又是我们所不希望的结果。我们希望扫辊设计长度一定时,所选用的偏角θ值既能有效提高清扫效果,又不致过分降低生产效率。实践证明,θ值在22°～25°范围内选取比较理想。3力作用的结果以上所列物体在扫辊作用下的运行轨迹,是在忽略路面的作用,同时设定物体的形状比较规则的条件下给出的理想途径,而实际情况往往要复杂得多。尤其在进行扫辊的转速计算时,路面对物体产生的向后的作用力,是重要的分析依据。清扫机在工作时,机架以一定速度向前运行,路面则相对于机架以相等的速度向后离去。当物体被扫动时,同时作用于物体的外力有两个:即扫辊的扫枚沿其切线方向的作用力和路面沿机架前移的相反方向(即向后)的作用力。二力作用结果如图5所示。图中AV为机架向前移动的速度;AB为路面某散落物在扫芯作用下的运动速度,其方向沿扫芯的切线方向,与扫辊轴线相垂直;AV′是散落物受到路面向后夹带力作用下产生的向后运动的速度,在数值上,AV=V′A。依据矢量合成原理,散落物实际运动速度AC为AC=AB+AV′=AB+BC.图中(a)所示的情况,属于我们希望的理想结果,即扫芯对散落物切向抛出的速度要比路面对其产生的向后夹带的速度大2倍以上,此时该散落物的实际运动速度AC指向扫辊运行的前方一侧,这样在机架继续向前运行的过程中,它会遇到别的扫芯的再次推抛作用,最终会被扫出路面,达到清扫目的。但是,如果出现相反的情况,如图中(b)所示,机架向前移动的速度v大于扫辊对散落物的切向推抛速度,此时合运动速度AC的方向会指向扫辊后方一侧,这意味着散落物不能被扫走,只能遗留在路面上,显然这是我们所不希望的。上面两种情况,都清楚地表明扫辊转速高低或相对于机架向前移动速度的大小,会直接影响到清扫机的工作效能,其合理取值与扫辊偏角的选择具有同等重要的意义。3.1扫辊转速nd为了便于分析,先假定一种特殊情况,如图5(b)中ΔB′C′A所示的临界状态。此时,令散落物的合运动速度与扫辊轴线相重合,即AC′处在扫辊前方与后方的分界线上,该散落物有可能被扫辊扫走,也有可能被遗留在路面上。由几何关系知,在ΔB′C′A中,∠C′AB′=90°,∠B′=θ,所以,AB′=C′B′cosθ。由于cosθ≤1,由此可知AB′≤C′B′。这是在临界状态时形成的几何关系。为了使AC′偏离扫辊轴线而指向扫辊的前方一侧,必须使AB′>C′B′,这一点由图中可以明显看出。在数值上,AB′=πnd,C′B′=v,故有πnd>v;即n>v/πd;式中:n—扫辊计算转速,r/min;v—机架前移速度,m/min;d—扫辊有效直径,m。3.2扫辊转速的影响上面所列计算公式,是基于临界状态条件下推导出来的,它是散落物能被扫走的必要条件,但决不是充分条件,在具体应用时尚需适当