一种新型路面清扫机的设计

一种新型路面清扫机的设计

1小型有机溶剂整理设备清洁设备可根据大小分为大型清洁设备和小型清洁设备。本文主要研究小型清洁设备。现有的小型清扫设备主要有清洁机器人和扫地机两大类,下面分别进行介绍。1.1综合性的操作清洁机器人技术是20世纪80年代开始发展起来的,最初的作用只是用于房间地面的自动清洁,随着技术的进步,逐渐形成了融机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能、虚拟技术等于一体的综合性技术,其作用也从单一的地面清扫扩展到了壁面清洁、泳池清洁等很多方面,应用范围大大增加。清洁机器人一般具有以下特点:(1)自带电源,小巧轻便、操作简单、自主性及实用性强;(2)工作环境主要为普通家庭环境,但由于家庭环境千差万别,因此要求其具有较好的环境适应性。(3)工作任务是清扫地面,工作对象是地面的灰尘、纸屑以及其他一些小尺寸物体,因此大尺寸物体不能作为清洁机器人的处理对象。此外,考虑到安全因素,清洁机器人还必须做到对人及家庭物品等不会造成任何危害和损害,同时还需具备自我保护的能力。因此就现有技术而言,清洁机器人的发展和推广均受到一定的限制。1.2带和齿轮等传动件扫地机是现有技术下最为经济实用的小型清扫设备,是一种适用于工厂、小区、机关等小面积清扫的扫地机械。扫地机一般是由车架、车轮、罩壳和手把组成的小车,在小车前侧安装立扫帚,车架及罩壳下面安装横扫帚,通过半交叉皮带和齿轮等传动件由车轮旋转动力带动扫帚将垃圾扫入车架前端设置的撮箕内。该设备结构简单、操作方便,清扫时能较好地避免扬尘与机动噪声,不清扫时可将扫帚抬起脱离地面,以减少磨损。扫地机的扫地速度为3~6km/h,扫地宽度1~2m。另有一种以圆盘刷为工具的新型扫地机,其结构更加简单,运行更灵活,被广泛用于清扫公共场所地板或室内地面上的覆盖物。扫地机的特点是工作效率高,清扫面积大,路面清洁度高,其缺点是价格昂贵,且转弯等操作不够灵活,因此当清扫小面积区域或地形复杂区域时,其清扫效率和效果都明显下降,这时只能沿用传统的手工清扫。因此急需开发一种成本低、清扫效果好且适用于院落、小区、小巷、走廊等小区域场所的小型清扫设备。2清洁机的设计方案的确定和工作原则2.1设备运行要求根据实际需求,此次设计的小型清扫设备需满足以下要求:运行灵活、节省能源、操作方便、清扫效果良好、造价低。针对这些要求提出了以下三种设计方案。2.1.1带轮3液压系统的传动如图1所示,由常见的拖拉机1提供动力,经过皮带传送到带轮2,再由皮带把动力传递到带轮3,带轮3的轴上有齿轮,经过齿轮啮合把动力传到大齿轮上,在大齿轮上由销钉6将扫把5固定,扫把同时穿过车架上的钢筋圈7。工作时由大齿轮的旋转运动带动扫把5做摆转运动,使扫把像划船的桨一样运动,以此达到扫地的目的。2.1.2效率4.2试验结果如图2所示,利用常见的电动三轮车改装,其中1为车架,动力由电瓶9提供,电动机7通过皮带轮将动力传递给齿轮2所在的轴,再通过与齿轮4的啮合带动曲柄5做旋转运动,从而带动桨板8同时进行左右和上下运动,最终带动扫把6进行摆转运动,达到扫地的目的。2.1.3从“公车”到“车后”如图3所示,首先由电瓶2带动电动机3转动,电动机将动力传递到车轴,一方面带动三轮车前进,另一方面将动力分别传递到减速箱5和车后的扫滚7;经一级减速后改变转向,将动力传递给带扫把的工作轴,从而带动扫把6像划桨一样模仿人工扫地的动作,以达到扫地目的;同时,后边的扫滚可以将车下的垃圾扫到垃圾收集箱里。2.1.4方案三:齿轮传动+链轮传动(1)方案一:此方案由拖拉机的柴油机提供动力,由于动力十足,因此能够长时间的工作,但体积较大,运行不够灵活,不能在狭窄的地方作业,同时利用柴油机提供动力还存在噪声及能耗大、污染环境等问题。(2)方案二:本方案动力由电瓶提供,噪声小,节能环保;但在动力的传递过程中用到了齿轮传动,由于清扫垃圾时作业环境较恶劣,所以对齿轮的使用寿命有很大影响,难以保证清扫车工作的平稳性,此外,由于现有的电动三轮车结构较为紧凑,故在现有的电动三轮车上进行改装成本较高。(3)方案三:在人力三轮车上进时改装,用电瓶提供动力,其是在方案二的基础上由原来的齿轮传动改为链轮传动和皮带传动,以适应恶劣的作业环境,且能保证传动比,同时也能使结构更加紧凑。采用该方案的清扫车结构简单,噪声小,节能环保,操作灵活方便,能够适合多种复杂路面,成本也比前两个方案更加经济,与本设计的初衷相吻合。经过三个方案的综合比较,方案三是适合本设计的最佳方案。2.2运动轨迹和扫把的工作部件如图4所示,主工作部分由链轮、摇把和滑板组成,工作时,链轮带动摇把做旋转运动,摇把带动滑板运动,这样就构成了一个简单的四杆机构,其简化的原理图如图5所示。简化上述机构,运动简图如图6所示,B点轨迹是扫把尾部的运动轨迹,支点即为三轮车上的铁环,A点是扫把头主要清扫部位的运动轨迹顶点。本清扫机的主要工作部件是由竹子制成的扫把和尼纶制成的滚筒,设计的清扫速度为5km/h左右,即1.39m/s。为了保证清扫路面能衔接良好,不留清扫死角,设计时采用两把扫把。考虑到扫把一次的清扫面积有限,扫把的旋转速度设定为不低于60r/min,但为了保证车下边的垃圾能被扫滚扫进垃圾箱,则需将转速进一步增加,因此,最终将转速设定为150r/min。2.3传动外廓尺寸根据选定的电动机满载转速nm和工作机的主轴转速n,可得传动装置的总传动比i=6.5。根据链轮的传动特点,传动比过大,链条在小链轮上的包角就会过小,此时参与啮合的齿数减少,就会使链轮承受的载荷增大,轮齿的磨损也会随之增加,容易出现跳齿和脱链现象,因此,一般链传动的传动比i≤6,链条在小轮上的包角应不小于120°。式中:i1为电机链轮的传动比;i2为减速箱的传动比;i3为输出链轮与减速箱链轮的传动比。为使传动的外廓尺寸紧凑,初步取i1=1.5,则i2=2,i3=2.16。由于主动轮在车轴上,故主动轮的转速为300r/min,从动轮的转速定为150r/min,所以带轮的传动比为2。除了上述项目外,在设计清扫车时还需考虑电动三轮车尺寸的大小、扫把的倾斜角度,最重要的是协调三轮车的车速和扫把的清扫速度。3清洗机的三维模拟利用Solidworks软件进行清扫机的三维模拟,根据已有参数,将所有的设计部件均按要求进行模拟安装,得到的仿真图如图7所示。4清扫机的不足该清扫机是在原有扫路机械的基础上进行改装及创新设计的,其结构简单,运行灵活,