小型多功用環(huán)境清理車的設(shè)計(jì)初探

張恩惠，殷小瑞，王述洋

(東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

當(dāng)今社會(huì)，人類對(duì)自身生存環(huán)境的舒適度和健康水平要求愈來愈高，住宅區(qū)、校園和廣場(chǎng)等場(chǎng)所的環(huán)境美化和清理顯得尤為重要，草坪修剪車、草坪清掃車、吸塵清掃車和掃雪機(jī)等各種用于清理環(huán)境的小型機(jī)械設(shè)備相繼出現(xiàn)，并且成為人們生活中不可缺少的一部分。但目前存在的問題是，各種小型機(jī)械設(shè)備繁多，且年利用率不高，給維護(hù)儲(chǔ)存帶來很大不便。根據(jù)我國國情及園林綠化作業(yè)的特點(diǎn)，我國園林綠化機(jī)械的發(fā)展，現(xiàn)階段應(yīng)該研究以小型為主、一機(jī)多用、經(jīng)濟(jì)耐用的作業(yè)機(jī)械［1］。針對(duì)上述情況，設(shè)計(jì)研究出一款只要更換工作裝置，就能有多種功用的小型環(huán)境清理車，具有重大的意義。本文對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

1 總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

小型多功用環(huán)境清理車主要由簡單的專用底盤、減速箱、無級(jí)變速器、工作裝置、氣力輸送管道、清潔裝置、收集袋、燃油箱和發(fā)動(dòng)機(jī)等主要部件組成。

其主要外形特點(diǎn)是:發(fā)動(dòng)機(jī)后置，駕駛員的坐位設(shè)在燃油箱上方，工作裝置位于中間底盤下部，氣力輸送管道的一端與工作裝置連接，另一端與后置的集物袋連接。如圖1所示。

圖1 小型多功用環(huán)境清理車基本結(jié)構(gòu)示意圖注:1－收集袋;2－氣力輸送管道;3－發(fā)動(dòng)機(jī);4－燃油箱;5－底盤;6－清潔裝置;7－工作裝置Fig.1 The basic structure diagram of small-scale multi-function environmental cleaning car

1.2 工作原理

小型環(huán)境清理車的無級(jí)變速裝置是傳統(tǒng)的摩擦圓盤式，如圖2所示，該圓盤和鏈傳動(dòng)減速箱一起可以左右移動(dòng)，由操縱踏板通過杠桿系統(tǒng)實(shí)施其移動(dòng);當(dāng)壓下前進(jìn)或后退的踏板時(shí)，帶圓盤的鏈傳動(dòng)減速箱沿著后橋半軸移動(dòng)，隨著移動(dòng)改變了圓盤的轉(zhuǎn)速，也就改變了驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，改變了車的運(yùn)移速度;無級(jí)變速器的主動(dòng)盤是往一個(gè)方向以定角速度旋轉(zhuǎn)的，帶圓盤的減速箱可以從中心位置向右或向左移動(dòng)，這決定于壓下的是前進(jìn)踏板還是后退踏板，以達(dá)到機(jī)器前進(jìn)或倒退的目的［2］。

圖2 小型多功用環(huán)境清理車傳動(dòng)示意圖注:1－驅(qū)動(dòng)行走輪;2－鏈傳動(dòng);3－圓盤式無級(jí)變速器;4－帶傳動(dòng);5－可移動(dòng)減速箱;6－差速器;7－工作部件Fig.2 The transmission schematic diagram of small-scale multi-function environmental cleaning car

工作裝置的動(dòng)力來自可移動(dòng)減速箱，通過動(dòng)力輸出軸、鏈傳動(dòng)和無級(jí)變速器，然后再由帶傳動(dòng)輸送到工作部件。

1.3 主要技術(shù)性能參數(shù)

小型環(huán)境清理車結(jié)構(gòu)上相對(duì)比較簡單，由于是針對(duì)宅區(qū)、校園、廣場(chǎng)等比較平坦的環(huán)境設(shè)計(jì)的，所以對(duì)功率和轉(zhuǎn)彎半徑要求都比較低;該車的幾種主要性能參數(shù)見表1。

表1 小型多功用環(huán)境清理車主要性能參數(shù)Tab.1 The main performance parameters of small-scale multi-function environmental cleaning car

2 幾種功能及其工作裝置

不同的功能是通過更換相應(yīng)的工作裝置實(shí)現(xiàn)的?？筛鼡Q的工作裝置主要包括:用于修剪草坪的切割裝置、用于清掃草坪和街道的裝置、用于清掃積雪的掃雪裝置。由于所設(shè)計(jì)的工作裝置置于車底盤下部，給更換工作裝置帶來很大不便，所以在工作裝置與底盤之間增加滑移裝置，如圖3所示。手動(dòng)打開滑移裝置上的鎖扣，輕輕一拉，工作裝置就會(huì)從車底盤下部滑出，更換結(jié)束之后，將工作裝置通過滑移導(dǎo)軌推入底盤下部，鎖緊鎖扣即可，這樣能夠使更換工作更加簡單快捷，且經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

圖3 滑移裝置結(jié)構(gòu)簡圖注:1－鎖扣;2－滑移導(dǎo)軌;3－安裝盤Fig.3 Structure diagram of slip device

2.1 切割裝置

切割裝置按照刀具種類的不同可以分為旋刀式、滾刀式、往復(fù)刀齒式、甩刀式和甩尼龍繩式等［3］，其中以旋刀式和滾刀式使用最普遍。小型環(huán)境清理車是針對(duì)比較平坦的草坪環(huán)境設(shè)計(jì)的，對(duì)草坪修剪的質(zhì)量要求不是非常高，所以選用旋刀式切割裝置。

旋刀裝置包括刀盤體 (護(hù)罩)、刀盤體的支承輪和修剪高度調(diào)節(jié)裝置等，都是單獨(dú)的部件，通過掛結(jié)聯(lián)桿掛結(jié)在自行式底盤上［4］。

旋刀裝置按旋刀數(shù)量分，有單刀、雙刀和三刀幾種，每一把切割刀片都有單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)輪。刀數(shù)越多割幅越寬。不論是單刀、雙刀還是三刀，都組裝在一個(gè)刀盤體內(nèi)，切割裝置的帶傳動(dòng)系統(tǒng)、刀片制動(dòng)器、修剪高度調(diào)節(jié)裝置、掛結(jié)機(jī)構(gòu)等也都安裝在刀盤體上，整個(gè)刀盤體掛結(jié)在拖拉機(jī)或小車底盤上，一般刀盤體都有支承輪支承，支承輪的高度可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)支承輪的高度實(shí)際上就是調(diào)節(jié)刀片的修剪高度，有逐輪調(diào)節(jié)，也有通過一個(gè)手柄就可調(diào)節(jié)全部支承輪的。

旋刀切割裝置根據(jù)掛結(jié)或安裝的位置有軸間式、前置式、后置式、側(cè)置式和復(fù)合式等。軸間式是將切割裝置安裝在底盤的前后輪軸之間，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，操作者的視野好，轉(zhuǎn)向比較靈活，轉(zhuǎn)彎半徑相對(duì)較小，對(duì)安裝有支承輪的軸間式切割裝置來說，對(duì)地面起伏的適應(yīng)性相對(duì)較好，缺點(diǎn)是底盤的前輪會(huì)滾壓一部分未修剪的草坪，增加了這部分草坪的修剪難度。

本文所用到的旋刀裝置是針對(duì)城市宅區(qū)、校園、廣場(chǎng)等比較平整的草坪設(shè)計(jì)的，結(jié)合軸間式的特點(diǎn)，本文選用雙刀 (如圖4所示)、軸間式且不必安裝支承輪的旋刀裝置。

圖4 雙刀切割裝置傳動(dòng)示意圖注:1－動(dòng)力輸出帶輪;2－固定導(dǎo)向輪;3－右刀片驅(qū)動(dòng)帶輪;4－V帶;5－左刀片驅(qū)動(dòng)帶輪;6－張緊輪Fig.4 Schematic diagram of two knives cutting device transmission

2.2 清掃吸塵裝置

清掃裝置主要由與吸嘴相連的3個(gè)旋刷組成，如圖5所示。

圖5 清掃裝置結(jié)構(gòu)示意圖注:1－離心式風(fēng)機(jī);2－吸嘴;3－旋刷Fig.5 Structure diagram of cleaning device

旋刷安裝在吸嘴前方，當(dāng)旋刷旋轉(zhuǎn)時(shí)，刷子上的尼龍絲能抓住落在草坪上的垃圾、落葉和碎草，將其拋向吸嘴;吸嘴則利用離心式風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓，將垃圾吸進(jìn)，并通過氣力輸送管道，將垃圾送入收集袋，吸嘴和旋刷的高度是可調(diào)的，作業(yè)時(shí)一般調(diào)至剛接觸到草坪表面的高度為宜。若太低會(huì)損傷草株，甚至把部分土粒吸出，使草根裸在外面;若太高則會(huì)影響清掃質(zhì)量，無法清掃干凈。

除了用于清掃草坪上的垃圾 (如紙、煙頭、果皮等)、落葉和修剪下來的草屑，還可以用于清掃公園園路、廣場(chǎng)，以及城市街道、馬路等硬質(zhì)路面。

當(dāng)清掃硬質(zhì)路面上的塵土?xí)r，在旋刷工作范圍內(nèi)采用水噴頭噴霧的方式進(jìn)行壓塵，能夠提高清掃效率，減少毛刷磨損，防止使用時(shí)出現(xiàn)揚(yáng)塵現(xiàn)象，造成二次污染環(huán)境。

2.3 掃雪裝置

掃雪裝置的工作原理和清掃裝置類似，當(dāng)旋刷(如圖6所示)旋轉(zhuǎn)時(shí)，刷毛能將積雪迅速拋向吸嘴，吸嘴利用離心式風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓，將雪排向一側(cè)。氣力輸送管道可以根據(jù)需要開啟與關(guān)閉，開啟時(shí)，可以將積雪向集草一樣送進(jìn)收集袋，便于清理;關(guān)閉時(shí)，清掃的積雪通過吸嘴排向一側(cè)。

刷毛由富有彈性且耐磨的金屬絲或重合酰胺纖維或合成纖維構(gòu)成，它在作業(yè)時(shí)有一定的彎曲度，以便把低凹處的積雪清掃出來。

所設(shè)計(jì)的掃雪裝置主要用于公園園路、林蔭道、廣場(chǎng)、人行道等處清掃松軟的積雪，把積雪推向一邊，清理出一條無積雪的通道。

圖6 旋 刷Fig.6 Rotary brush

3 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)結(jié)合一機(jī)多用、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的設(shè)計(jì)主題，利用通用化設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)出一款只要更換工作裝置，就能有多種功用的小型環(huán)境清理車。解決了更換工作裝置過程中出現(xiàn)的問題，使更換工作更加便捷。該車具有修剪草坪、清掃草坪垃圾、清掃街道塵土垃圾、街道積雪等多種功用，四季通用，小巧玲瓏、結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、操作方便靈活，能夠給現(xiàn)代宅區(qū)、校園、廣場(chǎng)等美化環(huán)境帶來極大的方便，推廣應(yīng)用價(jià)值很好。

【參 考 文 獻(xiàn)】

［1］王乃康，茅也冰，趙 平．現(xiàn)代園林機(jī)械［M］．北京:中國林業(yè)出版社，2004．

［2］顧正平，沈瑞珍，劉 毅．園林綠化機(jī)械與設(shè)備［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002．

［3］俞國勝，李 敏，孫吉雄．草坪機(jī)械［M］．北京:中國林業(yè)出版社，1999．

［4］葛安華，陶 鵬，李權(quán)章．基于ADAMS的采伐聯(lián)合機(jī)臂系運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析［J］．森林工程，2012，28(2):34 －35．