環保休閑清潔車的創新設計研究

智啟光+張瑞杰+何富君+黃龍躍+李俊萱

摘 要：對國內市場上常用的清潔車類型進行了簡單分析和研究，針對目前市場上清潔車在美觀性、休閑性、大眾娛樂性等方面上的欠缺提出了“Easy Sweep”創意清潔車的改進方案，該方案從功能方面入手，提出了以自行車為載體的新型環保休閑清潔車，解決了目前清潔車體積過大、小區域面積作業不方便、不具備大眾娛樂性、能源不環保等方面的問題。

關鍵詞：休閑；環保；清潔車；人力

中圖分類號：TB472 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0118-02

1 市場背景

我國研制生產清掃車已有50多年的歷史，從純掃式道路清掃車逐漸向吸掃式和純吸式發展。這些清掃車在城市非主干道、小區小路、休閑廣場等人群流動較多的小區域面積不適合作業。某些清掃車生產企業曾生產使用專用底盤的中小型全液壓道路清掃車，但其僅適用于清潔工作者，不能讓普通百姓參與其中，缺乏美觀性、休閑性、大眾娛樂性，且傳統清掃車工作模式會造成環境污染，不符合當今環保理念。

2 產品外觀造型設計

2.1 產品設計理念

“Easy Sweep”創意清潔車設計以可持續設計為理念，在

保護環境的同時增強公眾環保意識、推動城市建設發展，實現清潔車的綠色出行，服務大眾讓每個人都可以參與到保護環境的行動中來，與此同時可減少清潔工人的工作量。

2.2 產品造型

“Easy Sweep”創意清潔車在造型和功能方面以自行車的形式為載體，如圖1所示。車輪由前方兩個轉向輪和后方主動輪組成，三輪設計提高了車體的穩定性。

在配色組合中，采用黃色與黑色，此配色組合最為醒目，可以警示車輛行人，避免意外發生。

“Easy Sweep”創意清潔車采用工業設計的傳統思維與方法，將藝術與科學相結合，車身采用天鵝脖頸的造型仿生設計，曲線優美，符合大眾審美標準，可批量放置于廣場等公共場所，為城市景觀添彩。

3 產品功能設計

3.1 主要工作部件及設計

3.1.1 垃圾拾取系統

如圖2所示，垃圾拾取系統一共包括三個主要部件，垃圾滾鏟、傳動/變向齒輪和垃圾收容箱。工作時，主動軸轉動驅動車體前行，通過傳動齒輪、傳動軸將動力傳至垃圾拾取系統，驅動垃圾滾鏟轉動，同時垃圾拾取系統的傳動/轉向輪保證垃圾滾鏟轉動方向與主動軸轉動方向相反，此圖中垃圾滾鏟即為逆時針轉動。垃圾滾鏟將垃圾鏟起，向后送入垃圾收容箱，使車體在行進時實現收集垃圾的清潔作業。

3.1.2 傳動系統

如圖2所示，傳動系統一共包括三個主要部件，傳動/變向齒輪、傳動軸。主動軸轉動，通過上述三個部件齒輪傳動、軸傳動兩次傳動，將動力傳至垃圾拾取系統，同時完成垃圾拾取部分的轉動方向變向，保證工作機構正常工作。

3.1.3 行走系統

如圖1所示，行走系統一共包括車輪與把手兩大部件。“Easy Sweep”創意清潔車車體前部有兩個直徑16cm的轉向輪，車體后部有一個直徑22cm的主動輪，選用小型自行車車輪，配有低壓充氣輪胎；車把手的高度在80cm-90cm之間，具體高度與傾斜角度基于操作人員的身體數據而定。

3.1.4 機架總成

如圖1所示，機架總成主要包括一體式車架，由鋼架加工成型后拼裝而成，一體式車架保證了騎行時的平穩性。

該車傳動部分通過鏈條驅動后輪，齒輪傳動、軸傳動驅動垃圾滾鏟，再經變向齒輪改變運動方向，使垃圾滾鏟逆時針旋轉鏟取車體行進過程中的垃圾，從而完成清掃工作。傳動系統結構如圖2所示。

操作者通過騎行方式驅動后輪，為清潔車工作提供動力。通過身體重心左右偏移帶動兩前輪偏轉，從而實現車體的轉向。在垃圾拾取功能中，先通過前排的垃圾滾鏟將垃圾鏟起，將垃圾帶入滾鏟后部的垃圾收容箱。

3.2 主要技術數據

3.2.1 車體數據

車體長120cm、寬50cm、高100cm，車把手高80-90cm，車把手具體高度、角度視使用者身體尺寸而定，如圖1所示；兩前輪輪距40cm，外側輪最大轉角α=35°，如圖3所示。

3.2.2 傳動系統設計

人正常騎行自行車的速度v=1.2m/s，車后輪直徑d=220mm，所以后輪轉速n=49.7r/min，垃圾滾鏟的轉速n′=n=49.7r/min，工作轉速合適。

3.2.3 車體最小轉彎半徑計算

如圖3所示，外側輪轉向角α，內側輪轉向角β，β>α，△AOD是直角三角形，AD/OD=tgα，AD/OA=sinα，AD是軸距，OA=AD/sinα，R1=OA，R1即為最小轉彎半徑，所以，清潔車軸距與外側輪轉向角α共同確定最小轉彎半徑。

帶入數據，OA=120/sin35°≈209.1，最小轉彎半徑即約為2.09m，最小轉彎半徑合適。

3.2.4 車體動態穩度

動態穩度主要是轉彎時的穩度，即在轉彎時控制什么樣的速度，才能夠保證車輛不發生側滑。最大速度用v表示，由輪與地面滾動摩擦因數μ、彎道半徑R共同決定。當向心力小于等于地面滾動摩擦力時，車身不會側滑，由向心力公式Fn=Mv2/R以及地面滾動摩擦力F=μMg，得出v的最大速度v2=μgR，即v=■。綜上所述，轉彎速度小于等于為安全速度。

4 應用前景

4.1 應用場合

這款新型環保休閑車定位為公共清潔設施。主要應用在公園，廣場，大型商場，居民小區等地面較為平坦的公共場合，垃圾種類單一，大多數為食品包裝袋等便于清掃的垃圾，但常需要清潔人員一對一清掃，浪費了大量的人力資源。我們將公共場合的人群變為清潔人員，使用者成為清潔者，參與到清掃的行列。

4.2 應用人群

這款環保休閑清潔車依靠人自主性使用，應用人群廣泛，老少皆宜，從安全角度考慮，年齡較小辨知能力較弱的孩子應當在家長陪同下使用，避免產生不必要的事故。

4.3 管理方式

可以采取共享單車掃碼的形式，以共享單車為合作載體方便公眾使用清潔車。

參考文獻：

[1]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]濮良貴，紀名剛.機械設計（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2001.