基于智能路面清掃裝置的設計與制作

周秉偉

摘 要：本文針對智能路面清掃裝置設計目的在于克服現有技術中的不足，提供一種清掃裝置主刷表面采用間斷V型設計、裝置物料收納箱的設計結構Y型等技術的智能路面清掃裝置，并說明了清掃系統、引風機、除塵系統等相關組件的維護保養要求。

關鍵詞： 智能路面清掃裝置；物料后拋；“V”型分布的毛刷

中圖分類號：U469.691 文獻標識碼：A 文章編號：2095-9052（2020）04-0174-02

1 設計的意義

按人社部的要求，預備技師和高級工的畢業生，畢業前要進行畢業設計。智能路面清掃裝置可以滿足學生對畢業設計和制作的要求，既培養和提高學生的設計能力、制造能力和綜合運用能力，也鍛煉了學院的青年教師，為青年教師能夠快速地成長為教學骨干創造了條件。目前，已有的道路清掃車多以汽油為燃料，通過液壓馬達帶動掃刷工作。這種清掃車體積大、噪音大、結構復雜、維修困難、操作不易，最重要的是會造成粉塵污染，對人體健康造成危害。

2 采用的技術方案

智能路面清掃裝置[1]，包括車架、設置于車架上的物料收納箱、清掃主刷、清掃邊刷、智能控制系統及電源。車架的底部設置有承載車架移動的車輪，車架的后端設置有用于推動車架移動的扶手；清掃主刷位于車架的中部并能夠與地面接觸；物料收納箱位于車架的后部，且位于清掃主刷的正后方；清掃邊刷位于車架的前部兩側位置；車架上還設置有用于驅動清掃主刷轉動的主刷電機和無級變速器，無極變數器通過皮帶與清掃主刷連接，主刷電機通過無級變速器及皮帶帶動主刷轉動；物料收納箱為頂部敞口的箱體，箱體底板前半部分傾斜向上，前側板切斜向后設置且與前半部分底板的夾角呈銳角，前側板的頂部低于后側板頂部，前側板的底部延伸至清掃主刷的下方。

清掃主刷包括主刷安裝軸和主刷體。主刷體通過主刷安裝軸固定安裝在車架上且隨主刷安裝軸轉動。主刷安裝軸的一端設置有V形皮帶輪，無級變速器的輸出軸上也設置有V形皮帶輪，兩個V形皮帶輪上套裝有V形皮帶；主刷體的表面分布有刷毛，刷毛為間斷V型分布在主刷體表面。清掃邊刷包括圓盤形刷體，刷體的下表面分布有刷毛，頂部設置有刷體安裝桿，邊刷驅動電機的輸出軸上設置有聯軸器，刷體通過刷體安裝桿插裝在聯軸器內，并通過銷釘固定在聯軸器上。

3 智能路面清掃裝置的特點

3.1 智能路面清掃裝置主刷表面采用間斷V型設計

隨著主刷的旋轉，主刷前面的物料被帶到毛刷里面，物料在毛刷 “V”型分布下，往主刷中間聚攏，在推力作用下被后拋到空中，在離心力的作用下快速而準確落到物料收納箱中。使用“V”型分布的毛刷相比于普通的一字式刷毛，清掃質量大大提高；“物料后拋”的設計結構使用機械式的清掃方式，無噪音、耗電量低，節能環保無污染，使得清掃效率提高85%，本設計采用后拋的方式，可以讓細小的灰塵離開地面飛到空中，在慣性作用下落入收納箱中，使得清掃效果提升80%。

3.2 智能路面清掃裝置物料收納箱的設計結構

底板前半部向上傾斜，前箱板采用傾斜向后的設計，使得箱體底板的后半部和前半部分形成一個夾角1，底板前半部分與前箱板形成另一個夾角2，整體底板和箱體前側板形成Y型，這個設計可以使收集的物料不易掉落。角1可以使掃地過程中已經進入收納箱中的物料或液體，在遇到路面顛簸或者裝置行駛方向改變的情況下不易從收納箱中掉出來；角2不僅可以讓垃圾以拋弧線的路徑進入收納箱，還可以讓已經進入收納箱中的物料更加難以掉落出來。做到垃圾一次性回收到位。

3.3智能路面清掃裝置行駛速度采用可調節的恒定車速

通過旋鈕人為控制無級變速的主刷轉速。可調節的恒定車速讓使用者根據打掃時間的限制，合理地在規定時間內完成任務。但是由于路面上的垃圾分布不是很均勻，所以需要主刷合理地改變轉速。無級變速器受到調節旋鈕的控制，根據旋鈕的信號，隨時改變傳動比，更好地提升打掃效果。它采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力，可以實現傳動比的連續改變，從而得到傳動系與電動機工況的最佳匹配。轉速穩定，滑動率小，工作可靠，具有恒功率機械特性，傳動效率較高，而且結構簡單，維修方便，價格相對便宜。

3.4 智能路面清掃裝置邊刷采用聯軸器的連接方式

想快速更換邊刷，只需要將聯軸器連接邊刷一段的螺絲釘拆卸下來，就可以直接更換。這樣的設計，可以實現產品快速更換邊刷、實現清掃、拖洗一體化多功能的特點。

3.5 智能路面清掃裝置水器和無級變速器共用一個電源

當智能清掃實訓裝置車速較慢時，電流減小，電機轉速降低、噴水器噴水量減小；當車速較快時，電流增加，電機轉速增加、噴水量增加。這樣使用起來更加人性化，同時更加環保、節約資源。智能路面清掃裝置設有兩個噴水器：一個在Y型收納箱中，頂部安裝有噴霧裝置，主要是對收集起來的物料與霧氣結合，增加塵土重量，避免揚塵、環保；另一個在智能路面清掃裝置前部設置有噴水裝置，在邊刷清掃的過程中對路面進行灑水，使噴出的水與灰塵顆粒充分親和增重，防止塵土揚起，做到衛生、環保。智能路面清掃裝置在物料收納箱內安裝有噴霧裝置，可以在物料進入收納箱后與水霧結合，抑制物料和塵土飛揚。在外部設置兩個180°旋轉微型噴灑裝置，通過電器控制，使噴出的水與灰塵顆粒充分親和增重，防止塵土揚起。外部噴水內部噴霧原理是利用蓄電池給水泵供能，水泵起動后旋轉的葉輪帶動泵里的水高速旋轉，水作離心運動，向外甩出并被壓入出水管。水被甩出后，葉輪附近的壓強減小，在轉軸附近就形成一個低壓區。這里的壓強比大氣壓低得多，外面的水就在大氣壓的作用下，沖開底閥從進水管進入泵內。沖進來的水在隨葉輪高速旋轉中又被甩出，并壓入出水管，水從出水管流入噴水器。采用可調節式噴水器，可以通過旋轉噴水器控制噴嘴橫截面積，達到出水霧化或者柱狀的噴水效果。

4 相關組件的維護保養

4.1 清掃系統的維護保養

清掃系統是整個裝置中的核心組件[2]，在維護保養的過程中必須要注意以下幾點：

一是在整個裝置中，液壓桿與連桿支架的主要作用是對柱刷與盤刷起落的控制，所以在清掃過程中遭遇的環境相對惡劣，而且受到較大的振動。因此必須要頂底對液壓缸實施檢查，避免出現漏油現象，同時檢查連桿支架的緊固性是否滿足要求，并且定期實施潤滑油保養作業。

二是刷毛材料的選擇和采購，必須要保證質量要求。在使用過程中要對刷毛的消耗狀況保持密切關注，一旦耗損達到一種程度，需立即更換，這樣才能夠最大程度滿足清掃要求。

三是制定維修保養計劃，每月至少執行一次一級或二級保養。對清掃裝置的全部部件做全面檢查和維護；對保養計劃和任務要首先列出詳細清單，然后按單執行，一項任務也不能缺失；同時每個月的使用頻率要做到科學合理，避免過度消耗。

四是清掃裝置的彈簧對功能的使用和發揮有重要作用，比如復位、固定等。必須要對彈簧狀況定期檢查，避免出現過度老化、磨損，以至于失去彈性，無法滿足使用需求；對于性能已經耗損，難以滿足裝置需求的彈簧，必須要馬上予以更換。

五是清掃裝置中柱刷的工作，是通過液壓馬達來驅動的。在柱刷工作的過程中，很容易出現垃圾與液壓馬達相互糾纏的情況，這樣會對液壓馬達的正常轉動造成干擾，因此必須要經常對液壓馬達附近的垃圾實施清理，避免對馬達造成損壞甚至引發燒毀事故。

六是在使用過程中要注意保護柱刷刷毛，因為其成本相對比較昂貴。在正常工作中，柱刷刷毛容易造成嚴重磨損，工作中盡量避開鋒利障礙，以實施有效保護；如果刷毛已經出現了磨損，與地面距離加大，應對柱刷的位置實施相應調整，以保持合理距離，滿足清掃需求。

4.2 引風機維護保養

引風機在整個系統中，占據的空間大，而且結構也相對復雜，所以保養工作要從以下幾方面做起：

一是定期添加副機機油，確保引風機不會在使用中出現變質焦化，同時要保證水箱中的水量處于正常水平。

二是定期對系統的各傳動部位、銜接部位展開檢查，確保各部件的連接沒有發生松動、磨損，不會出現異響，特別是皮帶和軸承位置。

三是務必要做好風機管道的密封性保養，一旦出現漏氣現象，將會嚴重影響垃圾清掃效果，進而對工作效率造成非常大的影響。

4.3 除塵系統維護保養

當清掃裝置長時間工作以后，除塵系統在整個裝置中容易受到外界影響，進而功能和性能出現一定程度的不足，其維護保養工作要從以下幾個方面展開：

一是每使用一段時間，必須對水箱狀況展開全面檢查，要保證水箱密封性，還要觀察過濾網是否破損。

二是每使用一段時間，必須系統中的各個鴨嘴的密封性展開檢查，確保不會出現漏水、變形、堵塞等不良狀況，另外確保噴出的水花滿足清潔工作的需要。

三是除塵系統中的水管一旦有漏水現象，必然會對鴨嘴噴水的壓力造成負面影響。在使用過程中必須經常檢查水管狀況，確保沒有出現破損情況；對于老化的水管、套圈等應予以及時更換。

四是使用過程中，對于系統中的液壓缸、水泵等密封狀況必須給予高度關注，確保不會出現漏油現象，嚴格控制各部件的使用年限，防止出現老化造成工作效能下降。

5 結語

智能路面清掃裝置的研制成功，首先完善了河南化工技師學院高級工班畢業設計的教學要求；其次滿足了學生對畢業設計制作的要求，對培養和提高學生的設計能力、制造能力和綜合運用能力，起到很大的作用。最后，該設備的設計研發及制造，鍛煉了一批青年教師，為這些教師能夠快速地成長為教學骨干創造了條件。

參考文獻：

[1]陳立德.機械設計基礎[M].北京：高等教育出版社，2017.

[2]陳海葵.機械制造工藝學[M].北京：勞動社會保障出版社，2014.

（責任編輯：李凌峰）