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脚踏式道路扫地机的研究设计
2014-09-13 来源:
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    脚踏式垃圾清扫车是一种新型、环保、高效的路面道路扫地机械,它适用于城市次干道的清扫,操作简单,不消耗能源,无二次污染,自动收集垃圾,道路扫地机构可以提升等特点。

    道路扫地机是用于道路、机场等场所的清扫设备。按用途可分为扫路机、清扫收集机和专用收集机三种。扫路机只能将路面上的垃圾扫到一边,通常只有郊外的道路上使用,在公路和修理路面时常用它来清扫路面;而脚踏式垃圾清扫收集机不但能把尘土和垃圾扫到一边,而且还能自动将垃圾装入垃圾箱中运走,在城市道路清扫中应用广泛;专用收集机系列是专用来收集收集场的金属和其他物品。

    道路扫地机一般由机架、传动系统、扫地刷、垃圾箱、垃圾输送装置和洒水系统等组成。扫地刷是道路扫地机的主要工作机构,它由刷、刷架、悬杆和驱动机构组成。按刷的功用可分为主刷和副刷。主刷一般做成圆锥形,担负大部分清扫面积的清扫工作,并将垃圾扫到垃圾箱中;副刷则是用来清扫道路边缘,并将垃圾送到主刷的扫道上。

    扫地刷常用的有圆柱刷和圆锥刷。圆柱刷由刷芯、刷毛以及把刷毛固定在刷芯上的零件所组成。刷毛的材料常用钢丝、棕榈丝、竹条、人造纤维等。圆锥刷成截头圆锥形,刷毛安装在一个圆盘上,因此又叫盘刷。它安装在机器的两侧,故又名侧刷垃圾箱是存放垃圾的容器,扫地刷扫起的垃圾通过输送装置送入垃圾箱中。垃圾箱一般是固定式的,也可制成可拆的和悬挂式的,通过端盖或倾倒进行卸载。

    垃圾输送装置有机械式和真空机械式。机械式输送装置有带式、刮板链式和斗形提升式结构。真空机械式输送装置不仅能从路面上扫起垃圾,而且还可以将其抛到垃圾箱中,同时气流还通过扫刷,这样促进了垃圾和灰尘从地面离开,细微的灰尘通过滤清器被留下,排入大气中几乎是无尘的空气,从而避免了空气的污染。该装置在城市的现代清扫收集机中使用最普遍。洒水系统包括水箱,水泵(或压气机)和喷洒管嘴等。

    本车主要由车架体、道路扫地机构和洒水装置三部分组成。依靠人力驱动车前行的同时带动道路扫地机构运动,完成清扫任务;同时洒水装置喷管喷洒的水流和防尘罩将起到抑制尘土扩散的作用。当清扫任务完成后,道路扫地机构可以提升,脱离地面,减少车体与地面的摩擦,使清扫车正常行走;同时避免了地面对刷子的磨损。

1.设计原理

    1.1 清扫原理

    本车的清扫原理是两边刷将垃圾往中间扫,同时滚刷利用与地面的相对摩擦力将垃圾送入垃圾箱内。

    1.2 传动原理

    利用链轮的传动比来提高滚刷的转速,从而实现驱动道路扫地机构的运动,以达到对街道清扫的目的。

2.机械传动机构总体设计方案

    2.1 机械传动比的设计和分配

    要想垃圾被扫入垃圾箱内,则滚刷的速度要远远大于后轮的转速。根据链传动的传动比i=n1:n2=z2:z1(n—链轮的转速,z—链轮的齿数)这一表达式,可以看出此车的传动机构是一个加速过程。即1到2,7到8的过程都是加速的。根据设计的要求可以出确定各级传动之间传动比的关系,即i1=n1:n2=z2:z1>1,i2=n3:n6=z6:z3=1,i3=n7:n8=z8:z7>1。初步设想1与8,1与6的传动比分别为4,2。

    2.2 链条、链轮的选择

    这一清扫车的传动基本上全是链传动,且传动速度低。同时在清扫时,滚刷和边刷与地面的摩擦力较大,再加上滚刷与垃圾箱入口的摩擦,使整个车在行进时的摩擦阻力增大,这样就要求此车传动机构中的1到2,3到6的传动链条具有较强的拉力,以免造成链条的拉力超过其疲劳强度等原因造成链条的失效。所以选用结构紧凑、寿命长的小节距的单排滚子链。

3.总体方案图的设计

    3.1 总装图

   

    3.2 传动机构图的设计

   

    3.3 滚刷机构图的设计

   

    3.4 边刷机构图的设计

   

    3.5 尾车架体图的设计

   

4.本车的性能

    本车的具体性能参数如下表格:

   

5.本车的创新点及推广应用

    5.1 创新点

    与其他的清扫车相比,本车的创新点主要有以下四点:

    1)车及道路扫地机构的驱动不消耗能源,即依靠人力驱动车的前行,同时带动道路扫地机构直接完成清扫任务。

    2)洒水装置和防尘罩避免了灰尘对环境造成二次污染;

    3)工作效率高,可以减小工人的劳动强度。

    4)在清扫任务完成后,道路扫地机构可以轻易提升。

    5.2 推广应用

    与其他清扫车比较,本车推广应用的价值体现在以下几点:

    1.本清扫车造价低廉,易加工制造,操作简单,不消耗能源等;

    2.工作效率高,可以减小工人的劳动强度;

    3.适用场合为城市的次干道和小街小巷;目前很多城市主干道都使用大型清扫车,而次干道和一些小街小巷仍是环卫工人在清扫,如果三轮环保清扫车(B)型能够普及推广,将会能减轻工人的劳动强度,每辆车每年至少能为使用单位节省

    4.735万元的资金(比较得出)。

6.本车的使用、维护和保养

    6.1使用

    本车是依靠人力驱动车的前行,同时带动道路扫地机构运动完成清扫任务,在清扫工作过程中,两个边刷将垃圾往中间扫,滚刷靠与地面的摩擦力将垃圾沿着胶皮轨道将其扫入垃圾箱内。同时洒水装置喷出的水流抑制灰尘的扩散。任务完成后,滚刷沿月牙形轨道以后轮轴为转动轴心转动提升,边刷按照边刷固定件和边刷轴上孔的相对位置提升到最高点,脱离地面,减小了地面对刷毛的磨损。另外提升机构有不同的位置,在刷毛磨损后,可以合理调节刷毛与地面的接触长度,使得刷毛得到合理利用。

    6.2维护和保养

    1)要不定期的检查刷毛的磨损情况,及时调节刷毛与地面的接触长度,保证清扫干净、彻底;

    2)要对链条和齿轮定期进行人工润滑和清理,防止链条和齿轮的失效。

知识拓展:

    道路扫地机发展状况及发展趋势

    国外道路扫地机起步较早,技术较先进。

    英国的JoHSToN公司于1904年设计出了马拉的扫路机,美国的ELGIN公司于19l4年研制出了该公司第一部人力蹬踏的三轮扫路机,用机械取代了人工清扫。

    1920年ELGlN公司在扫路机上设计了碟形刷。碟形刷的诞生使得清扫质量有了很大程度的提高,第一部带碟形刷的扫路机在美国的密执安洲使用,受到了许多人的好评。

    碟形刷延用至今已经将近九十多年的历史了。通过长期的使用,证明了它是扫路机上必不可少的工作部件。

    随着人们物质生活水平的提高,人们对环境质量的要求也在提高。扫路机在清扫作业时,为减少或消除清扫过程中的扬尘设有除尘装置。l920年ELGlN公司生产的扫路机在增加碟形刷的同时也增加了喷水除尘系统。当时该系统不可用于冲刷马路沿。

    由此可见,ELGlN公司1902年生产的扫路机已经具备了现代扫路机的雏形。

    “喷水除尘”是一种极为简单的除尘方法。成本很低,技术难度小,各国的扫路机都相继使用。在使用过程中发现,虽然喷水除尘能马上见效,但除尘效果还是不够理想。因为,当扫路机将水喷到地面上时,地上的灰尘和水需要有一个湿润的过程,只有当灰尘颗粒和水亲和后才能增重,清扫时灰尘才不会飘起而实际上扫路机将水喷洒后,还没有足够的时间容许水与灰尘亲合,刷子就进行清扫了。这样就有相当一部分的灰尘仍然是干燥的,结果作业时还是出现扬尘。

    另外,当地面灰尘较少时,扫路机洒出的水量过大,使得灰尘粘附在地面上,清扫时刷子对这些粘附于地面的灰尘无能为力。待水份蒸发后,灰尘仍然留于地面上影响清扫质量。除上述喷水除尘的诸多不理想因素之外,地处寒冷地带的城市,由于水在低温下容易结冰,使扫路机使用受到了局限。

    道路扫地机械的发展与汽车工业的发展是息息相关的。l929年汽车发动机被应用在扫路机上,发动机功率已达百马力。实心轮胎被充气轮胎代替,使扫路机的清扫速度大大加快,达7~8英里/小时。

    随着工业勃蓬的发展产品工艺水平的不断提高及工业美学的推动。扫路机的外观质量也在相应的提高。大约在1948年扫路机上都安装了驾驶室,改善了驾驶员的工作环境

    五十年代中,液压传动系统被应用到扫路机上,使扫路机的传动结构紧凑、可靠,操作灵便,垃圾箱可以通过油缸被举升到任意高度位置卸出垃圾,垃圾箱的容量也在增大。碟形刷采用液压马达驱动,液压传动可以吸收冲击和振动。大大降低了传动系统和碟形刷的损坏率使扫路机在性能上出现了飞跃。

    由于湿式除尘方式在使用中受到了局限。为了扩大产品的使用范围,世界各公司的制造商经过反复推敲没计了带有干式除尘装置的扫路机。气力输送系统在扫路机上开始得到了应用。地面上的微小灰尘和大颗粒的垃圾都能有效的被清除。为了达到理想的吸尘效果,当时扫路机的作业车速度很慢,每小时达3~5公里。而且气力输送所需要的风量,风压很高,造成结构尺寸很大。为了使过滤系统始终保持良好的工作状况,装有电动激振器。由于结构很庞杂在小型扫路机上应用这套系统受到了限制。

    小型扫路机可应用于厂区,仓库公园通道、车站等小范围的清扫,销售市场广阔,促使各公司的制造商转向小型扫路机的开发。在小型扫路机的结构上避开了大尺寸气力输送系统,拼凑了吸扫复合式工作原理的清扫装置。即:地面的清扫和垃圾输送是依靠清扫刷来完成的。同时在机上配以小型机组成的吸风系统,控制工作区域内的扬尘。许多厂商在扫路机的垃圾箔上安装了吸管,操作工人可以手持吸管,专收墙角旮旯的垃圾,扩大了使用功能。

    干式除尘系统虽然效率高,但是如果地面有积水或垃圾潮湿,在收进过程中,潮湿的灰尘粘附在过滤器上使之失效。针对这一不可避免的弊端,研究扫路机的工程技术人员,又从温式除尘的方法找到了出路:

    即取消干式除尘装置,在吸风输送管道中,设计了水喷雾头。管道内的水在高速气流的作用下利用引射原理从喷雾头喷高雾化,使进入管道中的垃圾、湿润、聚合到达垃圾箱内,马上沉降。干净的空气被排入大气。含有大量水份的垃圾,在垃圾箱内,通过分离器,垃圾与水分离,水再进入喷雾系统循环使用。这种湿式除尘要比原始的将水喷到地上来除尘的传统方法先进的多。同时又省去了干式除尘的复杂装置。这是八十年代扫路机的先进技术。

    随着高速公路的发展,促使扫路机向大型、高速发展使扫路机的清扫速度加快,垃圾箱及水箱的容积增大。而且扭路机上有双方向盘,操作人员可以坐在任何一边的位置驾驶。

    在机场上使用的扫路机,由于作业环境空旷,清扫面积大,要求扫路机安装尺寸宽的滚筒刷,以提高扫珞机的清扫宽度。

    美国、英国、德国的汽车工业发展历史悠久。汽车、装载机、拖拉机技术日趋成熟,英国、西德的几家公司先后推出了汽车、拖拉机牵引的道路扫地机械。有许多家公司都形戒了系列产品。美国的AARPOWERBOSS公司的小型扫路机的品种多达二十二种;包括纯扭式、吸扫复台式小型扫瞎机械和地面洗刷机。

    八十年代期,扫路机的技术比较成熟,结构也相对完善。现代扫路机的技术成熟表现在:作业时有高质量的清扫效果,操作灵便,对各种路面有很好的适应。实现了液压气动和电子技术相结台的操纵控制系统。电液回路联合使用,轻便灵敏,故障率低,液压元件实现了标准化,通用化,维修方便。清扫刷易于调整和更换。驾驶员有舒适的操作环境。

    综观世界工业发达扫路机的产品具有以下特点:

    1)扫路机的传动系统由机械传动向全液压传动方向发展;

    2)纯吸式、纯扫式工作原理向吸扫复合式工作原理发展;

    3)干式除尘形式向先进的湿式除尘形式方向爱展;

    4)体积大,自重大的扫路机向体积小和机动性好的方向发展;

    5)单一功能向多功能方向发展。

    1.2.2国内道路扫地机技术现状:

    20世纪60年代,我国研制生产出了第一代扫路机,由于清扫效果差、劳动强度大、操作不方便,面世不久即被淘汰。70年代,国内相关科研机构、生产厂家,加大了扫路机的研究开发力度,我国第二代扫路机诞生了。北京和上海研制了大、中、小三种规格的纯扫式扫路机,S31大型扫路机和S32中型扫路机、S15小型扫路机相继投入使用。天津研制的干式纯吸式扫路机小批量投入使用。第二代扫路机的技术水平比第一代有了较大的提高。但由于纯扫式的清扫效率扫净度不高问题、干式纯吸式的除尘系统可靠性问题等原因,使该类扫路机的推广使用受到极大限制。

    国内道路扫地机研制起步较晚,道路扫地机的机电一体化程度相对国外来说比较落后。80年代以后,国产道路扫地机基本采用了国外80年代的先进技术,如真空技术,液压技术,电液操作等技术。道路扫地机的机电一体化水平相对有所提高。然而作为机电一体化技术的核心技术,计算机技术以及直接制约和影响技术发展的传感检测在国产道路扫地机上几乎没有应用,大大制约了国内道路扫地机的发展水平。
国内道路扫地机的发展将是一个课题。我们针对国内道路扫地机的现状进行技术改造,对道路扫地机实行智能控制,针对不同的工作环境对道路扫地机进行相应的设计和改造。使其更加适应时代的发展和人们的需求。在之前的技术基础之上进行改进,将道路扫地机机型变得简单轻便,外观更加美观,在增大承载容积和载荷能力的同时,降低道路扫地机的重量。提高道路扫地机的使用寿命,减少噪声,降低成本,是道路扫地机更加的人性化智能化,更加方便人们的使用,道路扫地机在国内的发展前景是远大的。

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