基于智能路面清扫装置的设计与制作

周秉伟

摘 要：本文针对智能路面清扫装置设计目的在于克服现有技术中的不足，提供一种清扫装置主刷表面采用间断V型设计、装置物料收纳箱的设计结构Y型等技术的智能路面清扫装置，并说明了清扫系统、引风机、除尘系统等相关组件的维护保养要求。

关键词： 智能路面清扫装置；物料后抛；“V”型分布的毛刷

中图分类号：U469.691 文献标识码：A 文章编号：2095-9052（2020）04-0174-02

1 设计的意义

按人社部的要求，预备技师和高级工的毕业生，毕业前要进行毕业设计。智能路面清扫装置可以满足学生对毕业设计和制作的要求，既培养和提高学生的设计能力、制造能力和综合运用能力，也锻炼了学院的青年教师，为青年教师能够快速地成长为教学骨干创造了条件。目前，已有的道路清扫车多以汽油为燃料，通过液压马达带动扫刷工作。这种清扫车体积大、噪音大、结构复杂、维修困难、操作不易，最重要的是会造成粉尘污染，对人体健康造成危害。

2 采用的技术方案

智能路面清扫装置[1]，包括车架、设置于车架上的物料收纳箱、清扫主刷、清扫边刷、智能控制系统及电源。车架的底部设置有承载车架移动的车轮，车架的后端设置有用于推动车架移动的扶手；清扫主刷位于车架的中部并能够与地面接触；物料收纳箱位于车架的后部，且位于清扫主刷的正后方；清扫边刷位于车架的前部两侧位置；车架上还设置有用于驱动清扫主刷转动的主刷电机和无级变速器，无极变数器通过皮带与清扫主刷连接，主刷电机通过无级变速器及皮带带动主刷转动；物料收纳箱为顶部敞口的箱体，箱体底板前半部分倾斜向上，前侧板切斜向后设置且与前半部分底板的夹角呈锐角，前侧板的顶部低于后侧板顶部，前侧板的底部延伸至清扫主刷的下方。

清扫主刷包括主刷安装轴和主刷体。主刷体通过主刷安装轴固定安装在车架上且随主刷安装轴转动。主刷安装轴的一端设置有V形皮带轮，无级变速器的输出轴上也设置有V形皮带轮，两个V形皮带轮上套装有V形皮带；主刷体的表面分布有刷毛，刷毛为间断V型分布在主刷体表面。清扫边刷包括圆盘形刷体，刷体的下表面分布有刷毛，顶部设置有刷体安装杆，边刷驱动电机的输出轴上设置有联轴器，刷体通过刷体安装杆插装在联轴器内，并通过销钉固定在联轴器上。

3 智能路面清扫装置的特点

3.1 智能路面清扫装置主刷表面采用间断V型设计

随着主刷的旋转，主刷前面的物料被带到毛刷里面，物料在毛刷 “V”型分布下，往主刷中间聚拢，在推力作用下被后抛到空中，在离心力的作用下快速而准确落到物料收纳箱中。使用“V”型分布的毛刷相比于普通的一字式刷毛，清扫质量大大提高；“物料后抛”的设计结构使用机械式的清扫方式，无噪音、耗电量低，节能环保无污染，使得清扫效率提高85%，本设计采用后抛的方式，可以让细小的灰尘离开地面飞到空中，在惯性作用下落入收纳箱中，使得清扫效果提升80%。

3.2 智能路面清扫装置物料收纳箱的设计结构

底板前半部向上倾斜，前箱板采用倾斜向后的设计，使得箱体底板的后半部和前半部分形成一个夹角1，底板前半部分与前箱板形成另一个夹角2，整体底板和箱体前侧板形成Y型，这个设计可以使收集的物料不易掉落。角1可以使扫地过程中已经进入收纳箱中的物料或液体，在遇到路面颠簸或者装置行驶方向改变的情况下不易从收纳箱中掉出来；角2不仅可以让垃圾以抛弧线的路径进入收纳箱，还可以让已经进入收纳箱中的物料更加难以掉落出来。做到垃圾一次性回收到位。

3.3智能路面清扫装置行驶速度采用可调节的恒定车速

通过旋钮人为控制无级变速的主刷转速。可调节的恒定车速让使用者根据打扫时间的限制，合理地在规定时间内完成任务。但是由于路面上的垃圾分布不是很均匀，所以需要主刷合理地改变转速。无级变速器受到调节旋钮的控制，根据旋钮的信号，随时改变传动比，更好地提升打扫效果。它采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与电动机工况的最佳匹配。转速稳定，滑动率小，工作可靠，具有恒功率机械特性，传动效率较高，而且结构简单，维修方便，价格相对便宜。

3.4 智能路面清扫装置边刷采用联轴器的连接方式

想快速更换边刷，只需要将联轴器连接边刷一段的螺丝钉拆卸下来，就可以直接更换。这样的设计，可以实现产品快速更换边刷、实现清扫、拖洗一体化多功能的特点。

3.5 智能路面清扫装置水器和无级变速器共用一个电源

当智能清扫实训装置车速较慢时，电流减小，电机转速降低、喷水器喷水量减小；当车速较快时，电流增加，电机转速增加、喷水量增加。这样使用起来更加人性化，同时更加环保、节约资源。智能路面清扫装置设有两个喷水器：一个在Y型收纳箱中，顶部安装有喷雾装置，主要是对收集起来的物料与雾气结合，增加尘土重量，避免扬尘、环保；另一个在智能路面清扫装置前部设置有喷水装置，在边刷清扫的过程中对路面进行洒水，使喷出的水与灰尘颗粒充分亲和增重，防止尘土扬起，做到卫生、环保。智能路面清扫装置在物料收纳箱内安装有喷雾装置，可以在物料进入收纳箱后与水雾结合，抑制物料和尘土飞扬。在外部设置两个180°旋轉微型喷洒装置，通过电器控制，使喷出的水与灰尘颗粒充分亲和增重，防止尘土扬起。外部喷水内部喷雾原理是利用蓄电池给水泵供能，水泵起动后旋转的叶轮带动泵里的水高速旋转，水作离心运动，向外甩出并被压入出水管。水被甩出后，叶轮附近的压强减小，在转轴附近就形成一个低压区。这里的压强比大气压低得多，外面的水就在大气压的作用下，冲开底阀从进水管进入泵内。冲进来的水在随叶轮高速旋转中又被甩出，并压入出水管，水从出水管流入喷水器。采用可调节式喷水器，可以通过旋转喷水器控制喷嘴横截面积，达到出水雾化或者柱状的喷水效果。

4 相关组件的维护保养

4.1 清扫系统的维护保养

清扫系统是整个装置中的核心组件[2]，在维护保养的过程中必须要注意以下几点：

一是在整个装置中，液压杆与连杆支架的主要作用是对柱刷与盘刷起落的控制，所以在清扫过程中遭遇的环境相对恶劣，而且受到较大的振动。因此必须要顶底对液压缸实施检查，避免出现漏油现象，同时检查连杆支架的紧固性是否满足要求，并且定期实施润滑油保养作业。

二是刷毛材料的选择和采购，必须要保证质量要求。在使用过程中要对刷毛的消耗状况保持密切关注，一旦耗损达到一种程度，需立即更换，这样才能够最大程度满足清扫要求。

三是制定维修保养计划，每月至少执行一次一级或二级保养。对清扫装置的全部部件做全面检查和维护；对保养计划和任务要首先列出详细清单，然后按单执行，一项任务也不能缺失；同时每个月的使用频率要做到科学合理，避免过度消耗。

四是清扫装置的弹簧对功能的使用和发挥有重要作用，比如复位、固定等。必须要对弹簧状况定期检查，避免出现过度老化、磨损，以至于失去弹性，无法满足使用需求；对于性能已经耗损，难以满足装置需求的弹簧，必须要马上予以更换。

五是清扫装置中柱刷的工作，是通过液压马达来驱动的。在柱刷工作的过程中，很容易出现垃圾与液压马达相互纠缠的情况，这样会对液压马达的正常转动造成干扰，因此必须要经常对液压马达附近的垃圾实施清理，避免对马达造成损坏甚至引发烧毁事故。

六是在使用过程中要注意保护柱刷刷毛，因为其成本相对比较昂贵。在正常工作中，柱刷刷毛容易造成严重磨损，工作中尽量避开锋利障碍，以实施有效保护；如果刷毛已经出现了磨损，與地面距离加大，应对柱刷的位置实施相应调整，以保持合理距离，满足清扫需求。

4.2 引风机维护保养

引风机在整个系统中，占据的空间大，而且结构也相对复杂，所以保养工作要从以下几方面做起：

一是定期添加副机机油，确保引风机不会在使用中出现变质焦化，同时要保证水箱中的水量处于正常水平。

二是定期对系统的各传动部位、衔接部位展开检查，确保各部件的连接没有发生松动、磨损，不会出现异响，特别是皮带和轴承位置。

三是务必要做好风机管道的密封性保养，一旦出现漏气现象，将会严重影响垃圾清扫效果，进而对工作效率造成非常大的影响。

4.3 除尘系统维护保养

当清扫装置长时间工作以后，除尘系统在整个装置中容易受到外界影响，进而功能和性能出现一定程度的不足，其维护保养工作要从以下几个方面展开：

一是每使用一段时间，必须对水箱状况展开全面检查，要保证水箱密封性，还要观察过滤网是否破损。

二是每使用一段时间，必须系统中的各个鸭嘴的密封性展开检查，确保不会出现漏水、变形、堵塞等不良状况，另外确保喷出的水花满足清洁工作的需要。

三是除尘系统中的水管一旦有漏水现象，必然会对鸭嘴喷水的压力造成负面影响。在使用过程中必须经常检查水管状况，确保没有出现破损情况；对于老化的水管、套圈等应予以及时更换。

四是使用过程中，对于系统中的液压缸、水泵等密封状况必须给予高度关注，确保不会出现漏油现象，严格控制各部件的使用年限，防止出现老化造成工作效能下降。

5 结语

智能路面清扫装置的研制成功，首先完善了河南化工技师学院高级工班毕业设计的教学要求；其次满足了学生对毕业设计制作的要求，对培养和提高学生的设计能力、制造能力和综合运用能力，起到很大的作用。最后，该设备的设计研发及制造，锻炼了一批青年教师，为这些教师能够快速地成长为教学骨干创造了条件。

参考文献：

[1]陈立德.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2017.

[2]陈海葵.机械制造工艺学[M].北京：劳动社会保障出版社，2014.

（责任编辑：李凌峰）