一种地面垃圾清理机设计

邢智慧

（沈阳城市建设学院，辽宁 沈阳110167）

1 概述

随着经济的发展，人们生活水平的提高，更多的人已经不仅仅局限于物质追求，对生活环境的追求也日趋明显。所以，改善环境、保持环境、创造环境也成为人们追求高生活质量的标准。

室内大厅的地面，比如教学楼、办公楼、商场的地面，保持干净、整洁、卫生，需要清洁工人付出辛勤的劳动。然而目前，室内大厅的清洁工作仍以人工手持扫把、拖布清扫为主，清扫时工人需要低头弯腰，对身体的损耗非常大，非常劳累。所以，研究一款灵巧方便的清洁工具，改善清洁工人劳动时的身体姿态，从而减轻工人的劳动强度，是非常必要的。

本文拟设计一种地面垃圾清理机，能同时完成清扫地面、垃圾收集、擦拭地面的功能，能节省下大量人力，减少工人劳动强度，提高工作效率。

2 方案设计

采用电动机作为系统的动力源，将会使垃圾清理机成本大幅增加，同时电动机噪音大，电线不易过长，行走不方便，不能大面积的清扫。采用人力作为该装置的动力源，通过结构上的设计，使垃圾清理机本身小巧灵活，将以往人们打扫时弯腰的姿势变为直立行走的姿势，这一改变将大大减轻人们的劳动强度，提高工作效率。另外，该装置还具有垃圾收集、擦拭地面的功能，满足了清扫过程中工具齐全性的要求，真正实现一机多用，为彻底清洁提供了方便。

3 结构设计

3.1 工作原理

该垃圾清理机主要由支撑架、扫地装置、擦地装置、捡拾装置、收集装置五部分组成。通过各构件有机有序的配合工作，可以使人保持直立行走的姿势，向前推动整套装置，与此同时即可完成扫地、收集垃圾、擦地的功能。当不需要工作时，该垃圾清理机相当于一个临时的垃圾箱，可以向里投掷垃圾，方便运输、清洁，而且可拆卸。

具体的结构如图1 所示。该垃圾清理机主要由转向轮1、清洁毛刷2、撮子3、驱动轮4、链轮拖布5、支撑架6、链条7 组成。工作时，工人手扶支撑架6，动力便传至机体两侧的驱动轮4处，驱动轮4 所在的轮轴一侧装有链轮，通过链传动，将动力传至机体前端清洁毛刷2 所在传动轴一侧的链轮处，这样就能使清洁毛刷实现清扫地面的功能。在此过程中，四个导向轮1 起导向、支撑的作用。撮子3 安装在支撑架6 上，在工作时，撮子架上端会安装一个垃圾袋，当清洁毛刷清扫垃圾时，它能够将其收集至撮子里。当垃圾较多时，可以用脚踩撮子架，将垃圾倒入垃圾袋中，垃圾袋可以随时替换。在清扫的过程中，链轮拖布5 会一直工作，清洁毛刷2 清扫完地面后，链轮拖布5 紧接着会擦拭地面，实现工人一次走过，完成扫地、拖地两项工作。

图1 地面垃圾清理机示意图

3.2 关键部件设计

3.2.1 清扫装置

利用链传动原理完成清洁毛刷的清扫工作。通过合理选择链轮直径的大小，获得一定的转速比，从而获得不同的转速，方便完成预期动作。如图2 所示。

图2 清扫装置

3.2.2 收集装置

利用杠杆原理，通过一套双杠杆机构将撮体升降至相应位置，通过脚踏方式完成垃圾的传送，减轻了双手的工作量及操作的复杂度。具体结构如图3 所示。

图3 收集装置

4 参数设计

4.1 整体外观参数设计

4.1.1 高度

根据大多数人的身高，设计车体整体高度为800～1100mm，使得工作时双臂可自然弯曲，身体保持直立姿势，消除了传统打扫时的弯腰动作，减轻劳动负担，提高工作效率。

4.1.2 宽度

与成人肩同宽，在500～750mm 之间，工作时双臂无须外扩或夹紧，与正常走路姿势相似，减少工作疲劳强度。

4.1.3 长度

为了方便清扫，车体前方应有一定的有效可视区域，还应保证合适的空间安放清洁毛刷、传动轴、拖布，经过多次试验，定于长度在800～1100mm 之间，既保证了有效的工作面积，又能确保工人可以看清车体前方物体。

最终确定各数据分别为：高度：h=1000mm；宽度：b=670mm；长度：l=900mm，长度与高度相差不多，使得整机类似于等腰三角形，增加了整体美观性，同时也保证了系统的平稳性。

4.2 车轮及链轮链条参数

根据试验，最终确定垃圾清理机关键部件的参数为：

4.2.1 车轮

驱动轮4 直径：d1=120mm，转向轮1 直径：d2=100mm。

4.2.2 清扫装置

大链轮直径：d链1=90mm，大链轮齿数：z链1=29；

小链轮直径：d链2=60mm，小链轮齿数：z链2=21；

链条厚度：s=15mm。

4.2.3 拖地装置

大链轮直径：d链3=90mm，大链轮齿数：z链3=7；

小链轮直径：d链4=60mm，小链轮齿数：z链4=12；

链条厚度：s=20mm。

4.2.4 撮子

长：l=310mm；宽：b=470mm；高：h=150mm。

4.2.5 样机试制

通过以上参数设计，最终确定了地面垃圾清理机的具体参数，并依此参数完成样机的制作，具体如图4 所示。

图4 地面垃圾清理机样机外观图

5 结论

本文对地面垃圾清理机进行了结构设计、参数选择及样机试制。该机能够一次完成扫地、收集垃圾、擦地的功能。机具实用性强、结构简单、操作方便舒适，能够将人们从传统的弯腰扫地擦地的姿势中解放出来，以此减轻工人劳动强度，提高工作效率。

6 展望

通过对垃圾清理机样机调试及试验，发现该机能够很好的完成清扫功能，垃圾收集功能及擦地功能需进一步研究、调试。具体有以下几点有待进一步研究：

6.1 确定清洁毛刷安装轴与地面的最佳高度，毛刷的材质及长度有待进一步确定。

6.2 在本样机中，垃圾收集装置能够起到收集垃圾的功能，但其安放位置及固定方式还有待进一步研究。

6.3 在本样机中，擦地装置选择海绵材质，机具在行进过程中，能够简单的擦除地面的浮灰，但是拖布如何拆卸、如何清洗，还有待进一步研究。

总之，通过对该机具的设计、参数选择、样机制作及试验进行研究，证实该机能够有效改善工人的劳动强度，提高劳动效率，具有一定的生产使用价值。