落叶收集粉碎一体机

俞鑫 穆健

（聊城大学，山东 聊城252000）

1 整体及机械机构设计

1.1 总功能简述

落叶收集粉碎一体机主要是完成对路面上落叶的清扫，同时完成对落叶的筛选、粉碎和收集。机器设置成可拆卸，可以随时处理收集到的落叶。不仅如此，机器还具有升降功能，可以适应不同的路面。

1.2 外形机构的尺寸设计

1.2.1 框架外形结构尺寸设计

推杆设计采用伸缩式，推杆长度为900mm-1200mm，以适应各种身高的人使用。为了使落叶收集粉碎一体机使用便捷，宽度选为1000mm。长度通过综合考虑各系统所占用的空间，最后确定长度为1200mm。如图1 所示。

图1 框架简图

1.2.2 吸入口的形状和收集箱的外形设计

抽吸口的尺寸主要参考叶片的大小确定，根据普通落叶尺寸一般在10mm-20mm 之间。根据叶片的重量确定抽吸的大小和抽吸口的流速，然后根据框架的整体尺寸确定抽吸口的尺寸，抽吸口的大小设置为900mm*300mm，以扩大收集面积。抽吸口处设置了滚刷用以收集叶片，吸口处专门设计了石子过滤口，防止吸入小石子破坏刀具。如图2 所示。

图2 吸口

根据底座选取的是1000mm*1200mm，同时根据具体实际的工作情况，底座上要安装电动机、粉碎箱、收集箱。经过调整所选收集箱的尺寸为1000mm*800mm*500mm。收集箱后方开口，可以外延收集袋大约1m3。收集箱上设计有开口，开口的尺寸为0.2m*0.1m。参考市面上的吸叶机和吸尘器，风速大约在1-2m/s，效率为15%-20%。

根据公式:Q=VF

Q——风量，m2/s;V——风速，m/s;F——风道截面积，m2。

求得Q=0.003 m3/s。取外接收集袋体积为2.6m3，收集一次所需要的时间为T=（0.4+0.6）/（0.02*15%）≈2222s≈37min。收集满一次所需要的工作时间约为37min，加上处理收集好的落叶的时间，一次性工作时间大约在40min，可以满足使用者的休息需要。收集箱设计为可拆卸，并且要保证开合方便，这样的设计主要目的是能够保证收集箱内的树叶碎片可以随时倒出，以保证落叶清理粉碎一体机可以持续工作。如图3 所示。

图3 收集箱

1.2.3 软管外形结构尺寸设计

软管选择PVC 塑料，使其强度跟韧度都能够达到使用要求。尺寸根据吸口大小确定，同时要避免落叶在经过软管时发生堵塞。最终选择长度为1000mm，外径为100mm。内径为90mm。

1.2.4 粉碎箱外形结构尺寸设计

确定粉碎箱的宽度和高度均为300mm。粉碎箱的长度主要参考底座的尺寸。最终确定为400mm。考虑到粉碎箱内也有吸力通过，所以粉碎箱与刀片之间的距离不易过大，避免因距离过大造成未被搅碎的落叶进入收集箱。如图4 所示。

图4 粉碎箱三视图

1.2.5 控制箱的设计

控制箱内有控制电路，因此要特别注意其安全的设计，尽可能多的使用绝缘材料。根据都做的整体框架尺寸，去除收集箱、粉碎箱所占用空间，所设计的控制箱尺寸为110mm*300mm。

1.2.6 轮子的设计

轮子的尺寸主要是参照吸口的尺寸设计，吸口的设计尺寸为900mm*300mm，轮子的高度设计要比吸口高，在不影响吸力的条件下，离地面要高，避免因吸力过大导致吸入石子的情况。同时，轮子设计为可自由旋转。最终确定尺寸为高度350mm、厚度为10mm，轮子直径为200mm、厚度为50mm，数量为3。轮子的材料选用聚氨酯，该材料具有高强度、优秀的耐磨性、耐油性、耐疲劳性以及抗震动性。具体尺寸如图5 所示。

图5 轮子

1.2.7 落叶清理粉碎一体机的安装

每个部件的安装，装配零件形成组件是通过SOLIDWORKS软件指定各零件间约束的过程。安装后的装配图如图6 所示。

图6 装配图

2 主要机构设计

2.1 粉碎机构设计

2.1.1 粉碎装置飞刀数量的确定

2.1.2 粉碎机刀片的确定

粉碎机刀片可用全钢叶片和镶钢叶片。长度为260mm，体积大约为128cm2。查阅资料得全钢密度为：7.85g/cm3，根据m=ρv，得刀重约1kg。热处理硬度为HRC40-45 度。相应的技术要求主要有耐冲击、耐高温、耐磨等。我们采用全钢叶片制造粉碎机，采用D13B-D18D 型粉碎机刀片。

2.2 电动机的选择

选择80BL100S40-430TK9 直流电动机，该电动机的转速为3000r/min，扭矩为2NM，功率为300W，直接与叶轮连接。

另一个电动机是用来带动刀具旋转用于粉碎落叶。选取3000r/min 的80BL110S50-430TK9 直流电动机，额定转速为3000r/min，空载转速为4000r/min，额定转矩为1.6NM，额定电压为48v，额定功率为500W。

2.3 传动机构设计

主轴的校核：

根据实心圆轴公式，其切应力

所以轴的最小直径

式中：WT——轴的抗扭截面系数，mm3;

多重PCR基于PCR-SSP的反应原理，在反应体系内同时加入多种引物，扩增多种目的抗原片段，减少反应次数，增大通量，既可以提高检测效率，又能更大限度地使用个体极少见的稀有血型DNA样本。国内报道多重PCR可在一个反应体系内同时检测Co（a-）、Lu（b-）、Yt（a-）、Kp（b-）[15]，还可稳定地同时检测 Vel-，Sc1-，GIL-及 In（b-）稀有血型[16]。

P——轴传递的功率，kw;

n——轴的转速，r/min;

C——与轴材料相关的系数

由带传动n1=3600r/min，n2=1800r/min，P1=20kW，P2=P1*η，取带传动效率η=0.96，则P2=19.2kW。

轴的最小直径为:

为了保证轴的强度，取d=40mm。

2.4 工作流程

工作流程是通过叶轮旋转使收集箱内产生真空，从而产生吸力，将落叶吸入至粉碎箱，同时过滤吸入的石子。粉碎箱内有两把飞刀由直流电动机带动旋转粉碎叶片，粉碎的叶片在吸力的作用下进入至收集箱内完成收集。

3 结论

本文中的落叶收集粉碎一体机在结构上参考了苏州沪洁环保设备有限公司的手扶式吸叶机，同时结合美国百莱玛设备公司的威猛BC600XL 型切枝机[1]。刀盘采用键连接安装，主轴安装采用有对称式的圆锥滚子轴承，生产容易、安装方便。机身固定在机架上，机架底部安装有车轮保证移动方便。同时可以在牵引机车的带动移动，方便运输。收集箱采用容量大可拆卸形式，保证持续工作时间，方便清理收集箱内收集到的粉碎落叶。该机器适合于街道、公园等地方的清扫，值得一提的是收集到的粉碎落叶还可以进行后续处理，做肥料、燃料等，应用广泛。