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落叶清理机

草地落叶清扫机

绪论

本次设计的课题是草地落叶清扫机。

落叶清扫机作为城市的环卫设备之一,是一种集路面清扫落叶、落叶输送为一体的新型高效清扫设备。

可广泛应用于学校、公园、街道等地落叶清扫。

落叶的清扫工作既可以保证道路的美观,维护了环境的卫生,又维持了路面的良好工作状况,延长了路面的使用寿命。

然而，一般的落叶清扫机并不能对树底下、草坪上的落叶进行清扫，众所周知大量落叶不仅影响了城市环境，还给交通带来不便。

因此设计一种草地落叶清扫机迫在眉睫。

1.设计背景

1.1国内清扫机的发展概况

一、我国清扫机的发展和不足我国清扫机的发展历史与发达国家的发展过程基本类似，也是从纯扫式清扫机车的研究开始，然后逐步向吸扫式清扫机车发展。

早在20世纪60年代，我国就已经研制出纯扫式清扫机车，从此揭开了我国研发清扫机车的序幕。

由于受当时我国的体制和当时城市环卫部门的经济状况影响，只有上海、北京、南京、深圳等少数大城市使用数量很少的清扫车，但是这种型式的清扫车给我国清扫车的发展史增添了浓浓的一笔。

四川沪州机器厂制造出我国第一台吸扫式清扫机，填补了我国在吸扫式清扫车市场上的空白，清扫效率从我国研制的纯扫式清扫车的80%提高到90%以上，它更以纯扫式清扫车无可比拼的优势迅速进入我国的大中城市如北京、上海、南京、深圳等。

20世纪末期，市场需求的迅速膨胀促使各种类型和各种规格的清扫车不断涌现。

清扫车的使用也从大中城市逐渐扩展到小城市，而且不少企事业单位与部分居民小区也开始采用清扫车进行路面清扫。

2000年以后，国内清扫车市场继续呈现蓬勃发展的局势。

近几年来国内各个清扫车企业己经逐渐开始意识到产品自主研发的重要性，正逐步开始加大对科研工作的投资力度，其中有不少企业取得较为先进的研究成果。

但到目前为止，国内针对清扫车工作装置匹配性能的研究至今仍然不多，已经取得的一些科技成果。

谢立扬在文献［1］中根据吸扫式和纯扫式清扫车两种车型不同清扫机理，结合自己在实践和试验两方面的经验说明了清扫速度对清扫率的影响关系，得出了如下结论:

无论是哪种形式的清扫车，当清扫速度增加时，清扫效率总的来说呈下降趋势，对一些容重较小但形状较大的物体，在一定清扫速度范围内，清扫速度与清扫率无关[1]。

龚佰勋在文献［2］中阐述：

通过多年的实践经验，提出了提高清扫车使用效能的各种方案，主要观点包括在清扫一般的市政道路时，清扫车车速一般应控制1.5m/s左右；保洁行驶速度则可高达5m/s，这样最有利于垃圾的吸扫；风机风道应采用圆形截面，这样可以有效减小风阻等[2]。

虽然我国在清扫机车研究方面取得部分令世界瞩目的成就，但是我国的清扫机车同发达国家相比还存在着不少差距。

我国自主研究设计的的清扫车虽然在清扫能力、清扫效率以及除尘效果等清扫作业方面的性能与发达国家的水平相差不太大，然而却在噪声控制、可靠性、舒适性等方面仍存在较大差距。

目前我国清扫车设计还停留在理论分析加经验总结的基础层面上，缺乏对清扫机车专用元件工作性能的系统分析，缺少对部分专用零部件的研究，缺乏具有明确目标的设计理论的指导。

可以说，到目前为止我国对清扫车的研究能力还相对来说比较差，对清扫车工作参数的相关的性能匹配研究也存在很多不足之处，对清扫车综合工作性能的优化指导作用还很有限，与此同时，对清扫车的研究还缺乏必要的研究条件。

由于国内清扫车生产企业的生产规模都比较小，而且扫路机产品批量也较小，所以采用的生产设备和生产手段都较为落后，加工的零部件难以保证有稳定的质量要求。

此外，我国通用零部件制造水平较低，也影响了扫路机车的质量。

二、我国清扫机的研究方向要提高我国清扫机车的整体水平，必须首先确定它的研究方向，从清扫机车的基础研究着手，并根据我国清扫机车市场的需求，逐步研究开发出性能先进、可靠性高、符合我国基本国情的清扫车。

随着社会的发展进步，道路落叶的清扫工作不再满足于单纯意义上的清扫,将从功能、环保、经济等多方面提出更多更高的要求,市场呼唤能满足各种需求的清扫机车。

已知的清扫车类型有：

（1）全天候清扫车。

目前的这种清扫机车需要通过喷水压尘来除尘，在我国的一些干旱地区和我国的北方冬季无法使用此类清扫车，要解决这一问题，必须要开发能在干旱环境和冬季使用的清扫车或称为全天候扫路车，如果该车能够成功研发不但解决了上述难题，同时可节约用水，降低使用成本[3]。

（2）中小型全液压清扫机车。

未来市场的主要清扫车，为适应国内市场发展的需求，对中小型全液压扫路车的研究工作已刻不容缓。

目前，我国中小型全液压扫路车不但存在与汽车底盘改装的扫路车同样的缺陷，而且还存在舒适性差、噪声大、空车质量大、外形不够美观等诸多缺点。

因此，要彻底摆脱我国全液压扫路车的落后状况，必须从现在开始就对其进行详细的研究[3]。

（3）多功能型清扫机车。

目前的国产清扫机车基本上来说都是单纯意义上的清扫即只能扫路不能它用。

然而从全国许多环卫局的信息来看，对清扫车功能的需求应不仅仅只停留在单方面应同时实现多方面的功能像铲雪、除草等。

因此，清扫车多功能是一个发展方向

（4）环保型扫路车和单发动机全液压驱动清扫机车。

目前的扫路车尾气污染和噪音污染相对来说对环境造成的危害都比较大。

随着国家环保部门对环境的要求越来越高,人们环保意识的普遍增强,现有扫路车就将很难适应社会发展的需要，因此开发环保型清扫机车势在必行，单发动机全液压驱动清扫机车发展前景的也必将一片美好。

1.2国外落叶清扫机的研究现状

国外一些发达国家从20世纪40年代就开始大量生产清扫机车，像美国ELGIN、德国FAUN-KUKA、日本KATO、英国JOHNSTON等公司，这些公司目前不管在销量的规模、还是在技术应用的档次上都走在了世界的前列。

文献[5]中曾提出一种新型的路面清扫方式，采用洒路车与清扫车联合作业的方式，这种方式不但可以有效解决普通路面清扫车的二次扬尘问题，而且还可以有效改善对片状、絮状或粉尘状等轻质物体的清扫效率低较低的缺点[5]。

此外，国外针对清扫车进行的学术研究方向主要是面向清扫车性能优化、安全舒适性、集成控制、环保节能等课题。

PeelG.M.和ParkerG.A.采用离散元素模型的方法，理论分析了清扫车盘刷在作业时与路面间的相互作用关系，得出了如下结论:

随着盘刷转速的提高，盘刷与路面间的摩擦系数会减小，并且盘刷的接地压力也会减小，这样盘刷的驱动扭矩会相应下降[5]。

2.产品规划

设计的是一种用于草地落叶垃圾清扫的机器。

机器露天工作，工作环境为草坪或草地。

使用期限10年清扫工具1-2两年更换一次。

动力来源为电力拖动，牵引方式可以是人力牵引或是机车牵引，在中等规模机械厂大批生产。

3.方案设计选择

该机器应具备以下特点

1、结构简单。

因是小型清洁机器要求成本低操作维护方便便于工人使用其结构需简单可靠性好。

目前国内虽然已有同类机器但其结构偏复杂成本高无法推广使用。

2、清扫机构可调节即清扫时该机构工作不清扫时该机构不工作以免做无用功。

在以上分析的基础上，对机器各部分方案进行设计。

3.1整体方案的设计

即机器的整体结构形式外观的确定。

有两种方案可供选择

（1）机器为四轮车形式由人推动或机车拖动。

清扫的动力来源为电机的转动带动带轮转动，从而带动清扫机的滚筒转动。

（2）机器为三轮车形式由人力驱动。

清扫的动力来源为人蹬脚踏板的力。

人蹬脚踏板带动后轮运动，再将后轮运动传递给工作轴，扫把旋转，完成运动。

对方案

（1）、

（2）进行比较

方案1：

优点仅有一个传动（从电机所在轴到工作轴）结构简单紧凑。

自备动力源，通过一定方式控制机器运动，还可实现自动清扫。

方案2：

优点动力来源稳定可直接在现有三轮车基础上进行改装成本低。

因是骑行效率较手推车高。

缺点结构尺寸相对较大。

最终选择方案1大大节省了人力，提高了清扫的效率。

3.2清扫功能实现形式的确定

因是小型清洁机器，考虑到动力及成本，选择清扫功能实现形式为通过钢针与地面的相对运动将落叶扫起。

主要运动为旋转运动。

有以下两种方案：

1.钢针运动方向与机器前进方向相同。

钢针环绕工作轴成星形布置放射状工作轴与车轮所在轴平行。

钢针把与地面相对运动将落叶扫起。



2.扫把运动方向与机器前进方向交错。

扫把均匀布置在一盘状物体周围盘状物体与地面平行通过盘装物体旋转扫把与地面相对运动将落叶扫起。

分析方案

（1）

（2）的优缺点

方案

（1）结构简单清扫功能易实现但清扫能力有限即可能清扫的不彻底。

方案

（2）清扫能力强但是是交错传动需借助圆锥齿轮或涡轮蜗杆来实现结构较复杂会增加机器成本而且效率较低。

考虑到机器清洁的主要是落叶或其他片状体不需要较强的清扫能力故选方法

（1）

2、落叶收集方式的确定

收集容器为一放在车后的垃圾箱。

需确定的是如何将落叶由地面送入垃圾箱。

有三种方案：



（1）通过一传送机构。

将落叶扫到传送机构上再由传送机构将落叶送入垃圾箱。

需另设一条传送链结构复杂成本高。



（2）将扫把成环状布置在两个滚筒上滚筒转动则扫把连续地将落叶扫入垃圾箱如下图所示

（3）扫把成环状布置在一根轴上环轴一圈钢针通过轴旋转扫把一点点地将落叶送上斜坡通过挡板落叶摞入垃圾箱。

此方案结构简单容易实现。

该扫把适用于在草地上进行工作，工作时通过钢针将树叶穿起，在钢针通过斜坡细缝时可以将树叶捋下，方便，快捷，有较高的工作效率此外，该落叶清扫机既能由垃圾车拖动清扫，又可以由人工推动清扫，

综合考虑选择方案3

3.3传动方案的选取

主要传递的是运动且是在两平行轴之间传递可选的传动方案有



（1）带传动。

优点：

传动平稳，缓和载荷冲击；运行平稳无噪声；制造和安装精度不像啮合传动那样严格；过载时引起打滑，防止其他零件损坏；增加带长以适应中心距较大的工作条件。

缺点：

有弹性滑动和打滑失使效率降低和不能保持准确的传动比；传递同样大的圆周力时；轮廓尺寸和轴上压力都比啮合传动大；带的寿命较短。



（2）齿轮传动。

优点：

使用的圆周速度和功率范围广；效率较高；传动比稳定；寿命长；工作可靠性高；可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间传动

缺点：

要求较高的制造和安装精度，成本较高；不适宜远距离两轴之间传动。

（3）链传动。

优点：

安装精度低，没有滑动；传动尺寸较紧凑；不需很大张紧力；效率较高98%；能在温度较高湿度较大的环境中使用。

缺点：

只能用于平行轴间滑动;瞬时速度不均匀告诉运转时不如带传动平稳;不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用;工作是有噪声;制造费用高。

对比三种方案，考虑经济成本，实用，普及，和装配要求，最终选择方案一。

至此机器的方案设计完成。

其三维图如下：

；‘

4.各部分零件的具体设计及参数选定

4.1轮子的设计

轮子是用不同材料制成的圆形滚动物体。

简单来说，它包括轮子的外圈、与外圈相连接的辐条和中心轴。

透过滚动，轮子可以大大的减少与接触面的磨擦系数。

如果配上轴，即成为车的最主要构成部份。

轮子在交通运输中非常有用，是人类的重要发明之一。

除了车轮以外，其他圆形的轮还有船轮、飞轮等等。

在草地落叶清扫机，后轮采用的是固定式轮子，无法改变车轮的前进方向，前轮采用可给变方向的车轮，因此草地落叶清扫机的方向主要是通过前轮来改变的。

前轮的直径是100mm，后轮的直径是180mm。

4.2钢针扫把及滚筒的设计

（1）滚筒

因工作轴较细钢针扫把不能直接固定在轴上。

先将扫把固定在滚筒上然后通过键将轴与滚筒周向固定。

选择滚筒外径为D=150mm内径与轴径相等为d=40mm。

滚筒置在于带轮一侧长度为L=600mm。



（2）扫把共有25把均布在滚筒上。

因工作轴中心离地面高度为230mm滚筒外径为150mm，扫把长度为150，与地面的距离为5mm,以免与地面直接接触，同时，便于将落叶扫起。

4.3斜板与垃圾箱的设计

（1）斜板最高点离地高度为339mm与地面夹角为35°故斜板宽度为240。

斜板长度为600mm厚度为8mm。

其上有20个间距5mm的缝隙。



（2）由于在落叶被清扫后，落叶需要统一存放于落叶收集箱，箱体采用厚为8mm的钢板焊接而成。

尺寸为800×295×500。

4.4升降的方案设计

当扫地车不清扫而又需要将扫地车移动时，就要求使滚筒与地面脱离。

很自然的，我们首先想到是让滚筒相对于车体向上运动，但这样会大大增加带传动及滚筒自身机构的复杂程度，且整体的稳定性也将大打折扣。

使滚筒升高还可选择变化轮子的位置，由于滚筒和万向轮相距较近，而且移动主轮会使动力的稳定性降低，所以我们选择万向轮的升降来调节滚筒的高度。

抬升方法可以选择万向轮与有一个有固定轴的杆相连，转动杆就可以将万向轮抬高，但是这样的话不能保证万向轮总是水平的，在转过一定角度后，万向轮与水平线成一个角度，影响其工作。

于是我们采用平行四边形四杆机构，在调整万向轮高度的过程中可保持其水平

4.5车体的设计

车体是车辆上供装载货物或乘客的部分，又是安装与连接车辆其他组成部分的基础。

早期车辆的车体多以木结构为主，辅以钢板、弓形杆等来加强。

近代的车体以钢结构或轻金属结构为主

车体是整个草地清扫机的基础，所有的组件都是建立在车体上，是承载重力的关键。

车体的底盘是800X1300的钢板，中间开有给滚筒钢针扫把工作的孔洞，还有提供给工人们使用的扶手。

4.6带轮的设计

带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，在近代机械传动中应用十分广泛。

摩擦型带传动能过载打滑、运转噪声低，但传动比不准确（滑动率在2%以下）；同步带传动可保证传动同步，但对载荷变动的吸收能力稍差，高速运转有噪声。

带传动除用以传递动力外，有时也用来输送物料、进行零件的整列等。

本草地落叶清扫机所用的是V带轮传动，采用的电机型号是YH8-10650Z，其转速是600RPM，输出功率是500W，查机械设计实用手册表5.3-7选取普通V带中带型A。

选取基准长度1100mm。

小带轮的直径为47.5mm,大带轮的直径为190mm,传动比为1:

4。

最后转速为150r/min。

根据公式：

[（360-2α）/360]*190∏+[2α/360]*47.5∏+2[95-23.75]*tgα=1100

求得中心距为368mm。

4.7滚筒轴的设计

轴（shaft）是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。

轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。

一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。

机器中作回转运动的零件就装在轴上。

滚筒中的轴要承受一定的扭矩和裁剪力

工作轴

扭矩T=1.65X4=6.6N*M材料40Cr的剪切疲劳极限Tt=200

则轴的最小直径为：

考虑到轴的加工、安装及细长轴刚度等问题，将直径放大到d=60mm，其长度L=850mm。

轴的结构设计：

轴向力很小或没有，可将此轴设计为一根光轴。

带轮及滚筒的轴向定位采用弹性挡圈，周向定位采用平键，并选用滑动轴承。

4.8挡板的设计

挡板是置于草地落叶机前端。

防止电动机和电源被风吹日晒，露打雨淋，影响机器的使用，因此挡板还是很重要的。

5.主要功能简述

5.1总功能描述

对道路上的落叶进行清扫并对落叶进行筛选处理然后粉碎最后压缩收集机器具有升降功能可以适应不同地面。

5.2实现总功能的方法构想

通过查阅大量资料和对生活中所用的落叶收集工具落叶处理工具的观察设计的手扶式落叶清扫粉碎一体机。

由粉碎机将收集到的落叶粉碎并送至收集箱粉碎机系统由电机提供动力。

此种落叶收集处理机在对落叶进行收集的同时能及时对收集的落叶进行粉碎处理两侧的清扫刷可方便地清扫墙角及靠近障碍的地方。

并且由于两侧的清扫刷的存在大大增加了清扫宽度并且转弯半径并不大。

驱动方式为电力驱动。

由于所设计的落叶收集处理机以环保为出发点故动力装置选择噪音低对空气无污染的电力驱动。

配置大容量收集箱可大大提高工作效率和收集处理效果进行长时间的工作

电动机的类型和结构型式可以根据电源的种类工作条件温度环境空间尺寸和载荷特点性质大小启动性能和过载情况来选择。

在移动设备中常使用的有直流电动机和步进电动机。

由于所设计的落叶收集处理机要求控制简单运动平稳因此选择交流电动机

6.设计方案的技术创新点

1、巧妙地采用逐渐变长的扫把将落叶扫起经由斜板将落叶直接扫入垃圾箱一个结构两种功能使机器结构大为简化。

2、设计了一个Ⅱ级机构该机构一方面可以固定工作轴在空间的位置另一方面也可对工作轴的位置进行调节使不清扫时扫把不与地面接触达到不做无用功的目的。

小结

本次为手扶式清扫机械设计通过社会调查上网查询通过对国外与我国清扫机械的了解对清扫机进行了设计与改造使其更加方便更加适于生产和生活它独特的设计使我们的清扫工作变的更加简单方便。

它更加节能更加环保更加适应我们现在低碳的社会要求。

在这次的设计中我了解了我国现在清扫机的发展状况和发展趋势在老师的帮助下完成了该清扫机的设计和改造。

此次设计使我学到了很多懂得了很多了解了很多知识得到了丰富。

此次设计对于我来说是一个很好的考验也是一次很好的锻炼它给了我一个很好的独立完成一项任务的机会。

通过对此次设计任务的完成使我发现了机械对于我们生产生活的重要它的发展也可以带动社会的发展和时代的进步

参考文献

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