自行式邊溝清掃機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用

何偉慶（三明市公路設(shè)施維護(hù)中心）

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自行式邊溝清掃機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用

何偉慶（三明市公路設(shè)施維護(hù)中心）

采用三角皮帶離合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、小型高效自動(dòng)行走機(jī)構(gòu)、垃圾清掃和分離裝置、可調(diào)整限位裝置等研制而成的自行式邊溝清掃機(jī)的研發(fā)在道路養(yǎng)護(hù)中具有非常重要的意義。其項(xiàng)目產(chǎn)品具有使用方便、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，本文通過(guò)對(duì)自行式邊溝清掃機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)要點(diǎn)和特征進(jìn)行研究，分析對(duì)道路清潔養(yǎng)護(hù)的作用。

自行式邊溝清掃機(jī)；關(guān)鍵技術(shù)；產(chǎn)品特征

1　引言

目前，福建乃至全國(guó)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)的公路管理養(yǎng)護(hù)部門，第一線的公路養(yǎng)護(hù)班站道路保潔配有清掃車，伸縮縫養(yǎng)護(hù)配有清灌縫機(jī)，標(biāo)線維護(hù)配有除線機(jī)、劃線機(jī)，綠化維護(hù)配有專門修剪機(jī)，唯獨(dú)清理道路邊溝仍靠繁重的人工勞動(dòng)，而且這種現(xiàn)狀還將長(zhǎng)時(shí)間存在。究其原因，主要是沒有合適的機(jī)械設(shè)備。

近些年來(lái)，某些養(yǎng)護(hù)單位曾購(gòu)置小挖機(jī)以替代人工作業(yè)，但因其無(wú)法適應(yīng)水溝特殊結(jié)構(gòu)的作業(yè)要求而不了了之。可就挖掘機(jī)而言，其高效的挖掘鏟除功能，靈活的移場(chǎng)提拋動(dòng)作，特別適合邊溝溜方清理之所需。那么，能否居于成熟的挖掘機(jī)技術(shù)平臺(tái)設(shè)計(jì)出一種既能用于挖掘清除又能適用于道路邊溝清掃作業(yè)特點(diǎn)的設(shè)備呢？

課題組從2010年立項(xiàng)開始，就一直立足于上述思路的研發(fā)和試制中，通過(guò)各種資料的整理分析，以現(xiàn)有輪胎式挖掘機(jī)為平臺(tái)，專門設(shè)計(jì)了異形挖機(jī)動(dòng)臂，并在永安公路分局進(jìn)行路試，試驗(yàn)結(jié)果是：雖具有挖掘功能，但無(wú)法完成道路邊溝的清掃和垃圾收集，尤其碰到防撞墻、標(biāo)志牌及路樁，根本無(wú)法使用，所以，該項(xiàng)研究工作就暫時(shí)停滯了，但課題組并沒有放棄繼續(xù)研究的信心。從2012年開始，課題組成員分別多次到養(yǎng)護(hù)道班進(jìn)一步深入了解新改建的道路邊溝的堆積垃圾情況后，通過(guò)資料整理分析，我們發(fā)現(xiàn)，山區(qū)公路邊溝垃圾的主要成分70%以上是落葉和樹枝，以及一些塑料袋等，砂子、碎石和泥土大概占30%；沿海公路邊溝主要砂子、碎石、塵土以及生活垃圾如飲料盒、塑料袋、煙頭、紙巾為主。真正需要挖掘作業(yè)如溜方、堵塞等的機(jī)會(huì)并不多。基于上述分析得出的結(jié)論，并借鑒本公司先前研發(fā)的掃路機(jī)技術(shù)，課題組轉(zhuǎn)變思路著手研制一種可完全代替人工清溝的道路邊溝清掃機(jī)。

2　自行式邊溝清掃機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)背景及技術(shù)要點(diǎn)

（1）以清掃功能為主，采用掃刷和吸嘴組合清掃方式，垃圾直接掃入抽屜式垃圾箱。

（2）采用自動(dòng)行走方式，三角皮帶傳動(dòng)離合，確保設(shè)備按要求行駛或停止。

（3）適應(yīng)不同溝底垃圾成分，分別采用角刷+滾刷和角刷+吸嘴的清理形式，重點(diǎn)解決好落葉較多或有粘土的邊溝。

（4）自動(dòng)行走的導(dǎo)向限位手段。設(shè)計(jì)能沿著邊溝壁行走的導(dǎo)向頂輪，以保證作業(yè)時(shí)不碰撞溝壁。

3　產(chǎn)品的主要組成及工藝流程

3.1產(chǎn)品的主要組成

3.1.1自動(dòng)行走小推車

包括機(jī)架、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行走輪等。行走輪中的驅(qū)動(dòng)輪裝有離合裝置，可控制掃溝機(jī)的行走，非作業(yè)時(shí)可人力推行。

3.1.2清理裝置

由雙側(cè)置角刷、中置提刷、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、垃圾箱、以及引風(fēng)機(jī)、吸嘴等組成。動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)角刷、提刷轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行清掃作業(yè)。垃圾箱用于收集來(lái)自提刷拋送的垃圾；吸嘴置于設(shè)備最前端，用于提前收集尚未清掃到的落葉和樹枝，便于角刷和提刷清掃。

3.1.3可調(diào)整限位頂輪組

安裝于小推車機(jī)架上，可根據(jù)邊溝寬度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使之頂著水溝壁行走，保證清掃機(jī)能適應(yīng)不同水溝寬度并順著水溝走向自動(dòng)行駛作業(yè)。

3.2產(chǎn)品工藝流程

①將角刷壓低觸地，調(diào)整好提刷高度，以及限位頂輪寬度，后將本設(shè)備放入道路邊溝里，開啟發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將驅(qū)動(dòng)輪掛擋，就可以開始作業(yè)了。②將傳動(dòng)皮帶的離合操縱桿放低并扣住，使傳動(dòng)皮帶張緊，動(dòng)力傳給清理裝置和驅(qū)動(dòng)輪，機(jī)器即可自動(dòng)行走進(jìn)行邊溝清掃作業(yè)。③垃圾箱裝滿后，停機(jī)抽出垃圾箱，將垃圾倒入自備停放在路邊垃圾桶內(nèi)，后放回清掃機(jī)內(nèi)，進(jìn)行下一段作業(yè)；而當(dāng)垃圾桶裝滿后，可由小型專用提升機(jī)提起裝進(jìn)養(yǎng)護(hù)車車廂內(nèi)運(yùn)走。

4　關(guān)鍵技術(shù)

4.1小推車及其行走傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

它既是所有工作裝置的載體，又要能方便移場(chǎng)和作業(yè)時(shí)自動(dòng)行走，要求它既要輕便又要有足夠強(qiáng)度。根據(jù)前期調(diào)研的數(shù)據(jù)和工作人員反饋：①我們嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)邊溝的尺寸進(jìn)行機(jī)架設(shè)計(jì)，盡量在清掃效率和機(jī)體體積上找到最佳平衡點(diǎn)，機(jī)架設(shè)計(jì)加工采用板材鏤空折彎成型，既減輕重量又能滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)，相關(guān)的尺寸安裝位置全部預(yù)先在電腦上通過(guò)三維圖進(jìn)行組合模擬標(biāo)定，從而保證設(shè)備的裝配質(zhì)量和效率；②為減輕機(jī)器重量，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)配置，我們?cè)趥鲃?dòng)裝置上設(shè)計(jì)了一套具有離合功能的皮帶傳裝置，這也是該設(shè)備的一大創(chuàng)新點(diǎn)。具體方案是：發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出皮帶輪所對(duì)應(yīng)連接的皮帶輪是可以擺動(dòng)升降的，通過(guò)操作手柄，可使傳動(dòng)皮帶張緊或松弛，從而達(dá)到動(dòng)力傳遞的離、合需要，關(guān)鍵技術(shù)在于傳動(dòng)皮帶在擺動(dòng)升降過(guò)程的限位問題，也就是說(shuō)，皮帶脫離后要重新與帶輪結(jié)合時(shí)必須有一套導(dǎo)向機(jī)構(gòu)予以保證。經(jīng)過(guò)不斷摸索，發(fā)現(xiàn)利用皮帶罩的特殊設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)一皮帶輪往上擺（中心距變短），與操作機(jī)構(gòu)連接的皮帶罩能使皮帶整體上移，保證皮帶與動(dòng)力輸出皮帶輪脫離不接觸，達(dá)到分離目的，反之，當(dāng)一皮帶輪下擺，通過(guò)皮帶罩能使皮帶按要求位置與動(dòng)力皮帶輪良好結(jié)合（傳遞），從而保證傳動(dòng)皮帶的正常分離與結(jié)合；而行走輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上還增加了一套分離撥叉，可使行走輪與傳動(dòng)裝置脫離或結(jié)合，獨(dú)立于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即設(shè)備可手推或自動(dòng)行走。

4.2清理裝置的獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)

這是設(shè)備的核心部件，設(shè)計(jì)得好壞，直接關(guān)聯(lián)著成敗。針對(duì)溝底垃圾主要由砂石、泥土、樹葉等成分組成的客觀事實(shí)，我們借鑒公司近年來(lái)著重研究的道路清掃機(jī)的相關(guān)技術(shù)，結(jié)合清掃對(duì)象的特殊性，設(shè)計(jì)出一種基于清掃技術(shù)的邊溝清掃裝置，其結(jié)構(gòu)包括：雙側(cè)置角刷、中置提刷、傳動(dòng)離合機(jī)構(gòu)、垃圾箱，以及引風(fēng)機(jī)、吸嘴等。其工作原理：角刷將水溝底角的垃圾刷掃到水溝中間，提刷或吸嘴再將垃圾提拋進(jìn)垃圾箱，完成邊溝清掃作業(yè)。

4.3可調(diào)式導(dǎo)向頂輪組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)化道路邊溝不僅在鋪筑過(guò)程會(huì)有尺寸偏差，而且水溝本身又是彎彎曲曲的，如果沒有一套導(dǎo)向裝置，設(shè)備是很難自動(dòng)行走作業(yè)的。我們?cè)谛⊥栖嚈C(jī)架上設(shè)有4個(gè)可調(diào)寬度的導(dǎo)向頂輪組，在調(diào)定的寬度內(nèi)（一般比水溝略窄），機(jī)器可自由行走甚至是搖搖晃晃都可正常作業(yè)，碰到彎道時(shí)，頂輪會(huì)頂著溝壁滑滾，起到引導(dǎo)機(jī)器的正常行走作業(yè)，保護(hù)機(jī)器外露件不會(huì)被撞壞。

5　產(chǎn)品特征

5.1產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)

采用小型高效的動(dòng)力組合自動(dòng)行走機(jī)構(gòu)和清掃裝置，掃吸結(jié)合，可完全代替人工進(jìn)行道路邊溝垃圾的清掃和收集作業(yè)。專利技術(shù)設(shè)計(jì)的三角皮帶動(dòng)力離、合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，較好解決了自動(dòng)行走過(guò)程的動(dòng)力傳遞（行走或停止），結(jié)構(gòu)緊湊，操作輕便。獨(dú)創(chuàng)的垃圾清掃裝置，通過(guò)角刷和提刷、引風(fēng)機(jī)吸收機(jī)構(gòu)的不同組合，可有效解決不同垃圾成分（樹葉、砂石）的清理問題。可調(diào)整限位頂輪機(jī)構(gòu)，可使之頂著水溝壁行走，保證清掃機(jī)能適應(yīng)不同水溝寬度并順著水溝走向自動(dòng)行駛作業(yè)。

5.2產(chǎn)品的技術(shù)水平

經(jīng)省中檢院檢測(cè)，各項(xiàng)性能指標(biāo)都達(dá)到《交通科技發(fā)展項(xiàng)目技術(shù)任務(wù)書》的技術(shù)要求和公司《企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》的技術(shù)指標(biāo)要求，具體檢測(cè)指標(biāo)如下：

（1）結(jié)構(gòu)形式：自行式。

（2）清掃寬度：350～650mm；清掃速度：1.2～2km/h；清掃效率：≥85%。

（3）功率：引風(fēng)機(jī)功率：1kW；發(fā)動(dòng)機(jī)功率：5kW。

（4）外觀設(shè)計(jì)：垃圾箱容積：0.06m3；整機(jī)質(zhì)量：100～125kg；外形尺寸：1×0.5×0.9m。

6　結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)尚無(wú)發(fā)現(xiàn)主要用于道路邊溝清掃的類似設(shè)備，只能跟小型挖機(jī)和掃路車輔助功能（增加吸管用于清吸邊溝）進(jìn)行比較。小挖掘機(jī)具有高效的挖掘鏟除功能，靈活的移場(chǎng)提拋動(dòng)作，特別適合邊溝大面積溜方清理之所需，但卻無(wú)法適應(yīng)水溝特殊結(jié)構(gòu)的作業(yè)，對(duì)溝底的砂石、泥土更是無(wú)計(jì)可施；掃路車在清吸邊溝時(shí)，吸管要人工抬著，跟隨操作，不僅笨重，作業(yè)強(qiáng)度大，而且作業(yè)難度高 （吸嘴難控制、碰到標(biāo)志桿就不能操作），同時(shí)油耗大（100kW大風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)）費(fèi)用高；而該項(xiàng)目產(chǎn)品由于是專門針對(duì)清理邊溝而開發(fā)，可在溝底里獨(dú)立自動(dòng)行走作業(yè)，其獨(dú)創(chuàng)的小型高效發(fā)動(dòng)機(jī)（4kW）帶動(dòng)具有離合功能的傳動(dòng)皮帶驅(qū)動(dòng)角刷、提刷轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行邊溝清掃作業(yè)，以及豐富的工作部件選用，適應(yīng)清理不同溝底垃圾的技術(shù)手段，可以完全代替人工的清理作業(yè)，在目前國(guó)內(nèi)都處于領(lǐng)先水平?？傊?，該項(xiàng)目產(chǎn)品除了在移場(chǎng)中必要的推行外，整個(gè)作業(yè)過(guò)程基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，大大減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全隱患；用于收集不同成分垃圾的垃圾箱和多種清掃裝置組合的設(shè)計(jì)，極大提高了該產(chǎn)品的實(shí)用性和推廣使用價(jià)值，這些創(chuàng)新技術(shù)使該項(xiàng)目產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)其他相類似產(chǎn)品相比具有極大的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

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2016-3-8

U655

A

2095-2066（2016）10-0006-02