手推式電動拖地小車設計*

梁澤芬，林小軍，閆國強，吳國明

(1.蘭州工業(yè)學院 機電工程學院，甘肅 蘭州 730050； 2.四川職業(yè)技術學院 機械系，四川 遂寧 629000)

0 引 言

拖把作為清潔工作的必需品，是生活中不可缺少的幫手[1]。要對大型廣場、車站、碼頭這些場所進行清潔, 傳統(tǒng)拖地方式勞動強度大、效率低, 已難以滿足要求。傳統(tǒng)的吸塵器也難以將粘連在地上的塵土打掃干凈[2-3]。傳統(tǒng)的拖布和帶脫水裝置的拖布，脫水效果并不好，擦完的地面仍留有水漬，還需用干抹布進一步擦拭，否則很容易被踩臟，也很容易滑倒，存在一些安全隱患[4-7]。筆者設計的手推式電動拖地小車由曲柄連桿機構帶動齒輪齒條傳動帶動扇形齒做120°擺動，帶動拖布來回擺動實現(xiàn)拖地功能，后置刮板在小車重力作用下與地面接觸，對地面進行二次清洗。該拖地車能對大面積場地進行拖、洗,大大的提高了勞動效率。

1 總體方案的確定

該手推式電動拖地小車主要由驅動系統(tǒng)、托板裝置、曲柄搖桿機構和齒輪齒條傳動裝置、托板、刮板等組成，其結構示意圖如圖1所示。驅動裝置各部件安裝固定在車架體的架面上，托板裝置安裝在車體下面；主動輪經(jīng)連接件固定在車架體的下部。齒輪齒條傳動帶動扇形齒做120°擺動帶動拖布來回擺動實現(xiàn)拖地功能，后置刮板在小車重力作用下與地面接觸，對地面進行二次清洗。

圖1 手推式電動拖地小車結構示意圖

1.1 傳動裝置設計

手推式電動拖地小車工作原理是：拖地小車的作用是人推著拖地小車在地面行進，由一臺1.5 kW電動機作為動力源，電動機輸出轉速為1 400 r/min經(jīng)蝸輪蝸桿減速器減速后輸出，再通過齒輪傳動帶動曲柄連桿機構轉動，進而帶動扇形齒輪來回擺動(連桿與扇形齒輪鏈接為一個整體)使得齒條帶動托板來回擺動，托板上的拖布與地面接觸從而達到了拖地的功能。傳動裝置傳送原動機的動力、變換其運動，以實現(xiàn)拖地裝置預定的工作要求，該拖地小車傳動裝置簡圖如圖2所示。

實驗證明人用普通拖把拖地時擺動一個來回大概需要2 s，既人的拖地速度為0.5次/s，要提高拖地的效率就要提高拖把來回擺動的速度，此次設計的手推式電動拖地小車上托板的擺動速度設定為120 r/min，即0.5 s一個來回。而電動機的轉速為1 400 r/min，現(xiàn)需要通過減速器減速，選用傳動比i=10的蝸輪蝸桿減速器，這樣輸出的轉速就為140 r/min，然后再通過改變帶輪的大小就可以使托板的擺動速度達到120 r/min。

1.2 運動機構設計

曲柄連桿機構的設計(如圖3所示)為拖地小車實現(xiàn)拖地功能的關鍵執(zhí)行機構，構件1為曲柄，2為連桿，3為搖桿。通過曲柄1的回轉運動，帶動搖桿3作往復擺動，搖桿3帶動下面的扇形齒輪來回擺動，與所嚙合的齒條形成拖地動作。

圖3 曲柄連桿機構設計簡圖

現(xiàn)討論構件1相對于構件4作整周轉動的條件，即A為轉動副的條件。當AD>AB,顯然構件上的B點應能通過以A為圓心、AB為半徑的圓周上的任意一點，如圖3中的B′點和B″點，否則A就不是整轉副。 當?shù)竭_B′點時，A、B′ 、C′和D形成△B′C′D′，這時B點和D點之間的距離達到最大值BDmax=AB+AD。顯然，由△B′C′D存在的幾何條件可知，四桿的長度必然滿足：

AB+AD≤BC+CD

同理，當AB處在AB″時，B″ 、C″和D形成△B″C″D，這時B點和D點之間的距離達到最小值BDmin=AD-AB。由△B″C″D存在的幾何條件可知，四桿的長度滿足：

BC+AB≤CD+AD

或AB+CD≤BC+AD

上式各等式中的等號表示當B點到達B′點和B″點時，剛好形成整轉副。

將前幾式兩兩相加，得：

AB≤BC

AB≤CD

AB≤AD

由已知條件AB=120 mm，AD=400 mm，CD=180 mm，BC≤CD+(AD-AB)，帶入，得BC≤460 mm，取BC=380 mm。

分析上述數(shù)據(jù)，滿足鉸鏈四桿機構中連接兩構件的運動副成為整轉副的條件，即最短構件與最長構件長度之和小于或等于其余兩構件長度之和；被該運動副連接的兩構件中必有一構件是四桿中長度最短的構件。

由于A、D兩點位置不變，B、C兩點距離不變，所以B繞A點，C繞D點轉動形成的圓弧B′BB″=弧C′CC″。

弧B′BB″=弧C′CC″

式中：∠B′BB″=180°，AB=120 mm，CD=180 mm

解得∠C′CC″=120°，則對應的扇形齒輪是120°；以此確定齒條長為265 mm。 齒輪齒條設計結構如圖4所示。

圖4 齒輪齒條結構圖

依據(jù)前述設計與計算，設計運動機構的三維圖如圖5，手推式電動拖地小車整體結構如圖6所示。

圖5 運動機構三維設計圖 圖6 手推式電動拖地小車 三維結構圖

2 結 論

設計的手推式電動拖地小車在人力作用下推動前進，曲柄搖桿機構控制扇形齒做120°擺動，同時帶動托板上的齒條來回擺動進而使得托板做來回擺動，托板下的拖布實現(xiàn)拖地功能。拖地小車整體設計重心靠后，后部的萬向輪起負重與驅動的作用，前導輪輔助行走，刮板在小車重力作用下與地面緊密接觸，

對地面進行二次刮洗。托板下面的拖布采用可裝卸式的，隨時可以清洗，提高了拖地效率，減輕了操作者勞動強度，本小車價格低廉，清潔效率高，值得推廣。

[1] 袁新梅,蔡 飛,王行江,等.一種家用清潔掃地拖地機的設計[J].長江大學學報(自科版),2014, 11(4):60-61.

[2] 劉 洋,陳義厚.新型電動拖地車的設計與研究[J].裝備制造技術,2007(8):145-146.

[3] 劉英旋.速干拖地裝置設計[J].河南科技,2014(24):129-130.

[4] 張杜鵲,蘇楚奇,歐陽海.前裝卸式真空清掃車吸塵系統(tǒng)仿真與優(yōu)化[J].機械研究與應用,2009(3):68-70.

[5] 湯學華,夏晨晨,蔣 政.一種人力式垃圾清掃車的結構設計與分析[J].上海電機學院學報,2014(5):259-262.

[6] 王 琳.一種多功能清掃裝置機械結構設計與研究[J].機械工程師,2013(8):54-56.

[7] 陳曉勇.新型保潔清掃自行車[J].機械研究與應用,2004(3):85.