新型多功能道路清掃車設(shè)計(jì)

張安康 張攀 王選 江鑫 解潤(rùn)海 王強(qiáng)

摘? ?要：針對(duì)傳統(tǒng)道路清掃車功能少、效率低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新型多功能道路清掃車及其控制系統(tǒng)，清掃過(guò)程中可以對(duì)路面上金屬、粉塵、砂石、樹(shù)葉等分類，實(shí)現(xiàn)垃圾分類和有用物質(zhì)的回收利用。并且可以模塊化加減除雪等模塊，可以實(shí)現(xiàn)一車多用。同時(shí)針對(duì)機(jī)場(chǎng)等安全性較高的場(chǎng)合，可以利用超聲波測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)主動(dòng)剎車。

關(guān)鍵詞：多功能清掃車? 分類回收? 除雪? 超聲測(cè)距

中圖分類號(hào)：U469.6+91? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（a）-0087-02

Abstract： In view of the problems of traditional road sweeper with less function and low efficiency， a new type of multi-functional road sweeper and its control system are designed. The metal， dust， sandstone， leaves and other classifications on the road surface can be classified during the cleaning process to realize waste sorting. And recycling of useful materials. And can modularize addition and subtraction of snow and other modules， can achieve a multi-purpose vehicle. At the same time， for high security and other occasions， the ultrasonic distance measuring module can be used to achieve active braking.

Key Words： Multi-purpose sweeping vehicle; Classification and recycling; Snow removal; Ultrasonic ranging

隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)清掃車已由傳統(tǒng)的機(jī)械作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榘胱詣?dòng)化或自動(dòng)化作業(yè)?，F(xiàn)階段清掃車功能單一化，效率低，環(huán)境適應(yīng)性差，技術(shù)水平不高，為適應(yīng)社會(huì)對(duì)清掃車的工業(yè)實(shí)際要求和控制技術(shù)要求，設(shè)計(jì)一種多功能、效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、滿足社會(huì)需求的新型多功能道路清掃車。

1? 總體設(shè)計(jì)

對(duì)清掃車的機(jī)械和控制部分進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，重新進(jìn)行模塊劃分。機(jī)械結(jié)構(gòu)方面對(duì)清掃機(jī)構(gòu)、垃圾收集機(jī)構(gòu)、垃圾分類機(jī)構(gòu)和除雪機(jī)構(gòu)等進(jìn)行更加合理的設(shè)計(jì);控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面利用STM32控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)多功能道路清掃車的移動(dòng)、清掃、垃圾分類和除雪等模塊的運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距模塊進(jìn)行障礙物實(shí)時(shí)預(yù)警，并能實(shí)現(xiàn)緊急狀態(tài)自動(dòng)剎車。

2? 清掃作業(yè)裝置設(shè)計(jì)

2.1 清掃系統(tǒng)

清掃系統(tǒng)包括盤刷機(jī)構(gòu)和滾刷機(jī)構(gòu)。盤刷機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)地面的清掃，并將垃圾導(dǎo)流到車底盤中央。滾刷機(jī)構(gòu)將垃圾導(dǎo)向清掃車簸箕口。

2.1.1 盤刷機(jī)構(gòu)

盤刷機(jī)構(gòu)由盤刷、四桿機(jī)構(gòu)和馬達(dá)等構(gòu)成，分別對(duì)稱布置在底盤前部左右兩側(cè)，由支架固定。工作時(shí)，清潔盤刷將路兩側(cè)垃圾導(dǎo)流到車底盤中央，兩側(cè)盤刷伸出車外一定距離，加寬清掃作業(yè)面。盤刷轉(zhuǎn)動(dòng)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，保證良好的清掃效率。

為更好的提高盤刷機(jī)構(gòu)的性能，實(shí)際工作參數(shù)方面提高盤刷的轉(zhuǎn)速和清掃車行進(jìn)速度;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面使盤刷與地面之間必須有一定的接地角度（4°～7°）和接地區(qū)域（中心角度為120°），使垃圾塵粒定向拋射;同時(shí)盤刷與地面還應(yīng)有一定的接觸壓力，使盤刷達(dá)到最佳的清掃效果。

2.1.2 滾刷機(jī)構(gòu)

滾刷機(jī)構(gòu)由滾筒刷、支架、電機(jī)和同步輪皮帶組合機(jī)械傳動(dòng)裝置組成，位于車底盤中央。工作時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步輪皮帶組合機(jī)械傳動(dòng)裝置（傳動(dòng)比為1∶1.5）使?jié)L筒刷以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，將垃圾導(dǎo)向簸箕口。滾筒刷的位置和轉(zhuǎn)速均可調(diào)，以適應(yīng)不同路況。

由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)設(shè)置滾刷刷毛安裝角為15°，刷毛呈人字形對(duì)稱螺旋狀排列（使?jié)L刷主軸所受的軸向力最?。?同時(shí)滾刷刷毛與底面有的圓弧接觸，保證滾刷與地面有一定的接觸壓力。

2.2 垃圾收集系統(tǒng)

垃圾收集系統(tǒng)由箱體和傳送機(jī)構(gòu)組成，直立放置于車身前部和后部中間連接處，箱體上方為出料口，箱體下方為進(jìn)料口。傳送裝置由輸送帶連接上下兩個(gè)傳動(dòng)滾輪，上面的滾輪為從動(dòng)滾輪，下面的滾輪為主動(dòng)輪，主動(dòng)輪由滾刷系統(tǒng)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，輸送帶上粘有螺旋狀刮板，滾板與箱體接觸部位有小毛刷。

工作時(shí)，滾刷將垃圾掃入箱體進(jìn)料口，然后由箱體內(nèi)部傳送機(jī)構(gòu)將垃圾收集并傳送到后方垃圾儲(chǔ)運(yùn)箱，垃圾收集系統(tǒng)與滾刷系統(tǒng)同時(shí)作業(yè)，保證了不同系統(tǒng)間工作的協(xié)調(diào)性，提高了清掃效率。

2.3 垃圾分類系統(tǒng)

該裝置主要由電磁式磁力板、風(fēng)機(jī)、彈力擋板、鐵質(zhì)垃圾收集箱、輕質(zhì)及重質(zhì)垃圾儲(chǔ)運(yùn)箱組成。其可分選的垃圾種類包括可磁選垃圾，如鐵釘、鐵制罐瓶;重質(zhì)垃圾，如小磚塊、碎石子;輕質(zhì)垃圾，如樹(shù)葉、廢紙片。

工作時(shí)，垃圾收集裝置將垃圾收集并輸送至箱體上方出料口，可磁選垃圾通過(guò)出料口下端設(shè)有的電磁式磁力板進(jìn)行吸附，待完成清掃作業(yè)后，斷電后通過(guò)其下方的鐵質(zhì)垃圾收集箱進(jìn)行集中收集;重質(zhì)垃圾經(jīng)彈力擋板克服擋板下方彈簧彈力作用，此時(shí)擋板打開(kāi)，重質(zhì)垃圾進(jìn)入下方重質(zhì)垃圾儲(chǔ)運(yùn)箱，經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)，垃圾按體積大小進(jìn)行分離;當(dāng)擋板上無(wú)垃圾停留時(shí)，彈力擋板受下方支板阻礙和彈簧彈力作用，自動(dòng)恢復(fù)到初始位置狀態(tài);輕質(zhì)垃圾通過(guò)出料口上端風(fēng)機(jī)被吹起后進(jìn)入輕質(zhì)垃圾儲(chǔ)運(yùn)箱。待完成清掃作業(yè)后，將分選的垃圾回收利用。

2.4 灑水除塵系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由水箱、過(guò)濾器、泵、水管、噴頭及其控制裝置組成，水箱側(cè)面成梯形狀，安放在垃圾儲(chǔ)運(yùn)箱下方，充分利用垃圾儲(chǔ)運(yùn)箱前方下部的空間。噴頭安裝在盤刷系統(tǒng)前方，工作時(shí)水通過(guò)水箱、過(guò)濾器、泵、水管和噴頭將水均勻面在盤刷前方路面處，降低揚(yáng)塵，減少二次污染。

2.5 除雪系統(tǒng)

除雪系統(tǒng)由避障機(jī)構(gòu)和前雪鏟組成，作業(yè)時(shí)前雪鏟鏟除路面積雪，避障機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)緩沖和避障。針對(duì)實(shí)際路面工作情況：

（1）對(duì)除雪系統(tǒng)加裝可拆卸裝置。清掃車工作情況下可分為兩種工作模式：一是清掃模式，二是除雪模式。清掃模式下，除雪系統(tǒng)與車體分離，減輕清掃車自身重量，減少油耗，提高清掃效率;除雪模式下，清除路面積雪，同時(shí)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，不影響清掃車其他功能模塊的工作。

（2）對(duì)避障機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)遇到障礙時(shí)，前雪鏟鏟刃迅速抬起，同時(shí)保證鏟刃對(duì)地有足夠的接觸壓力順利鏟除路面積雪，不中斷作業(yè)，使除雪作業(yè)能夠持續(xù)平穩(wěn)進(jìn)行。

3? 超聲測(cè)距模塊

本項(xiàng)目可以選裝超聲波測(cè)距模塊。對(duì)于機(jī)場(chǎng)等安全性要求較高的場(chǎng)合，可通過(guò)超聲測(cè)距模塊測(cè)量清掃車和障礙物之間的距離，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警和緊急情況主動(dòng)剎車。

4? 結(jié)語(yǔ)

為適應(yīng)社會(huì)對(duì)清掃車的工業(yè)實(shí)際要求和控制技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了一種新型多功能道路清掃車。

（1）調(diào)整盤刷及滾刷機(jī)構(gòu)的工作參數(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)具有傳送和提升功能的垃圾收集裝置;設(shè)計(jì)一種多功能垃圾分類裝置;實(shí)現(xiàn)可加減除雪模塊。

（2）結(jié)合超聲波測(cè)距模塊進(jìn)行障礙物實(shí)時(shí)預(yù)警和緊急情況實(shí)時(shí)剎車。

參考文獻(xiàn)

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