設(shè)計(jì)制作一款多功能、智能化、環(huán)保型掃地車(chē)。介紹了設(shè)計(jì)總體方案和工作原理，詳細(xì)設(shè)計(jì)了機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制裝置，并運(yùn)用UG進(jìn)行三維建模、虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，獲得了最優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，最終制造出掃地車(chē)樣機(jī)。
關(guān)鍵詞：掃地車(chē)；多功能；智能化；環(huán)保；虛擬樣機(jī)
掃地車(chē)作為環(huán)衛(wèi)設(shè)備之一，是一種集路面清掃、垃圾回收和運(yùn)輸為一體的新型高效清掃設(shè)備，廣泛應(yīng)用于公路、機(jī)場(chǎng)、市政廣場(chǎng)、城市住宅區(qū)等重要場(chǎng)所的清掃保潔。1904年英國(guó)出現(xiàn)第一臺(tái)馬拉掃地車(chē)，發(fā)展已近百年，較有名的掃地車(chē)生產(chǎn)企業(yè)有英國(guó)Ohnston公司、Schmidt公司、美國(guó)Elginl公司、德國(guó)Faun-Kuka公司、日本Kato公司、富士公司等。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始研制生產(chǎn)路面掃地車(chē)，但相比于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，在銷(xiāo)量規(guī)模、技術(shù)水平、清掃效果等方面都存在一定的差距。
掃地車(chē)的尾氣污染和噪音污染較大，影響人們的生活質(zhì)量。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越高、人們的環(huán)保意識(shí)普遍增強(qiáng)，現(xiàn)有掃地車(chē)在清掃效率、耗時(shí)等方面不能滿(mǎn)足人們的需求。因此開(kāi)發(fā)一款多功能、智能化、環(huán)保型掃地車(chē)已是大勢(shì)所趨。在結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有掃地車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀和存在不足的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，集掃地、吸塵、灑水、拖地、擦干五大功能于一體的，既能手工控制又能遠(yuǎn)程遙控的，新型多功能、智能化、環(huán)保型掃地車(chē)。
1總體方案
根據(jù)掃地車(chē)作業(yè)特點(diǎn)，按掃地車(chē)作業(yè)功能分成行走、灑水、掃地、吸塵、拖地、擦干及控制等七個(gè)子功能，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)手工和遙控兩種控制方式。該掃地車(chē)屬掃地、吸塵、拖地功能結(jié)合吸空式掃地車(chē)，由機(jī)械部分和電路部分組成，如圖1所示：機(jī)械部分由行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、掃地系統(tǒng)、吸塵系統(tǒng)、灑水系統(tǒng)、拖地系統(tǒng)和擦干系統(tǒng)組成，是該設(shè)計(jì)的核心部分；電控系統(tǒng)由蓄電池、電機(jī)、單片機(jī)和遙控裝置組成。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真建模
該掃地車(chē)的行走、轉(zhuǎn)向和工作裝置分別由三個(gè)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力：行走電機(jī)通過(guò)齒輪有級(jí)減速帶動(dòng)車(chē)體的行走；轉(zhuǎn)向電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向；工作電機(jī)輸出動(dòng)力分成兩條路線(xiàn)，一路經(jīng)減速機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拖地機(jī)構(gòu)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而另一路則經(jīng)帶傳動(dòng)后，通過(guò)直齒圓錐齒輪換向，以驅(qū)動(dòng)掃地機(jī)構(gòu)作水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輕松實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品掃地及拖地功能。運(yùn)用汽車(chē)換檔原理，設(shè)計(jì)了兩個(gè)滑移軸套以控制滑移軸套與齒輪嚙合或斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)掃地與拖地間的獨(dú)立或配合動(dòng)作。
2.1機(jī)械部分
（1）行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)減速裝置2減速后帶動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)體的行走；由電機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)控制車(chē)體的前進(jìn)與后退。
（2）拖地系統(tǒng)。拖地系統(tǒng)由工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)；滑套裝置6嚙合時(shí)，減速裝置5的齒輪與軸8連接，運(yùn)動(dòng)傳到軸上，從而帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，拖把頭通過(guò)連桿與飛輪連接起來(lái)，利用曲柄滑塊原理實(shí)現(xiàn)拖把的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；滑套裝置6分開(kāi)時(shí)，減速裝置5的齒輪與軸斷開(kāi)，齒輪空轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)拖把運(yùn)動(dòng)停止。
（3）掃地系統(tǒng)。掃地系統(tǒng)由工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)；滑套裝置12嚙合時(shí)，減速裝置5的齒輪與軸13連接，運(yùn)動(dòng)傳到軸上，從而帶動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)錐齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)掃盤(pán)水平向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，將路面垃圾掃攏至中部；滑套裝置12分開(kāi)時(shí)，減速裝置5的齒輪與軸13斷開(kāi)，齒輪空轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)掃盤(pán)停止運(yùn)動(dòng)。
（4）灑水系統(tǒng)。掃地車(chē)采用濕式、清掃結(jié)合方案，掃盤(pán)處設(shè)有噴霧式噴嘴，以減少揚(yáng)塵、降低二次污染。灑水系統(tǒng)由水泵、水箱、控制閥門(mén)、過(guò)濾器和噴嘴組成。
（5）吸塵系統(tǒng)。吸塵系統(tǒng)采用氣力輸送原理抽吸垃圾，通過(guò)風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)將垃圾箱抽吸成強(qiáng)負(fù)壓狀態(tài)，產(chǎn)生高速氣流將垃圾吸入垃圾箱。
（6）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)片轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)片通過(guò)連桿帶動(dòng)支架轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輪的轉(zhuǎn)向；電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在復(fù)位彈簧作用下車(chē)輪自動(dòng)復(fù)位。
（7）擦干系統(tǒng)。擦干系統(tǒng)由連桿21、支架和滾筒組成。滾筒隨著車(chē)體的行走而滾動(dòng)，將多余水分吸入吸水海綿。
2.2三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真
根據(jù)設(shè)計(jì)方案載荷要求，對(duì)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和詳細(xì)計(jì)算，確定主要部件和元件型號(hào)及設(shè)計(jì)尺寸。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)零件初始設(shè)計(jì)參數(shù)，利用UG軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模，生成零件加工圖紙，并依照裝配關(guān)系進(jìn)行虛擬裝配，最后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬仿真，分析各系統(tǒng)的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，參照設(shè)計(jì)要求對(duì)方案進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，其虛擬樣機(jī)模型如圖5所示。
2.3電控部分
電控系統(tǒng)采用單片機(jī)控制系統(tǒng)，由單片機(jī)各輸出端口分別控制電磁繼電器的通斷電、拖動(dòng)滑移裝置與齒輪機(jī)構(gòu)的嚙合與分離，實(shí)現(xiàn)掃地及拖地的獨(dú)立或配合工作。同時(shí)采用紅外遙控裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理圖如圖3、圖4所示。
（1）供電系統(tǒng)。整個(gè)電路電源由兩個(gè)12V蓄電池串聯(lián)提供：?jiǎn)纹瑱C(jī)電源由78L05降壓提供，電機(jī)由兩個(gè)的電源串聯(lián)供電，繼電器和電磁鐵由12V的電源提供。
（2）遙控系統(tǒng)。手持遙控器設(shè)有行走驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)、灑水閥門(mén)開(kāi)關(guān)、掃地、拖地開(kāi)關(guān)，與車(chē)載電子線(xiàn)路的控制信號(hào)相匹配。
（3）單片機(jī)電路。單片機(jī)系統(tǒng)由鍵盤(pán)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等組成。由單片機(jī)各口線(xiàn)控制相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器和繼電器。
3樣機(jī)制造與調(diào)試
依照設(shè)計(jì)零件圖，加工出掃地車(chē)的各個(gè)零件，根據(jù)裝配圖進(jìn)行整車(chē)組裝。同時(shí)將電控部分進(jìn)行組裝，實(shí)現(xiàn)機(jī)電結(jié)合，對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)了方案設(shè)計(jì)預(yù)期所有功能，基本上能達(dá)到性能要求指標(biāo)。掃地車(chē)實(shí)物圖請(qǐng)轉(zhuǎn)到奧力掃路車(chē)產(chǎn)品列表頁(yè)。
4結(jié)論
項(xiàng)目組在借鑒與比較國(guó)內(nèi)外各類(lèi)清潔車(chē)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工作原理和總體方案，對(duì)掃地車(chē)各功能組成分解，確定機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架。其次，應(yīng)用UG軟件對(duì)虛擬樣機(jī)三維建模與仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)品性能。最后，通過(guò)樣機(jī)加工、裝配和性能調(diào)試，成功研制了一款多功能智能環(huán)保型清潔車(chē)。
該掃地車(chē)集掃地、吸塵、灑水、拖地、擦干、控制功能于一體，采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，降低了尾氣、噪聲等污染，提高了掃地車(chē)的綜合作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)智能化、節(jié)能、環(huán)保，符合環(huán)衛(wèi)道路清掃車(chē)的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：多功能掃地車(chē) 環(huán)保掃地車(chē) 智能掃地車(chē) |
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