小型多功用环境清理车的设计初探

张恩惠，殷小瑞，王述洋

(东北林业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)

当今社会，人类对自身生存环境的舒适度和健康水平要求愈来愈高，住宅区、校园和广场等场所的环境美化和清理显得尤为重要，草坪修剪车、草坪清扫车、吸尘清扫车和扫雪机等各种用于清理环境的小型机械设备相继出现，并且成为人们生活中不可缺少的一部分。但目前存在的问题是，各种小型机械设备繁多，且年利用率不高，给维护储存带来很大不便。根据我国国情及园林绿化作业的特点，我国园林绿化机械的发展，现阶段应该研究以小型为主、一机多用、经济耐用的作业机械［1］。针对上述情况，设计研究出一款只要更换工作装置，就能有多种功用的小型环境清理车，具有重大的意义。本文对其结构特点及工作原理进行重点介绍。

1 总体结构特点及工作原理

1.1 结构组成

小型多功用环境清理车主要由简单的专用底盘、减速箱、无级变速器、工作装置、气力输送管道、清洁装置、收集袋、燃油箱和发动机等主要部件组成。

其主要外形特点是:发动机后置，驾驶员的坐位设在燃油箱上方，工作装置位于中间底盘下部，气力输送管道的一端与工作装置连接，另一端与后置的集物袋连接。如图1所示。

图1 小型多功用环境清理车基本结构示意图注:1－收集袋;2－气力输送管道;3－发动机;4－燃油箱;5－底盘;6－清洁装置;7－工作装置Fig.1 The basic structure diagram of small-scale multi-function environmental cleaning car

1.2 工作原理

小型环境清理车的无级变速装置是传统的摩擦圆盘式，如图2所示，该圆盘和链传动减速箱一起可以左右移动，由操纵踏板通过杠杆系统实施其移动;当压下前进或后退的踏板时，带圆盘的链传动减速箱沿着后桥半轴移动，随着移动改变了圆盘的转速，也就改变了驱动轮的转速，改变了车的运移速度;无级变速器的主动盘是往一个方向以定角速度旋转的，带圆盘的减速箱可以从中心位置向右或向左移动，这决定于压下的是前进踏板还是后退踏板，以达到机器前进或倒退的目的［2］。

图2 小型多功用环境清理车传动示意图注:1－驱动行走轮;2－链传动;3－圆盘式无级变速器;4－带传动;5－可移动减速箱;6－差速器;7－工作部件Fig.2 The transmission schematic diagram of small-scale multi-function environmental cleaning car

工作装置的动力来自可移动减速箱，通过动力输出轴、链传动和无级变速器，然后再由带传动输送到工作部件。

1.3 主要技术性能参数

小型环境清理车结构上相对比较简单，由于是针对宅区、校园、广场等比较平坦的环境设计的，所以对功率和转弯半径要求都比较低;该车的几种主要性能参数见表1。

表1 小型多功用环境清理车主要性能参数Tab.1 The main performance parameters of small-scale multi-function environmental cleaning car

2 几种功能及其工作装置

不同的功能是通过更换相应的工作装置实现的。可更换的工作装置主要包括:用于修剪草坪的切割装置、用于清扫草坪和街道的装置、用于清扫积雪的扫雪装置。由于所设计的工作装置置于车底盘下部，给更换工作装置带来很大不便，所以在工作装置与底盘之间增加滑移装置，如图3所示。手动打开滑移装置上的锁扣，轻轻一拉，工作装置就会从车底盘下部滑出，更换结束之后，将工作装置通过滑移导轨推入底盘下部，锁紧锁扣即可，这样能够使更换工作更加简单快捷，且经济环保。

图3 滑移装置结构简图注:1－锁扣;2－滑移导轨;3－安装盘Fig.3 Structure diagram of slip device

2.1 切割装置

切割装置按照刀具种类的不同可以分为旋刀式、滚刀式、往复刀齿式、甩刀式和甩尼龙绳式等［3］，其中以旋刀式和滚刀式使用最普遍。小型环境清理车是针对比较平坦的草坪环境设计的，对草坪修剪的质量要求不是非常高，所以选用旋刀式切割装置。

旋刀装置包括刀盘体 (护罩)、刀盘体的支承轮和修剪高度调节装置等，都是单独的部件，通过挂结联杆挂结在自行式底盘上［4］。

旋刀装置按旋刀数量分，有单刀、双刀和三刀几种，每一把切割刀片都有单独的驱动轮。刀数越多割幅越宽。不论是单刀、双刀还是三刀，都组装在一个刀盘体内，切割装置的带传动系统、刀片制动器、修剪高度调节装置、挂结机构等也都安装在刀盘体上，整个刀盘体挂结在拖拉机或小车底盘上，一般刀盘体都有支承轮支承，支承轮的高度可以调节，调节支承轮的高度实际上就是调节刀片的修剪高度，有逐轮调节，也有通过一个手柄就可调节全部支承轮的。

旋刀切割装置根据挂结或安装的位置有轴间式、前置式、后置式、侧置式和复合式等。轴间式是将切割装置安装在底盘的前后轮轴之间，它的优点是结构紧凑，操作者的视野好，转向比较灵活，转弯半径相对较小，对安装有支承轮的轴间式切割装置来说，对地面起伏的适应性相对较好，缺点是底盘的前轮会滚压一部分未修剪的草坪，增加了这部分草坪的修剪难度。

本文所用到的旋刀装置是针对城市宅区、校园、广场等比较平整的草坪设计的，结合轴间式的特点，本文选用双刀 (如图4所示)、轴间式且不必安装支承轮的旋刀装置。

图4 双刀切割装置传动示意图注:1－动力输出带轮;2－固定导向轮;3－右刀片驱动带轮;4－V带;5－左刀片驱动带轮;6－张紧轮Fig.4 Schematic diagram of two knives cutting device transmission

2.2 清扫吸尘装置

清扫装置主要由与吸嘴相连的3个旋刷组成，如图5所示。

图5 清扫装置结构示意图注:1－离心式风机;2－吸嘴;3－旋刷Fig.5 Structure diagram of cleaning device

旋刷安装在吸嘴前方，当旋刷旋转时，刷子上的尼龙丝能抓住落在草坪上的垃圾、落叶和碎草，将其抛向吸嘴;吸嘴则利用离心式风机产生的负压，将垃圾吸进，并通过气力输送管道，将垃圾送入收集袋，吸嘴和旋刷的高度是可调的，作业时一般调至刚接触到草坪表面的高度为宜。若太低会损伤草株，甚至把部分土粒吸出，使草根裸在外面;若太高则会影响清扫质量，无法清扫干净。

除了用于清扫草坪上的垃圾 (如纸、烟头、果皮等)、落叶和修剪下来的草屑，还可以用于清扫公园园路、广场，以及城市街道、马路等硬质路面。

当清扫硬质路面上的尘土时，在旋刷工作范围内采用水喷头喷雾的方式进行压尘，能够提高清扫效率，减少毛刷磨损，防止使用时出现扬尘现象，造成二次污染环境。

2.3 扫雪装置

扫雪装置的工作原理和清扫装置类似，当旋刷(如图6所示)旋转时，刷毛能将积雪迅速抛向吸嘴，吸嘴利用离心式风机产生的负压，将雪排向一侧。气力输送管道可以根据需要开启与关闭，开启时，可以将积雪向集草一样送进收集袋，便于清理;关闭时，清扫的积雪通过吸嘴排向一侧。

刷毛由富有弹性且耐磨的金属丝或重合酰胺纤维或合成纤维构成，它在作业时有一定的弯曲度，以便把低凹处的积雪清扫出来。

所设计的扫雪装置主要用于公园园路、林荫道、广场、人行道等处清扫松软的积雪，把积雪推向一边，清理出一条无积雪的通道。

图6 旋 刷Fig.6 Rotary brush

3 结束语

本设计结合一机多用、经济环保的设计主题，利用通用化设计理念，设计出一款只要更换工作装置，就能有多种功用的小型环境清理车。解决了更换工作装置过程中出现的问题，使更换工作更加便捷。该车具有修剪草坪、清扫草坪垃圾、清扫街道尘土垃圾、街道积雪等多种功用，四季通用，小巧玲珑、结构紧凑、安全可靠、操作方便灵活，能够给现代宅区、校园、广场等美化环境带来极大的方便，推广应用价值很好。

【参 考 文 献】

［1］王乃康，茅也冰，赵 平．现代园林机械［M］．北京:中国林业出版社，2004．

［2］顾正平，沈瑞珍，刘 毅．园林绿化机械与设备［M］．北京:机械工业出版社，2002．

［3］俞国胜，李 敏，孙吉雄．草坪机械［M］．北京:中国林业出版社，1999．

［4］葛安华，陶 鹏，李权章．基于ADAMS的采伐联合机臂系运动学仿真分析［J］．森林工程，2012，28(2):34 －35．