一種自動擦地機設計

摘 要：文章提供了一種自動擦地機，其原理是將拖布在豎直方向旋轉，在拖布的上方有噴水桿，濕潤的、旋轉著的拖布的邊緣和地面接觸，擦走了地面的灰塵，在臟拖布的旋轉過程中，首先被淋上清水，稀釋了灰塵，然后碰上一阻擋桿，將灰塵臟水甩到集水槽里，干凈的、濕潤的拖布進行下一輪的擦地。該產品適合于水泥、陶瓷地面的清潔。

關鍵詞：水泥地面；擦地機；拖布；自動清洗

引言

目前，清掃形如瀝青馬路的粗糙地面使用的掃地機以毛刷式為主，清掃形如陶瓷的光滑地面的掃地機以拖布擦地機為主。現行的擦地機當拖布用臟后，需要人工沖洗，沖洗麻煩，加大了勞動強度，降低了效率。文章提供一種合于水泥、陶瓷地面的自動擦地機，它能夠自動清洗、自動甩干拖布。該項設計填補了市場上的空白。

1 自動擦地機的總體設計

自動擦地機的結構如圖1所示：在橫向長軸1的周圍，纏繞有長度相同的拖布2，橫向長軸1的兩端用軸承及支架固定在擦地機的前端，橫向長軸1的方向平行于地面。橫向長軸1的一端有鏈輪3，鏈輪3通過第一鏈傳動4和電動機9連接。橫向長軸1的右方有阻擋長桿5，阻擋長桿5的下方有集水槽6，集水槽6的底部安裝有一臺水泵7，水泵7的動力靠第二鏈傳動8連接電動機9獲得。水泵7通過出水管10將水揚到水箱的高處，水從出水口11流到水箱中。水箱中間設有濾網12，臟水13被濾網12過濾的成為清水14，清水14通過節(jié)流閥15到達噴水長桿16，噴水長桿16的長度同橫向長軸1。在擦地機的底座下方安裝有車輪17，在拖布2的前方及兩側安裝有防護罩18，在擦地機的后方裝有支撐桿19，支撐桿19的上端安裝有橫向把手20，人們通過推動橫向把手20使擦地機前進，在電動機的旁邊有驅動電瓶21。

1.橫向長軸；2.拖布；3.鏈輪；4.第一級鏈傳動；5.阻擋長桿；6.集水槽；7水泵；8第二級鏈傳動；9.電動機；10出水管；11.出水口；12.濾網；13.臟水；14.清水；15.節(jié)流閥；16.噴水長桿；17.車輪；18.防護罩；19.支撐桿；20.橫向把手

圖1 自動擦地機結構圖

2 除塵工作原理

啟動電機9后，電機9帶動拖布2沿順時針方向豎直旋轉，如圖1所示。濕潤的、和地面接觸的拖布2的外邊緣向前運動時，粘去了地面上的灰塵，臟拖布2旋轉到橫向長軸1的上方時，上方有噴水長桿16，臟拖布2被淋上清水，清水稀釋了灰塵，灰塵與拖布2的粘滯力減小，在旋轉產生的離心力的作用下被甩出拖布。接著，拖布2在繼續(xù)旋轉中又碰到了阻擋長桿5，拖布2受到阻擋長桿5的阻擋，產生一個向外甩臟水的動作，就好像人們將沖涮過的拖布向一根棍子上甩水一樣，剩余的灰塵又一次受到更大的向外甩的力。

下面分析一下灰塵受到阻擋長桿5作用前后受力的變化。以拖布2邊緣的灰塵為研究對象，其原來的圓周運動速度為v，旋轉半徑為R，灰塵的質量為m，在臟拖布2沒有碰到阻擋桿5前，灰塵所受的離心力為：

F=m■

當拖布2碰到阻擋長桿5后，假設阻擋長桿5與橫向長軸1的距離為4R/5，則拖布邊緣的灰塵的旋轉半徑由圍繞著橫向長軸1變?yōu)閲@著阻擋長桿5，旋轉半徑變?yōu)榱薘-4R/5=R/5，這時灰塵所受的離心力為：

由上式看出，阻擋長桿5使灰塵所受的離心力增大為原來的5倍，灰塵及臟水突破了粘滯力的束縛，使得灰塵及臟水脫離拖布2，被甩到集水槽里。橫向長軸轉動帶動纏繞墩布布條整個構成圓柱形狀，邊緣的墩布布條在遇到阻擋長桿之后，其內部的水夾雜污物沿該圓柱形狀切線飛出，切點在阻擋長桿位置，由于集水槽位于圓柱形狀的墩布布條的后下方，所以阻擋長桿必然位于橫向長軸的斜下方。這樣就能將飛出的水夾雜污物做斜拋運動掉落到集水槽中。墩布布條黏著污物后，污物通過水沖溶解，碰上阻擋長桿后，阻擋長桿的作用效果有三個：其一是甩干，便于下一次使用；其二是甩污物；其三是“刮”墩布布條污物。三個作用效果保障了墩布布條的清潔。隨著旋轉的進行，拖布一直進行著拖地（拖布變臟）-噴淋（拖布變濕）-甩干（拖布變濕潤清潔）-拖地的循環(huán)。另外，集水槽6里的臟水被水泵7揚到高處，經過濾后循環(huán)使用。

3 機械結構設計

3.1 原動機的選用

電動機驅動的擦地機工作時需要的動力主要是克服拖布與地面的摩擦力、拖布與阻擋桿的摩擦力和轉動軸承的摩擦力，根據擦地的需要，拖布與地面的距離可以調節(jié)，阻擋桿與拖布間距離也可以調節(jié)。所以，通過實驗，在拖布直徑為370mm、橫長軸長度為930mm的條件下，選用額定功率800w，額定直流電壓48V、轉速940r/min的電機能夠滿足要求。

通過實驗確定擦地機工作時所受的摩擦阻力大小，結合拖布轉動需要的轉速，及擦地機不宜外接電源的特點，選用的電機為：額定功率800w，額定直流電壓48V，轉速940r/min。

3.2 傳動部分的設計

3.2.1 方案的選擇

鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比；需要的張緊力小，作用于軸的壓力也小，可減少軸承的摩擦損失；結構緊湊；能在溫度較高、潮濕油污等惡劣環(huán)境條件下工作。自動擦地機的工作環(huán)境充滿灰塵、硬質顆粒等，工作環(huán)境惡劣，因此本設計的傳動部分選用鏈傳動。

3.2.2 鏈傳動的設計

（1）選擇鏈輪齒數

第一級傳動電機主軸的主動鏈輪齒數為19齒，從動鏈輪為38齒。第二級鏈傳動電機主軸的主動鏈輪齒數z1=19齒，從動鏈輪z2=19齒。電機轉速為n1=940r/min，根據傳動比計算出第一級鏈傳動從動鏈輪安裝的橫向長軸8的轉速為n2=470r/min。

（2）選擇鏈條型號和節(jié)距

根據查手冊，可選第一、二級鏈傳動的鏈條型號均為12A，單排鏈。滾子鏈的節(jié)距P=19.05mm。

（3）計算鏈節(jié)數和中心距

第一級鏈傳動取a=1100mm；相應的鏈長節(jié)數為

Lp=2a/p+■+（■）■

=■+■+（■）■■=144.7

取鏈長節(jié)數為144節(jié)。

第二級鏈傳動取a=700mm；相應的鏈長節(jié)數為

Lp=2a/p+■+（■）■

=■+■+（■）■■=92.5

取鏈長節(jié)數為92節(jié)。

（4）計算鏈速，確定潤滑方式

因兩級鏈傳動主動鏈輪的轉速和齒數及鏈號相同，所以鏈速相同，均為

v=■=■=5.67m/s

由速度和鏈號查手冊，可知潤滑方式均采用油盤飛濺潤滑。

4 市場推廣前景分析

該技術已經研制出產品，該產品的參數為：拖布直徑：370mm，橫長軸長度：930mm，電機-橫長軸傳動變速比2：1，電機功率：0.8kw，水泵功率：75w。本產品的原動機可以是電機，也可以是內燃機。本產品可以做成小的供給家庭使用，也可以做成大的供給大型廣場、馬路使用。該產品是專利技術，生產者須經本專利人允許。本例涉及的小車可以設計為機動的，操作人可以坐在車上邊駕車邊操作。經檢索，國內外還沒有成熟的不用沖洗拖布的自動擦地機，所以，本產品有廣闊的市場前景。

參考文獻

[1]門立山.自動擦地機[P].中國專利：201220155186.4，2012-12-19.

[2]門立山.自動擦地機[P].中國專利：201210108984.6，2013-10-23.

[3]謝鵬.實用的地面清掃除塵系統(tǒng)[J].工業(yè)安全與環(huán)保，

2011，37（8）：59-60.

[4]凌凱，張文，辛珍陽.路面清掃車的污水循環(huán)系統(tǒng)設計[J].技術論壇，2011，4：58-59.

[5]劉偉.小型掃地機的應用特點和發(fā)展趨勢[J].交通世界，

2012，19：44-45.

[6]雷曉鈞，陳超，錢浩，等.小型垃圾清掃機的設計[J].科技信息，2013，3：66-67.

[7]時忠明，王洋，唐存干.拖式地面清潔機的設計與制造[J].中國農機化學報，2013，4：201-203.

*通訊作者：門立山（1957，11-），男，副教授。