環(huán)保休閑清潔車的創(chuàng)新設計研究

智啟光+張瑞杰+何富君+黃龍躍+李俊萱

摘 要：對國內市場上常用的清潔車類型進行了簡單分析和研究，針對目前市場上清潔車在美觀性、休閑性、大眾娛樂性等方面上的欠缺提出了“Easy Sweep”創(chuàng)意清潔車的改進方案，該方案從功能方面入手，提出了以自行車為載體的新型環(huán)保休閑清潔車，解決了目前清潔車體積過大、小區(qū)域面積作業(yè)不方便、不具備大眾娛樂性、能源不環(huán)保等方面的問題。

關鍵詞：休閑；環(huán)保；清潔車；人力

中圖分類號：TB472 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0118-02

1 市場背景

我國研制生產清掃車已有50多年的歷史，從純掃式道路清掃車逐漸向吸掃式和純吸式發(fā)展。這些清掃車在城市非主干道、小區(qū)小路、休閑廣場等人群流動較多的小區(qū)域面積不適合作業(yè)。某些清掃車生產企業(yè)曾生產使用專用底盤的中小型全液壓道路清掃車，但其僅適用于清潔工作者，不能讓普通百姓參與其中，缺乏美觀性、休閑性、大眾娛樂性，且傳統清掃車工作模式會造成環(huán)境污染，不符合當今環(huán)保理念。

2 產品外觀造型設計

2.1 產品設計理念

“Easy Sweep”創(chuàng)意清潔車設計以可持續(xù)設計為理念，在

保護環(huán)境的同時增強公眾環(huán)保意識、推動城市建設發(fā)展，實現清潔車的綠色出行，服務大眾讓每個人都可以參與到保護環(huán)境的行動中來，與此同時可減少清潔工人的工作量。

2.2 產品造型

“Easy Sweep”創(chuàng)意清潔車在造型和功能方面以自行車的形式為載體，如圖1所示。車輪由前方兩個轉向輪和后方主動輪組成，三輪設計提高了車體的穩(wěn)定性。

在配色組合中，采用黃色與黑色，此配色組合最為醒目，可以警示車輛行人，避免意外發(fā)生。

“Easy Sweep”創(chuàng)意清潔車采用工業(yè)設計的傳統思維與方法，將藝術與科學相結合，車身采用天鵝脖頸的造型仿生設計，曲線優(yōu)美，符合大眾審美標準，可批量放置于廣場等公共場所，為城市景觀添彩。

3 產品功能設計

3.1 主要工作部件及設計

3.1.1 垃圾拾取系統

如圖2所示，垃圾拾取系統一共包括三個主要部件，垃圾滾鏟、傳動/變向齒輪和垃圾收容箱。工作時，主動軸轉動驅動車體前行，通過傳動齒輪、傳動軸將動力傳至垃圾拾取系統，驅動垃圾滾鏟轉動，同時垃圾拾取系統的傳動/轉向輪保證垃圾滾鏟轉動方向與主動軸轉動方向相反，此圖中垃圾滾鏟即為逆時針轉動。垃圾滾鏟將垃圾鏟起，向后送入垃圾收容箱，使車體在行進時實現收集垃圾的清潔作業(yè)。

3.1.2 傳動系統

如圖2所示，傳動系統一共包括三個主要部件，傳動/變向齒輪、傳動軸。主動軸轉動，通過上述三個部件齒輪傳動、軸傳動兩次傳動，將動力傳至垃圾拾取系統，同時完成垃圾拾取部分的轉動方向變向，保證工作機構正常工作。

3.1.3 行走系統

如圖1所示，行走系統一共包括車輪與把手兩大部件。“Easy Sweep”創(chuàng)意清潔車車體前部有兩個直徑16cm的轉向輪，車體后部有一個直徑22cm的主動輪，選用小型自行車車輪，配有低壓充氣輪胎；車把手的高度在80cm-90cm之間，具體高度與傾斜角度基于操作人員的身體數據而定。

3.1.4 機架總成

如圖1所示，機架總成主要包括一體式車架，由鋼架加工成型后拼裝而成，一體式車架保證了騎行時的平穩(wěn)性。

該車傳動部分通過鏈條驅動后輪，齒輪傳動、軸傳動驅動垃圾滾鏟，再經變向齒輪改變運動方向，使垃圾滾鏟逆時針旋轉鏟取車體行進過程中的垃圾，從而完成清掃工作。傳動系統結構如圖2所示。

操作者通過騎行方式驅動后輪，為清潔車工作提供動力。通過身體重心左右偏移帶動兩前輪偏轉，從而實現車體的轉向。在垃圾拾取功能中，先通過前排的垃圾滾鏟將垃圾鏟起，將垃圾帶入滾鏟后部的垃圾收容箱。

3.2 主要技術數據

3.2.1 車體數據

車體長120cm、寬50cm、高100cm，車把手高80-90cm，車把手具體高度、角度視使用者身體尺寸而定，如圖1所示；兩前輪輪距40cm，外側輪最大轉角α=35°，如圖3所示。

3.2.2 傳動系統設計

人正常騎行自行車的速度v=1.2m/s，車后輪直徑d=220mm，所以后輪轉速n=49.7r/min，垃圾滾鏟的轉速n′=n=49.7r/min，工作轉速合適。

3.2.3 車體最小轉彎半徑計算

如圖3所示，外側輪轉向角α，內側輪轉向角β，β>α，△AOD是直角三角形，AD/OD=tgα，AD/OA=sinα，AD是軸距，OA=AD/sinα，R1=OA，R1即為最小轉彎半徑，所以，清潔車軸距與外側輪轉向角α共同確定最小轉彎半徑。

帶入數據，OA=120/sin35°≈209.1，最小轉彎半徑即約為2.09m，最小轉彎半徑合適。

3.2.4 車體動態(tài)穩(wěn)度

動態(tài)穩(wěn)度主要是轉彎時的穩(wěn)度，即在轉彎時控制什么樣的速度，才能夠保證車輛不發(fā)生側滑。最大速度用v表示，由輪與地面滾動摩擦因數μ、彎道半徑R共同決定。當向心力小于等于地面滾動摩擦力時，車身不會側滑，由向心力公式Fn=Mv2/R以及地面滾動摩擦力F=μMg，得出v的最大速度v2=μgR，即v=■。綜上所述，轉彎速度小于等于為安全速度。

4 應用前景

4.1 應用場合

這款新型環(huán)保休閑車定位為公共清潔設施。主要應用在公園，廣場，大型商場，居民小區(qū)等地面較為平坦的公共場合，垃圾種類單一，大多數為食品包裝袋等便于清掃的垃圾，但常需要清潔人員一對一清掃，浪費了大量的人力資源。我們將公共場合的人群變?yōu)榍鍧嵢藛T，使用者成為清潔者，參與到清掃的行列。

4.2 應用人群

這款環(huán)保休閑清潔車依靠人自主性使用，應用人群廣泛，老少皆宜，從安全角度考慮，年齡較小辨知能力較弱的孩子應當在家長陪同下使用，避免產生不必要的事故。

4.3 管理方式

可以采取共享單車掃碼的形式，以共享單車為合作載體方便公眾使用清潔車。

參考文獻：

[1]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]濮良貴，紀名剛.機械設計（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2001.