落葉收集粉碎一體機(jī)

俞鑫 穆健

（聊城大學(xué)，山東 聊城252000）

1 整體及機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總功能簡(jiǎn)述

落葉收集粉碎一體機(jī)主要是完成對(duì)路面上落葉的清掃，同時(shí)完成對(duì)落葉的篩選、粉碎和收集。機(jī)器設(shè)置成可拆卸，可以隨時(shí)處理收集到的落葉。不僅如此，機(jī)器還具有升降功能，可以適應(yīng)不同的路面。

1.2 外形機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)

1.2.1 框架外形結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

推桿設(shè)計(jì)采用伸縮式，推桿長度為900mm-1200mm，以適應(yīng)各種身高的人使用。為了使落葉收集粉碎一體機(jī)使用便捷，寬度選為1000mm。長度通過綜合考慮各系統(tǒng)所占用的空間，最后確定長度為1200mm。如圖1 所示。

圖1 框架簡(jiǎn)圖

1.2.2 吸入口的形狀和收集箱的外形設(shè)計(jì)

抽吸口的尺寸主要參考葉片的大小確定，根據(jù)普通落葉尺寸一般在10mm-20mm 之間。根據(jù)葉片的重量確定抽吸的大小和抽吸口的流速，然后根據(jù)框架的整體尺寸確定抽吸口的尺寸，抽吸口的大小設(shè)置為900mm*300mm，以擴(kuò)大收集面積。抽吸口處設(shè)置了滾刷用以收集葉片，吸口處專門設(shè)計(jì)了石子過濾口，防止吸入小石子破壞刀具。如圖2 所示。

圖2 吸口

根據(jù)底座選取的是1000mm*1200mm，同時(shí)根據(jù)具體實(shí)際的工作情況，底座上要安裝電動(dòng)機(jī)、粉碎箱、收集箱。經(jīng)過調(diào)整所選收集箱的尺寸為1000mm*800mm*500mm。收集箱后方開口，可以外延收集袋大約1m3。收集箱上設(shè)計(jì)有開口，開口的尺寸為0.2m*0.1m。參考市面上的吸葉機(jī)和吸塵器，風(fēng)速大約在1-2m/s，效率為15%-20%。

根據(jù)公式:Q=VF

Q——風(fēng)量，m2/s;V——風(fēng)速，m/s;F——風(fēng)道截面積，m2。

求得Q=0.003 m3/s。取外接收集袋體積為2.6m3，收集一次所需要的時(shí)間為T=（0.4+0.6）/（0.02*15%）≈2222s≈37min。收集滿一次所需要的工作時(shí)間約為37min，加上處理收集好的落葉的時(shí)間，一次性工作時(shí)間大約在40min，可以滿足使用者的休息需要。收集箱設(shè)計(jì)為可拆卸，并且要保證開合方便，這樣的設(shè)計(jì)主要目的是能夠保證收集箱內(nèi)的樹葉碎片可以隨時(shí)倒出，以保證落葉清理粉碎一體機(jī)可以持續(xù)工作。如圖3 所示。

圖3 收集箱

1.2.3 軟管外形結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

軟管選擇PVC 塑料，使其強(qiáng)度跟韌度都能夠達(dá)到使用要求。尺寸根據(jù)吸口大小確定，同時(shí)要避免落葉在經(jīng)過軟管時(shí)發(fā)生堵塞。最終選擇長度為1000mm，外徑為100mm。內(nèi)徑為90mm。

1.2.4 粉碎箱外形結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

確定粉碎箱的寬度和高度均為300mm。粉碎箱的長度主要參考底座的尺寸。最終確定為400mm?？紤]到粉碎箱內(nèi)也有吸力通過，所以粉碎箱與刀片之間的距離不易過大，避免因距離過大造成未被攪碎的落葉進(jìn)入收集箱。如圖4 所示。

圖4 粉碎箱三視圖

1.2.5 控制箱的設(shè)計(jì)

控制箱內(nèi)有控制電路，因此要特別注意其安全的設(shè)計(jì)，盡可能多的使用絕緣材料。根據(jù)都做的整體框架尺寸，去除收集箱、粉碎箱所占用空間，所設(shè)計(jì)的控制箱尺寸為110mm*300mm。

1.2.6 輪子的設(shè)計(jì)

輪子的尺寸主要是參照吸口的尺寸設(shè)計(jì)，吸口的設(shè)計(jì)尺寸為900mm*300mm，輪子的高度設(shè)計(jì)要比吸口高，在不影響吸力的條件下，離地面要高，避免因吸力過大導(dǎo)致吸入石子的情況。同時(shí)，輪子設(shè)計(jì)為可自由旋轉(zhuǎn)。最終確定尺寸為高度350mm、厚度為10mm，輪子直徑為200mm、厚度為50mm，數(shù)量為3。輪子的材料選用聚氨酯，該材料具有高強(qiáng)度、優(yōu)秀的耐磨性、耐油性、耐疲勞性以及抗震動(dòng)性。具體尺寸如圖5 所示。

圖5 輪子

1.2.7 落葉清理粉碎一體機(jī)的安裝

每個(gè)部件的安裝，裝配零件形成組件是通過SOLIDWORKS軟件指定各零件間約束的過程。安裝后的裝配圖如圖6 所示。

圖6 裝配圖

2 主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 粉碎機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 粉碎裝置飛刀數(shù)量的確定

2.1.2 粉碎機(jī)刀片的確定

粉碎機(jī)刀片可用全鋼葉片和鑲鋼葉片。長度為260mm，體積大約為128cm2。查閱資料得全鋼密度為：7.85g/cm3，根據(jù)m=ρv，得刀重約1kg。熱處理硬度為HRC40-45 度。相應(yīng)的技術(shù)要求主要有耐沖擊、耐高溫、耐磨等。我們采用全鋼葉片制造粉碎機(jī)，采用D13B-D18D 型粉碎機(jī)刀片。

2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇

選擇80BL100S40-430TK9 直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min，扭矩為2NM，功率為300W，直接與葉輪連接。

另一個(gè)電動(dòng)機(jī)是用來帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)用于粉碎落葉。選取3000r/min 的80BL110S50-430TK9 直流電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，空載轉(zhuǎn)速為4000r/min，額定轉(zhuǎn)矩為1.6NM，額定電壓為48v，額定功率為500W。

2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

主軸的校核：

根據(jù)實(shí)心圓軸公式，其切應(yīng)力

所以軸的最小直徑

式中：WT——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3;

多重PCR基于PCR-SSP的反應(yīng)原理，在反應(yīng)體系內(nèi)同時(shí)加入多種引物，擴(kuò)增多種目的抗原片段，減少反應(yīng)次數(shù)，增大通量，既可以提高檢測(cè)效率，又能更大限度地使用個(gè)體極少見的稀有血型DNA樣本。國內(nèi)報(bào)道多重PCR可在一個(gè)反應(yīng)體系內(nèi)同時(shí)檢測(cè)Co（a-）、Lu（b-）、Yt（a-）、Kp（b-）[15]，還可穩(wěn)定地同時(shí)檢測(cè) Vel-，Sc1-，GIL-及 In（b-）稀有血型[16]。

P——軸傳遞的功率，kw;

n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min;

C——與軸材料相關(guān)的系數(shù)

由帶傳動(dòng)n1=3600r/min，n2=1800r/min，P1=20kW，P2=P1*η，取帶傳動(dòng)效率η=0.96，則P2=19.2kW。

軸的最小直徑為:

為了保證軸的強(qiáng)度，取d=40mm。

2.4 工作流程

工作流程是通過葉輪旋轉(zhuǎn)使收集箱內(nèi)產(chǎn)生真空，從而產(chǎn)生吸力，將落葉吸入至粉碎箱，同時(shí)過濾吸入的石子。粉碎箱內(nèi)有兩把飛刀由直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)粉碎葉片，粉碎的葉片在吸力的作用下進(jìn)入至收集箱內(nèi)完成收集。

3 結(jié)論

本文中的落葉收集粉碎一體機(jī)在結(jié)構(gòu)上參考了蘇州滬潔環(huán)保設(shè)備有限公司的手扶式吸葉機(jī)，同時(shí)結(jié)合美國百萊瑪設(shè)備公司的威猛BC600XL 型切枝機(jī)[1]。刀盤采用鍵連接安裝，主軸安裝采用有對(duì)稱式的圓錐滾子軸承，生產(chǎn)容易、安裝方便。機(jī)身固定在機(jī)架上，機(jī)架底部安裝有車輪保證移動(dòng)方便。同時(shí)可以在牽引機(jī)車的帶動(dòng)移動(dòng)，方便運(yùn)輸。收集箱采用容量大可拆卸形式，保證持續(xù)工作時(shí)間，方便清理收集箱內(nèi)收集到的粉碎落葉。該機(jī)器適合于街道、公園等地方的清掃，值得一提的是收集到的粉碎落葉還可以進(jìn)行后續(xù)處理，做肥料、燃料等，應(yīng)用廣泛。