針對環(huán)衛(wèi)工人使用的U&I環(huán)保掃地機設(shè)計＊

唐女智，徐欽云，李 鋼，馬梓璇，楊家興，王 彥

（南華大學，湖南 衡陽421000）

1 背景概述

近幾十年來，人口密度隨著城市的發(fā)展逐年增大，其中人口高密度引發(fā)的一項比較嚴重的問題便是生活垃圾處理變得越來越艱難?，F(xiàn)今，無論是城市的街道還是人們所居住的社區(qū)，很大部分的城市生活垃圾都是由環(huán)衛(wèi)工人來進行統(tǒng)一收集與處理的。而環(huán)衛(wèi)工人沒有先進的垃圾收集和處理設(shè)備，需要耗費大量的時間和精力進行垃圾分類。目前大部分國內(nèi)的環(huán)衛(wèi)工人用品重功能輕設(shè)計。為了保持城市的良好的生活環(huán)境，環(huán)衛(wèi)工人每天起早貪黑掃大街。但他們的作業(yè)裝置落后，時常出現(xiàn)事倍功半的狀況。

2 市場調(diào)研

筆者們調(diào)查了衡陽市蒸湘區(qū)、石鼓區(qū)等幾個街道的環(huán)衛(wèi)工人，他們大多數(shù)都是上了年紀的中老年人，早上05：00左右起床進行大街清掃，工作量非常大。通過調(diào)查得知，他們每天起早貪黑，街道上碎末垃圾量很多，他們的勞動量很大，清掃效率低，由于工作很累，他們經(jīng)常會出現(xiàn)腰酸背疼腰間盤突出及冬天生凍瘡的現(xiàn)象。他們非常渴望有這樣一款輕便且功能齊全的掃地車來輔助他們完成工作。

基于此，我們團隊研究出了這款“U&I”環(huán)保掃地機，可以解決環(huán)衛(wèi)工人清掃效率低、死角垃圾處理、因工作量大而導致身體不適等問題。

3 系統(tǒng)方案設(shè)計

3.1 簡易環(huán)衛(wèi)車的整體結(jié)構(gòu)

U&I環(huán)保掃地車簡易模型如圖1所示。在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中，產(chǎn)品色彩與產(chǎn)品造型一樣，是視覺上最直觀的感受，而車身的符號在設(shè)計中具有重要的表達意義。因此掃地機外身設(shè)計美觀，內(nèi)座柔軟舒服，符合人性化設(shè)計要求。車身采用藍白色相間，車身設(shè)計標志，顯示掃地機此時的工作狀態(tài)。掃地機上的自動清潔設(shè)備設(shè)計了清晰的人機交互符號，能保證環(huán)衛(wèi)工人在使用過程中能夠發(fā)出正確的指令。

圖1 U&I環(huán)保掃地車簡易模型

3.2 設(shè)計過程

3.2.1 爬樓裝置設(shè)計

通過實地進行測量，發(fā)現(xiàn)樓梯的高度眾數(shù)在16 cm左右，寬度眾數(shù)大致在30 cm左右，根據(jù)此數(shù)據(jù)來設(shè)計爬樓輪胎。輪胎需要滿足的功能有：在平地上行駛的時候，能夠和普通輪胎一樣，為一個圓形輪胎；爬樓梯的時候，能夠自然地伸展開來，實現(xiàn)像坦克履帶式的爬樓梯動作，即把輪胎拆分為一個又一個的塊狀物，翻上樓梯。模塊化輪胎如圖2所示。

圖2 模塊化輪胎

筆者們把低速液壓馬達創(chuàng)新性地應用到了爬樓輪胎里面，輪胎模塊的伸出范圍為0～20 mm之間。當輪胎在平地上行駛的時候供油泵停止工作，輪胎模塊由于車的重力作用通過套筒口被壓在定子里，形成一個普通的輪胎。爬樓輪胎所需要的液壓油來自于一個液壓泵，通過油量分配箱分配到將要工作的輪胎里面，即某一個輪胎接觸階梯時候，液壓油就通到那一個輪胎里去，同時可以平均分配液壓油到三個輪胎里。

當掃地機爬樓梯時，液壓馬達開始工作，此所定子與輪軸鎖死而固定不動，輪胎模塊通過液壓力的作用抵開套筒口，然后開始爬樓。

爬樓過程如圖3所示。

圖3 爬樓過程

3.2.2 清掃裝置設(shè)計

吸塵機部分為垃圾的收集提供動力保證，整部分由六個部分組成，由下到上分別是轉(zhuǎn)接盒、篩網(wǎng)、電機架、機蓋、風扇、電機組成。吸塵機部分如圖4所示。

圖4 吸塵機部分

3.2.3 噴淋裝置設(shè)計

水箱里面的水通過重力作用流到邊刷上面，邊刷旋轉(zhuǎn)帶動水灑向四周，有效地減少了掃地過程中揚起的灰塵。

3.2.4 自動卸載垃圾裝置設(shè)計

自動卸載垃圾裝置如圖5所示。當掃地機在正常掃地時候，電動推桿帶動集塵箱蓋閉合，裝滿時候，把掃地機開到垃圾池附近，電動推桿推開集塵箱蓋，實現(xiàn)傾倒的動作。

圖5 自動卸載垃圾裝置

3.2.5 驅(qū)動裝置設(shè)計

該掃地機驅(qū)動裝置由鋰電池驅(qū)動，清潔環(huán)保，排放廢氣少。

4 創(chuàng)新點

具體創(chuàng)新點如下：①在“U&I環(huán)保掃地機”側(cè)部增加了手攜式垃圾管道，該管道使用塑料制成并且質(zhì)量好、質(zhì)量小，環(huán)衛(wèi)工人可以手提吸走街道死角垃圾；②設(shè)置了一種滾輪結(jié)構(gòu)，可以上下樓梯；③車身設(shè)置了自動卸載垃圾裝置；④車型設(shè)計內(nèi)部構(gòu)造舒適宜人，外形美觀，操作簡便，功能齊全；⑤采用電池作為電力驅(qū)動，相比之前掃地機燒柴油更經(jīng)濟環(huán)保。

5 小結(jié)

“U&I環(huán)保掃地車”采用機電一體化設(shè)計，并與環(huán)保綠色相結(jié)合。該款針對環(huán)衛(wèi)工人使用的掃地機具有良好的社會效益，市場前景廣闊，將推動環(huán)衛(wèi)事業(yè)的發(fā)展，解決環(huán)衛(wèi)工人清掃效率低、長期工作累引發(fā)身體疾病的問題。

該研究的初衷是為了減輕環(huán)衛(wèi)工人的工作量，改善他們的工作環(huán)境。筆者們設(shè)想將機電一體化的掃地機應用于各中小城市，落實到每一位環(huán)衛(wèi)工人使用的話，環(huán)衛(wèi)工作者將倍感欣慰，城市衛(wèi)生將進一步得到改善，市民的素質(zhì)將得到一定程度的提高。