加速換季樹木落葉處理的道路整潔裝置設(shè)計(jì)

丁建峰 孫艷芬 單子恩 尹鑫洋 沈振宇

（常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 常州 213164）

0 引言

在秋冬季節(jié)，城市環(huán)衛(wèi)工人面臨大量的落葉清掃工作，而落葉處理道路整潔裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，可以有效地降低環(huán)衛(wèi)工人清掃落葉的工作強(qiáng)度和壓力，為實(shí)現(xiàn)對(duì)落葉的高效化收集和路面清潔打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，為了提高落葉處理效率和效果，如何科學(xué)地設(shè)計(jì)落葉處理道路整潔裝置是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

落葉處理流程主要包含落葉收集、落葉打碎、落葉擠壓、落葉運(yùn)輸四個(gè)環(huán)節(jié)。首先，通過利用落葉收集裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)道路落葉的全面收集。其次，利用引風(fēng)機(jī)將收集好的落葉傳輸?shù)绞占洌占湓谖脒@些落葉的同時(shí)，會(huì)對(duì)落葉進(jìn)行徹底打碎處理[1]，當(dāng)收集箱被裝滿時(shí)，該裝置會(huì)自動(dòng)對(duì)收集箱內(nèi)的落葉進(jìn)行加壓處理，最后，采用裝袋的方式，對(duì)壓實(shí)后的落葉進(jìn)行打包運(yùn)輸。落葉處理道路整潔裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 落葉處理道路整潔裝置總體結(jié)構(gòu)圖

1.1 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該裝置在具體的設(shè)計(jì)中，可以將其設(shè)計(jì)為手推式設(shè)備，該設(shè)備內(nèi)部動(dòng)力系統(tǒng)主要使用了汽油機(jī)，汽油機(jī)主要為落葉收集提供源源不斷的動(dòng)力[2]，這種動(dòng)力對(duì)液壓泵站和風(fēng)機(jī)起到一定的帶動(dòng)作用。

1.2 落葉收集打碎系統(tǒng)設(shè)計(jì)

落葉收集打碎系統(tǒng)作為落葉處理道路整潔裝置的重要子系統(tǒng)，在具體的設(shè)計(jì)中，主要將落葉收集刷設(shè)置在車身下方，并將該收集刷的外觀設(shè)計(jì)成“一”字形狀，然后，利用引風(fēng)機(jī)內(nèi)部負(fù)壓，為收集刷提供相應(yīng)動(dòng)力，確保落葉全部被吸入收集箱[3]。同時(shí)，還要向落葉收集刷內(nèi)安裝和固定相應(yīng)的引風(fēng)機(jī)，并為引風(fēng)機(jī)配置相應(yīng)的外殼，從而提高落葉吸收處理效率和效果。此外，為了確保該裝置具有強(qiáng)大的吸收排放功能[4]，還要將風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)成刀刃狀，使得落葉被收集箱吸入的同時(shí)，被風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行打碎處理，同時(shí)，還要設(shè)置相應(yīng)的軸向真空機(jī)，使得風(fēng)機(jī)噪聲降到最低[5]，這樣一來，不僅最大限度地提高了落葉吸入效率，還能保證引風(fēng)機(jī)葉輪的強(qiáng)度和硬度，確保其具有較高的耐磨性。

1.3 落葉壓縮成型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)?shù)缆仿淙~被全部收集到收集箱內(nèi)后，需要利用落葉壓縮成型系統(tǒng)，將落葉進(jìn)行擠壓處理，使其被全部擠壓成塊狀。而擠壓功能的實(shí)現(xiàn)離不開液壓系統(tǒng)的使用。落葉壓縮液壓處理工作主要包含以下三個(gè)環(huán)節(jié)，分別是液壓缸伸出、保壓、液壓缸縮回[6]。首先，采用手動(dòng)控制的方式，當(dāng)開關(guān)置于左位狀態(tài)時(shí)，液壓油自動(dòng)進(jìn)入液壓缸，液壓桿呈現(xiàn)出外伸狀態(tài)，液壓缸桿在執(zhí)行伸出動(dòng)作期間，落葉會(huì)被受到擠壓處理。當(dāng)油路壓力不斷增加時(shí)，溢流閥會(huì)呈現(xiàn)自動(dòng)打開狀態(tài)，而單向閥此時(shí)置于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)液壓缸右腔內(nèi)流入大量的液壓油，促使液壓桿呈現(xiàn)出縮回狀態(tài)，這表明落葉已全部擠壓成型。

1.4 行走以及支撐部件設(shè)計(jì)

該裝置在具體的設(shè)計(jì)中，將三個(gè)萬向輪安裝和固定于底盤上，確保該裝置能夠采用推動(dòng)、拖動(dòng)多種方式進(jìn)行靈活行走。其他支撐部件主要負(fù)責(zé)為其他部件提供一定的支撐作用，這些支撐部件主要包含保護(hù)板、上罩、機(jī)體。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在控制系統(tǒng)具體的設(shè)計(jì)中，主要利用了AT89C51單片微型計(jì)算機(jī)，該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，從圖2中可以看出，該系統(tǒng)主要包含無線遙控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外避障模塊。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 無線遙控模塊設(shè)計(jì)

無線遙控模塊在具體的設(shè)計(jì)中，所使用的核心器件主要包含兩種，一種是遙控編碼集成芯片PT2262，另一種是遙控解碼集成芯片PT2272。其中，PT2262作為一種先進(jìn)、新型解碼器，可以對(duì)數(shù)據(jù)和地址進(jìn)行編譯處理，使其轉(zhuǎn)換為代碼波形，該編碼器所含有的三態(tài)地址位數(shù)和地址代碼種類分別達(dá)到13個(gè)、531442種。PT2272作為一種常用的解碼器，與PT2262之間可以形成良好的配對(duì)關(guān)系。該解碼器所含有的三態(tài)地址位數(shù)和地址代碼種類與PT2272相同，從這些三態(tài)地址和地址代碼中任意選出一種，就可以實(shí)現(xiàn)編碼器和解碼器的快速配對(duì)，因此，無線遙控模塊具有較高的抗干擾能力。在無線遙控模塊中，當(dāng)PT2262與電源成功接通后，需要向芯片PT2262提供源源不斷的電能，當(dāng)PT2262處于靜態(tài)時(shí)，則整個(gè)裝置無須耗電。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊在具體的設(shè)計(jì)中，離不開對(duì)集成電路芯片的使用，通過使用該芯片，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)直流電機(jī)的同時(shí)驅(qū)動(dòng)，通過使用直流電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)左、右驅(qū)動(dòng)輪的自動(dòng)化控制。另外，通過利用L298，可以對(duì)控制直流電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行直接調(diào)整和控制。

2.3 紅外避障模塊設(shè)計(jì)

紅外避障模塊主要用于對(duì)該裝置周圍障礙物的有效探測(cè)和識(shí)別，便于該裝置在清掃道路落葉時(shí)，可以更好地規(guī)避障礙物。該模塊在具體的設(shè)計(jì)中，主要利用了紅外反射式傳感器，該傳感器型號(hào)為JY043，具有電路簡單、安裝調(diào)試靈活、檢測(cè)范圍廣等特點(diǎn)，因此，為了提高該裝置的運(yùn)行性能，需要將該傳感器安裝和固定于落葉處理道路整潔裝置左右兩側(cè)。對(duì)于紅外反射式傳感器而言，其工作流程如下：首先，發(fā)射管會(huì)向該裝置四周發(fā)射相應(yīng)的紅外信號(hào)，一旦紅外信號(hào)遇到障礙物，發(fā)射管會(huì)立馬受到反射信號(hào)，此時(shí)，信號(hào)處理電路會(huì)自動(dòng)將輸出端的高電平設(shè)置為低電平狀態(tài)。然后，將低電平信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)的端口處，一旦單片機(jī)檢測(cè)到這一信號(hào)，說明該裝置在清掃道路落葉時(shí)，遇到障礙物，此時(shí)，該裝置會(huì)自動(dòng)避開障礙物，確保落葉清掃工作能夠正常、穩(wěn)定、有序地開展。

3 控制程序設(shè)計(jì)

該裝置控制程序主要由以下兩個(gè)部分組成，分別是遙控程序和裝置主程序。其中，裝置的主程序流程如下：當(dāng)該裝置成功接收到遙控信號(hào)時(shí)，該裝置會(huì)自動(dòng)開啟，然后進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并不斷地檢測(cè)和識(shí)別道路四周的障礙物，一旦檢測(cè)到道路周圍出現(xiàn)障礙物時(shí)，會(huì)精確地分析和判斷出當(dāng)前障礙物的所在位置，然后，該裝置會(huì)調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向，精確規(guī)避障礙物。如果沒有發(fā)現(xiàn)道路四周出現(xiàn)障礙物時(shí)，該裝置會(huì)按照所設(shè)置好的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)前行。

4 裝置測(cè)試

為了更好地驗(yàn)證落葉處理道路整潔裝置的可靠性和有效性，現(xiàn)將該裝置應(yīng)用于某城市的道路落葉清掃工作中，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，通過利用該裝置，不僅可以圓滿地完成道路落葉清掃任務(wù)，還能提高落葉清掃效率，使落葉清掃速度達(dá)到5m2/min。此外，該裝置由于安裝了相應(yīng)的紅外傳感器，因此，在清掃道路落葉時(shí)，可以自動(dòng)避開障礙物。另外，該裝置在具體的運(yùn)行中，所消耗的電能主要是由蓄電池提供的，因此，該裝置具有隨時(shí)充電功能，通過使用該裝置清掃道路落葉，其能量消耗量大約是同類型清掃裝置的80%。并且該裝置尾部含有手推裝置，便于環(huán)衛(wèi)工人在裝置沒電的情況下也能采用手推的方式清掃道路落葉，極大地提高了該裝置的實(shí)用性。

5 結(jié)語

綜上所述，本文所設(shè)計(jì)的落葉處理道路整潔裝置具備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠等特點(diǎn)，該裝置通過對(duì)遙感信號(hào)進(jìn)行及時(shí)接收，可以對(duì)道路周圍障礙物進(jìn)行智能化檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)道路落葉的自動(dòng)化清掃，為緩解環(huán)衛(wèi)工人手動(dòng)清掃落葉壓力提供重要的技術(shù)支持。由此可見，落葉處理道路整潔裝置具有非常高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景，值得被進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。