新型多功能道路清扫车设计
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作者:张安康 张攀 王选 江鑫 解润海 王强
摘 要：针对传统道路清扫车功能少、效率低等问题，设计一种新型多功能道路清扫车及其控制系统，清扫过程中可以对路面上金属、粉尘、砂石、树叶等分类，实现垃圾分类和有用物质的回收利用。并且可以模块化加减除雪等模块，可以实现一车多用。同时针对机场等安全性较高的场合，可以利用超声波测距模块实现主动刹车。
关键词：多功能清扫车 分类回收 除雪 超声测距
中图分类号：U469.6+91 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）05（a）-0087-02
Abstract： In view of the problems of traditional road sweeper with less function and low efficiency， a new type of multi-functional road sweeper and its control system are designed. The metal， dust， sandstone， leaves and other classifications on the road surface can be classified during the cleaning process to realize waste sorting. And recycling of useful materials. And can modularize addition and subtraction of snow and other modules， can achieve a multi-purpose vehicle. At the same time， for high security and other occasions， the ultrasonic distance measuring module can be used to achieve active braking.
Key Words： Multi-purpose sweeping vehicle; Classification and recycling; Snow removal; Ultrasonic ranging
随着我国计算机技术和网络技术的不断发展，传统清扫车已由传统的机械作业转变为半自动化或自动化作业。现阶段清扫车功能单一化，效率低，环境适应性差，技术水平不高，为适应社会对清扫车的工业实际要求和控制技术要求，设计一种多功能、效率高、适应性强、满足社会需求的新型多功能道路清扫车。
1 总体设计
对清扫车的机械和控制部分进行改进和优化设计，重新进行模块划分。机械结构方面对清扫机构、垃圾收集机构、垃圾分类机构和除雪机构等进行更加合理的设计;控制系统设计方面利用STM32控制电机实现多功能道路清扫车的移动、清扫、垃圾分类和除雪等模块的运动，设计超声波测距模块进行障碍物实时预警，并能实现紧急状态自动刹车。
2 清扫作业装置设计
2.1 清扫系统
清扫系统包括盘刷机构和滚刷机构。盘刷机构主要实现地面的清扫，并将垃圾导流到车底盘中央。滚刷机构将垃圾导向清扫车簸箕口。
2.1.1 盘刷机构
盘刷机构由盘刷、四杆机构和马达等构成，分别对称布置在底盘前部左右两侧，由支架固定。工作时，清洁盘刷将路两侧垃圾导流到车底盘中央，两侧盘刷伸出车外一定距离，加宽清扫作业面。盘刷转动由马达驱动，可实现无级变速，保证良好的清扫效率。
为更好的提高盘刷机构的性能，实际工作参数方面提高盘刷的转速和清扫车行进速度;结构设计方面使盘刷与地面之间必须有一定的接地角度（4°～7°）和接地区域（中心角度为120°），使垃圾尘粒定向抛射;同时盘刷与地面还应有一定的接触压力，使盘刷达到最佳的清扫效果。
2.1.2 滚刷机构
滚刷机构由滚筒刷、支架、电机和同步轮皮带组合机械传动装置组成，位于车底盘中央。工作时，电机驱动同步轮皮带组合机械传动装置（传动比为1∶1.5）使滚筒刷以一定转速转动，将垃圾导向簸箕口。滚筒刷的位置和转速均可调，以适应不同路况。
由实际经验设置滚刷刷毛安装角为15°，刷毛呈人字形对称螺旋状排列（使滚刷主轴所受的轴向力最小）;同时滚刷刷毛与底面有的圆弧接触，保证滚刷与地面有一定的接触压力。
2.2 垃圾收集系统
垃圾收集系统由箱体和传送機构组成，直立放置于车身前部和后部中间连接处，箱体上方为出料口，箱体下方为进料口。传送装置由输送带连接上下两个传动滚轮，上面的滚轮为从动滚轮，下面的滚轮为主动轮，主动轮由滚刷系统的马达驱动，输送带上粘有螺旋状刮板，滚板与箱体接触部位有小毛刷。
工作时，滚刷将垃圾扫入箱体进料口，然后由箱体内部传送机构将垃圾收集并传送到后方垃圾储运箱，垃圾收集系统与滚刷系统同时作业，保证了不同系统间工作的协调性，提高了清扫效率。
2.3 垃圾分类系统
该装置主要由电磁式磁力板、风机、弹力挡板、铁质垃圾收集箱、轻质及重质垃圾储运箱组成。其可分选的垃圾种类包括可磁选垃圾，如铁钉、铁制罐瓶;重质垃圾，如小砖块、碎石子;轻质垃圾，如树叶、废纸片。 工作时，垃圾收集装置将垃圾收集并输送至箱体上方出料口，可磁选垃圾通过出料口下端设有的电磁式磁力板进行吸附，待完成清扫作业后，断电后通过其下方的铁质垃圾收集箱进行集中收集;重质垃圾经弹力挡板克服挡板下方弹簧弹力作用，此时挡板打开，重质垃圾进入下方重质垃圾储运箱，经过筛网，垃圾按体积大小进行分离;当挡板上无垃圾停留时，弹力挡板受下方支板阻碍和弹簧弹力作用，自动恢复到初始位置状态;轻质垃圾通过出料口上端风机被吹起后进入轻质垃圾储运箱。待完成清扫作业后，将分选的垃圾回收利用。
2.4 洒水除尘系统
系统主要由水箱、过滤器、泵、水管、喷头及其控制装置组成，水箱侧面成梯形状，安放在垃圾储运箱下方，充分利用垃圾储运箱前方下部的空间。喷头安装在盘刷系统前方，工作时水通过水箱、过滤器、泵、水管和喷头将水均匀面在盘刷前方路面处，降低扬尘，减少二次污染。
2.5 除雪系统
除雪系统由避障机构和前雪铲组成，作业时前雪铲铲除路面积雪，避障机构实现缓冲和避障。针对实际路面工作情况：
（1）对除雪系统加装可拆卸装置。清扫车工作情况下可分为两种工作模式：一是清扫模式，二是除雪模式。清扫模式下，除雪系统与车体分离，减轻清扫车自身重量，减少油耗，提高清扫效率;除雪模式下，清除路面积雪，同时系统相对独立，不影响清扫车其他功能模块的工作。
（2）对避障机构进行优化设计。当遇到障碍时，前雪铲铲刃迅速抬起，同时保证铲刃对地有足够的接触压力顺利铲除路面积雪，不中断作业，使除雪作业能够持续平稳进行。
3 超声测距模块
本项目可以选装超声波测距模块。对于机场等安全性要求较高的场合，可通过超声测距模块测量清扫车和障碍物之间的距离，实现实时预警和紧急情况主动刹车。
4 结语
为适应社会对清扫车的工业实际要求和控制技术要求，设计了一种新型多功能道路清扫车。
（1）调整盘刷及滚刷机构的工作参数，优化结构设计;设计具有传送和提升功能的垃圾收集装置;设计一种多功能垃圾分类装置;实现可加减除雪模块。
（2）结合超声波测距模块进行障碍物实时预警和紧急情况实时刹车。
参考文献
[1] 简洁.電动清扫车清扫作业装置的设计与研究[D].南京：南京理工大学，2012.
[2] 张建国.多功能清雪车前雪铲仿真分析与改进研究[D].吉林大学，2006.
[3] 赵义卓，李发海，黄国辛，等.基于超声波的智能小车研究进展[J].电子制作，2019，26（Z1）：38-40.
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