設(shè)計制作一款多功能、智能化、環(huán)保型掃地車。介紹了設(shè)計總體方案和工作原理，詳細設(shè)計了機械結(jié)構(gòu)和控制裝置，并運用UG進行三維建模、虛擬裝配和運動仿真，獲得了最優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，最終制造出掃地車樣機。
關(guān)鍵詞：掃地車；多功能；智能化；環(huán)保；虛擬樣機
掃地車作為環(huán)衛(wèi)設(shè)備之一，是一種集路面清掃、垃圾回收和運輸為一體的新型高效清掃設(shè)備，廣泛應(yīng)用于公路、機場、市政廣場、城市住宅區(qū)等重要場所的清掃保潔。1904年英國出現(xiàn)第一臺馬拉掃地車，發(fā)展已近百年，較有名的掃地車生產(chǎn)企業(yè)有英國Ohnston公司、Schmidt公司、美國Elginl公司、德國Faun-Kuka公司、日本Kato公司、富士公司等。從20世紀60年代開始，我國開始研制生產(chǎn)路面掃地車，但相比于國外發(fā)達國家，在銷量規(guī)模、技術(shù)水平、清掃效果等方面都存在一定的差距。
掃地車的尾氣污染和噪音污染較大，影響人們的生活質(zhì)量。隨著國家對環(huán)保要求越來越高、人們的環(huán)保意識普遍增強，現(xiàn)有掃地車在清掃效率、耗時等方面不能滿足人們的需求。因此開發(fā)一款多功能、智能化、環(huán)保型掃地車已是大勢所趨。在結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有掃地車發(fā)展現(xiàn)狀和存在不足的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一款電機驅(qū)動的，集掃地、吸塵、灑水、拖地、擦干五大功能于一體的，既能手工控制又能遠程遙控的，新型多功能、智能化、環(huán)保型掃地車。

1總體方案
根據(jù)掃地車作業(yè)特點，按掃地車作業(yè)功能分成行走、灑水、掃地、吸塵、拖地、擦干及控制等七個子功能，采用電機驅(qū)動以實現(xiàn)手工和遙控兩種控制方式。該掃地車屬掃地、吸塵、拖地功能結(jié)合吸空式掃地車，由機械部分和電路部分組成，如圖1所示：機械部分由行走驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、掃地系統(tǒng)、吸塵系統(tǒng)、灑水系統(tǒng)、拖地系統(tǒng)和擦干系統(tǒng)組成，是該設(shè)計的核心部分；電控系統(tǒng)由蓄電池、電機、單片機和遙控裝置組成。

2系統(tǒng)設(shè)計與仿真建模
該掃地車的行走、轉(zhuǎn)向和工作裝置分別由三個電動機提供動力：行走電機通過齒輪有級減速帶動車體的行走；轉(zhuǎn)向電機帶動轉(zhuǎn)向機構(gòu)驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向；工作電機輸出動力分成兩條路線，一路經(jīng)減速機構(gòu)和曲柄滑塊結(jié)構(gòu)驅(qū)動拖地機構(gòu)作往復(fù)運動，而另一路則經(jīng)帶傳動后，通過直齒圓錐齒輪換向，以驅(qū)動掃地機構(gòu)作水平旋轉(zhuǎn)運動，輕松實現(xiàn)產(chǎn)品掃地及拖地功能。運用汽車換檔原理，設(shè)計了兩個滑移軸套以控制滑移軸套與齒輪嚙合或斷開，實現(xiàn)掃地與拖地間的獨立或配合動作。

2.1機械部分
（1）行走驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動電機經(jīng)過減速裝置2減速后帶動車輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)車體的行走；由電機正反轉(zhuǎn)來控制車體的前進與后退。
（2）拖地系統(tǒng)。拖地系統(tǒng)由工作電機驅(qū)動；滑套裝置6嚙合時，減速裝置5的齒輪與軸8連接，運動傳到軸上，從而帶動飛輪轉(zhuǎn)動，拖把頭通過連桿與飛輪連接起來，利用曲柄滑塊原理實現(xiàn)拖把的往復(fù)運動；滑套裝置6分開時，減速裝置5的齒輪與軸斷開，齒輪空轉(zhuǎn)，實現(xiàn)拖把運動停止。
（3）掃地系統(tǒng)。掃地系統(tǒng)由工作電機驅(qū)動；滑套裝置12嚙合時，減速裝置5的齒輪與軸13連接，運動傳到軸上，從而帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，帶動錐齒輪組轉(zhuǎn)動實現(xiàn)掃盤水平向內(nèi)轉(zhuǎn)動，將路面垃圾掃攏至中部；滑套裝置12分開時，減速裝置5的齒輪與軸13斷開，齒輪空轉(zhuǎn)實現(xiàn)掃盤停止運動。
（4）灑水系統(tǒng)。掃地車采用濕式、清掃結(jié)合方案，掃盤處設(shè)有噴霧式噴嘴，以減少揚塵、降低二次污染。灑水系統(tǒng)由水泵、水箱、控制閥門、過濾器和噴嘴組成。
（5）吸塵系統(tǒng)。吸塵系統(tǒng)采用氣力輸送原理抽吸垃圾，通過風(fēng)機高速旋轉(zhuǎn)將垃圾箱抽吸成強負壓狀態(tài)，產(chǎn)生高速氣流將垃圾吸入垃圾箱。
（6）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向電機轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)片轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)片通過連桿帶動支架轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)車輪的轉(zhuǎn)向；電機停止轉(zhuǎn)動時，在復(fù)位彈簧作用下車輪自動復(fù)位。
（7）擦干系統(tǒng)。擦干系統(tǒng)由連桿21、支架和滾筒組成。滾筒隨著車體的行走而滾動，將多余水分吸入吸水海綿。

2.2三維建模與運動仿真
根據(jù)設(shè)計方案載荷要求，對各機構(gòu)進行運動分析和詳細計算，確定主要部件和元件型號及設(shè)計尺寸。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)零件初始設(shè)計參數(shù)，利用UG軟件進行三維實體建模，生成零件加工圖紙，并依照裝配關(guān)系進行虛擬裝配，最后進行運動模擬仿真，分析各系統(tǒng)的空間運動軌跡，參照設(shè)計要求對方案進行最優(yōu)化設(shè)計，其虛擬樣機模型如圖5所示。

2.3電控部分
電控系統(tǒng)采用單片機控制系統(tǒng)，由單片機各輸出端口分別控制電磁繼電器的通斷電、拖動滑移裝置與齒輪機構(gòu)的嚙合與分離，實現(xiàn)掃地及拖地的獨立或配合工作。同時采用紅外遙控裝置實現(xiàn)遠距離控制。電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理圖如圖3、圖4所示。
（1）供電系統(tǒng)。整個電路電源由兩個12V蓄電池串聯(lián)提供：單片機電源由78L05降壓提供，電機由兩個的電源串聯(lián)供電，繼電器和電磁鐵由12V的電源提供。
（2）遙控系統(tǒng)。手持遙控器設(shè)有行走驅(qū)動開關(guān)、轉(zhuǎn)向開關(guān)、灑水閥門開關(guān)、掃地、拖地開關(guān)，與車載電子線路的控制信號相匹配。
（3）單片機電路。單片機系統(tǒng)由鍵盤、復(fù)位電路、時鐘電路等組成。由單片機各口線控制相應(yīng)的驅(qū)動器和繼電器。

3樣機制造與調(diào)試
依照設(shè)計零件圖，加工出掃地車的各個零件，根據(jù)裝配圖進行整車組裝。同時將電控部分進行組裝，實現(xiàn)機電結(jié)合，對其各項性能進行調(diào)試，最終實現(xiàn)了方案設(shè)計預(yù)期所有功能，基本上能達到性能要求指標(biāo)。掃地車實物圖請轉(zhuǎn)到奧力掃路車產(chǎn)品列表頁。

4結(jié)論
項目組在借鑒與比較國內(nèi)外各類清潔車特點的基礎(chǔ)上，提出了產(chǎn)品設(shè)計的工作原理和總體方案，對掃地車各功能組成分解，確定機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計框架。其次，應(yīng)用UG軟件對虛擬樣機三維建模與仿真，優(yōu)化設(shè)計產(chǎn)品性能。最后，通過樣機加工、裝配和性能調(diào)試，成功研制了一款多功能智能環(huán)保型清潔車。
該掃地車集掃地、吸塵、灑水、拖地、擦干、控制功能于一體，采用直流電機驅(qū)動，降低了尾氣、噪聲等污染，提高了掃地車的綜合作業(yè)效率，實現(xiàn)智能化、節(jié)能、環(huán)保，符合環(huán)衛(wèi)道路清掃車的發(fā)展方向。