一、选题背景和意义：

清扫车作为路面环卫设备之一，是一种集路面清扫、垃圾回收与运输为一体的新型高效清扫设备［1］，可广泛应用于干线公路、机场跑道、市政道路、城市住宅区、公园和广场［2］，甚至还可以对道路上的空气进行除尘与净化，不仅可以美化道路，维护环境卫生，保持路面的良好工作状况，还能延长路面的使用寿命，预防交通事故的发生［3］。路面养护机械化程度的高低，已成为衡量一个国家工业化程度高低和综合实力强弱的重要标志，目前国内外利用路面清扫车进行路面养护已成为一种潮流［4］。

道路清扫保洁机械19世纪20年代起源于欧洲，其技术发展经历了纯扫式、纯吸式、吸扫式扫路车3个阶段［5］［6］。我国清扫车的发展是从20世纪60年代开始的，其发展历史可以分为3个阶段。

第1阶段,20世纪60年代，第1代清扫车——纯扫式清扫车的研制成功，揭开了我国自主研发清扫车技术的序幕；但因纯扫式清扫车有性能差、质量差、外观差，清扫效果差等缺陷，加之当时又受限于我国的体制和环卫部门的经济状况，故只有少数大城市使用纯扫式清扫车。直至20世纪80年代末，建设部长沙建设机械研究院设计出我国第一辆吸扫式清扫车，迅速缩短了我国清扫车与发达国家之间的差距，成为我国清扫机械发展里程中的新起点。

   第2阶段,20世纪末期，是我国清扫车发展最快的阶段，清扫车的使用不但从大中城市扩展到小城市，而且从城市道路拓展到公路和高速公路。这期间，我国清扫车多数由2～8t汽车底盘改装，适合于大面积、远距离清扫，常用于城市主干道、城乡结合部、高速公路的路面清扫作业。期间，不少企业、居民小区也采用清扫车进行路面清扫。

第3阶段，2000年之后，国内路面清扫车市场开始呈现多元发展的态势，出现了不同工作原理和模式的清扫机械，如纯吸式清扫车、干式清扫车等。由于全国各地气候差异大，冬季水易结冰，对湿式除尘的吸扫式清扫车在部分区域作业效果有影响；而在高速公路，城市高架桥等处，由于取水点远，不便于湿式除尘清扫车连续作业，随着人们节水意识的加强，催生出无需洒水压尘的干式除尘扫路车系列。同时，为顺应对城市环境卫生日益提高的要求又开发出高压清洗车，它通过高压、低流量的方式完成对路面的机械化清洗，收到了强力去污、高效节水的效果，其耗水量仅为普通洒水车的30%左右，同时降低了劳动强度，大幅提高了清洗效率与城市道路的清洁度，成为普通洒水车的替代产品［7］。

随着我国经济的发展，道路冲洗将成为道路保洁的主要模式与方法，高压清洗车的应用也越来越普遍。由于高压清洗车在清洗路面时，同样只是简单地将路面上的污染物冲向道路左右2侧，并不能回收清扫时产生的污水。随着创建清洁城市的指标越来越高及环卫系统对清扫保洁车辆要求多功能化，出现了创新概念清扫保洁机械——“洗扫车”。它集清扫、清洗、污水回收于一体，且一次行驶同步完成，清洁作业后即可达到无尘、无渍、无积水的作业效果，最大程度呈现路面本色，大大提高了道路清洁质量，实现了道路清扫保洁观念的突破。与发达国家相比，我国清扫保洁机械还存在不小的差距。我国的清扫车在清扫保洁效率、清扫保洁能力及除尘效果等作业性能方面与发达国家的水平相当，而在清扫保洁车辆的噪声、排放、可靠性、舒适性以及自动调整等方面仍存在差距。由目前我国清扫保洁机械的水平和质量可知，我国在清扫保洁机械的设计中，还缺少对专用部件的研究，缺少设计理论的指导，经验多于计算，模仿较多，创新不够。我国中小型全液压清扫机械还存在舒适性差、噪声大、空车质量大、外形不够美观等缺点。在高可靠性上，由于道路路况和清扫保洁的工况较国外恶劣，其正常使用当中的无故障间隔时间的长短和使用寿命有待进一步探讨研究。

由于纯扫式清扫车具有结构简单、功耗小、使用成本低、灵活性强等特点，近几年又重新进入了人们的视野。特别适用于人口密度大、交通繁忙的城市道路以及居民小区、公园、车站、机场、企事业单位等路面的清扫保洁作业。不少清扫车生产企业开发出专用底盘的中小型清扫车,国内的很多厂家也借鉴国外的技术，对纯扫式清扫车进行开发［8］。

 

二、文献综述（论文类课题）或调研报告（设计类课题）：

清扫车是集路面清扫、垃圾回收和运输为一体的新型高效清扫设备。它是清扫装置与主机的总称。清扫装置在主机后方，主要由水箱、扫滚、提升油缸、调整机构和驱动系统等组成［9］。                    

能够解决以下问题：

（1）人们生活在满是灰尘的环境中的健康问题；

（2）国家法律或地方法规要求的环境指标；

（3）由于灰尘或垃圾而造成路面过早过度的破损问题；

（4）生产车间的产品被灰尘污染的问题；

（5）生产车间内固定或移动的机器被灰尘污染的问题；

能够带来更大的利润或节约开支：

（1）清扫车的扫地吸尘系统相当于6-40倍的人

（2）减少灰尘对环境污染的程度（节约时间和财力，减少人工对产品外表的清洁，对机械设备的清洁保养以及周期性的环境卫生工作等）

（3）提高工作效率，同时提高操作者的工作积极性；

（4）一个良好整洁的环境不仅提高城市形象，而且更有利于城市文化的建设及市民工作的积极性。

机械与人工的比较：

（1）工作效率，同样的作业面积时间上大大缩短；

（2）清洁成本，可以肯定的是机械单位面积的清洁成本比人工还要低；

（3）清洁效果，机械可以避免清洁剂使用不平均，清洁效果不统一的问题；

（4）安全性能，让清洁工人身处安全环境（马路上的车辆太多，自身的安全意识不强）

（5）经济回报，以一辆车为例，它停止使用的那天共花费了多少钱，才是它真正的价钱。除了投资成本外，还有运营成本和人力消费成本。

1、清扫车的技术来源

国内路面清扫车的技术主要来源于3个方面：①借鉴国外同类产品的先进技术而自行开发的产品；②直接引进国外技术的产品；③从国家科研院所转让技术后再改进的产品［10］。目前我国路面清扫车研发资金投入相对较少，产品整体技术水平低下，尤其在控制系统和清扫效率、可靠性等方面与国外产品相比存在较大差距。国内以前生产的清扫车只能适应单一的作业工况，比如清扫车只能清扫路面而不能进行其他作业[11]。但历经数十年的发展，产品从单一的纯扫式发展到目前的多种型式，产品性能和质量迅速提高［12］。

    2、各类清扫车的主要技术参数

专用车本身有固定的技术参数，如：底盘型号、转弯半径、离去角等，但衡量清扫车的主要技术参数主要是发动机功率、清扫速度、清扫宽度、垃圾箱容量、整机重量等。细分时，还可以包括最大吸入粒度、集尘箱最大举升角度、立刷直径、滚刷直径×长度、吸尘嘴长度和宽度、卸料角度等参数。

3、清扫车分类和工作原理

根据其工作形式可分为真空吸扫式与刷式两大类型。真空吸扫式是利用负压收集垃圾；刷式是用圆柱刷盘刷将垃圾集中到皮带机上，然后送到垃圾箱中；或直接抛入垃圾料斗里［13］。以行走方式可分为手推式、自行式；按作业方式可分为纯扫式、纯吸式纯扫式的优点是设备结构简单、功率消耗小,缺点是清扫效果不理想;吸扫式则相反［14］。按除尘方式可分为干式和湿式。目前我国市场最流行的是吸扫式，市场占有率高达95%，其作业效果优点明显，因此，以下将着重介绍吸扫式清扫车。吸扫式清扫车吸取纯扫式、纯吸式清扫车的优点，清扫系统通常由蝶型刷和风机、风道、吸尘嘴等组成。蝶型刷的设置加强了对马路边沟的清扫，增加了清扫宽度。蝶型刷将两侧的垃圾扫到吸尘嘴的工作区域，再由吸尘系统将垃圾吸入垃圾箱。虽然吸扫式清扫车清扫效果好，工作效率高，但这类清扫车的结构较复杂，成本较高。吸扫式扫路车装有2个以上的扫盘,有的还带有滚扫刷,其作用是将路面上的垃圾扫到吸入区,再由吸入系统的强风力风机形成较大负压,将其吸入垃圾箱内。

4、清扫系统

由左右旋转方向相反的2个或多个扫刷将垃圾集中于吸嘴前方，再由吸嘴将垃圾吸入垃圾箱。大、中型扫路车可以在汽车中间位置的下方设置4个扫把,吸口位于后扫把稍后的中间位置。这种结构吸管短而直,垃圾容易被吸入,清扫时外边2个扫把作外围清扫,里面2个扫把作内围清扫并将垃圾引进吸入区。大型扫路车也可以采用2个扫把位于汽车中间位置的下方, 一滚扫帚位于汽车后部位的下方与前面2个扫把成一定的夹角，吸口位于扫把与滚扫之间偏右位置。滚刷既可以用来清扫地面，还可以用来堵截前扫把因离心力作用被抛出吸入区内的垃圾。扫盘系统侧扫装置用来实现侧扫臂的摆出和收回,扫盘遇到障碍物可自动回缩, 越过障碍物后自动复位,有效地解决了清扫装置易碰损的问题。扫刷的材质、形状、裁制技术等都会影响清扫效果，采用普通钢丝容易打弯，且疲劳强度低。塑料丝、尼龙丝刚性不够。比较理想的材质结构是外包尼龙、内夹弹性模数较高的弹簧钢丝, 扫丝断面形状为矩形。因为矩形断面的惯性矩I=bh3/12，所以裁制扫毛时应使矩形断面的长轴沿扫地的横向裁制,使其惯性矩I值大、抗弯刚度好。清扫作业系统应尽量采用机电液自动控制技术,具有自检诊断功能,扫刷转速、接地压力、内外摆动等可动态无级调节,以满足不同道路路面、作业环境、污染程度、物料对象等工况的需求。典型的路面吸扫车分为开放吸扫式和循环吸扫式两种。

（1）开放吸扫式清扫车。大多数开放吸扫式清扫车由汽车底盘、副发动机、风机、垃圾箱、水箱、侧盘刷、水平柱刷、吸口及排风口等组成。由于开放式吸扫车是将灰尘过滤后重新排入大气，故而扬尘较大，易形成二次污染［15］。

（2）循环吸扫式清扫车。循环吸扫式清扫车与开放吸扫式清扫车差别在于没有水平柱刷和通入大气的出气口，正下方是一个与底盘宽度尺寸基本相当的宽吸口。宽吸口中不仅有向上吸取垃圾尘粒的吸管, 还有向下吹气的吹管。空气作为载体由吸管进入,将路面上的垃圾尘粒送进垃圾箱,经除尘分离后重新送回吹管吹出,形成空气的循环流动。吸尘盘结构设计的合理性对扫路车的性能和清扫效率有着十分重要的影响。若风机与吸尘盘、垃圾箱匹配,则吸尘盘的结构型式与安装将对吸尘效率的提高起着主导作用。①纯真空抽吸式吸尘盘的工作原理是当风机高速运转时,在吸尘盘空间内形成一定的真空度负压,将垃圾吸入垃圾箱内。其缺点是吸尘盘底面与地面之间的距离必须很小,否则扬尘大,对吸力影响也很大。②吹吸式吸尘盘的工作原理是利用正风压即风机出风口的风量反吹入吸尘盘来压制吸尘过程中的扬尘，采用这种吸盘必须通过严密的空气动力学计算,理论上应使吸气量等于吹气量。实际上应使吸气量大于吹气量,否则会造成扬尘大于纯真空抽吸式吸盘的现象。目前多采用可随路面自动找平的全浮动式吸尘盘,再配合湿式洒水除尘,在吸口内部装有喷水嘴喷出水雾,以压制扬尘。

本课题的目的是设计一种能够满足企业、工厂、居民小区、人口密集的街道等垃圾清扫工作的手推式清扫车，要求具备结构简单、使用成本低、灵活性强、体积小等特点。

参考文献

［1］杜木伟、韩屹丽、刘晨敏.我国路面清扫车技术现状与发展趋势.2013(2).

［2］葛恒安.国内路面清扫车行业现状及发展趋势.建筑机械化,2004(11).

［3］葛恒安.祁隽燕.国内路面清扫车行业发展现状分析.交通世界,2005(6).

［4］张桂丰.电机驱动清扫装置的环保型清扫车总体设计.2008.

［5］周雷青.我国清扫车的概况及使用.交通与运输,2008(5).

［6］周雷青.国内清扫车概况及使用维护.2008(6).

［7］方国浩、范明志、盛利平.道路清扫保洁机械的发展历史与趋势.2008(10).

［8］张敏、赵悟、李海超.两种纯扫式清扫车的对比分析.2011(7).

［9］张启明.路面清扫车的发展.养护机械与施工技术,2008(1).

［10］樊金曦.国产道路清扫车技术现状分析.2013(3).

［11］徐宁、吴三达.国内内吸扫式扫路车技术发展综述.专用汽车,2006(6).

［12］罗善瞀.我国扫路车的发展和研究方向.建设机械技术与管理,2005(5).

［13］谢立杨.国外路面清扫车概况.1991(6).

［14］杨启勇.纯扫式街道垃圾清扫小车的设计.2010(8).

［15］任良成 、张德文 .路面清扫车的现代设计.水运科学研究,2006(12).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、研究内容

1、手推式清扫车总体方案设计

   1）根据清扫、收集垃圾的工作需求，设计灵巧方便、操作简单、内部结构合理、机械的强度、刚度、稳定性满足清扫工作的清扫车，其结构包括齿轮、轴、键、电机等，并根据内部结构所占空间大小设计外壳形状尺寸；

   2）对清扫车底盘的设计很关键，要有足够的强度，能够承受电机、蓄电池、滚刷以及传动零件等的重量，并且底盘加强筋及格局要合理，需刚好与电机、蓄电池等吻合，这样有利于固定，减少噪声；

   3）利用Pro/E和Auto CAD软件创建实体模型和绘制部分零件图以及装配图；

2、手推式清扫车动力装置

  根据设计要求选择一个合理的电机、蓄电池。

3、手推式清扫车相关数据的计算

  1）根据设计要求，计算清扫机内部结构轴、键、齿轮等的强度及对其进行校核；

　2）传动比的分配，带轮的选择设计及计算。

 

四、课题关键问题及难点：

1、清扫车的结构设计

2、清扫车内部结构轴、键、齿轮等强度的校核与计算

3、国内清扫车扫地功能的实现结构还不成熟，很难查到相关资料

4、传动方式的布置

5、如何解决电动与手动驱动方式干涉问题

6、如何设计轮子，使其既是动力来源，又有很好的灵活性

 

 

五、方案（研究方案或设计方案）论证：

简单结构示意图：

  

经过收集资料，查看资料，我对清扫车的工作方式有了一定的了解。并根据已知的资料，自己的想法，老师及我们这组毕业设计的同学的建议，我设计了电动与手动相结合的混合驱动方式工作的手推式清扫车。该清扫车的工作方式扫入式，由左右正反方向旋转的两个固定扫刷将垃圾集中于清扫车行驶方向的中央，再由主扫刷直接将垃圾扫入集料箱内。纯扫式清扫车具有结构简单、功耗小、使用成本低、灵活性强等特点，虽然吸扫式清扫车清扫效果好，工作效率高， 但这类清扫车结构比较复杂，成本也较高。

手推式清扫车由于其有较强的灵活性、体积小。所以特别适用于人口密度大、交通繁忙的城市道路以及居民小区、公园、车站、机场、企事业单位等路面的清扫保洁作业。

本论文研究的混合式手推清扫车的工作原理为：当电动驱动方式工作时，通过电机带动前刷转动将垃圾集中，同时电机也带动滚刷转动将垃圾进行收集；当手动驱动方式工作时，前轮带动前刷转动将垃圾集中，而后轮带动滚刷转动将垃圾进行收集。

该设计方案有几个优点，（一）在垃圾少且没有死角、墙角的平直走道、小区、工厂等情况下，可以仅用手动的工作方式就可以将垃圾清扫，这样既环保又省能源。（二）当垃圾较多或者有死角、墙角的地方，手动工作方式满足不了工作需求时，此时就可以用电动驱动方式工作，因为电动驱动方式工作的效率要高许多。（三）该方案所设计的滚刷与传统小型清扫车的不同，如图示那样，滚刷根部是一整块，而头部是小毛刷，这样的设计既可以清扫大颗粒的垃圾又可以清扫小颗粒的垃圾。而且在一定程度上，这样的设计省了部分滚刷材料，节约制作成本。

六、进度安排：

1、2013.11.04～2014.01.10收集资料，学习有关书籍文献，参观实物，完成开题报告。

2、2014.02.24～2014.03.04清扫车总体方案设计，用Pro/E软件创建实体模型，尽可能完善内部结构，合理布置零部件，完成三维装配图草图一张。

3、2014.03.05～2014.03.28完善清扫车的清扫方式、传动结构，创建结构紧凑的三维装配图一张。

4、2014.03.31～2014.04.04根据已创建的三维装配图设计合理美观的外壳。

5、2014.04.07～2014.04.20完成清扫车关键零部件（齿轮、轴、键等）强度的计算及校核。

6、2014.04.21～2014.05.04 对所有资料进行整理，创建计算机文档（即说明书）。

7、2014.05.05～2014.05.21自审、互审，完成修改图纸及计算工作，准备答辩。

七、指导教师意见：

    该生通过与课题组成员和老师充分讨论，查阅了大量文献，确定了具有一定的市场应用前景的课题。该课题设计了一手动与电动相结合的混合式手推式清扫车：该设计既保持了手动式清扫车环保的优点，同时在作业量大的区域内又可实现高效的电驱动方式。在特定区域内该清扫车能实现无死角清扫。此外，本论文还开创性地提出了一种新型的滚刷，该设计可以实现大小颗粒同时彻底的清扫。本课题的研究方法和研究步骤基本合理，难度合适，学生能够在预定时间内完成该课题的设计。

    同意该课题开题。

签名： 葛艳艳    2013年  12 月 27 日

八、开题审查小组意见：

 

 

 

 

 

 

签名：                  年     月     日