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[摘 要]本文介绍了清理校园、公园等处草坪落叶以及路面积雪的一种机械，描述了三个主要特点：采用人力推动作为机械动力源的纯机械设计，符合绿色发展的理念；利用曲柄滑块机构、滚轮机构、杠杆装置的共同作用实现对落叶以及积雪的清理与收集；执行装置的可替换性使整个机构经济节约、方便可靠。充分表达了对未来清理机构发展方向的憧憬。
[关键词]纯机械设计，曲柄滑块机构，两用清理，绿色环保
中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0387-01
随着社会的进步，国家经济与科技的逐步发展，城市优化建设正如火如荼的进行，在这个大环境之下，人们也愈发注重生活与环境的质量，而随处可见的道路与草坪的清洁程度更能体现一个城市的精神面貌。因此作者希望能够针对城市、公园、校园等地道路积雪及草坪落叶的清理与收集，创新设计一款中小型的清理装置，满足相关作业需求，并尽可能减轻相关工作者的劳动强度，与此同时能积极响应国家绿色发展以及节约经济的理念。综上所述作者开展了关于本文即将介绍的落叶积雪兩用清理机的设计。
1 设计背景及现状
中国在草坪落叶清理以及积雪清除的相关机械研究设计上已经取得了有效的成果，并且从现有的清理机械可以看出，国内的清理机械大多普遍采用吸式设计，顾名思义就是利用不同规格的风机产生足够的风力，将落叶以及积雪吸入与之相接的专用通道，随后落入垃圾桶中。这种设计的缺点在于极易出现落叶粘附过滤网以及需要定时清理过滤网及其相关通道等问题；同时对风机的性能要求比较高，必须根据实际的作业需要以及作业环境选择不同的风机；必须有电源来提供动力，有的受限于电线的长度以及电源的不易获取，有的受限于蓄电池的污染、成本以及能量损失大、功率不能满足要求等诸多因素。
2 总体方案设计
2.1 基本设计思路
落叶积雪两用清理机主要由清理机构、收集装置、动力源及传动机构、机架四部分组成。从原理上来分析，将推动力通过传动机构将直线运动转化为轴的回转力，随后链传递将动力传递给执行机构；执行机构中的清理机构采用曲柄滑块原理实现前后往复运动，对落叶及积雪进行清理；随后收集机构利用杠杆原理实现上下往复运动，将清理的落叶或积雪集中运送传递至后方的垃圾桶，完成全部的清理。
2.2 清理机构设计
清理机构主要包括两部分的清理耙头（铲雪板），分别是由曲柄滑块机构驱动的进行前后方向上往复运动的耙头以及靠滚轮支架支撑实现直线运动的耙头（清理积雪时均可以更换成铲雪板）组成。其中，与曲柄滑块机构连接的耙头可以利用往复运动实现对清理机工作范围内的落叶积雪的初步清理；与滚轮支架连接的耙头随着整机的前进运动对曲柄滑块执行机构没有完全清理到的落叶或者积雪进行二次补充清理，并使其全部集中在耙头（或铲雪板上），方便后续收集机构将落叶或积雪送至垃圾桶。
2.3 收集机构设计
收集机构主要由连杆杆件、滚轮支架、滑板以及垃圾桶四部分组成。在曲柄滑块执行机构进行回转运动的过程中，连杆杆件与滚轮接触，以滚轮为支点实现杠杆运动，将耙头的收集物抬起。耙头下方设置有小挡板，使得可转动的耙头与杆件之间的夹角随连杆杆件的提升逐步增大，直至某一特定角度后不再增大；随后维持这一状态杆件继续上升，直至杆件越过一定位置后，耙头上的落叶向后落入与杆件相连接固定的滑板上，并在通过滑板后全部顺利进入垃圾桶内。滚轮的采用将使得滑动摩擦转换为滚动摩擦，大大减少了摩擦消耗，提高了工作效率；滑板的设置是为了减少在转移运动过程中，因为自然风力以及整机运动产生的抖动而导致落叶残渣等再次落入清理区域的现象。
2.4 动力及传动机构设计
动力源采用无污染、无能源消耗的人力推动形式，以两个后轮作动力轮，通过动力轮将推动力实现的直线运动转化为动力轮轴的回转运动。由于动力轮轴与执行机构相连接的中心轴距离较远，因此在传动方式上选择了链传动，两个链轮分别采用键连接固定于动力轮轴以及执行机构中心轴上。链传动的传动方式在清理机上既能满足远距离传动需求，同时也能够适应充满灰尘、落叶残渣、以及积雪化水的较为恶劣的工作环境。
2.5 机架设计
机架主要由扶手架、扶手架辅助杆以及支架组成，主要作用是为清理机构、收集机构、传动机构等提供安装位置。机架的组成部分大多采用空心管，一方面减少整机的质量，方便作业人员的操作与使用；另一方面大大节约了材料，降低成本的同时符合节约经济的倡导理念。扶手架的高度以及手握部分直径以及与手贴合角度的设计均符合人机工程学原理，既保证了设计的合理性，同时也满足了使用操作的舒适性，一定程度上也能够提升作业人员的工作效率。
3 主要创新点
3.1 清理形式
采用了曲柄滑块机构与杠杆机构相结合的原理，节省了人力，将双臂的上下运动转化成对车的推动力，与现有的吸式设计方案完全不同，从一个较为全新的方向实现了落叶积雪清理机的创新型设计。
3.2 经济环保
纯机械设计选择以人的推动力作为动力来源，避免了插电式清理机使用时工作环境缺乏电源，以及电线长度不够而对作业能力的限制，大大提升了工作范围以及工作时间，方便了人们的操作使用；避免了充电式清理机设计中蓄电池的环境污染以及大量电能的流失损耗，同时不需负担因长期使用更换蓄电池的成本。
耙头与铲雪板的连接采用螺栓连接，既可以实现道路积雪的清理，也能够实现草坪落叶的清理，一机两用，方便快捷。当耙头或铲雪板损坏后，还可以随时更换而不必舍弃整机，大大提升了使用年限，实现了资源利用最大化。整个清理机设计真正做到了经济节约、使用可靠和绿色环保。
总之，在绿色经济飞速发展的现在，利用机械设计的相关原理，在某些中小型机构的创新发展中，让人力驱动代替电力驱动，响应可持续发展的号召，也已经成为了现代机械发展的方向所在。
参考文献
[1] 李江涛.《我国扫路车发展概况与发展趋势》[J].建设机械技术与管理，2004.
[2] 张巍.《一种新型清扫车滚扫机构调节装置》.重庆大学，2001.10.25.
[3] 徐小六，白甫停，余雨.《小型手推式落叶清扫车的研制》.西南大学工程技术学院，2013
[4] 宋永刚.《真空清扫机负压吸尘机理及系统设计方法初探》.筑路机械与施工机械化，1992
[5] 胡利永，章磊，郑堤，郑高颖，郑卫国.《落叶清扫机器人的研制》.机电工程，2009
[6] 徐志恒，唐亚楠.《道路清雪机-道路清理好帮手》.中国信息报，2009
作者简介
贺澜，出生年月：1996.01.14，性别：女，民族：汉，籍贯（精确到市）：重庆，当前职务：学生，当前职称：无，学历：本科，研究方向：机械设计与制造，作者单位：北京林业大学，单位所在地（精确到市）：北京市，單位所在地邮编：100083。
李浩然，出生年月：19961202，性别：女，民族：汉族，籍贯（精确到市）：山东省潍坊市，当前职务：学生，当前职称：无，学历：本科，研究方向：机械设计制造及其自动化，作者单位：北京林业大学，单位所在地（精确到市）：北京市，单位所在地邮编：100083。
王璇，出生年月：1996.8，性别：女，民族：汉族，籍贯（精确到市）：陕西省汉中市，当前职务：学生，当前职称：，学历：本科，研究方向：机械设计制造及其自动化，作者单位：北京林业大学，单位所在地（精确到市）：北京市，单位所在地邮编：100083。
[关键词]纯机械设计，曲柄滑块机构，两用清理，绿色环保
中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0387-01
随着社会的进步，国家经济与科技的逐步发展，城市优化建设正如火如荼的进行，在这个大环境之下，人们也愈发注重生活与环境的质量，而随处可见的道路与草坪的清洁程度更能体现一个城市的精神面貌。因此作者希望能够针对城市、公园、校园等地道路积雪及草坪落叶的清理与收集，创新设计一款中小型的清理装置，满足相关作业需求，并尽可能减轻相关工作者的劳动强度，与此同时能积极响应国家绿色发展以及节约经济的理念。综上所述作者开展了关于本文即将介绍的落叶积雪兩用清理机的设计。
1 设计背景及现状
中国在草坪落叶清理以及积雪清除的相关机械研究设计上已经取得了有效的成果，并且从现有的清理机械可以看出，国内的清理机械大多普遍采用吸式设计，顾名思义就是利用不同规格的风机产生足够的风力，将落叶以及积雪吸入与之相接的专用通道，随后落入垃圾桶中。这种设计的缺点在于极易出现落叶粘附过滤网以及需要定时清理过滤网及其相关通道等问题；同时对风机的性能要求比较高，必须根据实际的作业需要以及作业环境选择不同的风机；必须有电源来提供动力，有的受限于电线的长度以及电源的不易获取，有的受限于蓄电池的污染、成本以及能量损失大、功率不能满足要求等诸多因素。
2 总体方案设计
2.1 基本设计思路
落叶积雪两用清理机主要由清理机构、收集装置、动力源及传动机构、机架四部分组成。从原理上来分析，将推动力通过传动机构将直线运动转化为轴的回转力，随后链传递将动力传递给执行机构；执行机构中的清理机构采用曲柄滑块原理实现前后往复运动，对落叶及积雪进行清理；随后收集机构利用杠杆原理实现上下往复运动，将清理的落叶或积雪集中运送传递至后方的垃圾桶，完成全部的清理。
2.2 清理机构设计
清理机构主要包括两部分的清理耙头（铲雪板），分别是由曲柄滑块机构驱动的进行前后方向上往复运动的耙头以及靠滚轮支架支撑实现直线运动的耙头（清理积雪时均可以更换成铲雪板）组成。其中，与曲柄滑块机构连接的耙头可以利用往复运动实现对清理机工作范围内的落叶积雪的初步清理；与滚轮支架连接的耙头随着整机的前进运动对曲柄滑块执行机构没有完全清理到的落叶或者积雪进行二次补充清理，并使其全部集中在耙头（或铲雪板上），方便后续收集机构将落叶或积雪送至垃圾桶。
2.3 收集机构设计
收集机构主要由连杆杆件、滚轮支架、滑板以及垃圾桶四部分组成。在曲柄滑块执行机构进行回转运动的过程中，连杆杆件与滚轮接触，以滚轮为支点实现杠杆运动，将耙头的收集物抬起。耙头下方设置有小挡板，使得可转动的耙头与杆件之间的夹角随连杆杆件的提升逐步增大，直至某一特定角度后不再增大；随后维持这一状态杆件继续上升，直至杆件越过一定位置后，耙头上的落叶向后落入与杆件相连接固定的滑板上，并在通过滑板后全部顺利进入垃圾桶内。滚轮的采用将使得滑动摩擦转换为滚动摩擦，大大减少了摩擦消耗，提高了工作效率；滑板的设置是为了减少在转移运动过程中，因为自然风力以及整机运动产生的抖动而导致落叶残渣等再次落入清理区域的现象。
2.4 动力及传动机构设计
动力源采用无污染、无能源消耗的人力推动形式，以两个后轮作动力轮，通过动力轮将推动力实现的直线运动转化为动力轮轴的回转运动。由于动力轮轴与执行机构相连接的中心轴距离较远，因此在传动方式上选择了链传动，两个链轮分别采用键连接固定于动力轮轴以及执行机构中心轴上。链传动的传动方式在清理机上既能满足远距离传动需求，同时也能够适应充满灰尘、落叶残渣、以及积雪化水的较为恶劣的工作环境。
2.5 机架设计
机架主要由扶手架、扶手架辅助杆以及支架组成，主要作用是为清理机构、收集机构、传动机构等提供安装位置。机架的组成部分大多采用空心管，一方面减少整机的质量，方便作业人员的操作与使用；另一方面大大节约了材料，降低成本的同时符合节约经济的倡导理念。扶手架的高度以及手握部分直径以及与手贴合角度的设计均符合人机工程学原理，既保证了设计的合理性，同时也满足了使用操作的舒适性，一定程度上也能够提升作业人员的工作效率。
3 主要创新点
3.1 清理形式
采用了曲柄滑块机构与杠杆机构相结合的原理，节省了人力，将双臂的上下运动转化成对车的推动力，与现有的吸式设计方案完全不同，从一个较为全新的方向实现了落叶积雪清理机的创新型设计。
3.2 经济环保
纯机械设计选择以人的推动力作为动力来源，避免了插电式清理机使用时工作环境缺乏电源，以及电线长度不够而对作业能力的限制，大大提升了工作范围以及工作时间，方便了人们的操作使用；避免了充电式清理机设计中蓄电池的环境污染以及大量电能的流失损耗，同时不需负担因长期使用更换蓄电池的成本。
耙头与铲雪板的连接采用螺栓连接，既可以实现道路积雪的清理，也能够实现草坪落叶的清理，一机两用，方便快捷。当耙头或铲雪板损坏后，还可以随时更换而不必舍弃整机，大大提升了使用年限，实现了资源利用最大化。整个清理机设计真正做到了经济节约、使用可靠和绿色环保。
总之，在绿色经济飞速发展的现在，利用机械设计的相关原理，在某些中小型机构的创新发展中，让人力驱动代替电力驱动，响应可持续发展的号召，也已经成为了现代机械发展的方向所在。
参考文献
[1] 李江涛.《我国扫路车发展概况与发展趋势》[J].建设机械技术与管理，2004.
[2] 张巍.《一种新型清扫车滚扫机构调节装置》.重庆大学，2001.10.25.
[3] 徐小六，白甫停，余雨.《小型手推式落叶清扫车的研制》.西南大学工程技术学院，2013
[4] 宋永刚.《真空清扫机负压吸尘机理及系统设计方法初探》.筑路机械与施工机械化，1992
[5] 胡利永，章磊，郑堤，郑高颖，郑卫国.《落叶清扫机器人的研制》.机电工程，2009
[6] 徐志恒，唐亚楠.《道路清雪机-道路清理好帮手》.中国信息报，2009
作者简介
贺澜，出生年月：1996.01.14，性别：女，民族：汉，籍贯（精确到市）：重庆，当前职务：学生，当前职称：无，学历：本科，研究方向：机械设计与制造，作者单位：北京林业大学，单位所在地（精确到市）：北京市，單位所在地邮编：100083。
李浩然，出生年月：19961202，性别：女，民族：汉族，籍贯（精确到市）：山东省潍坊市，当前职务：学生，当前职称：无，学历：本科，研究方向：机械设计制造及其自动化，作者单位：北京林业大学，单位所在地（精确到市）：北京市，单位所在地邮编：100083。
王璇，出生年月：1996.8，性别：女，民族：汉族，籍贯（精确到市）：陕西省汉中市，当前职务：学生，当前职称：，学历：本科，研究方向：机械设计制造及其自动化，作者单位：北京林业大学，单位所在地（精确到市）：北京市，单位所在地邮编：100083。