加速换季树木落叶处理的道路整洁装置设计

丁建峰 孙艳芬 单子恩 尹鑫洋 沈振宇

（常州机电职业技术学院机械工程学院，江苏 常州 213164）

0 引言

在秋冬季节，城市环卫工人面临大量的落叶清扫工作，而落叶处理道路整洁装置的设计和应用，可以有效地降低环卫工人清扫落叶的工作强度和压力，为实现对落叶的高效化收集和路面清洁打下坚实的基础。因此，为了提高落叶处理效率和效果，如何科学地设计落叶处理道路整洁装置是技术人员必须思考和解决的问题。

1 机械结构设计

落叶处理流程主要包含落叶收集、落叶打碎、落叶挤压、落叶运输四个环节。首先，通过利用落叶收集装置，实现对道路落叶的全面收集。其次，利用引风机将收集好的落叶传输到收集箱，收集箱在吸入这些落叶的同时，会对落叶进行彻底打碎处理[1]，当收集箱被装满时，该装置会自动对收集箱内的落叶进行加压处理，最后，采用装袋的方式，对压实后的落叶进行打包运输。落叶处理道路整洁装置总体结构如图1所示。

图1 落叶处理道路整洁装置总体结构图

1.1 动力系统设计

该装置在具体的设计中，可以将其设计为手推式设备，该设备内部动力系统主要使用了汽油机，汽油机主要为落叶收集提供源源不断的动力[2]，这种动力对液压泵站和风机起到一定的带动作用。

1.2 落叶收集打碎系统设计

落叶收集打碎系统作为落叶处理道路整洁装置的重要子系统，在具体的设计中，主要将落叶收集刷设置在车身下方，并将该收集刷的外观设计成“一”字形状，然后，利用引风机内部负压，为收集刷提供相应动力，确保落叶全部被吸入收集箱[3]。同时，还要向落叶收集刷内安装和固定相应的引风机，并为引风机配置相应的外壳，从而提高落叶吸收处理效率和效果。此外，为了确保该装置具有强大的吸收排放功能[4]，还要将风机叶片设计成刀刃状，使得落叶被收集箱吸入的同时，被风机叶片进行打碎处理，同时，还要设置相应的轴向真空机，使得风机噪声降到最低[5]，这样一来，不仅最大限度地提高了落叶吸入效率，还能保证引风机叶轮的强度和硬度，确保其具有较高的耐磨性。

1.3 落叶压缩成型系统设计

当道路落叶被全部收集到收集箱内后，需要利用落叶压缩成型系统，将落叶进行挤压处理，使其被全部挤压成块状。而挤压功能的实现离不开液压系统的使用。落叶压缩液压处理工作主要包含以下三个环节，分别是液压缸伸出、保压、液压缸缩回[6]。首先，采用手动控制的方式，当开关置于左位状态时，液压油自动进入液压缸，液压杆呈现出外伸状态，液压缸杆在执行伸出动作期间，落叶会被受到挤压处理。当油路压力不断增加时，溢流阀会呈现自动打开状态，而单向阀此时置于关闭状态，此时液压缸右腔内流入大量的液压油，促使液压杆呈现出缩回状态，这表明落叶已全部挤压成型。

1.4 行走以及支撑部件设计

该装置在具体的设计中，将三个万向轮安装和固定于底盘上，确保该装置能够采用推动、拖动多种方式进行灵活行走。其他支撑部件主要负责为其他部件提供一定的支撑作用，这些支撑部件主要包含保护板、上罩、机体。

2 控制系统设计

在控制系统具体的设计中，主要利用了AT89C51单片微型计算机，该控制系统结构图如图2所示，从图2中可以看出，该系统主要包含无线遥控模块、电机驱动模块、红外避障模块。

图2 控制系统结构图

2.1 无线遥控模块设计

无线遥控模块在具体的设计中，所使用的核心器件主要包含两种，一种是遥控编码集成芯片PT2262，另一种是遥控解码集成芯片PT2272。其中，PT2262作为一种先进、新型解码器，可以对数据和地址进行编译处理，使其转换为代码波形，该编码器所含有的三态地址位数和地址代码种类分别达到13个、531442种。PT2272作为一种常用的解码器，与PT2262之间可以形成良好的配对关系。该解码器所含有的三态地址位数和地址代码种类与PT2272相同，从这些三态地址和地址代码中任意选出一种，就可以实现编码器和解码器的快速配对，因此，无线遥控模块具有较高的抗干扰能力。在无线遥控模块中，当PT2262与电源成功接通后，需要向芯片PT2262提供源源不断的电能，当PT2262处于静态时，则整个装置无须耗电。

2.2 电机驱动模块设计

电机驱动模块在具体的设计中，离不开对集成电路芯片的使用，通过使用该芯片，可以实现对两个直流电机的同时驱动，通过使用直流电机，可以实现对左、右驱动轮的自动化控制。另外，通过利用L298，可以对控制直流电机的运行速度进行直接调整和控制。

2.3 红外避障模块设计

红外避障模块主要用于对该装置周围障碍物的有效探测和识别，便于该装置在清扫道路落叶时，可以更好地规避障碍物。该模块在具体的设计中，主要利用了红外反射式传感器，该传感器型号为JY043，具有电路简单、安装调试灵活、检测范围广等特点，因此，为了提高该装置的运行性能，需要将该传感器安装和固定于落叶处理道路整洁装置左右两侧。对于红外反射式传感器而言，其工作流程如下：首先，发射管会向该装置四周发射相应的红外信号，一旦红外信号遇到障碍物，发射管会立马受到反射信号，此时，信号处理电路会自动将输出端的高电平设置为低电平状态。然后，将低电平信号发送到单片机的端口处，一旦单片机检测到这一信号，说明该装置在清扫道路落叶时，遇到障碍物，此时，该装置会自动避开障碍物，确保落叶清扫工作能够正常、稳定、有序地开展。

3 控制程序设计

该装置控制程序主要由以下两个部分组成，分别是遥控程序和装置主程序。其中，装置的主程序流程如下：当该装置成功接收到遥控信号时，该装置会自动开启，然后进入运动状态，并不断地检测和识别道路四周的障碍物，一旦检测到道路周围出现障碍物时，会精确地分析和判断出当前障碍物的所在位置，然后，该装置会调整运动方向，精确规避障碍物。如果没有发现道路四周出现障碍物时，该装置会按照所设置好的运动方向继续前行。

4 装置测试

为了更好地验证落叶处理道路整洁装置的可靠性和有效性，现将该装置应用于某城市的道路落叶清扫工作中，经过实验测试发现，通过利用该装置，不仅可以圆满地完成道路落叶清扫任务，还能提高落叶清扫效率，使落叶清扫速度达到5m2/min。此外，该装置由于安装了相应的红外传感器，因此，在清扫道路落叶时，可以自动避开障碍物。另外，该装置在具体的运行中，所消耗的电能主要是由蓄电池提供的，因此，该装置具有随时充电功能，通过使用该装置清扫道路落叶，其能量消耗量大约是同类型清扫装置的80%。并且该装置尾部含有手推装置，便于环卫工人在装置没电的情况下也能采用手推的方式清扫道路落叶，极大地提高了该装置的实用性。

5 结语

综上所述，本文所设计的落叶处理道路整洁装置具备结构简单、操作方便、安全可靠等特点，该装置通过对遥感信号进行及时接收，可以对道路周围障碍物进行智能化检测，从而实现对道路落叶的自动化清扫，为缓解环卫工人手动清扫落叶压力提供重要的技术支持。由此可见，落叶处理道路整洁装置具有非常高的应用价值和应用前景，值得被进一步推广和应用。