环保休闲清洁车的创新设计研究

智启光+张瑞杰+何富君+黄龙跃+李俊萱

摘 要：对国内市场上常用的清洁车类型进行了简单分析和研究，针对目前市场上清洁车在美观性、休闲性、大众娱乐性等方面上的欠缺提出了“Easy Sweep”创意清洁车的改进方案，该方案从功能方面入手，提出了以自行车为载体的新型环保休闲清洁车，解决了目前清洁车体积过大、小区域面积作业不方便、不具备大众娱乐性、能源不环保等方面的问题。

关键词：休闲；环保；清洁车；人力

中图分类号：TB472 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0118-02

1 市场背景

我国研制生产清扫车已有50多年的历史，从纯扫式道路清扫车逐渐向吸扫式和纯吸式发展。这些清扫车在城市非主干道、小区小路、休闲广场等人群流动较多的小区域面积不适合作业。某些清扫车生产企业曾生产使用专用底盘的中小型全液压道路清扫车，但其仅适用于清洁工作者，不能让普通百姓参与其中，缺乏美观性、休闲性、大众娱乐性，且传统清扫车工作模式会造成环境污染，不符合当今环保理念。

2 产品外观造型设计

2.1 产品设计理念

“Easy Sweep”创意清洁车设计以可持续设计为理念，在

保护环境的同时增强公众环保意识、推动城市建设发展，实现清洁车的绿色出行，服务大众让每个人都可以参与到保护环境的行动中来，与此同时可减少清洁工人的工作量。

2.2 产品造型

“Easy Sweep”创意清洁车在造型和功能方面以自行车的形式为载体，如图1所示。车轮由前方两个转向轮和后方主动轮组成，三轮设计提高了车体的稳定性。

在配色组合中，采用黄色与黑色，此配色组合最为醒目，可以警示车辆行人，避免意外发生。

“Easy Sweep”创意清洁车采用工业设计的传统思维与方法，将艺术与科学相结合，车身采用天鹅脖颈的造型仿生设计，曲线优美，符合大众审美标准，可批量放置于广场等公共场所，为城市景观添彩。

3 产品功能设计

3.1 主要工作部件及设计

3.1.1 垃圾拾取系统

如图2所示，垃圾拾取系统一共包括三个主要部件，垃圾滚铲、传动/变向齿轮和垃圾收容箱。工作时，主动轴转动驱动车体前行，通过传动齿轮、传动轴将动力传至垃圾拾取系统，驱动垃圾滚铲转动，同时垃圾拾取系统的传动/转向轮保证垃圾滚铲转动方向与主动轴转动方向相反，此图中垃圾滚铲即为逆时针转动。垃圾滚铲将垃圾铲起，向后送入垃圾收容箱，使车体在行进时实现收集垃圾的清洁作业。

3.1.2 传动系统

如图2所示，传动系统一共包括三个主要部件，传动/变向齿轮、传动轴。主动轴转动，通过上述三个部件齿轮传动、轴传动两次传动，将动力传至垃圾拾取系统，同时完成垃圾拾取部分的转动方向变向，保证工作机构正常工作。

3.1.3 行走系统

如图1所示，行走系统一共包括车轮与把手两大部件。“Easy Sweep”创意清洁车车体前部有两个直径16cm的转向轮，车体后部有一个直径22cm的主动轮，选用小型自行车车轮，配有低压充气轮胎；车把手的高度在80cm-90cm之间，具体高度与倾斜角度基于操作人员的身体数据而定。

3.1.4 机架总成

如图1所示，機架总成主要包括一体式车架，由钢架加工成型后拼装而成，一体式车架保证了骑行时的平稳性。

该车传动部分通过链条驱动后轮，齿轮传动、轴传动驱动垃圾滚铲，再经变向齿轮改变运动方向，使垃圾滚铲逆时针旋转铲取车体行进过程中的垃圾，从而完成清扫工作。传动系统结构如图2所示。

操作者通过骑行方式驱动后轮，为清洁车工作提供动力。通过身体重心左右偏移带动两前轮偏转，从而实现车体的转向。在垃圾拾取功能中，先通过前排的垃圾滚铲将垃圾铲起，将垃圾带入滚铲后部的垃圾收容箱。

3.2 主要技术数据

3.2.1 车体数据

车体长120cm、宽50cm、高100cm，车把手高80-90cm，车把手具体高度、角度视使用者身体尺寸而定，如图1所示；两前轮轮距40cm，外侧轮最大转角α=35°，如图3所示。

3.2.2 传动系统设计

人正常骑行自行车的速度v=1.2m/s，车后轮直径d=220mm，所以后轮转速n=49.7r/min，垃圾滚铲的转速n′=n=49.7r/min，工作转速合适。

3.2.3 车体最小转弯半径计算

如图3所示，外侧轮转向角α，内侧轮转向角β，β>α，△AOD是直角三角形，AD/OD=tgα，AD/OA=sinα，AD是轴距，OA=AD/sinα，R1=OA，R1即为最小转弯半径，所以，清洁车轴距与外侧轮转向角α共同确定最小转弯半径。

带入数据，OA=120/sin35°≈209.1，最小转弯半径即约为2.09m，最小转弯半径合适。

3.2.4 车体动态稳度

动态稳度主要是转弯时的稳度，即在转弯时控制什么样的速度，才能够保证车辆不发生侧滑。最大速度用v表示，由轮与地面滚动摩擦因数μ、弯道半径R共同决定。当向心力小于等于地面滚动摩擦力时，车身不会侧滑，由向心力公式Fn=Mv2/R以及地面滚动摩擦力F=μMg，得出v的最大速度v2=μgR，即v=■。综上所述，转弯速度小于等于为安全速度。

4 应用前景

4.1 应用场合

这款新型环保休闲车定位为公共清洁设施。主要应用在公园，广场，大型商场，居民小区等地面较为平坦的公共场合，垃圾种类单一，大多数为食品包装袋等便于清扫的垃圾，但常需要清洁人员一对一清扫，浪费了大量的人力资源。我们将公共场合的人群变为清洁人员，使用者成为清洁者，参与到清扫的行列。

4.2 应用人群

这款环保休闲清洁车依靠人自主性使用，应用人群广泛，老少皆宜，从安全角度考虑，年龄较小辨知能力较弱的孩子应当在家长陪同下使用，避免产生不必要的事故。

4.3 管理方式

可以采取共享单车扫码的形式，以共享单车为合作载体方便公众使用清洁车。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2001.