摘 要：文章提供了一种自动擦地机，其原理是将拖布在竖直方向旋转，在拖布的上方有喷水杆，湿润的、旋转着的拖布的边缘和地面接触，擦走了地面的灰尘，在脏拖布的旋转过程中，首先被淋上清水，稀释了灰尘，然后碰上一阻挡杆，将灰尘脏水甩到集水槽里，干净的、湿润的拖布进行下一轮的擦地。该产品适合于水泥、陶瓷地面的清洁。
关键词：水泥地面；擦地机；拖布；自动清洗
引言
目前，清扫形如沥青马路的粗糙地面使用的扫地机以毛刷式为主，清扫形如陶瓷的光滑地面的扫地机以拖布擦地机为主。现行的擦地机当拖布用脏后，需要人工冲洗，冲洗麻烦，加大了劳动强度，降低了效率。文章提供一种合于水泥、陶瓷地面的自动擦地机，它能够自动清洗、自动甩干拖布。该项设计填补了市场上的空白。
1 自动擦地机的总体设计
自动擦地机的结构如图1所示：在横向长轴1的周围，缠绕有长度相同的拖布2，横向长轴1的两端用轴承及支架固定在擦地机的前端，横向长轴1的方向平行于地面。横向长轴1的一端有链轮3，链轮3通过第一链传动4和电动机9连接。横向长轴1的右方有阻挡长杆5，阻挡长杆5的下方有集水槽6，集水槽6的底部安装有一台水泵7，水泵7的动力靠第二链传动8连接电动机9获得。水泵7通过出水管10将水扬到水箱的高处，水从出水口11流到水箱中。水箱中间设有滤网12，脏水13被滤网12过滤的成为清水14，清水14通过节流阀15到达喷水长杆16，喷水长杆16的长度同横向长轴1。在擦地机的底座下方安装有车轮17，在拖布2的前方及两侧安装有防护罩18，在擦地机的后方装有支撑杆19，支撑杆19的上端安装有横向把手20，人们通过推动横向把手20使擦地机前进，在电动机的旁边有驱动电瓶21。
1.横向长轴；2.拖布；3.链轮；4.第一级链传动；5.阻挡长杆；6.集水槽；7水泵；8第二级链传动；9.电动机；10出水管；11.出水口；12.滤网；13.脏水；14.清水；15.节流阀；16.喷水长杆；17.车轮；18.防护罩；19.支撑杆；20.横向把手
图1 自动擦地机结构图
2 除尘工作原理
启动电机9后，电机9带动拖布2沿顺时针方向竖直旋转，如图1所示。湿润的、和地面接触的拖布2的外边缘向前运动时，粘去了地面上的灰尘，脏拖布2旋转到横向长轴1的上方时，上方有喷水长杆16，脏拖布2被淋上清水，清水稀释了灰尘，灰尘与拖布2的粘滞力减小，在旋转产生的离心力的作用下被甩出拖布。接着，拖布2在继续旋转中又碰到了阻挡长杆5，拖布2受到阻挡长杆5的阻挡，产生一个向外甩脏水的动作，就好像人们将冲涮过的拖布向一根棍子上甩水一样，剩余的灰尘又一次受到更大的向外甩的力。
下面分析一下灰尘受到阻挡长杆5作用前后受力的变化。以拖布2边缘的灰尘为研究对象，其原来的圆周运动速度为v，旋转半径为R，灰尘的质量为m，在脏拖布2没有碰到阻挡杆5前，灰尘所受的离心力为：
F=m■
当拖布2碰到阻挡长杆5后，假设阻挡长杆5与横向长轴1的距离为4R/5，则拖布边缘的灰尘的旋转半径由围绕着横向长轴1变为围绕着阻挡长杆5，旋转半径变为了R-4R/5=R/5，这时灰尘所受的离心力为：
由上式看出，阻挡长杆5使灰尘所受的离心力增大为原来的5倍，灰尘及脏水突破了粘滞力的束缚，使得灰尘及脏水脱离拖布2，被甩到集水槽里。横向长轴转动带动缠绕墩布布条整个构成圆柱形状，边缘的墩布布条在遇到阻挡长杆之后，其内部的水夹杂污物沿该圆柱形状切线飞出，切点在阻挡长杆位置，由于集水槽位于圆柱形状的墩布布条的后下方，所以阻挡长杆必然位于横向长轴的斜下方。这样就能将飞出的水夹杂污物做斜抛运动掉落到集水槽中。墩布布条黏着污物后，污物通过水冲溶解，碰上阻挡长杆后，阻挡长杆的作用效果有三个：其一是甩干，便于下一次使用；其二是甩污物；其三是“刮”墩布布条污物。三个作用效果保障了墩布布条的清洁。随着旋转的进行，拖布一直进行着拖地（拖布变脏）-喷淋（拖布变湿）-甩干（拖布变湿润清洁）-拖地的循环。另外，集水槽6里的脏水被水泵7扬到高处，经过滤后循环使用。
3 机械结构设计
3.1 原动机的选用
电动机驱动的擦地机工作时需要的动力主要是克服拖布与地面的摩擦力、拖布与阻挡杆的摩擦力和转动轴承的摩擦力，根据擦地的需要，拖布与地面的距离可以调节，阻挡杆与拖布间距离也可以调节。所以，通过实验，在拖布直径为370mm、横长轴长度为930mm的条件下，选用额定功率800w，额定直流电压48V、转速940r/min的电机能够满足要求。
通过实验确定擦地机工作时所受的摩擦阻力大小，结合拖布转动需要的转速，及擦地机不宜外接电源的特点，选用的电机为：额定功率800w，额定直流电压48V，转速940r/min。
3.2 传动部分的设计
3.2.1 方案的选择
链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用于轴的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高、潮湿油污等恶劣环境条件下工作。自动擦地机的工作环境充满灰尘、硬质颗粒等，工作环境恶劣，因此本设计的传动部分选用链传动。
3.2.2 链传动的设计
（1）选择链轮齿数
第一级传动电机主轴的主动链轮齿数为19齿，从动链轮为38齿。第二级链传动电机主轴的主动链轮齿数z1=19齿，从动链轮z2=19齿。电机转速为n1=940r/min，根据传动比计算出第一级链传动从动链轮安装的横向长轴8的转速为n2=470r/min。
（2）选择链条型号和节距
根据查手册，可选第一、二级链传动的链条型号均为12A，单排链。滚子链的节距P=19.05mm。
（3）计算链节数和中心距
第一级链传动取a=1100mm；相应的链长节数为
Lp=2a/p+■+（■）■
=■+■+（■）■■=144.7
取链长节数为144节。
第二级链传动取a=700mm；相应的链长节数为
Lp=2a/p+■+（■）■
=■+■+（■）■■=92.5
取链长节数为92节。
（4）计算链速，确定润滑方式
因两级链传动主动链轮的转速和齿数及链号相同，所以链速相同，均为
v=■=■=5.67m/s
由速度和链号查手册，可知润滑方式均采用油盘飞溅润滑。
4 市场推广前景分析
该技术已经研制出产品，该产品的参数为：拖布直径：370mm，横长轴长度：930mm，电机-横长轴传动变速比2：1，电机功率：0.8kw，水泵功率：75w。本产品的原动机可以是电机，也可以是内燃机。本产品可以做成小的供给家庭使用，也可以做成大的供给大型广场、马路使用。该产品是专利技术，生产者须经本专利人允许。本例涉及的小车可以设计为机动的，操作人可以坐在车上边驾车边操作。经检索，国内外还没有成熟的不用冲洗拖布的自动擦地机，所以，本产品有广阔的市场前景。
参考文献
[1]门立山.自动擦地机[P].中国专利：201220155186.4，2012-12-19.
[2]门立山.自动擦地机[P].中国专利：201210108984.6，2013-10-23.
[3]谢鹏.实用的地面清扫除尘系统[J].工业安全与环保，
2011，37（8）：59-60.
[4]凌凯，张文，辛珍阳.路面清扫车的污水循环系统设计[J].技术论坛，2011，4：58-59.
[5]刘伟.小型扫地机的应用特点和发展趋势[J].交通世界，
2012，19：44-45.
[6]雷晓钧，陈超，钱浩，等.小型垃圾清扫机的设计[J].科技信息，2013，3：66-67.
[7]时忠明，王洋，唐存干.拖式地面清洁机的设计与制造[J].中国农机化学报，2013，4：201-203.
*通讯作者：门立山（1957，11-），男，副教授。
推荐访问:设计
