韓天潮 鐘澤鑫 崔醒 劉偉民

摘要：線桿小廣告清洗儀主要針對街邊電線桿上的小廣告進行清理。線桿小廣告清洗儀由夾緊機構、上升機構、回轉機構、清洗機構等組成。清洗機構由浮動刷頭構成，刷頭由桿組實現(xiàn)抬升，回轉與上升運動由步進電機實現(xiàn)，電機由單片機實現(xiàn)自動控制。該清理儀具有結構簡單，便于操作和攜帶，自動化程度高，工作效率高，制造成本低的優(yōu)點，能有效節(jié)省勞動力，有較高實用價值。

關鍵詞：清洗儀；桿組；自動化

一、背景

道路的兩邊都安裝有電線桿，電線桿上經常被人貼上各種小廣告。這些廣告不僅影響市容，而且難以清理。目前去除廣告的方法主要是利用高壓水槍或是手工清洗，前者效率高但水資源浪費嚴重且清洗后廣告碎屑隨隨流飛濺，難以收集，造成二次污染，后者效率低且清洗效果差，對人力和時間消耗較大。因此設計一種高效、節(jié)能的線桿廣告清理儀有現(xiàn)實意義。

現(xiàn)有的小廣告清洗儀主要有兩類：第一類主要是一種利用手持桿抬高刷頭位置將刷頭安置在手持桿末工作的清洗儀，這種清洗儀采用直流電動機帶動刷頭進行工作，在刷頭周圍布置噴水裝置，先對廣告紙濕潤之后再啟動直流電機帶動刷頭進行清洗工作[1]或利用改進的噴刷傳動軸[2]在噴水裝置的輔助下在噴水的同時清洗廣告兩種形式，這種清洗儀自動化程度較差，需要人工手持清洗儀對廣告進行清洗。第二類主要通過爬桿機構[3]將刷頭運送至需要高度再進行清洗，這種清洗儀爬桿機構復雜，成本高。電線桿上廣告張貼高度一般較低，刷頭所要求高度范圍小，現(xiàn)設計一種底座固定，通過桿組抬升實現(xiàn)刷頭上升，工作電機由單片機控制的廣告清洗儀，使其兼具廣告清理自動化和成本控制的優(yōu)點。

二、系統(tǒng)設計

小廣告清理儀設計用于清理張貼在電線桿上的小廣告，廣告張貼高度一般在1m以上2.5m以下，清洗儀工作過程設計為：（1）將清洗儀固定安裝在電線桿上；（2）清洗機構上升至需要清理高度；（3）清洗機構開始工作實現(xiàn)電線桿全周向的清洗。

（一）整體設計方案

如圖1線桿小廣告清理儀主要由底座、升降桿組、旋轉臺、浮動刷頭、噴罐組成。

（二）清洗儀結構

1.聯(lián)接及固定結構

如圖2底座由前后兩部分組成，一側通過鉸鏈連接，另一側通過具有鋸齒形板的旋鈕聯(lián)接，旋鈕逆時針旋轉，鋸齒形板與底座前瓣的齒形分離，底座前瓣可與底座后瓣分離，旋鈕順時針旋轉，鋸齒形板與底座前瓣的齒形結合，齒形傾斜保證結合不松脫，此結構使得底座固定時抱緊線桿。升降桿組底端聯(lián)接在底座兩側，桿組通過鉸接相連，桿組中間安裝滾子與導軌相連，桿組頂端一側安裝滾子在旋轉臺底部滑槽中滑動，另一側鉸接于滑槽末端。

如圖3，刷頭后部由彈簧和底部燕尾槽與旋轉臺實現(xiàn)浮動連接，既能保證旋轉臺上升過程中與電線桿的相對位置，減小桿組變形提高使用壽命，又能保證清洗過程中刷頭對電線桿的夾緊。

2.傳動結構

本方案設計的清洗儀傳動結構主要實現(xiàn)桿旋轉臺的上升，回轉以及刷頭旋轉三種運動，傳動類型均為電機齒輪減速傳動，結構如圖4。

上升傳動機構為步進電機帶動電機齒輪，通過末端連桿上部分內齒減速；回轉傳動機構為安裝在旋轉臺上半部分的步進電機帶動電機齒輪，通過旋轉臺下半部分上部分內齒輪減速；刷頭傳動機構為普通直流電機單機齒輪減速。

3.主要結構參數(shù)

電線桿直徑一般為200mm，底座閉合后內徑為220mm，底座兩側內壁各粘貼12mm厚軟膠墊，電線桿與底座之間間隙通過軟膠墊和底座連接處鋸齒補償。桿組末端桿長160mm，其余桿長320mm，噴刷中心上升運動離地最大高度為2500mm，最小高度為950mm，能滿足一般小廣告張貼高度要求。旋轉臺回轉范圍為45°至45°，刷頭有效長度為220mm，采用弧面結構，通過回轉能實現(xiàn)線桿全周向清潔。

電機及齒輪參數(shù)如下表：

4.控制設計

上述電機由三塊SST89C52的單片機控制，第一塊安裝在底座側面，編號為1，控制實現(xiàn)上升運動的步進電機；第二塊安裝在旋轉臺上，編號為2，控制實現(xiàn)回轉運動的步進電機和實現(xiàn)刷頭旋轉的直流電機；第三塊安裝在外接無刷水泵旁，編號為3，控制驅動水泵的直流電機。三塊單片機由同一紅外遙控器，通過編程實現(xiàn)對紅外遙控器的解碼[4]以及對三塊單片機的單獨控制。

工作過程：（1）通過遙控器控制上升步進電機正轉使回轉臺到達指定高度。（2）單片機自動運行：a.回轉步進電機正轉α。b.水泵電機啟動同時回轉電機反轉β后兩電機停止，對廣告進行濕潤；刷頭電機啟動回轉電機正轉β再反轉β后兩電機停止；上升步進電機反轉γ后停止。c.第2步進行n個周期回轉步進電機反轉α，回轉臺回到初始位置。（3）通過遙控器控制上升步進電機反轉使回轉臺下降。

運轉參數(shù)計算：以高度為300mm的廣告，刷頭壓緊接觸高度為10mm計算。旋轉臺回轉45度，回轉步進電機旋轉α=45×9610=432°，β=2×α=864°；第2步每個周期上升步進電機回轉角度γ近似為2m時下降10mm上升步進電機回轉角度，經solidworks仿真，γ=（37.8635.38）×2010=4.96°；第2步進行周期n=30010=30。

單片機接收到遙控器發(fā)出的啟動信號時，單片機1通過對相應的輸出端口輸出控制信號實現(xiàn)上升電機以一定的轉速帶動升降桿組向上運動，同時單片機1和單片機2啟動定時器0以工作方式1開始計時，其中，兩單片機使用的晶振的頻率為12MHz，故其最小定時時間Tmin和最大定時時間Tmax為：

Tmin=[216-（216-1）]×112×10-6×12=1μsTmax=[216-0]×112×10-6×12=65536μs≈66ms

設定兩定時器的定時時間為50ms，故單片機定時器填充的初值X 為：

X=216-50×10-3×112×106×12=15536

將X轉換為16進制即X=3CB0分兩段分別存入TH0和TL0。書寫程序并結合定時器中斷設置時間T，使得單片機1從啟動開始經過時n×T=30T后改變上升電機的旋轉方向，即控制升降桿組向下運動；單片機2從啟動開始經過時間α÷8×T=54T后啟動回轉電機正轉β÷8×T=108T后反轉，同時水泵電機啟動，經108T后回轉電機正轉水泵電機停止，回轉電機反轉54T后回到原點，刷頭電機啟動與回轉電機正轉54T后反轉108T，如此往復運行，直到接受到停止信號，升降臺復位，工作結束。

兩四相步進電機均采用單雙八拍方式驅動，[6]具有穩(wěn)定性好，不容易發(fā)送失步等優(yōu)點。

三、結語

本文設計的線桿小廣告清理儀較現(xiàn)有設計方案主要有以下特點：采用底座固定桿組抬升機構較通過爬桿運送實現(xiàn)刷頭的上升能耗更低；以外接水泵方式供水較固定噴水結構更便于改變噴水量，節(jié)約水資源；噴刷設計成弧面結構與浮動刷頭結構結合增大刷頭與線桿接觸面積，提高工作效率；分塊控制的單片機控制結構便于維修與更換。

參考文獻：

[1]孫曉雪.小廣告清洗機的研究[J].科技風，2017（15）：1112.

[2]蔣云峰，趙玉山，肖秋碩，閆語，王志豪，孫曉雪.小廣告清洗機傳動軸和軸套的設計[J].科技風，2017（13）：170171.

[3]王振秋，薛建琪，張宇崴，狄海廷.新型爬桿清潔機器人的設計與仿真[J].科技創(chuàng)新與應用，2017（19）：1516.

[4]李廣弟，朱月秀，冷祖祁.單片機基礎[M].北京：北京航空航天出版社，2007.6.

[5]李俊.無師自通51單片機[M].北京：北京航空航天出版社，2014.3.

[6]潘再平.電機學[M].杭州：浙江大學出版社，2008.8.

作者簡介：韓天潮（1998），男，漢族，江蘇無錫人，本科，研究方向：機械設計制造及其自動化。