Я живу в небольшом зеленом городе Пензенской области, в котором благодаря инженерам-выходцам из градообразующего завода работает несколько десятков производств. Разработчики систем охраны, завод коммунальных машин, мебельные фабрики, изготовители технологического оборудования для мойки деталей и вакуумных прессов и другие. 

Основное, с чем ассоциируется город у всех, кто в нем побывал - это чистота и уют. Это заслуга в том числе, местных предприятий. В силу своей профессии я был практически во всех цехах городских компаний и знаком с конструкторами и главными инженерами.

В статье поделюсь с вами историей моего земляка Артема Юнкина, который сконструировал компактный пылесос для уборки дворов и парков нашего города. Это история о том, как делали для себя, а переросло в стартап инженерной мысли.

Как все началось

Мы давно работаем с отцом Артема - Олегом. Он талантливый инженер, который основал компанию по производству моек деталей. Например, в такой можно очистить от любых загрязнений лопасти вертолета или дизельный двигатель тепловоза.

В конце лета прошлого года на предприятии возникла банальная, но большая проблема, которой никто не ожидал. И вовсе не в цеху. Не смогли найти бригаду дворников для ежедневной уборки своей немаленькой территории. Город находится в лесу, листья и хвоя падают, накапливается пыль от производства и бытовой мусор. 

Те, кто приходят устраиваться на работу, пропадают без причины, уходят в запой, отказываются выполнять свои обязанности или делают работу отвратительно.

При этом собственник несет ответственность за чистоту своей и прилегающей территории в соответствии с законодательством. 

Артем предложил альтернативу: заменить бригаду из пяти дворников одним пылесосом. Они же сначала метут, потом собирают в пакеты мусор и листья, потом ждут трактор с тележкой, потом грузят... Это все долго, грязно. Можно оптимизировать!

Первые попытки и поиск аналогов

Сначала описали задачу так: 

• Сделать тележку на колесах. 

• Толкаешь ее перед собой, а она все собирает в пластиковую бочку 60 литров: мусор, банки, песок и листву, короче - всё. 

• Наполнили бочку, заменили новой и дальше толкаем. 

• Там, где не достаем, пылесосим, как бытовым - между машин, деревьев, спящих дворников.

Задумались, почему у нас в городе не используют садовые пылесосы. Выяснили у местных коммунальщиков, что они не собирают пыль. Только листья и траву. Да и то в сухую погоду.

В компании не занимаются проектированием вентиляции и такого рода техники, но есть понимание, что существуют системы низкого и высокого давления. Первые гонят большой объем воздуха без препятствий, а вторые предназначенные для работы с сопротивлением. 

Решили, что использовать вентиляторы низкого давления, как садовых пылесосах, неприемлемо. Нужно делать улитку и крыльчатку высокого давления, а в качестве двигателя пробовать ДВС. 

Простыми словами: вентиляторы низкого давления - это малый диаметр улитки и крыльчатки, но широкие лопасти. А высокого давления - большой диаметр крыльчатки и узкие лопасти.

Есть 2 варианта забора воздуха пылесосом.

Тяга воздуха через контейнер сбора мусора. Вентилятор расположен за контейнером. Это бытовые пылесосы, строительные и т.д. Собирают мелкий сор и мусор. Контейнер герметичный.

Вентилятор  расположен перед контейнером сбора мусора. Есть свои минусы (повышенная нагрузка на крыльчатку и ее абразивный износ), и плюсы – измельчает мусор (листья, пластиковые бутылки, тряпки, пачки сигарет и т.д.), так как он проходит через крыльчатку, не нужен герметичный контейнер.

Применять второй вариант в этой задаче эффективнее. Более высокая мощность всасывания, уход от герметичного контейнера большого размера, простая очистка.

Рабочий прототип. Сосет, как черная дыра, пылит, как торнадо

На первый прототип возимого пылесоса (между собой изобретатели стали называть его Сороед) у команды ушла пара месяцев:

• Вентилятор высокого давления, приемное сопло шириной 500 мм, ДВС 7 л.с. (Lifan), приемную бочку, систему фильтрации выбрасываемого воздуха.

• На дворе лето, на улице пыль.

• И вот долгожданный запуск.

Первый тест проводили на подъезде к цеху. Всасывание зверское – весь песок, все камушки размером 20х20х20 мм быстро ползли к соплу за 5 см. Но через пару минут забились фильтры. 

Попробовали чуть приоткрыть доступ воздуха в бочку - получили песчаное торнадо.

Второй заход

Стало очевидно, что с большой силой всасывания и таким маленькой емкостью сбора ничего не получится. Слишком сильный поток загнали в ограниченный объем. Значит, надо увеличить приемный бункер. 

Поставили емкость объемом 2 куба, чтобы успокоить пыль. Именно пыль - боль всего проекта. На улице стояла сухая погода, и любой, кто подметал веником дорожку, знает какое облако сразу поднимается вокруг.

Пришлось разработать систему фильтрации. Получился гибрид строительного пылесоса с коммунальной вакуумной машиной. Только в строительном пылесосе сухая фильтрация выбрасываемого воздуха, а в коммашине влажная.

Влажная не подходит, т.к. разработчики отказались от колес, и пылесос грузится в кузов небольшого авто типа газель. С водой - не вариант. Тяжело.

Сухая система удобнее, но пыли так много, что фильтры придется менять слишком часто. Пришли к выводу, что нужно делать систему автоматической очистки.

На это ушло еще 3 месяца доработок, тестов и усовершенствований.

Система фильтрации - это фильтры большой площади, которые стоят на выходе выбрасываемого воздуха. В итоге мусор и пыль попадает в приемный бункер, воздух перед выбросом в атмосферу проходит через фильтры 10 микрон. Все чисто.

Местные коммунальные службы наблюдали за проектом и просили дать "погонять". На предприятии сделали навесной пылесос и отдали его на испытания. 

Это пылесос погрузчик для листвы. Вешается на борт кузова, собирает листья и забрасывает их в кузов. 

Коммунальщики рады, прекрасно собирает листву. 

Увидев это чудо следом другой запрос от местной управляйки. А дайте нам такой же, уж мы то его испытаем!

Делают второй навесной и отдают.

Второй пылесос проработал ровно 20 минут. Вал двигателя разлетелся вдребезги.

Команда пересмотрела всю конструкцию, заменяла узлы соединения вала и крыльчатки, подшипники, втулки, затяжные гайки.

В итоге у 6 новых тестовых движков валы разрывались через час работы. 

А первый прототип продолжал работать. 

Вспомнили про вентиляторы высокого давления, когда большой диаметр тяжелой крыльчатки разматывает вал ДВС. Но все было отбалансировано на специальном стенде. Поэтому возникли вопросы к расчетам нагрузок и к производителю двигателя и валов из Поднебесной, из чего, и как все это сделано. 

Со сменой производителя и модификации движка проблема исчезла. 

С приходом дождей исчезла и пыль. Опыты показали, что влажные мусор и листву можно спокойно собирать в кузов (без герметичной емкости).

Сейчас пылесосы-Сороеды катаются не только по улицам и паркам нашего города, но и в других (по области и за ее пределами). 

Почему реализация оказалась столь удачной и популярной? 

Мобильность. Загрузил, поработал, убрал. Спокойно засасывает жестяные банки, пластиковые бутылки и мелкие камни. Много места не занимает. Без пыли, без нервотрепки. Хороший вариант для маленьких хозяйств, которых у нас в стране десятки тысяч.

Реально решает проблему с дворниками, устанавливается на бортовые авто типа Лады, Газели или тракторную тележку. А главное - добирается туда, где не пройдет крупная техника или ее проезд запрещен.

Почему этого никто не сделал раньше?

Конечно сделали. Но не у нас, а на западе. Это уже потом поняли, когда просмотрели весь интернет. В России же все убиралось коммунальными службами с помощью тракторов и дворников, их было достаточно. Ручной труд дешевле. Но не сейчас, когда есть дефицит кадров. По отзывам коммунальщиков, Сороед экономит много времени на уборку. Особенно там, где применялся и применяется ручной труд - уборка газонов, стоянок, узких тротуаров, парков. Туда просто не заедет тяжелый трактор.

Сложно ли сделать такой пылесос? Далеко не так просто, как кажется. В процессе разработки было запатентован главный узел пылесоса - всасывающий клапан. 

Есть ли у него перспективы? Скорее всего есть, так как техника для уборки дорог уже давно применяется, а вот механизированных устройств для уборки сложных зон пока недостаточно.

Интересное про коммунальные пылесосы и тесты

Физика вентилятора. 

Почему-то многие, с кем Артем общается по поводу конструкции пылесоса, уверены, что забитый приемный шланг испытывает самые большие перегрузки. И это может быть причиной поломки. Ему “тяжело” всасывать воздух, он даже громче начинает работать. 

Вовсе нет. Все наоборот. Самую большую работу вентилятор делает, когда гонит воздух через открытый шланг. А когда он закрыт (забит), ему и работать не надо, вентилятор создает разряжение в улитке и ему проще гонять в холостую, без сопротивления.

Увеличьте мощность всасывания и будет лучше собирать.

Увеличивали. Во влажную погоду - хуже. Дело в том, что вместе с листвой всасывается и мокрая земля с грязью. В приемном шланге скапливается эта масса, шланг диаметром 160 мм становится неподъемным и много времени уходит на очищение шланга.

Какая самая большая проблема подобных пылесосов.

Это палки и ветки на газонах. Их конечно всасывает. Но если в приемном шланге она встала в распор - стоп машина. Пока не вынешь работать не будет.

Какой выход для уборки.

Самый лучший вариант пылесоса - работа в паре с райдером (минитрактором косилкой). Он не только косит  траву, но и прекрасно собирает листья с газонов. Собрал в бункер, отвез в кучу - высыпал. А потом уже эту кучу листвы спокойно забирает навесной пылесос. Веток там нет, так как либо райдер их перемолол либо просто проехал по ним, не собирая.

Что в планах?

В планах - проектирование подборщика листвы и мусора, который сможет справляться и с палками и с ветками, а если удастся реализовать задуманное собирать и снег.