秦超

(中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津300300)

0 引言

環(huán)保是世界發(fā)展的主題，是每個(gè)城市關(guān)注的焦點(diǎn)，也是社會(huì)大眾的責(zé)任。隨著我國(guó)城市建設(shè)步伐的加快，人們對(duì)城市環(huán)衛(wèi)車輛的要求越來越高。環(huán)衛(wèi)車輛不僅要提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，還要減少二次污染。清掃車作為環(huán)衛(wèi)設(shè)備之一，是一種集路面清掃、垃圾回收和運(yùn)輸于一體的高效清掃設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于干線公路、市政、場(chǎng)地道面、住宅區(qū)、公園等道路清掃工作。目前，利用清掃車進(jìn)行路面養(yǎng)護(hù)已越來越被大眾接受，它減少了道路衛(wèi)生死角，有利于路面美觀，延長(zhǎng)了道路使用壽命，減少了交通事故發(fā)生。在注重環(huán)保和交通安全的今天，清掃車作業(yè)正在逐步替代人工清掃，有望成為未來城市環(huán)衛(wèi)中一道亮麗的風(fēng)景線。

1 我國(guó)清掃車行業(yè)概況

1.1 我國(guó)清掃車行業(yè)現(xiàn)狀

據(jù)中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)專用車分會(huì)提供的數(shù)據(jù)顯示:2013年，全國(guó)共有城鎮(zhèn)人口7.12億人，占總?cè)丝诒戎貫?2.6%，城鎮(zhèn)化水平達(dá)到52.6%，全國(guó)城市數(shù)量655個(gè)。按照市區(qū)非農(nóng)業(yè)人口統(tǒng)計(jì):現(xiàn)有200萬(wàn)以上人口的城市23個(gè)，100萬(wàn)至200萬(wàn)人口的城市35個(gè)，50萬(wàn)至100萬(wàn)人口的城市82個(gè)，市區(qū)非農(nóng)業(yè)人口在50萬(wàn)以下的城市共515個(gè)。隨著城市面積的不斷擴(kuò)大、城市化進(jìn)程的不斷加快，城市垃圾總量也以每年5%的速度遞增，這直接拉動(dòng)了環(huán)衛(wèi)產(chǎn)品尤其是垃圾收集轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的市場(chǎng)需求。清掃車作為當(dāng)前城市垃圾清掃轉(zhuǎn)運(yùn)的主力軍，其行業(yè)概況主要體現(xiàn)為:(1)需求量平穩(wěn)上升。我國(guó)清掃車總體保持相對(duì)平穩(wěn)增長(zhǎng)，其中2011、2012年均出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，同比增速分別為34.98%和37.18%，2013年受前兩年爆發(fā)增長(zhǎng)的影響出現(xiàn)小幅下滑;(2)清掃車功能不斷提升，由滿足單一作業(yè)需求向文明作業(yè)、環(huán)境保護(hù)、質(zhì)量監(jiān)管、城市美容等綜合作業(yè)方向發(fā)展，產(chǎn)品的集成化、人性化、數(shù)字化特征明顯。

1.2 我國(guó)路面清掃車市場(chǎng)現(xiàn)狀

隨著近年來城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，城市生活垃圾激增，國(guó)務(wù)院下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市生活垃圾處理工作的意見》，規(guī)定到2015年，全國(guó)城市生活垃圾無(wú)害化處理率達(dá)到80%以上，直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市生活垃圾全部實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理。在規(guī)定制約及巨大的環(huán)衛(wèi)壓力下，清掃車行業(yè)將受到持續(xù)的刺激，而我國(guó)現(xiàn)階段整體環(huán)衛(wèi)水平還較低，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展速度還有一定差距，難以完全滿足城鎮(zhèn)對(duì)環(huán)境衛(wèi)生的要求，間接地制約了城市發(fā)展，因此預(yù)計(jì)未來5～6年，我國(guó)清掃車市場(chǎng)情況依然良好。

1.2.1 傳統(tǒng)清掃車市場(chǎng)及企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局

2011年道路清掃車實(shí)現(xiàn)34.98%的高速增長(zhǎng)，2012年增長(zhǎng)率提高到37.18%，產(chǎn)量達(dá)到了3 420輛，2013年出現(xiàn)一定下降，如表1所示。

從競(jìng)爭(zhēng)格局來看:2013年道路清掃車產(chǎn)量排名前10的企業(yè)的市場(chǎng)份額達(dá)到91.00%，比2012年同期下降2.15%，中聯(lián)重科在出現(xiàn)小幅負(fù)增長(zhǎng)的情況下，市場(chǎng)份額提高9.45%，達(dá)56.05%，如表2所示。

表2 2013年清掃車排名前10企業(yè)的產(chǎn)量及市場(chǎng)份額

1.2.2 新型清掃車市場(chǎng)

隨著節(jié)能減排的不斷深入，近年來清掃車市場(chǎng)出現(xiàn)了一定變化，出現(xiàn)了以電動(dòng)、氣動(dòng)、油動(dòng)為驅(qū)動(dòng)方式的新型清掃車，隨著使用部門對(duì)節(jié)能環(huán)保的認(rèn)知程度提高，具備高性能、低損耗、質(zhì)量穩(wěn)定的新型清掃車逐漸受到歡迎。

早在2007年大連市區(qū)就已投入電動(dòng)清掃車并得到當(dāng)時(shí)各界的一致贊揚(yáng)，2010年上海世博會(huì)期間，電動(dòng)清掃車被用于活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的垃圾清理，此舉讓該產(chǎn)品更為大眾所知。很多電動(dòng)車生產(chǎn)商緊抓商機(jī)，紛紛開發(fā)新型清掃車產(chǎn)品，當(dāng)前最具影響力的企業(yè)包括合肥華信、奔馬、雅迪、瑪西爾等。

1.2.3 清掃車市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)

在樣本充分的情況下，通過建立模型，以時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法為基礎(chǔ)，以歷史外推預(yù)測(cè)配以情景分析，對(duì)未來幾年清掃車市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)結(jié)果見表3。

表3 未來幾年清掃車市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)

1.2.4 各清掃方式綜合技術(shù)及成本分析

對(duì)各種清掃方式進(jìn)行綜合技術(shù)及成本分析，結(jié)果見表4。

表4 傳統(tǒng)清掃車、新型清掃車、人工清掃綜合成本對(duì)比分析 (8 h工作時(shí)間)

1.3 我國(guó)清掃車的產(chǎn)品技術(shù)

我國(guó)路面清掃車的技術(shù)主要來源于4個(gè)方面:(1)借鑒國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情自行開發(fā)產(chǎn)品;(2)直接引進(jìn)國(guó)外技術(shù)及產(chǎn)品;(3)我國(guó)科研院所自有技術(shù)并通過轉(zhuǎn)讓或合作方式用于生產(chǎn);(4)企業(yè)自主的技術(shù)專利。

總體來說，目前國(guó)內(nèi)清掃車行業(yè)還沒有專門的技術(shù)研發(fā)中心，研發(fā)資金投入較少，產(chǎn)品的整體技術(shù)水平不高，尤其在控制系統(tǒng)和清掃效率等方面與國(guó)外產(chǎn)品有一定差距。部分國(guó)內(nèi)企業(yè)已認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，近年來紛紛加大研發(fā)投入，培養(yǎng)專業(yè)化、有針對(duì)性的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，甚至聘請(qǐng)國(guó)外相關(guān)企業(yè)的技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

1.4 我國(guó)清掃車的發(fā)展方向

高可靠性、多功能、全天候、環(huán)保型產(chǎn)品是我國(guó)清掃車的發(fā)展方向。

高可靠性。我國(guó)清掃車產(chǎn)品可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品，主要原因包括:(1)國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)件質(zhì)量不穩(wěn)定;(2)整車制造工藝存在差別，專業(yè)化程度低;(3)在產(chǎn)品檢測(cè)方面投入較少。

多功能。目前國(guó)產(chǎn)路面清掃車功能單一。從眾多環(huán)保相關(guān)部門的需求信息看，使用者對(duì)清掃車的多功能性要求較高，如:清洗道路護(hù)欄、鏟雪等。綜合當(dāng)前的產(chǎn)品市場(chǎng)及國(guó)外清掃車的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，多功能、低成本的產(chǎn)品更受青睞。

全天候。目前我國(guó)噴水壓塵式清掃車市場(chǎng)占有率較高，在缺水地區(qū)及北方寒冷的冬季并不適用，因此重點(diǎn)提升干、濕兩用全天候型清掃車的技術(shù)水平尤為重要。

環(huán)保型。目前的清掃車尾氣污染和噪聲污染相對(duì)較大。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視，大眾的環(huán)保意識(shí)普遍增強(qiáng)，那種會(huì)形成二次污染且擾民的清掃車很難適應(yīng)需要，開發(fā)環(huán)保型、低噪耗的新型清掃車勢(shì)在必行。

2 清掃車清運(yùn)裝置概述及優(yōu)化

2.1 清運(yùn)裝置的重要性

目前，日常生活中所見的清掃車大部分由兩部分結(jié)構(gòu)組成，即清掃裝置和清運(yùn)裝置。清運(yùn)裝置在整車設(shè)計(jì)制造中扮演著相當(dāng)重要的角色。清運(yùn)裝置設(shè)計(jì)得當(dāng)，能有效地、徹底地對(duì)垃圾實(shí)施清除，回收后的垃圾也能方便排放。清掃工作做得再好，沒有清運(yùn)裝置的配合，垃圾廢物無(wú)法得到有效的回收，造成勞動(dòng)力、能源及車輛自身的損失，甚至造成二次污染。

2.2 清運(yùn)裝置的構(gòu)成

大多數(shù)清掃車的清運(yùn)裝置由以下部件構(gòu)成:吸嘴、風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、集塵箱、助力機(jī)構(gòu)。

2.3 清運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)及改進(jìn)

設(shè)計(jì)的懸浮吸嘴由吸盤、吸管、吸口座、四連桿提升機(jī)構(gòu)、支承輪等組成，如圖1—3所示。

懸浮吸嘴是一個(gè)封閉的異形吸氣罩，通過支耳與車體大梁連接。工作時(shí)，風(fēng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使垃圾箱內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的負(fù)壓，在吸盤處形成高速補(bǔ)充氣流，將吸盤四周的塵土和垃圾吸入除塵箱，實(shí)現(xiàn)吸掃功能。吸盤安裝有3個(gè)支承輪，用來保證吸盤底部與路面的間隙 (14～20 mm)。間隙的大小直接影響清掃效果，間隙過大會(huì)減小吸附力，造成吸掃的不徹底，間隙過小則會(huì)降低整車的通過性。支耳連接處設(shè)有四連桿機(jī)構(gòu)，用于保證盤體相對(duì)于地面平行，進(jìn)一步保證其對(duì)地間隙，其中四連桿機(jī)構(gòu)上側(cè)的螺旋調(diào)節(jié)桿有自動(dòng)調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的功能，會(huì)隨著路面及障礙物的大小自主做出調(diào)整，以此來提高整車的通過性，下側(cè)的連接桿上結(jié)有可彎曲鋼纜，鋼纜通過收縮、放松來調(diào)節(jié)吸嘴的豎直位置，從而實(shí)現(xiàn)整車在工作與非工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換。

該方案汽車大梁通過支耳、連桿、轉(zhuǎn)軸、耳座、吸盤等與吸嘴連接并牽引其行走，吸盤可繞螺旋桿及支耳進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)和上下擺動(dòng)，當(dāng)路面變化時(shí)，形成兩個(gè)自由度，調(diào)整吸盤角度，始終保證對(duì)地平行度，確保清掃效果。

2.4 集塵箱的設(shè)計(jì)

2.4.1 集塵箱的發(fā)展

清掃車的集塵箱顧名思義，通常指的就是車體后部的垃圾儲(chǔ)存裝置。最初的清掃車的集塵箱由于缺乏助力裝置的協(xié)助大多為固定非可動(dòng)型，要求工作人員手動(dòng)或半自動(dòng)進(jìn)行垃圾的二次處理。隨著清掃車的發(fā)展，出現(xiàn)了非人力控制的全自動(dòng)集塵裝置，其好處在于不需要借助工作人員的輔助就能順利完成整個(gè)垃圾排放過程。但隨著時(shí)間的推移，人們感覺到僅僅能夠做到自動(dòng)化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，集塵裝置還存在很多其他的問題。比如說:密封問題，大多數(shù)集塵箱做不到很好的密封，會(huì)使儲(chǔ)存在其內(nèi)部的垃圾重復(fù)露出箱體，形成二次污染;空間合理利用問題，大多數(shù)集塵箱通過風(fēng)道與吸嘴相連，垃圾經(jīng)過風(fēng)道運(yùn)送到集塵箱內(nèi)部會(huì)造成在管道口的堆積，時(shí)間一長(zhǎng)，大多數(shù)的垃圾積聚在管道口處，箱體空間難以完全利用，造成了空間的浪費(fèi)，甚至堵塞風(fēng)道。鑒于此，對(duì)這些問題做出了優(yōu)化。

2.4.2 集塵裝置的設(shè)計(jì)及功能說明

設(shè)計(jì)的集塵箱的上蓋由兩塊蓋板組成，其間以上蓋鉸鏈相連接，實(shí)現(xiàn)兩蓋板的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，后蓋板的內(nèi)表面焊接風(fēng)機(jī)支架，后蓋板可以從單側(cè)掀開，用于風(fēng)機(jī)修理。前蓋板用螺栓與箱體固定，當(dāng)箱體內(nèi)部堵塞時(shí)用于維修。箱體內(nèi)設(shè)兩個(gè)直臂支架，通過支撐桿與箱體后蓋以鉸鏈方式連接，當(dāng)操作員按動(dòng)按鈕，箱體后蓋鎖解鎖，支撐桿撐開蓋體，實(shí)現(xiàn)垃圾傾倒，整個(gè)集塵箱安放在整車地盤托架上，下端支耳與支撐桿相連，支撐桿的另一端與底盤支座相連，箱體右后方有圓柱形轉(zhuǎn)動(dòng)軸孔，轉(zhuǎn)動(dòng)軸孔內(nèi)插入轉(zhuǎn)動(dòng)軸，當(dāng)箱內(nèi)垃圾儲(chǔ)存滿后在助力支撐桿的作用下推動(dòng)箱體的兩塊支撐肋板，頂起整個(gè)箱體傾倒，箱體被頂起的角度設(shè)置為45°。遵照密封性設(shè)計(jì)，在所有接縫處采用密封圈或密封膠皮填充，使密封性滿足要求。遵照可維護(hù)性設(shè)計(jì)，采用上端蓋雙側(cè)可掀方式，方便了工作人員對(duì)設(shè)備的維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的人性化，如圖4所示。

2.5 風(fēng)道設(shè)計(jì)

大多數(shù)集塵箱通過輸風(fēng)管道即風(fēng)道與吸嘴相連，垃圾經(jīng)過風(fēng)道運(yùn)送到集塵箱，在沒有任何保護(hù)及處理方法的情況下，垃圾一般會(huì)在管道口堆積，時(shí)間一長(zhǎng)，大多數(shù)的垃圾積聚在管道口處，使集塵箱其他部分空間難以完全利用，造成了空間的浪費(fèi)，甚至堵塞管道口，如圖5所示。

此設(shè)計(jì)充分考慮上述情況，采用雙風(fēng)道結(jié)構(gòu)，垃圾從上風(fēng)道運(yùn)送，下風(fēng)道由于有網(wǎng)膜的隔離，垃圾無(wú)法進(jìn)入，是單純的送風(fēng)風(fēng)道，上風(fēng)道吸入的垃圾受到下風(fēng)道送風(fēng)影響，形成鼓風(fēng)，使垃圾達(dá)到均勻分布的目的，有效地防止了部分堆積，減小堵塞管道的風(fēng)險(xiǎn)，有效地利用了集塵箱的整體空間，達(dá)到了資源的完全利用。

另外此設(shè)計(jì)充分考慮了集塵箱體傾倒時(shí)風(fēng)道的固定性，及反復(fù)伸縮對(duì)設(shè)備的危害，設(shè)計(jì)了風(fēng)道的雙段式結(jié)構(gòu)，將整個(gè)風(fēng)道在進(jìn)箱口處打斷，當(dāng)箱體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)風(fēng)道分開，箱體回落時(shí)風(fēng)道閉合，有效地解決了上述問題，方便使用且增強(qiáng)了設(shè)備的耐用性，綜合考慮滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念要求。

3 總結(jié)

目前我國(guó)與國(guó)外相比，清掃車設(shè)計(jì)和應(yīng)用水平相差較大，部分高端產(chǎn)品的核心技術(shù)來自國(guó)外。為提高技術(shù)水平、降低成本、提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專業(yè)化能力強(qiáng)的清掃車具有重大意義。

從我國(guó)當(dāng)前清掃車市場(chǎng)現(xiàn)狀入手，參考中國(guó)較為普遍的清掃車車型，進(jìn)行了部分清運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)優(yōu)化，自主創(chuàng)新了風(fēng)道、集塵箱等。

在參考眾多國(guó)內(nèi)主要型號(hào)清掃車的基礎(chǔ)上，選取五十鈴二類底盤進(jìn)行改裝，初步制定盤掃配合滾掃、利用懸浮吸嘴直吸入箱的設(shè)計(jì)方案。在已有底盤參數(shù)的基礎(chǔ)上逐一確定清掃、清運(yùn)部分的組合形式、空間定位以及各部分零件參數(shù)。以現(xiàn)有的清掃車產(chǎn)品為基準(zhǔn)，具有一定的可實(shí)施性。

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