四季多功能掃路車的設(shè)計(jì)研究

馬艷飛 李兵良

關(guān)鍵詞：多功能 掃路車 減少閑置 利用效率 購(gòu)置費(fèi)用

1國(guó)內(nèi)掃路車的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)大部分地市以及鄉(xiāng)村的環(huán)境衛(wèi)生保潔都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化清掃作業(yè)，所使用的設(shè)備大部分為掃路車。

目前我國(guó)生產(chǎn)的掃路車有清掃式和洗掃式，適應(yīng)的工況各有特點(diǎn)，傳統(tǒng)清掃式掃路車沒(méi)有水路系統(tǒng)，不能進(jìn)行路面沖洗、噴淋、洗掃作業(yè)：洗掃式掃路車具有路面沖洗、噴淋、洗掃功能，但是在冬季或氣候寒冷區(qū)域，當(dāng)氣溫低于0時(shí)，水路系統(tǒng)管路就會(huì)結(jié)冰，出現(xiàn)洗掃式掃路車不能使用、經(jīng)常閑置等現(xiàn)象，各環(huán)境衛(wèi)生部門需增加購(gòu)置費(fèi)用購(gòu)買清掃式掃路車。

為了解決以上問(wèn)題，各環(huán)境衛(wèi)生部門及環(huán)衛(wèi)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了很多實(shí)踐和創(chuàng)新，其中，某公司針對(duì)實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題研發(fā)出了四季多功能掃路車（圖1），有效地解決了傳統(tǒng)掃路車經(jīng)常閑置、利用效率低、增加環(huán)境衛(wèi)生部門的購(gòu)置費(fèi)用等問(wèn)題.實(shí)現(xiàn)了環(huán)境衛(wèi)生部門在機(jī)械化道路清掃作業(yè)時(shí)，減少掃路車的閑置，提高利用效率和降低使用單位的購(gòu)置費(fèi)用的目標(biāo)。

2總體方案設(shè)計(jì)

2.1洗掃清掃能力的確定

根據(jù)洗掃清掃工況中掃刷與路面清掃效果，道路用掃路車為了清除路緣石根部垃圾，洗掃清掃寬度一般會(huì)大于車寬，洗掃清掃寬度設(shè)為B（m）.結(jié)合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的洗掃凈率，進(jìn)一步確定洗掃清掃速度v（m/h），單位時(shí)間的洗掃清掃能力為W（n12/h），則W-B×v。

2.2工作模式的選擇

根據(jù)用戶對(duì)不同天氣溫度以及干濕程度不同工況的車輛使用需要，該掃路車集洗掃、吸塵功能于一體，能夠滿足一車多用，實(shí)現(xiàn)一年四季適應(yīng)干濕多種工況的作業(yè)模式。

2.3驅(qū)動(dòng)方式的確定

為滿足不同地域和不同施工條件的垃圾清掃工作的需要，要求該掃路車排放污染物要滿足國(guó)家環(huán)保要求，省去排放標(biāo)準(zhǔn)較低的非道路用副發(fā)動(dòng)機(jī)，達(dá)到國(guó)VI排放標(biāo)準(zhǔn)，因此采用底盤單一發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

2.4傳動(dòng)方式的確定

傳動(dòng)裝置是整車動(dòng)力輸出紐帶。該掃路車從底盤全功率取力口取力，通過(guò)萬(wàn)向軸將動(dòng)力傳遞至多級(jí)傳動(dòng)裝置，中間裝有氣動(dòng)多片式離合器，該離合器作為上裝動(dòng)力源的控制單元，多級(jí)傳動(dòng)裝置能夠方便地將動(dòng)力通過(guò)離心離合器、皮帶傳遞至風(fēng)機(jī)，為整車氣力輸送系統(tǒng)提供動(dòng)力，通過(guò)帶輪式氣動(dòng)齒式離合器、皮帶傳遞至高壓水泵，為整車高壓水路提供動(dòng)力，通過(guò)傳動(dòng)軸上的油泵帶輪、皮帶將動(dòng)力傳遞至液壓油泵，為整車的液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，工作安全可靠，而且可以無(wú)極調(diào)速，工藝適應(yīng)性強(qiáng)。因此本掃路車采用機(jī)械多級(jí)傳動(dòng)裝置進(jìn)行傳動(dòng)的方式，傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.5主要技術(shù)參數(shù)的確定

根據(jù)對(duì)四季多功能掃路車技術(shù)要求的研究與分析，課題組成員在調(diào)研了國(guó)內(nèi)道路掃路車技術(shù)性能基礎(chǔ)上，確定了四季多功能掃路車的主要技術(shù)參數(shù)：a.最大總質(zhì)量為18000kg;b.最大吸入粒度≥30mm;c.洗掃、清掃寬度≥2500mm;d.保潔速度為3-20km/h;e.洗掃凈率≥92%;f.污水回收率：柏油路面≥45%（水泥路面≥55%）;g.外形尺寸：長(zhǎng)×寬×高=8950mmx2500mmx3245mm：h.洗掃、清掃能力≥50000m2/h。

2.6整車機(jī)構(gòu)布局的確定

為滿足四季多功能掃路車響應(yīng)快、轉(zhuǎn)場(chǎng)方便的要求，整車采用專用汽車二類底盤作為整車的載體平臺(tái)，將整車的低壓水路及加水系統(tǒng)、清水存儲(chǔ)裝置、左右清掃裝置、高壓離心風(fēng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、吸盤、垃圾箱總成、電氣控制系統(tǒng)集中安裝在載體平臺(tái)上。

3主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1垃圾箱總成

垃圾箱使用材料主要是不銹鋼板，由護(hù)罩、后清水箱、降塵箱、垃圾箱四部分組成。護(hù)罩有左右側(cè)門，頂部有左右通風(fēng)口。護(hù)罩與箱體焊接為一體，當(dāng)箱體傾翻時(shí)護(hù)罩跟隨箱體同步翻轉(zhuǎn)，使護(hù)罩下的零部件全部露在外側(cè)，便于使用者的操作和維修。

除塵箱主要用于在清掃模式時(shí)垃圾和灰塵的處理，包括：慣性除塵腔、細(xì)過(guò)濾腔、精細(xì)灰塵腔。吸入的垃圾顆粒在垃圾箱內(nèi)部先經(jīng)過(guò)重力沉降，后經(jīng)濾網(wǎng)進(jìn)行粗過(guò)濾，然后進(jìn)入除塵箱經(jīng)慣性除塵結(jié)構(gòu)進(jìn)行除塵，再進(jìn)入細(xì)過(guò)濾腔，經(jīng)褶式濾筒過(guò)濾，過(guò)濾下來(lái)的精細(xì)灰塵則沉降到精細(xì)灰塵腔。

垃圾箱中部設(shè)有污水箱，兩側(cè)下部為后清水箱，后清水箱通過(guò)底部管路與前清水箱連通。垃圾箱后門通過(guò)液壓油缸實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟、關(guān)閉、鎖止功能，向后傾翻來(lái)實(shí)現(xiàn)卸料，后門上設(shè)有排污管，排污管前段裝過(guò)濾裝置，當(dāng)垃圾箱內(nèi)污水達(dá)到一定高度時(shí)，暫停洗掃作業(yè)，用排污管排出污水后再作業(yè)。垃圾箱內(nèi)裝有高液位報(bào)警傳感器，當(dāng)垃圾箱內(nèi)液位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警，此時(shí)暫停作業(yè)，排污水或倒垃圾。如繼續(xù)作業(yè)，60s后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止作業(yè)。

垃圾箱內(nèi)部有兩個(gè)吸污管與吸嘴上的吸管對(duì)接，箱體總出風(fēng)口與風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口對(duì)接，對(duì)接口處密封膠條實(shí)現(xiàn)密封功能;為了安全傾翻卸料，垃圾箱設(shè)有安全保護(hù)程序，垃圾箱傾翻卸料前，后門必須先開(kāi)啟，放掉垃圾箱內(nèi)污水，卸出部分垃圾，如果后門未開(kāi)啟，傾翻卸料操作無(wú)效，保護(hù)垃圾箱后門和傾翻機(jī)構(gòu)不會(huì)過(guò)載損壞。垃圾箱回位時(shí)，必須先將撐桿放下，否則操作無(wú)效。箱內(nèi)還設(shè)有自潔和降塵裝置，卸料時(shí)打開(kāi)自潔裝置，將垃圾箱內(nèi)部自動(dòng)清洗干凈，傾倒垃圾時(shí)打開(kāi)除塵裝置，形成的噴霧降低揚(yáng)塵。

3.2清掃裝置

清掃裝置由左立掃和右立掃構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活高效道路清掃洗掃功能。清掃裝置的立掃盤部分具有防撞避讓功能，清掃時(shí)，掃盤真空收塵罩遇到前進(jìn)方向的障礙物，會(huì)向內(nèi)收縮避讓，待繞開(kāi)障礙物后自動(dòng)恢復(fù)工作位置。為防止清掃過(guò)程中掃盤清掃揚(yáng)塵，掃盤外側(cè)設(shè)計(jì)了真空收塵罩，吸收掃刷揚(yáng)起的灰塵，在各真空收塵罩的上方設(shè)計(jì)有揚(yáng)塵抽吸管，此管另一端與垃圾箱相連，管中部設(shè)有開(kāi)度調(diào)節(jié)閥，根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)節(jié)吸口開(kāi)度，獲得最佳灰塵抽吸效果。為了適應(yīng)不同的工況，掃盤的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為高、中、低三個(gè)擋，通過(guò)駕駛室控制面板進(jìn)行切換，根據(jù)不同的路況適當(dāng)調(diào)節(jié)掃盤轉(zhuǎn)速，獲得較好的作業(yè)效果。

3.3液壓系統(tǒng)

為滿足靈活、高效的道路洗掃清掃保潔需要，四季多功能掃路車要集各種動(dòng)作和功能于一體，液壓系統(tǒng)是四季多功能掃路車主要控制和傳動(dòng)系統(tǒng)，要驅(qū)動(dòng)多個(gè)執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)多種動(dòng)作。距動(dòng)力源遠(yuǎn)的執(zhí)行元件數(shù)量很多，因此整車選用了機(jī)械和液壓聯(lián)合的驅(qū)動(dòng)方式，控制液壓主閥電控元件及儀表集中在操作控制臺(tái)上，有效地控制各執(zhí)行元件（油缸、馬達(dá)）的壓力、速度和方向。

3.4專用汽車二類底盤和傳動(dòng)裝置

本課題一個(gè)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容是車裝技術(shù)，四季多功能掃路車的底盤既要適用于垃圾清掃的道路條件，又要達(dá)到掃路車的載荷規(guī)定要求。目前，國(guó)外掃路車既有采用載貨汽車底盤的，也有采用專用汽車底盤的。根據(jù)四季多功能掃路車設(shè)計(jì)方案中對(duì)工作適應(yīng)性和載荷規(guī)定的要求，以及運(yùn)輸轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活性等因素的綜合分析，最后確定采用專用汽車二類底盤。另一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容是傳動(dòng)裝置，四季多功能掃路車的動(dòng)力源都來(lái)自專用汽車二類底盤的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于四季多功能掃路車采用了液壓油泵、風(fēng)機(jī)、水泵多部件執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以必須設(shè)計(jì)多驅(qū)動(dòng)方式傳動(dòng)裝置。由于整體空間限制，要求傳動(dòng)裝置尺寸小，一入多出的形式驅(qū)動(dòng)多個(gè)部件，實(shí)現(xiàn)各自功能。

3.5電氣控制系統(tǒng)

該車電氣控制系統(tǒng)由底盤電控系統(tǒng)和專用裝置電控系統(tǒng)兩部分組成，底盤為兩部分系統(tǒng)提供電源。底盤電控系統(tǒng)主要是控制底盤發(fā)動(dòng)機(jī)工作，實(shí)時(shí)控制電噴發(fā)動(dòng)機(jī)隨運(yùn)行狀況的噴油定時(shí)及噴油量。對(duì)工作轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力及溫度、油門開(kāi)關(guān)量、燃油壓力及溫度、機(jī)油壓力、冷卻水溫、故障警示等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳遞給ECU，經(jīng)過(guò)程序分析計(jì)算，將反饋信號(hào)輸送到各執(zhí)行元件，使發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)保持最佳狀態(tài)。專用裝置電控系統(tǒng)主要是對(duì)垃圾箱自卸、安全保護(hù)、語(yǔ)音提示信息報(bào)警、洗掃及清掃作業(yè)模式進(jìn)行控制，該電控系統(tǒng)由PLC邏輯控制程序、操作面板、語(yǔ)音報(bào)警器等組成。實(shí)現(xiàn)控制垃圾箱后門的開(kāi)啟與關(guān)閉、垃圾箱的傾翻與回位、控制左右立掃裝置、高低壓水泵、吸嘴及左右噴桿等作業(yè)機(jī)構(gòu)的開(kāi)啟、作業(yè)及關(guān)停，根據(jù)工況進(jìn)行不同組合作業(yè)，具有一鍵式開(kāi)啟與關(guān)停的優(yōu)勢(shì)。

4試驗(yàn)及應(yīng)用推廣情況

4.1試驗(yàn)情況

四季多功能掃路車在河北辛集南站附近公路衡井線上進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，作業(yè)過(guò)程順利，清掃、洗掃模式切換方便，成本低，效率高，單天累計(jì)行駛80km，歷時(shí)一個(gè)月，運(yùn)行狀況良好，試驗(yàn)表明該型四季多功能掃路車各項(xiàng)性能參數(shù)均能達(dá)到道路清掃、洗掃作業(yè)的要求。

4.2推廣情況

截至目前，四季多功能掃路車還在石家莊井陘環(huán)衛(wèi)部門、河北省辛集市、晉州第一和第二環(huán)衛(wèi)處、滄州環(huán)衛(wèi)公司、山西省環(huán)衛(wèi)市場(chǎng)等各使用單位進(jìn)行了成功推廣并使用。

5結(jié)語(yǔ)

目前，該型四季多功能掃路車及四季全能多用途掃路車箱體均已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，四季多功能掃路車通過(guò)試驗(yàn)和推廣表明：該型掃路車主要技術(shù)參數(shù)達(dá)到或超過(guò)國(guó)外同類型掃路車，整車性能達(dá)到國(guó)內(nèi)同類型掃路車中的先進(jìn)水平，使道路清掃保潔環(huán)衛(wèi)車技術(shù)又上新臺(tái)階，進(jìn)一步滿足了國(guó)內(nèi)環(huán)衛(wèi)行業(yè)道路清掃的需要，促進(jìn)我國(guó)環(huán)衛(wèi)行業(yè)應(yīng)對(duì)不同氣候、多種工況道路清掃設(shè)備的研發(fā)。