環衛掃路車噴水系統的智能控制方案設計

段廣云

摘要：環衛掃路車在北方使用時，二次揚塵現象嚴重，現今多使用噴水降塵技術處理這一問題。由于不同路段粉塵量不同，存在灑水少揚塵嚴重、灑水多泥土粘成塊不易清掃的問題。針對濕式吸掃式掃路車存在的二次揚塵問題，提出了一種粉塵傳感器和單片機相結合來解決掃路車二次揚塵的控制方案。該方案采用兩路粉塵傳感器分別檢測掃刷周圍和鼓風機口的粉塵含量，噴頭設計采用三級細分噴水系統，整個系統由單片機統一控制，實現了環衛掃路車噴水系統的智能控制方案設計。該方案不僅簡單可行，而且便于安裝，具有一定的實用價值。

關鍵詞： 掃路車； 二次揚塵； 粉塵傳感器； 灑水系統

中圖分類號：TN911?34 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2013）02?0147?03

0 引 言

隨著城市化進程的加快和“五縱七橫”為主骨架的公路網的相繼完成，城市道路和公路的清掃、保潔面積不斷擴大，清掃保潔任務日趨繁重。以機械化清掃替代傳統的人工清掃是必然趨勢，因此，環衛清掃車具有很好的市場前景。環衛掃路車是指用于清除、收集并運送路面垃圾塵土等污物的環衛機械。目前市場上的許多清掃車大都存在著清掃率偏低、作業時間較短和二次揚塵污染嚴重等問題。要徹底解決這些相互關聯的問題，就必須根據地面垃圾種類和粉塵濃度調整掃刷的接地壓力、工作轉速和噴水流量之間的關系以及其他相應的措施，但顯而易見這比較困難。即使目前市面上的吸掃式掃路車，在粉塵多時，二次揚塵大多依然嚴重，難以根本上消除，特別是在北方風沙較大的地區，這種現象更為突出。針對目前國內市場上二次揚塵根除技術的空白，進行此關鍵技術的研究是非常迫切的[1]。

1 掃路車分類及存在的問題

1.1 分類

1.1.1 按工作原理分

（1）純掃式掃路車。純掃式掃路車上不安裝風機，其清掃作業是通過邊掃將路邊的垃圾掃到掃路車下，再通過滾掃或滾掃+拋料機構將垃圾掃人垃圾箱。早在20世紀80年代初期我國就開發了純掃式掃路車，并在一些大城市的環衛部門使用，后來，隨著吸掃式掃路車的開發和發展，純掃式掃路車逐漸地被吸掃式掃路車所取代。純掃式掃路車只是通過機械清掃將垃圾掃（拋）人垃圾箱，所以無需進行濕式除塵或干式除塵。為了使清掃作業時掃路車不揚灰，純掃式掃路車的立掃處一般都設有噴水噴頭。

（2）吸掃式掃路車。吸掃式掃路車是世界上使用最普遍，品種最多的掃路車。吸掃式掃路車不僅有干式和濕式，而且各種結構型式都有。自二十世紀八十年代末，建設部長沙建設機械研究院開發出我國第一臺吸掃式掃路車以來，吸掃式掃路車在我國發展迅速。目前我國生產和使用的掃路車大多屬于吸掃式掃路車。吸掃式掃路車不僅帶有立掃等清掃裝置以增加清掃寬度，而且還帶有風機。清掃裝置將路邊的垃圾掃至吸嘴下，然后風機通過風道將吸嘴下的垃圾吸入垃圾箱中。

1.1.2 按除塵方式分

（1）干式掃路車。干式掃路車采用干式除塵方式，也就是掃路車在進行清掃作業時除塵過程中不噴水，因此，干式掃路車在垃圾箱或風道中必須設置過濾器。干式掃路車清掃作業時，從吸口處吸入的比重較大的垃圾在進入垃圾箱時，由于垃圾箱中風速急劇下降麗引起自然沉降，而吸入的輕比重的細小灰塵在隨氣流一道經過過濾器時，被過濾器截留下來。根據掃路車的過濾器型式的不同，有些干式掃路車可對立掃采用噴水壓塵，而有些干式掃路車為防止過濾器堵塞則不能采用噴水壓塵。由于干式掃路車除塵時不使用水，不存在由于環境溫度太低而引起清掃用水結冰的現象，所以干式掃路車特別適合于缺水地區或寒冷期較長的地區使用。

（2）濕式掃路車。濕式掃路車采用濕式除塵方式，即掃路車在清掃作業過程中，除在立掃處采用噴水壓塵外，在吸嘴和吸管處采用噴水除塵。立掃處噴水壓塵的目的是使掃路車在清掃作業時立掃處不冒灰，在吸嘴和吸管處噴水除塵，目的是使通過吸嘴吸人的細小灰塵在水霧中濕潤、聚結成更大體積的顆粒，以便在垃圾箱中沉降。由于濕式掃路車清掃的灰塵通過噴水聚結后無須采用其他措施便能在垃圾箱中自然沉降，所以其風道結構便相對簡單，也無須采用灰塵過濾器[2]。

1.2 掃路車目前存在的問題

無論哪種類型的掃路車都存在著一個突出的缺點：二次揚塵問題很難解決。由于吸掃式濕式除塵清掃車使用最普遍，品種最多，因此，解決此類掃路車的二次揚塵問題具有更重要的意義。吸掃式道路清掃車在作業時，由于掃頭接觸路面，在清掃塵土的同時，將塵土揚起，污染環境。這是制約道路清掃車技術革新的世界性難題。要徹底解決這個問題，就必須明確地面垃圾種類和粉塵的濃度，了解工作轉速和噴水流量之間的關系，以及采取其他相應的措施，但顯而易見這比較困難。即使目前市面上的吸掃式掃路車，在粉塵多時，二次揚塵大多依然嚴重，難以根本上消除，特別是在北方風沙較大的地區，這種現象更為突出。

掃路車造成二次揚塵的原因，一方面可能是工人在作業時操作不規范所致；另一方面，也存在技術上的缺陷。目前，為了解決這個問題， 有些廠家在掃路車上安裝了控制二次揚塵的裝置。比如加裝噴水器，在掃頭高速轉動的同時噴霧壓塵，效果雖然不錯，但是還沒有實現噴水的自動控制，即根據所清掃地面的粉塵濃度，自動調節噴水量的多少，從而解決吸掃式清掃車的二次揚塵問題[3]。

2 噴水系統智能方案的提出

2.1 三級細分噴水控制模塊設計

濕式吸掃式掃路車由于在使用掃刷進行清掃的同時，也會使用鼓風機進行灰塵的吸入，因此，這兩個部分最易產生較大的二次揚塵，因此系統設計噴水系統時，在這兩個部位都安裝粉塵傳感器進行粉塵含量的檢測，檢測結果輸入到計算機進行處理，計算機根據處理結果來控制噴頭的噴水量。掃路車噴水系統的噴頭設計采用三級細分噴水，利用三個繼電器分別控制兩個噴頭，其噴頭放置如圖1（掃刷部分噴頭放置示意圖，圓柱體表示噴頭）、圖2（鼓風機部分噴頭放置示意圖）所示，其中1和4為第一組噴頭、2和5為第二組噴頭、3和6為第三組噴頭。當粉塵含量較少時，只打開第一組噴頭，當粉塵含量較多時，打開第一組和第二組噴頭，當粉塵含量最大時，把三組噴頭全部打開，實現粉塵的智能控制。

3 智能噴水控制系統的主要內容

3.1 粉塵含量檢測傳感器的設計與安裝

為了提高掃路車的清掃效率，減少二次揚塵的產生，掃路車必須能根據地面垃圾種類和粉塵濃度調整掃刷的接地壓力、工作轉速和噴水流量之間的關系，以及其他相應的措施。從而實現掃路車工作時的智能控制。鑒于大氣粉塵的多樣性，系統提出一種有效識別和測量各類大氣粉塵含量的方法，設計出粉塵含量檢測傳感器裝置，為掃路車除塵系統提供準確和有效的反饋信息。由于掃路車除塵系統空間的限制，設計傳感器時，必須考慮其安裝問題。為了滿足粉塵含量的準確、快速檢測要求，必須設計出高響應速度、體積小的新型傳感器。

3.2 垃圾清掃車的智能控制技術研究

為使垃圾傾卸容易并減小二次揚塵產生，系統擬開法出一套粉塵含量的智能檢測系統，即掃路車能根據粉塵含量的高低自動調節噴水量，使灰塵分離時既不產生揚塵又不易粘結在風道內。提出掃路車除塵系統的控制方案，建立掃路車水量選擇的數學模型，對影響除塵效果的噴水量與風量的關系和垃圾箱容積以及灰塵過濾器的結構和型式的進行研究。設計出以單片機為核心的掃路車智能檢測系統，大大提高掃路車的清掃效率，減小風道堵塞，延長風機壽命，基本消除二次揚塵的產生。

3.3 智能噴水系統的水量控制

目前掃路車的除塵系統仍大量采用濕式除塵，其中又可分為噴水除塵和循環水除塵；即便是城市街道的清掃，當粉塵量較大時，過多的灑水量也會使粉塵遇水結泥，清掃和傾卸困難。掃路車粉塵含量智能檢測與控制系統能根據粉塵含量的多少精確控制噴水量，而噴水量的多少直接影響到粉塵的分離成度和二次揚塵的產生。因此設計時要不斷調節水與粉塵的混合比，意圖找出兩者的最佳混合比例，使兩者混合后滿足既能徹底分離灰塵又不易粘結的雙重要求[4]。

4 結 語

針對濕式吸掃式掃路車存在的二次揚塵問題，系統提出了一種根據不同路段粉塵含量的多少，采用計算機控制的三級細分噴水系統來實現自動噴水的噴水系統智能控制方案，不僅能夠解決以前濕式掃路車存在灑水少揚塵嚴重、灑水多泥土粘成塊不易清掃的問題，而且能有效解決掃路車的二次揚塵問題。

參考文獻

[1] 徐寧，吳三達.國內吸掃式掃路車技術發展綜述[J].專用汽車，2006（6）：44?45.

[2] 謝為賢.環衛車輛裝備技術現狀分析與發展方向初探[J].商用汽車，2006（2）：78?79.

[3] 顧久軍.干濕兩用掃路車的結構原理簡介[J].專用汽車，2003（4）：34?35.

[4] 朱定華，戴汝平.單片微機原理與應用[M].北京：北京交通大學出版社，2003.

[5] 蔣正金.基于單片機的無線溫/濕度采集與控制系統[J].現代電子技術，2012，35（17）：126?129.

[6] 萬世杰，謝擴軍，江金濃，等.基于單片機的油罐車工況監測儀[J].現代電子技術，2012，35（18）：133?135.