清掃車概況及清運裝置設計

秦超

(中國汽車技術研究中心，天津300300)

0 引言

環保是世界發展的主題，是每個城市關注的焦點，也是社會大眾的責任。隨著我國城市建設步伐的加快，人們對城市環衛車輛的要求越來越高。環衛車輛不僅要提高工作效率、降低勞動強度，還要減少二次污染。清掃車作為環衛設備之一，是一種集路面清掃、垃圾回收和運輸于一體的高效清掃設備，可廣泛應用于干線公路、市政、場地道面、住宅區、公園等道路清掃工作。目前，利用清掃車進行路面養護已越來越被大眾接受，它減少了道路衛生死角，有利于路面美觀，延長了道路使用壽命，減少了交通事故發生。在注重環保和交通安全的今天，清掃車作業正在逐步替代人工清掃，有望成為未來城市環衛中一道亮麗的風景線。

1 我國清掃車行業概況

1.1 我國清掃車行業現狀

據中國汽車工程學會專用車分會提供的數據顯示:2013年，全國共有城鎮人口7.12億人，占總人口比重為52.6%，城鎮化水平達到52.6%，全國城市數量655個。按照市區非農業人口統計:現有200萬以上人口的城市23個，100萬至200萬人口的城市35個，50萬至100萬人口的城市82個，市區非農業人口在50萬以下的城市共515個。隨著城市面積的不斷擴大、城市化進程的不斷加快，城市垃圾總量也以每年5%的速度遞增，這直接拉動了環衛產品尤其是垃圾收集轉運設備的市場需求。清掃車作為當前城市垃圾清掃轉運的主力軍，其行業概況主要體現為:(1)需求量平穩上升。我國清掃車總體保持相對平穩增長，其中2011、2012年均出現大幅增長，同比增速分別為34.98%和37.18%，2013年受前兩年爆發增長的影響出現小幅下滑;(2)清掃車功能不斷提升，由滿足單一作業需求向文明作業、環境保護、質量監管、城市美容等綜合作業方向發展，產品的集成化、人性化、數字化特征明顯。

1.2 我國路面清掃車市場現狀

隨著近年來城鎮化快速發展，城市生活垃圾激增，國務院下發了《關于進一步加強城市生活垃圾處理工作的意見》，規定到2015年，全國城市生活垃圾無害化處理率達到80%以上，直轄市、省會城市和計劃單列市生活垃圾全部實現無害化處理。在規定制約及巨大的環衛壓力下，清掃車行業將受到持續的刺激，而我國現階段整體環衛水平還較低，與國民經濟和城市建設的發展速度還有一定差距，難以完全滿足城鎮對環境衛生的要求，間接地制約了城市發展，因此預計未來5～6年，我國清掃車市場情況依然良好。

1.2.1 傳統清掃車市場及企業競爭格局

2011年道路清掃車實現34.98%的高速增長，2012年增長率提高到37.18%，產量達到了3 420輛，2013年出現一定下降，如表1所示。

從競爭格局來看:2013年道路清掃車產量排名前10的企業的市場份額達到91.00%，比2012年同期下降2.15%，中聯重科在出現小幅負增長的情況下，市場份額提高9.45%，達56.05%，如表2所示。

表2 2013年清掃車排名前10企業的產量及市場份額

1.2.2 新型清掃車市場

隨著節能減排的不斷深入，近年來清掃車市場出現了一定變化，出現了以電動、氣動、油動為驅動方式的新型清掃車，隨著使用部門對節能環保的認知程度提高，具備高性能、低損耗、質量穩定的新型清掃車逐漸受到歡迎。

早在2007年大連市區就已投入電動清掃車并得到當時各界的一致贊揚，2010年上海世博會期間，電動清掃車被用于活動現場的垃圾清理，此舉讓該產品更為大眾所知。很多電動車生產商緊抓商機，紛紛開發新型清掃車產品，當前最具影響力的企業包括合肥華信、奔馬、雅迪、瑪西爾等。

1.2.3 清掃車市場需求預測

在樣本充分的情況下，通過建立模型，以時間序列預測方法為基礎，以歷史外推預測配以情景分析，對未來幾年清掃車市場需求預測結果見表3。

表3 未來幾年清掃車市場需求預測

1.2.4 各清掃方式綜合技術及成本分析

對各種清掃方式進行綜合技術及成本分析，結果見表4。

表4 傳統清掃車、新型清掃車、人工清掃綜合成本對比分析 (8 h工作時間)

1.3 我國清掃車的產品技術

我國路面清掃車的技術主要來源于4個方面:(1)借鑒國外同類產品的先進技術，結合我國國情自行開發產品;(2)直接引進國外技術及產品;(3)我國科研院所自有技術并通過轉讓或合作方式用于生產;(4)企業自主的技術專利。

總體來說，目前國內清掃車行業還沒有專門的技術研發中心，研發資金投入較少，產品的整體技術水平不高，尤其在控制系統和清掃效率等方面與國外產品有一定差距。部分國內企業已認識到這一點，近年來紛紛加大研發投入，培養專業化、有針對性的研發團隊，甚至聘請國外相關企業的技術人員現場指導。

1.4 我國清掃車的發展方向

高可靠性、多功能、全天候、環保型產品是我國清掃車的發展方向。

高可靠性。我國清掃車產品可靠性低于國外產品，主要原因包括:(1)國產基礎件質量不穩定;(2)整車制造工藝存在差別，專業化程度低;(3)在產品檢測方面投入較少。

多功能。目前國產路面清掃車功能單一。從眾多環保相關部門的需求信息看，使用者對清掃車的多功能性要求較高，如:清洗道路護欄、鏟雪等。綜合當前的產品市場及國外清掃車的市場經驗，多功能、低成本的產品更受青睞。

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

環保型。目前的清掃車尾氣污染和噪聲污染相對較大。隨著國家對環保的重視，大眾的環保意識普遍增強，那種會形成二次污染且擾民的清掃車很難適應需要，開發環保型、低噪耗的新型清掃車勢在必行。

2 清掃車清運裝置概述及優化

2.1 清運裝置的重要性

目前，日常生活中所見的清掃車大部分由兩部分結構組成，即清掃裝置和清運裝置。清運裝置在整車設計制造中扮演著相當重要的角色。清運裝置設計得當，能有效地、徹底地對垃圾實施清除，回收后的垃圾也能方便排放。清掃工作做得再好，沒有清運裝置的配合，垃圾廢物無法得到有效的回收，造成勞動力、能源及車輛自身的損失，甚至造成二次污染。

2.2 清運裝置的構成

大多數清掃車的清運裝置由以下部件構成:吸嘴、風機、風道、集塵箱、助力機構。

2.3 清運裝置的設計及改進

設計的懸浮吸嘴由吸盤、吸管、吸口座、四連桿提升機構、支承輪等組成，如圖1—3所示。

懸浮吸嘴是一個封閉的異形吸氣罩，通過支耳與車體大梁連接。工作時，風機高速運轉，使垃圾箱內產生較強的負壓，在吸盤處形成高速補充氣流，將吸盤四周的塵土和垃圾吸入除塵箱，實現吸掃功能。吸盤安裝有3個支承輪，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，間隙過大會減小吸附力，造成吸掃的不徹底，間隙過小則會降低整車的通過性。支耳連接處設有四連桿機構，用于保證盤體相對于地面平行，進一步保證其對地間隙，其中四連桿機構上側的螺旋調節桿有自動調節長度的功能，會隨著路面及障礙物的大小自主做出調整，以此來提高整車的通過性，下側的連接桿上結有可彎曲鋼纜，鋼纜通過收縮、放松來調節吸嘴的豎直位置，從而實現整車在工作與非工作狀態下的轉換。

該方案汽車大梁通過支耳、連桿、轉軸、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行轉動和上下擺動，當路面變化時，形成兩個自由度，調整吸盤角度，始終保證對地平行度，確保清掃效果。

2.4 集塵箱的設計

2.4.1 集塵箱的發展

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存裝置。最初的清掃車的集塵箱由于缺乏助力裝置的協助大多為固定非可動型，要求工作人員手動或半自動進行垃圾的二次處理。隨著清掃車的發展，出現了非人力控制的全自動集塵裝置，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垃圾排放過程。但隨著時間的推移，人們感覺到僅僅能夠做到自動化是遠遠不夠的，集塵裝置還存在很多其他的問題。比如說:密封問題，大多數集塵箱做不到很好的密封，會使儲存在其內部的垃圾重復露出箱體，形成二次污染;空間合理利用問題，大多數集塵箱通過風道與吸嘴相連，垃圾經過風道運送到集塵箱內部會造成在管道口的堆積，時間一長，大多數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，甚至堵塞風道。鑒于此，對這些問題做出了優化。

2.4.2 集塵裝置的設計及功能說明

設計的集塵箱的上蓋由兩塊蓋板組成，其間以上蓋鉸鏈相連接，實現兩蓋板的定軸轉動，后蓋板的內表面焊接風機支架，后蓋板可以從單側掀開，用于風機修理。前蓋板用螺栓與箱體固定，當箱體內部堵塞時用于維修。箱體內設兩個直臂支架，通過支撐桿與箱體后蓋以鉸鏈方式連接，當操作員按動按鈕，箱體后蓋鎖解鎖，支撐桿撐開蓋體，實現垃圾傾倒，整個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動軸孔，轉動軸孔內插入轉動軸，當箱內垃圾儲存滿后在助力支撐桿的作用下推動箱體的兩塊支撐肋板，頂起整個箱體傾倒，箱體被頂起的角度設置為45°。遵照密封性設計，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。遵照可維護性設計，采用上端蓋雙側可掀方式，方便了工作人員對設備的維護，實現了設計的人性化，如圖4所示。

2.5 風道設計

大多數集塵箱通過輸風管道即風道與吸嘴相連，垃圾經過風道運送到集塵箱，在沒有任何保護及處理方法的情況下，垃圾一般會在管道口堆積，時間一長，大多數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，甚至堵塞管道口，如圖5所示。

此設計充分考慮上述情況，采用雙風道結構，垃圾從上風道運送，下風道由于有網膜的隔離，垃圾無法進入，是單純的送風風道，上風道吸入的垃圾受到下風道送風影響，形成鼓風，使垃圾達到均勻分布的目的，有效地防止了部分堆積，減小堵塞管道的風險，有效地利用了集塵箱的整體空間，達到了資源的完全利用。

另外此設計充分考慮了集塵箱體傾倒時風道的固定性，及反復伸縮對設備的危害，設計了風道的雙段式結構，將整個風道在進箱口處打斷，當箱體轉動時風道分開，箱體回落時風道閉合，有效地解決了上述問題，方便使用且增強了設備的耐用性，綜合考慮滿足現代設計理念要求。

3 總結

目前我國與國外相比，清掃車設計和應用水平相差較大，部分高端產品的核心技術來自國外。為提高技術水平、降低成本、提升產品的市場競爭力，研究具有自主知識產權的專業化能力強的清掃車具有重大意義。

從我國當前清掃車市場現狀入手，參考中國較為普遍的清掃車車型，進行了部分清運裝置的設計優化，自主創新了風道、集塵箱等。

在參考眾多國內主要型號清掃車的基礎上，選取五十鈴二類底盤進行改裝，初步制定盤掃配合滾掃、利用懸浮吸嘴直吸入箱的設計方案。在已有底盤參數的基礎上逐一確定清掃、清運部分的組合形式、空間定位以及各部分零件參數。以現有的清掃車產品為基準，具有一定的可實施性。

【1】藍瑛.FUNK AK461型清掃車［M］.北京:中國汽車出版社，1998:10－12.

【2】葉勤，龔正陽.基于虛擬裝配技術的小型電動清掃車設計［J］.專用汽車，2007(7):31－32.

【3】凌品權.路面清掃車的選型及使用［J］.廣東交通職業技術學院學報，2004(4):43－46.

【4】魏崇斌，王文靜，王海紅，等.新型清掃車的設計［J］.機械工程師，2006(4):135.

【5】王敏.意大利的清掃車［J］.汽車用配件，2007(7):32－34.

【6】李江濤.我國掃路車發展概況與發展趨勢［J］.建設機械技術與管理，2000(4):16－17.

【7】王海紅.新型清掃車的設計［J］.機械工程師，2006(4):80－94.

【8】羅善.掃路車類型與結構形式［J］.建設機械技術與管理，2002(7):39－43.

【9】張桂豐.電機驅動清掃裝置的環保型清掃車總體設計［J］.福建農機，2008(3):13－15.

【10】任振慈，李坤華.SDQ-1型隧道清掃車的研制與應用［J］.鐵道建筑，1997(11):15－17.

【11】盛利平.一種有利于環保的清掃車——中標牌干式清掃車［J］.建設機械技術與管理，2002(4):29.

【12】OASIS.Universal Description，Discovery and Integration［EB/OL］.http://www.uddi.org，2001 －11 －14.

【13】SUZUKI K，KIKUCHI N.A Homogenization Method for Shape and Topology Optimization［J］.Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering，1991，93(3):291 －318.

【14】萊斯特·馬克.全球道路清掃機械的發展趨勢［J］.專用汽車，2008(9):27－28.

【15】CHANG Yu-Min，CHOU Chih-Mei，SU Kuo-Tung，et al.Effectiveness of Street Sweeping and Washing for Controlling Ambient TSP［J］.Atmospheric Environment，2005，39(10):1891 － 1902.

【16】王生業，胡長明.QGS091GSL掃路車研制［J］.青海科技，1998，5(2):31－32.