道路保潔機保潔性能試驗研究*

黃興華，宋進宇，張　　棟

（1.東北農業大學工程學院，黑龍江　　哈爾濱　150030；2.上海電機學院，上?！?01306）

·設計與探討·

道路保潔機保潔性能試驗研究*

黃興華1，2，宋進宇1，張棟2

（1.東北農業大學工程學院，黑龍江哈爾濱150030；2.上海電機學院，上海201306）

利用道路保潔機和設計的道路模擬實驗臺進行了2次單因素試驗，探索盤刷和滾刷的交互作用，并進行了道路保潔模式清掃效果的驗證。結果表明，在保潔速度恒定時，增大盤刷轉速和滾刷轉速可以保證保潔機擁有較高的保潔率。道路保潔機具有布局新穎，結構簡單、保潔率較高、成本及功耗低、安全性好的特點。

清掃機；保潔機；盤刷；滾刷

1　　試驗設備

1.1試驗設備儀器

圖1　　道路保潔機結構示意

試驗采用保潔機（如圖1所示）、道路保潔模擬試驗臺、試驗儀（器）若干臺。機向前運動，遇到垃圾時，通過右邊刷和左邊刷的向內旋轉運動，將垃圾聚攏到保潔機中間部位，通過滾筒的旋轉運動帶動滾刷，將垃圾直接掃入垃圾箱中。道路保潔機針對的是零散道路垃圾，設計簡單、實用，垃圾箱便于拆卸，對一定區域內的保潔作業，是一種十分有效的作業機具。

1.2小型道路保潔機的工作原理

道路保潔機（圖2）主要由保潔部件、傳動部件、底盤、行走等部件構成，主要參數如表1所示。其中保潔部件是道路保潔機的核心部件，保潔部件要適應保潔率高、安全可靠、功耗低、二次污染小的要求。如圖3所示，作業過程中，道路保潔

圖2 道路保潔機三維建模

表1 道路保潔機主要參數

圖3 保潔裝置示意

2　　保潔機運動參數與保潔率的關系

2.1車速和盤刷轉速與保潔率的關系

盤刷接地點速度關系如圖4所示。

圖4　　盤刷接地點速度關系

圖5　　滾筒刷轉速計算模型

由圖4可知［1］：

式中：v0為保潔機行駛速度，km/h；v為盤刷掃絲接地點相對于路面的絕對速度，km/h；ω為盤刷轉速，rad/s；r為盤刷半徑，mm；φ為盤刷接地區域對稱中心線與保潔機行駛方向的夾角（°）；θ為保潔機行駛速度和盤刷掃絲接地點相對于路面的絕對速度的夾角（°）。

由公式（1）公式（2）可知，θ越大，越有利于對垃圾的收集，即提高道路保潔機的行駛速度不利于盤刷對垃圾的收集；而提高盤刷的轉速則有利于盤刷對垃圾的收集。

為提高道路保潔機的保潔率，必須找到盤刷轉速和保潔機行駛速度的匹配關系，并使兩者之間達到最優的組合。

2.2車速和滾刷轉速與保潔率的關系

道路保潔機對垃圾的保潔過程中，其滾刷主要是將盤刷聚攏到保潔機中間的垃圾直接納入垃圾箱中。保潔機作業中，滾筒帶動滾刷掃絲旋轉，通過滾刷刷毛的變形和回彈將垃圾彈射飛射到垃圾箱中。因此，滾刷的保潔作業過程即是刷毛的變形和回彈工作過程，其計算簡化模型如圖5所示。設垃圾M質量為m，垃圾在A處脫離刷毛時的絕對速度為VC，在水平方向上和豎直方向的分量大小分別為VCcos（β/2）和VCsin（β/2）。假如垃圾需要被納到高度為h的B處，則滾刷轉速為［2］。

式中：β為滾刷接地角（°）；n為滾刷轉速r/min；R為滾刷半徑，mm。

在保潔機滾刷半徑和滾刷接地角不變的條件下，由公式（3）可知，為提高垃圾被拋射的高度需要提高滾刷轉速。

要將垃圾拋射到垃圾箱內，必須使垃圾水平方向的速度分量大于保潔機行駛速度，即VCcos（β/2）＞v0。另外，滾刷轉速越小，滾刷的磨損量就越小而滾刷轉速過小又不利于垃圾的清掃。由此可見滾刷轉速和行駛速度直接影響保潔機的保潔率。

3　　道路保潔機保潔性能試驗

3.1試驗材料

保潔性能試驗于2015年9月在上海電機學院利用樣機（圖6）在道路模擬試驗臺（圖7）上進行，混合垃圾為石子、樹葉、細沙等。試驗目的是通過試驗獲得盤刷轉速與車速的最優組合因素水平，使兩者之間達到最優的組合；獲得滾刷轉速與車速的最優組合因素水平，使兩者之間達到最優的組合。

圖6　　道路保潔機樣機

圖7　　道路保潔機械道路模擬實驗臺

3.2試驗因素及試驗指標

保潔性能試驗選擇保潔機行駛速度、保潔盤刷轉速、滾刷的轉速為試驗因素；指標選擇保潔率。

保潔率指試驗結束后垃圾箱收集的垃圾的質量與試驗所用垃圾的總質量的百分比。

式中：η為保潔率，%；w1為試驗結束后垃圾箱內的垃圾質量，kg；w為試驗所用垃圾總質量，kg。

3.3試驗方法

試驗采用單因素試驗方法。在滾刷轉速一定時，選擇不同的車速和不同盤刷的轉速進行全試驗方案保潔性能的單因素試驗，試驗因素水平如表2所示；在盤刷的轉速一定時，選擇不同的車速和不同滾刷的轉速進行全試驗方案的保潔性能單因素試驗，試驗因素水平如表3所示。試驗因素每個水平重復測試后取平均值。試驗指標保潔率由公式（4）計算確定。

表2　　不同盤刷轉速、行駛速度下試驗因素水平和結果

3.4結果與分析

3.4.1車速和盤刷轉速對保潔率的影響

保潔機滾刷轉速恒定時，不同盤刷轉速、不同車速作業時，保潔率的試驗結果見表2。同一車速、不同盤刷轉速情況下，道路保潔機的保潔率隨著盤刷轉速的增大呈增大趨勢；在不同車速、相同盤刷轉速的情況下，道路保潔機的保潔率隨車速減小呈增高的趨勢。

極差分析表明，因素影響的主次順序是盤刷轉速A大于行走速度B；方差分析表明，盤刷轉速A和保潔機的行走速度B對保潔機保潔率的影響都很顯著（pA＜0.01，pB＜0.06）。

保潔率與盤刷轉速和行駛速度的回歸方程為y=66.86+0.27x1-1.04x2，回歸模型顯著（p＜0.01）。

3.4.2車速和滾刷轉速對保潔率的影響

保潔機盤刷的轉速恒定。不同滾刷轉速、不同車速情況下保潔率的試驗結果見表3。同一車速、不同滾刷轉速情況下，道路保潔機的保潔率隨滾刷轉速的增大而呈增大的趨勢；不同車速、相同滾刷轉速情況下，道路保潔機的保潔率隨車速減小呈增大的趨勢。

因素影響的主次順序是滾刷轉速A＞行走速度B。方差分析表明，滾刷轉速A和保潔機的行走速度 B對保潔車保潔率的影響都顯著 （pA＜0.01，pB＜0.11）。保潔率與滾刷轉速和行駛速度的回歸方程為y=68.79+0.22x1-1.23x2，回歸模型顯著（p＜0.01）。

4　　結論

1）在保潔機保潔速度恒定時，增大盤刷轉速和滾刷轉速依然可保證保潔機的保潔率在90%以上。

2）道路保潔機，具有保潔率較高、成本及功耗低、安全性好的特點，應用前景良好。

表3　　不同滾刷轉速、行駛速度下試驗因素水平和結果

［1］ 楊淑華，李林，郝建軍.清掃機盤刷的清掃性能分析及試驗研究［J］.農機化研究，2010（9）：187-189，193.

［2］ 簡潔，張鐵山.電動清掃車清掃作業裝置的設計與研究［J］.專用汽車，2012（7）：85-87.

Experimental Study on Cleaning Performance of Road Cleaning Vehicle

Huang Xinghua1，2，Song Jinyu1，Zhang Dong2
（1.Institute of Engineering，Northeast Agricultural University，HarbinHeilongjiang150030；2.Shanghai Dianji University，Shanghai201306）

Through the two single-factor tests，this paper explored the interaction between the disc brush and the rolling brush，and verified the cleaning effect ofroad cleaning mode.Resultsshowed that when the cleaning speed wasconstant，increasing disc brush speed and rolling brush speed could ensure that the cleaning machine has a high cleaning rate.The characteristicsof cleaning vehicleshad layout innovation，simple structure，high cleaning rate，low cost and power consumption，and good security.

cleaning machine；cleaning vehicles；disc brush；rolling brush

U469.6+91

A

1005-8206（2016）01-0044-03

黃興華（1962—），高級工程師，工學碩士，農機化專業，研究方向為環境裝備。

上海市科委科技攻關項目（12231202502）

2015-12-24