利用太陽能進行城市道路機械化清掃設計

王曉東，高向麗，王江，張樹利

（1.承德縣環境衛生管理所，河北 承德 067000 ；2.秦皇島港務局，河北 秦皇島 066002；3.承德縣市場監督管理局，河北 承德 067000）

利用太陽能進行城市道路機械化清掃設計

王曉東1，高向麗1，王江2，張樹利3

（1.承德縣環境衛生管理所，河北 承德 067000 ；2.秦皇島港務局，河北 秦皇島 066002；3.承德縣市場監督管理局，河北 承德 067000）

道路清掃車為露天作業，白天作業時間長，太陽能利用與作業時間同步，作業區域相對固定，陰天時電力補充方便，行駛速度在 20公里以下，安裝太陽能板不影響行走及作業的穩定性，結構與太陽能電池板合并設計，太陽能電池板有效安裝面積與道路清掃車車體相同，太陽能電池板面積不影響清掃車結構，不用額外增加采光面積即可滿足道路清掃車的動力需要，這些是利用太陽能的有利條件。通過對樣板車輛測試和實驗表明，太陽能清掃車實際工作用電功率 691.57W，太陽能實際發電量 720.34W，實際功耗小于太陽能實際發電量 28.77W。證明利用太陽能發電實現道路清掃是可行的。設計中實現了清掃車一種全新的設計理念，使利用太陽能進行城市道路機械化清掃成為可能。

太陽能電池；清掃車；發電；環境

1 概述

目前國內外道路清掃車大體分兩種，一種是以汽油或者柴油為動力來源，是汽車專用車中的一種，優點是動力大速度快，缺點是能耗高，排放高，與清掃目的比較，耗能和排放對環境的破壞比例不合理，簡單的路面清掃工作，用這種高能耗高排放的設備是不合理的。另一種是純電動的道路清掃車，排放問題得到了解決，但續航能力差，工作效率得不到發揮，無法勝任正常的道路清掃工作。太陽能道路清掃車與燃油和電動道路清掃車比較，具有零排放，續航能力強，工作效率高的優點。這種無噪音、無揚塵、無廢氣排放的“三無”太陽能道路清掃車也將給環衛工作帶來重大意義。太陽能道路掃路車，設計為吸塵、掃地、一體機，封閉駕駛室在戶外環境下使用，可以用于市政道路、廣場、高校、機場、火車站、汽車站、廠內道路、非機動車道、風景區、公園等室外清掃。道路清掃車利用太陽能的有利條件如下。

（1）清掃車為露天作業，白天作業時間長，太陽能利用與作業時間同步，是利用太陽能的有利條件。

（2）清掃車作業區域相對固定，陰天時電力補充方便。

（3）清掃車行駛速度在 20公里以下，安裝太陽能板不影響行走及作業的穩定性。

（4）清掃車結構與太陽能電池板合并設計，太陽能電池板有效安裝面積與道路清掃車車體相同，太陽能電池板面積不影響清掃車結構。不用額外增加采光面積即可滿足道路清掃車的動力需要。

2 太陽能道路清掃車技術原理及設計

2.1 動力技術優化設計理念

根據上述道路清掃車利用太陽能做動力的有利條件，采用AMT技術進行優化設計，確定蓄電池的容量及太陽能電池板的數量，太陽能道路清掃車車頂和兩側可安裝 12平米的太陽能電池板，安裝功率 1840W 的電能，蓄電池容量為 180Ah，行走電機裝機容量 2000W，滾刷裝機 350W 電動機，除塵及輔 助 用 電 系 統 裝 機 200W， 總 裝 機 容 量 2550W, 工作電壓 48V,整車質量 包括駕駛 員 880kg,外 形尺寸3200mm×1500mm×1800mm。 清 掃 寬 度 2000mm，清掃工作車速 8km/h,最大行駛速度 20km/h。

車輛工作速度和最大速度功耗設計計算如下：

根據牽引力（N）F=M·f=W/V。得出：

W=M·F·V

式中：f——太陽能清掃車滾動阻力系數 0.02。

2.2 整車結構設計

太陽能道路清掃車由電動滾刷清掃系統、垃圾收集傾倒系統、除塵系統、車架及行駛系統和控制系統組成。車架采用桁架結構設計。

結構簡圖如圖1所示。

圖1 太陽能電動清掃車結構簡圖

2.3 太陽能電池發電情況和清掃車功耗驗證情況

太陽能電池分五組分別安裝在車頂、兩側和車后，車頂安裝 4塊 180W36V電池，兩塊串聯為一組，兩側共 8塊 110W18V電池，4塊為一組串聯，后部共 4塊 60W18V電池串聯。分別經過太陽能控制器與蓄電池相連接，為系統提供動力來源。太陽能電池實際安裝總功率為 1840W，由于太陽能清掃車處于運動工作狀態，對太陽能電池的轉換效率影響較大，經過4年的實用驗證數據統計情況如表1。

太陽能電池裝機容量 1840W。

太陽能電池實際發電量：

W1=V1·A1=55.03×13.09=720.34W

用電總裝機容量 2550W。

實際用電功率：

W2=V2·A2=53.61×12.9=691.57W

計算最高車速和工作車速的用電平均功率為

W3=(P20+P8)/2=(978.56+390.72)/2=684.64W

極端無陽光情況蓄電池供電計算值H=180AH/12.9A=13.95H。

3 結語

通過上述實驗和4年多的應用實踐表明，樣板車實際工作用電功率 691.57W，太陽能實際發電量720.34W，實際功耗小于太陽能實際發電量 28.77W。證明利用太陽能發電實現道路清掃是可行的。考慮到車輛工作時會有極端情況出現，裝機總容量為2550W，以提高其可靠性能。該車的工作行駛速度和最高行駛速度能夠滿足道路清掃的需要，清掃效率每小時 16000平方米，清掃效果 90%以上，續航能力在由太陽能的情況下可以全天工作，由于太陽能電池發電受到到極端特殊環境的影響，遇到無陽光等極端天氣，其 180A蓄電池理論上能保證連續工作 13.95小時，實際測試可以連續工作 10小時以上，性能優于同類純電動清掃車。其關鍵點在于，根據道路清掃車的工作和結構特點，進行系統的優化設計，采用新材料進行減重設計，不能簡單的利用汽車的設計理念進行設計，因為道路清掃車不是汽車的功能要求，汽車的功能要求方便快速，而清掃車的功能要求是簡單實用。上述車輛采用了桁架結構設計，使太陽能電池和清掃車結合更加合理，實現了清掃車全新的設計理念，使利用太陽能進行城市道路機械化清掃成為可能。

表1 清潔車太陽能電池發電量和車電耗記錄年度匯總表車輛編號：冀環衛編號 03-CDX 車輛類別： 清掃車 司機：王趙麗 2016年

[1]尹錫權 ,許愛民 ,周鋒 .汽車技術，1999，2.

TP23

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1671-0711（2017）07（下）-0160-03