小型電動清掃車灑水收集系統設計及研究

韓文翔 石榮玲 朱亞

摘 要：在當前環境污染日益嚴重，同時自動化技術全面發展的大背景下，結合各大高校及工廠、畜禽場等大型場合人流量大、道路較窄、灰塵多等實際工作環境，本文制訂了一種小型電動清掃車的總體設計方案，并對灑水收集系統分別進行具體研究與計算，設計出一種性能優化、環保節能、安全舒適，具有等多項功能的緊湊型電動清掃車。

關鍵詞：多功能；電動清掃車；灑水系統；收集系統；緊湊型

中圖分類號：U469.6+91 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）19-0136-03

Design and Research of Sprinkler Collection System for

Small Electric Sweeper

HAN Wenxiang SHI Rongling ZHU Ya

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou Jiangsu 221018）

Abstract： In the current increasingly serious environmental pollution， and at the same time the backdrop of the comprehensive development of automation technology， combined with various universities and factories， large occasions such as stream of livestock and poultry field， the road is narrow， dust and other actual working environment， this paper made an overall design scheme of small electric sweeper， and the water collection system specific research and calculated respectively， designed a performance optimization， environmental protection and energy saving， safe and comfortable， with multiple functions such as compact electric sweeper.

Keywords： multi-function；electric sweeper；sprinkler system；collection system；compact type

1 研究背景

隨著科技的不斷發展以及勞動成本的逐年提高、自動化技術及機器人的普及，環衛清掃工作的發展趨向必然是以高機械化程度的清掃設備替代人工清掃。清掃裝置采用純掃式進行工作時，由掃刷直接將垃圾塵土掃入垃圾箱內，容易造成二次揚塵污染，因此清掃效率不高。小型純吸式作業裝置的可靠性不高，而大中型的裝置造價高、能耗高、排放污染嚴重，不僅不適合校園等場合的使用，也不符合綠色環保的國家要求[1]。

本文針對國內各大高校的校園道路實際情況，設計研究一種體積較小、結構緊湊、功能全面的電動清掃車，既提高了工作效率，又減輕了勞動強度，并且采用電力驅動，符合節能減排的國家要求。

2 總體設計方案

本方案采用純掃式的清掃模式，清掃裝置由位于車身前部的雙盤刷以及位于駕駛室正下方的滾刷組成，在清掃過程中，位于前方的左右盤刷由外向內繞軸旋轉，通過盤刷刷毛與垃圾產生的切向力，將垃圾拋向車身正前方，并將其聚攏于車體一側，為了限制垃圾的運動方向，在車底中央設置一個導流板，這樣便可以避免盤刷清掃時垃圾過度飛散，從而造成污染。再利用一個滾筒刷為后清掃刷，將聚攏于車體一側的垃圾掃入次要垃圾收集系統的垃圾入口處，并由垃圾收集裝置進行收集處理。貯水罐置于車體后方，整車僅設置一個噴頭置于車底且位于收集系統的后方。

從二維布置圖（見圖1）和側視圖（見圖2）可知，前清掃刷可以對兩側的道路和中間的隔離帶進行清掃，加寬了清掃作業的寬度，滾筒刷和垃圾收集系統主要用于收集垃圾，本車雖采用純掃式的清掃模式，但由于灑水系統的噴管作用，既達到了灑水的功用，同時又避免了清掃造成的二次揚塵。由于系統摩擦力小，所消耗功率小，同時對續航要求不高，因此，系統僅使用蓄電池通過液壓驅動作業便可滿足要求，達到了節能環保的目的[2]。

3 收集系統

將垃圾收集系統做成箱式結構，采用直立放置。直立放置的垃圾收集系統不僅減小了內部摩擦力，而且便于布置裝配，從而可以增加垃圾容器的容積。前置的垃圾收集系統可以降低前盤刷揚起的飛塵的高度，更利于滾刷沿著地面方向進行清掃。

為保持箱體內外壓力平衡，箱體右側縱向開有通風格柵。箱體左側設計為相對密封的結構，箱體右側通過通風格柵可以與外界相通。其內部布置有上下兩個滾輪，其中下面的為主動滾輪，上面的為從動滾輪，兩滾輪之間采用彈性好、韌性高、質量牢靠的皮帶裝置傳遞運動。主動滾輪與箱體外面的動力輪同軸，動力輪通過皮帶與滾刷系統的主軸飛輪相連，該飛輪由滾刷系統的液壓馬達驅動。為了保證垃圾的收集，在輸送帶上粘貼螺旋狀的刮板。輸送帶和刮板與箱體接觸部位均安裝有小毛刷結構，使得機器之間的硬接觸變為軟接觸，進而減小內部的摩擦阻力。輸送帶中央安裝有皮帶張緊機構，保證輸送帶在提升和輸送垃圾時緊貼箱體，如圖3所示。

垃圾入口設計為喇叭開口形狀，內口寬1 300mm，開口高180mm，長100mm。

垃圾收集系統的升降和滾刷系統的升降采用同一個液壓油缸，這既節省了空間，又保證了垃圾的清掃與收集動作的一致性。在該垃圾收集系統與滾筒刷的配合方案中，滾筒刷的旋轉切線方向與車輛行駛方向相反，雖然增大了與地面的摩擦力，但提高了清掃力，對一些粘貼性較強的垃圾更容易清掃，保證了清掃效率。

垃圾收集系統的箱體與滾刷系統的護罩做成整體結構，通過阻尼減震器將其與支架連接在一起。支架前端與車底盤鉸接相連，另一端通過球形鉸與液壓油缸連接，液壓油缸上安裝有調節滾刷接地角和接地壓力的彈簧調節筒，通過其調節滾刷的接地角度和接地壓力。垃圾收集系統與滾刷系統由同一個液壓馬達進行驅動，既減小了內部體積，又保證了運動的一致性[3]。

4 灑水系統

4.1 水泵管路系統

水泵管路系統（見圖5）由儲水罐、吸泵、水濾器、安全閥、手動球閥、噴嘴和噴槍等部分組成。考慮到校園道路寬度實際情況及車型大小的限制，本車灑水系統僅設置一個噴嘴對道路實行單方面噴灑，雖然本車采用純掃式的清掃結構，但由于灑水系統的噴灑作用，及時得將清掃時造成的污染處理，因為避免了二次揚塵[4]。

4.2 管路計算

4.2.1 直徑選取

按水泵的最大流量Q確定內徑：

[d=2Qπvx103] （1）

（1）式中：[Q]是水泵額定流量，（m3/h）；v是水的經濟（常用）流速，通常取2.5～3.5m/s。因為水泵是直接選取的，所以[Q]為選定水泵的額定流量。鑒于校園道路寬度要求不高，即僅僅針對單向噴灑的實際要求，選取型號為80QZB-60-90N的水泵，其流量[Q]為60m3/h，帶入上式可求得d=60～71，所以取d=65mm。

4.2.2 管材的選定。直通管材料選用鍍鋅鋼管。

4.2.3 直管阻力計算。直管阻力是流體在管徑不變的直管流動時，流體與管道內壁產生摩擦引起的流體壓力損失。計算式為

[f直=9.81×10（-3）×λLd×u22g] （2）

式中，λ是摩擦阻力系數，u是流體密度壁厚取1.5mm，即

[f直=9.81×10（-3）×0.1×16.80.065×3.222×9.8=13 246.34Pa]

4.2.4 局部阻力。局部阻力是流體流過管路管件，如三通、大小頭等管子的出入口及流量計時，由于受到其局部阻礙，而使流體的流動方向突然發生改變，造成大量旋渦，從而形成比較集中的阻力。

計算式為：

f局=9.81×[10-3§] （3）

（3）式中：f局-為局部阻力，Pa；[§]-為局部阻力系數。局部阻力系數需要通過大量實驗測得，不同的結構有著不同的局部阻力系數[5]。

4.2.5 總管路阻力

流體在管路中流動時的總阻力為各段直管阻力和各個局部阻力之和。若整個管路直徑不變，則管路總阻力的計算公式為：

f損=f直+∑f局=9.81×[10-3]（[λ]+[§]） （4）

（4）式中：f直為流體流過直管的阻力；f損為流體流過管路中的管件、閥件、管子的出人口等處的阻力。

5 結論

本文設計一款純掃式的小型電動清掃車，該車由清掃系統、收集系統和灑水系統等主要部件構成。經過分析與研究，確定了收集系統的結構和工作原理，通過設計計算，確定了灑水系統各部件參數的確定以及型號的選取，進一步確保了該方案的可行性和實用性。

參考文獻：

[1]朱琳佶.新型純電動小型清掃車的設計[D].鎮江：江蘇大學，2016.

[2]欽松.小型道路清掃車的造型設計研究[D].西安：西安理工大學，2008.

[3]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.

[4]牛書豪.灑水車管路系統設計[J].中國科技博覽，2011（18）：84-85.

[5]艾媛媛，丁繼業.多功能自動灑水車的設計[C]//河南省汽車工程科學技術研討會，2013.