小型掃路車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

賴濱萍

福建龍馬環(huán)衛(wèi)裝備股份有限公司 福建省龍巖市 364028

1 引言

隨著城市物質(zhì)生活水平的提高，政府對(duì)環(huán)保、環(huán)衛(wèi)事業(yè)的關(guān)注程度越來(lái)越高，對(duì)居住、工作環(huán)境等人文條件越來(lái)越重視，現(xiàn)有的道路清掃保潔方式是在城區(qū)干道采用掃路車清掃，但在小區(qū)道路、廣場(chǎng)、人行道還是以人工清掃為主，掃帚飛揚(yáng)、粉塵彌漫，與現(xiàn)代化都市格格不入，無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)一線或二線城市的要求。為了改變這一狀況，發(fā)展、使用小型掃路車勢(shì)在必行。

為了使小型掃路車能夠在輔道、人行道、小區(qū)道路、廣場(chǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化清掃保潔，提高清掃保潔作業(yè)的效率，要求小型掃路車需達(dá)到轉(zhuǎn)彎半徑小，輕便靈活，掃吸能力強(qiáng)，作業(yè)噪聲低，整體小巧，外形美觀，操作人性化，駕乘舒適。本文對(duì)小型掃路車的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究。

2 小型掃路車總體設(shè)計(jì)思路

①整車應(yīng)嚴(yán)格遵守國(guó)家有關(guān)安全技術(shù)、質(zhì)量、環(huán)保法規(guī)。

②整車定位為拓展現(xiàn)有道路清掃保潔區(qū)域的清掃設(shè)備，整車總質(zhì)量小，轉(zhuǎn)彎半徑小，輕便靈活，作業(yè)噪聲低，吸掃能力強(qiáng)，整體小巧，外形美觀，總體性能需達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

③整車主要功能為路面清掃保潔作業(yè)。工作裝置采用極緊湊中置四盤掃+后置窄吸嘴，清掃面積大，窄吸嘴吸力強(qiáng)，同時(shí)清掃面與吸嘴重疊度需達(dá)到要求，保證整車有良好的作業(yè)效果。選用價(jià)格適中、性能穩(wěn)定的小型二類汽車底盤，排放符合國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求。

④整車主要性能指標(biāo)要求：外部尺寸要小；清掃寬度應(yīng)大于2米以上；清掃速度不超過20 km/h；清掃效率達(dá)到96%以上；

⑤整車專用工作裝置設(shè)計(jì)維修要簡(jiǎn)便，選用的零部件盡量?jī)?yōu)質(zhì)、國(guó)產(chǎn)化，性能可靠。

3 小型掃路車總體設(shè)計(jì)

3.1 主要參數(shù)的確定

小型掃路車的主要性能參數(shù)作為設(shè)計(jì)掃路車依據(jù)，主要參數(shù)包括專用性能參數(shù)、尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和行駛性能等參數(shù)。

3.1.1 專用性能參數(shù)

主要專用性能參數(shù)包括：清掃速度、清掃寬度、最大清掃能力、最大吸入粒度、清掃效率、卸料角、垃圾箱有效容積和清水箱有效容積等。專用性能參數(shù)體現(xiàn)整車工作能力的體現(xiàn)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所確定。

3.2 總體布置

小型掃路車的總體布置主要包括：①掃刷、吸嘴布置；②動(dòng)力倉(cāng)內(nèi)布置；③垃圾箱、清水箱、動(dòng)力倉(cāng)布置。圖1為小型掃路車的總體布置簡(jiǎn)圖。

3.2.1 掃刷、吸嘴布置

掃吸式掃路車采用掃與吸的工作方式對(duì)路面垃圾進(jìn)行清理和收集。所謂的掃就是通過盤掃將垃圾從路邊掃到吸嘴吸收的范圍內(nèi)；吸則通過吸嘴將盤掃集中起來(lái)的垃圾吸進(jìn)垃圾箱內(nèi)。

圖1

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的掃吸式小型掃路車的工作裝置主要包括三種形式：中置四盤掃+后置吸嘴，中置兩盤掃+后置吸嘴，前置盤掃+中置兩盤掃+后置吸嘴。三種布置方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)合范圍各不相同。

中置四盤掃+后置吸嘴：此種布置方式一般應(yīng)用在濕式小型掃路車上，采用此布置形式的小型掃路車作業(yè)視線好、操作簡(jiǎn)單、清掃寬度較寬，清掃效率高，良好的工作性能使此布置形式的小型掃路車完成輔道、人行道、小區(qū)道路、廣場(chǎng)的清掃工作。

中置兩盤掃+后置吸嘴：此種布置方式一般應(yīng)用在濕式小型掃路車上，采用此布置形式的小型掃路車由于采用兩個(gè)盤掃出現(xiàn)清掃寬度較窄，清掃效率較低，但兩盤掃產(chǎn)生的揚(yáng)塵較少。

小型掃路車采用獨(dú)創(chuàng)的極緊湊中置四盤掃+后置吸嘴工作裝置布置（如圖2所示），四盤掃清掃面積大，窄吸嘴吸力強(qiáng)，同時(shí)清掃面與吸嘴重疊度需達(dá)到要求，保證整車有良好的作業(yè)效果，同時(shí)吸嘴吸管更換及吸嘴調(diào)節(jié)方便，作業(yè)及轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸時(shí)整車通過性好。

圖2 中置四盤掃+后置吸嘴工作裝置布置

3.2.2 垃圾箱、清水箱、動(dòng)力倉(cāng)布置

小型掃吸式掃路車是結(jié)合機(jī)械清掃、吸嘴，同時(shí)噴水抑制掃盤揚(yáng)塵，達(dá)到垃圾及粉塵一體回收的效果。作業(yè)特點(diǎn)決定了濕式小型掃路車必須布置小容積的清水箱和垃圾箱為其提供作業(yè)保障。

一般小型掃路車?yán)洹⑶逅浼皠?dòng)力倉(cāng)的布置有兩種布置形式，如圖3所示。小型掃路車采用的圖3中（a）的布置形式，此種布置形式更加方便清水箱的加水放水等操作，包括維修更加便捷。

3.3 底盤的選用

掃路車設(shè)計(jì)時(shí)，通常選用通用的汽車二類底盤。結(jié)合小型掃路車作業(yè)范圍為輔道、人行道、小區(qū)道路、廣場(chǎng)，考慮到小區(qū)、廣場(chǎng)等區(qū)域，作業(yè)噪聲和通過性能尤為重要，小型掃路車通常選用2500mm左右軸距的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)底盤，汽油機(jī)相對(duì)于柴油機(jī)噪聲更低，駕駛舒適性更高。

圖3 垃圾箱、清水箱及動(dòng)力倉(cāng)的布置形式

3.4 垃圾箱、清水箱和動(dòng)力倉(cāng)的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)整車整備質(zhì)量大的中大型掃路車的結(jié)構(gòu)思路，上裝垃圾箱、動(dòng)力倉(cāng)及清水箱采用較厚的板及內(nèi)側(cè)加焊加強(qiáng)筋制作。而小型掃路車整車總質(zhì)量較小，若沿用傳統(tǒng)專用車的思路，采用以往制作工藝設(shè)計(jì)制造上裝垃圾箱、動(dòng)力倉(cāng)及清水箱，會(huì)造成整車載質(zhì)量偏小，同時(shí)空間利用率也更小。通常為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從選材及制作工藝上進(jìn)行考慮。考慮采用輕量化材料——高強(qiáng)度玻璃鋼和非金屬材料制作。

3.5 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.5.1 傳動(dòng)形式

小型掃路車一般采用雙發(fā)動(dòng)機(jī)或者蓄電池作為動(dòng)力源，采用蓄電池作為動(dòng)力源通常為新能源純電動(dòng)小型掃路車。采用雙發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)即整車行駛系統(tǒng)與工作裝置的動(dòng)力各自獨(dú)立，互不影響，副發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)液壓泵、風(fēng)機(jī)等，以實(shí)現(xiàn)掃路車的清掃、吸收垃圾等功能。小型掃路車副發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)通常離合器有手動(dòng)或自動(dòng)兩種，采用手動(dòng)離合器操作不方便。采用自動(dòng)離合器避免手動(dòng)離合器操作上的不方便，通過發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的連接。

3.5.2 風(fēng)機(jī)的選擇

風(fēng)機(jī)是整個(gè)小型掃路車中氣力輸送系統(tǒng)的動(dòng)力源，能否提供足夠的壓力和風(fēng)量將決定氣力輸送系統(tǒng)的工作性能，因此在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)必須要使風(fēng)機(jī)的全壓和風(fēng)量大于氣力輸送系統(tǒng)的風(fēng)量需求和壓力損失，通常是對(duì)風(fēng)量需求和壓力損失乘以一定的設(shè)計(jì)裕量。

根據(jù)計(jì)算出的風(fēng)機(jī)風(fēng)量和全壓，通過查找風(fēng)機(jī)樣本特性曲線或風(fēng)機(jī)性能與選用件選擇合適的風(fēng)機(jī)型號(hào)。為避免選擇過大的風(fēng)機(jī)而導(dǎo)致能量浪費(fèi)和噪音過大，在保證風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和風(fēng)量的前提下應(yīng)選擇盡量小的風(fēng)機(jī)。

3.6 清掃裝置的設(shè)計(jì)

清掃裝置由左、右掃盤裝置組成。小型掃路車的清掃裝置盡量做到結(jié)構(gòu)緊湊，輕量化設(shè)計(jì)，可以降低掃路車制造成本及作業(yè)油耗，減少作業(yè)排放，同時(shí)提高道路清掃車的空間利用率。

圖4 小型掃路車清掃裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

通過反復(fù)試驗(yàn)，圖4小型掃路車清掃裝置實(shí)現(xiàn)了采用四個(gè)推桿電機(jī)實(shí)現(xiàn)四個(gè)掃盤的升降和擺動(dòng)等動(dòng)作，減少動(dòng)作執(zhí)行裝置（如油缸或者氣缸），降低成本，同時(shí)推桿電機(jī)布線簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，反應(yīng)靈敏。通過碰輪、擺臂及滑輪鋼絲繩機(jī)構(gòu)，改變運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)單一運(yùn)動(dòng)變?yōu)閺?fù)合運(yùn)動(dòng)的功能。

3.7 吸嘴的設(shè)計(jì)及氣力輸送系統(tǒng)的計(jì)算

3.7.1 吸嘴結(jié)構(gòu)形式

小型掃路車根據(jù)設(shè)計(jì)布置采用中置四盤掃+后置吸嘴工作裝置布置要求和掃刷與吸嘴重合度計(jì)算，確定采用窄幅吸嘴結(jié)構(gòu)。

3.7.2 吸嘴設(shè)計(jì)參數(shù)

吸嘴的主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括吸嘴長(zhǎng)度L、寬度B、高度H、吸塵口直徑D、吸嘴上層高度h1、吸嘴下層高度h2、吸嘴與地面的間隙δ等。小型掃路車窄幅吸嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5所示。

圖5 窄幅吸嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.7.3 吸嘴喂料口設(shè)計(jì)

現(xiàn)有環(huán)衛(wèi)掃路車吸嘴喂料口裝置一般采用橡膠板遮擋，喂料口大小固定不變。當(dāng)遇到礦泉水瓶、可樂瓶及大石塊、磚塊等大體積垃圾時(shí)，開口大小固定不變的喂料口很難使這些垃圾進(jìn)入吸嘴，進(jìn)而吸入垃圾箱內(nèi)。這樣吸嘴將推著這些大體積的垃圾，在路面上滑行，甚至將吸嘴架空，造成清掃效果差，無(wú)法清掃干凈等問題。

小型掃路車具有活動(dòng)喂料口的吸嘴裝置（見圖6），目的在于解決上述存在的問題。該裝置主要由推拉軟軸、過渡轉(zhuǎn)臂、鏈條、翻板、橡膠擋板、回位彈簧及吸嘴裝置等組成。通過人工操縱推拉軟軸帶動(dòng)整個(gè)活動(dòng)喂料口結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)喂料口大小的改變。裝有該裝置的環(huán)衛(wèi)車輛，通過氣力輸送系統(tǒng)風(fēng)量和壓力損失計(jì)算驗(yàn)證，當(dāng)遇到礦泉水瓶、可樂瓶及大石塊、磚塊等大體積的垃圾時(shí)，可以通過人工操縱活動(dòng)喂料口裝置，增大喂料口的開口大小，使大體積的垃圾能夠進(jìn)入吸嘴，從而被順利吸入垃圾箱內(nèi)。

圖6 小型吸嘴活動(dòng)喂料口裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

通過反復(fù)試驗(yàn)，該裝置能夠輕易實(shí)現(xiàn)吸嘴喂料口大小的改變，從而能使大體積的垃圾輕松進(jìn)入吸嘴，達(dá)到較好的清掃效果。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過以上的對(duì)小型掃路車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，小型掃路車的整體設(shè)計(jì)與制造是較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，所涉及的領(lǐng)域廣泛，特別是隨著新材料、新工藝、新技術(shù)、新裝備的不斷涌現(xiàn)和應(yīng)用，小型掃路車的功能越來(lái)越先進(jìn)。