高速公路垃圾清掃車工作裝置研究

關雄杰

（長安大學公路養護裝備國家工程實驗室，陜西 西安 710061）

1 清掃裝置的布置方式

一般的城市道路吸掃式清掃車的吸掃裝置有三種布置形式，如圖1所示：中置四盤刷后置吸嘴式、前置兩盤刷加中置兩盤刷吸嘴式和中置兩盤刷加中置臥刷雙吸嘴式[1]。

圖1 常見清掃車工作裝置布置形式

高速公路路面灰塵類垃圾較少，不易引起揚塵現象，但為了應對突發情況，并且高速公路垃圾清掃車盤刷轉速較快，對垃圾顆粒的拋射距離較大，較小質量的垃圾顆粒很容易被拋射出吸掃區域，因此不宜選用前置兩盤刷加中置兩盤刷吸嘴式布置方式。而中置兩盤刷加中置臥刷雙吸嘴式清掃車清掃寬度較小，清掃效果一般，因此也不適用。中置四盤刷后置吸嘴式的布置方式最為適合高速公路垃圾清掃，然而這種布置方式在高速條件下，對大體積大質量的垃圾顆粒清掃能力仍相對不足，因此在此基礎上進一步改進，添加滾刷模塊與垃圾收集斗，并且為了防止盤刷將質量較小的垃圾顆粒從另一側拋射到收集區域外，在車體中間添加擋板來阻攔垃圾顆粒，如圖2所示。

圖2 高速公路垃圾清掃車工作裝置布置形式

2 高速公路清掃車吸掃除塵過程分析

按照上述吸掃裝置的布置方式進行設計的高速公路垃圾清掃車主要通過盤刷、吸嘴以及滾刷等完成清掃任務。其清掃過程如圖3所示，盤刷、吸嘴以及滾刷分布于待吸掃地區，盤刷與地面呈一定角度接觸，接觸面積為圓弧，接觸位置如圖3所示。在車輛前進過程中，位于可吸區域的垃圾直接被吸嘴撿拾，位于可掃區域的垃圾在盤刷的旋轉作用下定向拋射到可吸區域，然后由吸嘴撿拾通過垃圾吸入管進入垃圾箱內。由于盤刷轉速較高，質量較小的垃圾顆粒可能獲得的拋射速度較大，因此要在清掃車中間加置一擋板，防止垃圾顆粒從另一側被拋射到可吸區域外。當待掃區域的垃圾密度較大或者垃圾顆粒體積質量較大，吸嘴無法高效地完成對地面的清掃時，滾刷作為輔助清掃裝置啟動。滾刷在旋轉的過程中將剩余未被吸嘴吸掃的垃圾顆粒向上拋射到車后下方的垃圾收集斗內，垃圾收集斗內的垃圾通過輸送裝置運輸到垃圾箱內。

圖3 清掃過程

3 盤刷模塊功能機理分析

盤刷是清掃車的主要工作裝置，其可以增大清掃面積，定向拋射垃圾顆粒。如圖4所示，盤刷裝置主要根據各部件依據其機構動作的原理相互作用，相互配合，從而使盤刷系統能夠執行以下功能。

圖4 盤刷裝置結構圖

1）升降功能：盤刷5固定在盤刷座6上，盤刷座6與盤刷下連桿7、盤刷上連桿8及連桿座2通過鉸鏈連接形成四連桿機構，使盤刷能夠平行的上下舉升。

2）伸縮功能：連桿座2與盤刷模塊底座1通過銷軸連接，使連桿座2可以繞盤刷模塊底座1自由轉動，實現盤刷5的左右伸縮移動。

3）避障功能：伸縮液壓桿3設置在盤刷下連桿7和液壓桿底座4之間，用球鉸鏈進行連接，盤刷座6、盤刷下連桿7、盤刷上連桿8、連桿座2、盤刷模塊底座1、伸縮液壓桿3和液壓桿底座4共同構成空間桿系，通過改變伸縮液壓桿3的長度可以實現盤刷的左右伸縮、上下舉升功能，同時，由于液壓油自身具有一定可壓縮性，故在盤刷遇到障礙物時，伸縮液壓桿3還能吸收一部分沖擊能量，使盤刷繞過障礙。

4）清掃功能：通過改變螺紋調節桿8（盤刷上連桿）的伸長量，使盤刷沿該方向傾斜一定角度，然后通過傾角調整螺栓9調整盤刷底座6的傾斜角度，從而保證盤刷與地面有著合適的接觸角度以及接地位置，進而保證盤刷能夠將垃圾顆粒拋射到可吸區域，完成垃圾的高效清掃[3]。

4 滾刷模塊功能機理分析

滾刷模塊作為高速公路垃圾清掃車的輔助清掃裝置，其只有在垃圾密度較大或者垃圾顆粒質量體積較大，風機無法完成高效率清掃時工作[4]。其裝置結構如圖5所示，在清掃車前進方向上滾刷應位于輸送裝置之后，若滾刷在輸送裝置之前，則滾刷的運行方向與清掃車運行方向相反，此時滾刷刷絲與地面的相對運動速度會減小，從而影響滾刷刷絲對垃圾顆粒的拋射效果，進而降低垃圾清掃車清掃效率。當滾刷設置在清掃車之后時，滾刷的運行方向與清掃車的行進方向相同，滾刷刷絲與地面的相對運動速度為刷絲的旋轉線速度與清掃車行進速度之和，大大增加了與滾刷刷絲接觸的垃圾顆粒的初始動能，從而保證了垃圾清掃車的清掃效率。

圖5 滾刷裝置結構圖

滾刷模塊主要根據各部件依據其機構動作的原理相互作用，相互配合，從而使滾刷系統能夠執行以下功能。

1）輸送裝置3放置于垃圾箱后方，用銷軸連接，通過改變液壓缸10的伸縮量來調整輸送裝置的位置，包括輸送裝置的高度、傾斜角度以及輸送裝置與滾刷的位置關系。

2）滾刷固定在掃滾擺臂5上，下導軌4固定在大架7上，掃滾擺臂5與下導軌4通過銷軸連接，通過調整掃滾擺臂5與下導軌4的角度來控制滾刷6與地面的位置關系。

3）當滾刷模塊不工作時，將輸送裝置與滾刷升起至一定高度，防止與障礙物發生碰撞，并防止盤刷刷毛磨損。當滾刷模塊處于工作狀態時，分別通過調整液壓缸10的伸縮量以及掃滾擺臂5的角度來調整輸送裝置與滾刷至合適的清掃回收位置，動力驅動器8驅動滾刷進行旋轉運動，將垃圾顆粒上拋至輸送裝置，動力驅動器驅動輸送裝置，將垃圾顆粒運送至車后方的垃圾箱內。在滾刷系統遇到障礙物時，由于震連桿1的緩震作用以及液壓缸10具有一定的伸縮性，可以吸收一部分能量，使滾刷系統順利繞過障礙。