高速公路垃圾清掃車(chē)工作裝置研究

關(guān)雄杰

（長(zhǎng)安大學(xué)公路養(yǎng)護(hù)裝備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)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(chē)的吸掃裝置有三種布置形式，如圖1所示：中置四盤(pán)刷后置吸嘴式、前置兩盤(pán)刷加中置兩盤(pán)刷吸嘴式和中置兩盤(pán)刷加中置臥刷雙吸嘴式[1]。

圖1 常見(jiàn)清掃車(chē)工作裝置布置形式

高速公路路面灰塵類(lèi)垃圾較少，不易引起揚(yáng)塵現(xiàn)象，但為了應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，并且高速公路垃圾清掃車(chē)盤(pán)刷轉(zhuǎn)速較快，對(duì)垃圾顆粒的拋射距離較大，較小質(zhì)量的垃圾顆粒很容易被拋射出吸掃區(qū)域，因此不宜選用前置兩盤(pán)刷加中置兩盤(pán)刷吸嘴式布置方式。而中置兩盤(pán)刷加中置臥刷雙吸嘴式清掃車(chē)清掃寬度較小，清掃效果一般，因此也不適用。中置四盤(pán)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(duì)大體積大質(zhì)量的垃圾顆粒清掃能力仍相對(duì)不足，因此在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，添加滾刷模塊與垃圾收集斗，并且為了防止盤(pán)刷將質(zhì)量較小的垃圾顆粒從另一側(cè)拋射到收集區(qū)域外，在車(chē)體中間添加擋板來(lái)阻攔垃圾顆粒，如圖2所示。

圖2 高速公路垃圾清掃車(chē)工作裝置布置形式

2 高速公路清掃車(chē)吸掃除塵過(guò)程分析

按照上述吸掃裝置的布置方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的高速公路垃圾清掃車(chē)主要通過(guò)盤(pán)刷、吸嘴以及滾刷等完成清掃任務(wù)。其清掃過(guò)程如圖3所示，盤(pán)刷、吸嘴以及滾刷分布于待吸掃地區(qū)，盤(pán)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(chē)輛前進(jìn)過(guò)程中，位于可吸區(qū)域的垃圾直接被吸嘴撿拾，位于可掃區(qū)域的垃圾在盤(pán)刷的旋轉(zhuǎn)作用下定向拋射到可吸區(qū)域，然后由吸嘴撿拾通過(guò)垃圾吸入管進(jìn)入垃圾箱內(nèi)。由于盤(pán)刷轉(zhuǎn)速較高，質(zhì)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(chē)中間加置一擋板，防止垃圾顆粒從另一側(cè)被拋射到可吸區(qū)域外。當(dāng)待掃區(qū)域的垃圾密度較大或者垃圾顆粒體積質(zhì)量較大，吸嘴無(wú)法高效地完成對(duì)地面的清掃時(shí)，滾刷作為輔助清掃裝置啟動(dòng)。滾刷在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中將剩余未被吸嘴吸掃的垃圾顆粒向上拋射到車(chē)后下方的垃圾收集斗內(nèi)，垃圾收集斗內(nèi)的垃圾通過(guò)輸送裝置運(yùn)輸?shù)嚼鋬?nèi)。

圖3 清掃過(guò)程

3 盤(pán)刷模塊功能機(jī)理分析

盤(pán)刷是清掃車(chē)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(pán)刷裝置主要根據(jù)各部件依據(jù)其機(jī)構(gòu)動(dòng)作的原理相互作用，相互配合，從而使盤(pán)刷系統(tǒng)能夠執(zhí)行以下功能。

圖4 盤(pán)刷裝置結(jié)構(gòu)圖

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

2）伸縮功能：連桿座2與盤(pán)刷模塊底座1通過(guò)銷(xiāo)軸連接，使連桿座2可以繞盤(pán)刷模塊底座1自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)盤(pán)刷5的左右伸縮移動(dòng)。

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

4）清掃功能：通過(guò)改變螺紋調(diào)節(jié)桿8（盤(pán)刷上連桿）的伸長(zhǎng)量，使盤(pán)刷沿該方向傾斜一定角度，然后通過(guò)傾角調(diào)整螺栓9調(diào)整盤(pán)刷底座6的傾斜角度，從而保證盤(pán)刷與地面有著合適的接觸角度以及接地位置，進(jìn)而保證盤(pán)刷能夠?qū)⒗w粒拋射到可吸區(qū)域，完成垃圾的高效清掃[3]。

4 滾刷模塊功能機(jī)理分析

滾刷模塊作為高速公路垃圾清掃車(chē)的輔助清掃裝置，其只有在垃圾密度較大或者垃圾顆粒質(zhì)量體積較大，風(fēng)機(jī)無(wú)法完成高效率清掃時(shí)工作[4]。其裝置結(jié)構(gòu)如圖5所示，在清掃車(chē)前進(jìn)方向上滾刷應(yīng)位于輸送裝置之后，若滾刷在輸送裝置之前，則滾刷的運(yùn)行方向與清掃車(chē)運(yùn)行方向相反，此時(shí)滾刷刷絲與地面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度會(huì)減小，從而影響滾刷刷絲對(duì)垃圾顆粒的拋射效果，進(jìn)而降低垃圾清掃車(chē)清掃效率。當(dāng)滾刷設(shè)置在清掃車(chē)之后時(shí)，滾刷的運(yùn)行方向與清掃車(chē)的行進(jìn)方向相同，滾刷刷絲與地面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為刷絲的旋轉(zhuǎn)線速度與清掃車(chē)行進(jìn)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(dòng)能，從而保證了垃圾清掃車(chē)的清掃效率。

圖5 滾刷裝置結(jié)構(gòu)圖

滾刷模塊主要根據(jù)各部件依據(jù)其機(jī)構(gòu)動(dòng)作的原理相互作用，相互配合，從而使?jié)L刷系統(tǒng)能夠執(zhí)行以下功能。

1）輸送裝置3放置于垃圾箱后方，用銷(xiāo)軸連接，通過(guò)改變液壓缸10的伸縮量來(lái)調(diào)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(guān)系。

2）滾刷固定在掃滾擺臂5上，下導(dǎo)軌4固定在大架7上，掃滾擺臂5與下導(dǎo)軌4通過(guò)銷(xiāo)軸連接，通過(guò)調(diào)整掃滾擺臂5與下導(dǎo)軌4的角度來(lái)控制滾刷6與地面的位置關(guān)系。

3）當(dāng)滾刷模塊不工作時(shí)，將輸送裝置與滾刷升起至一定高度，防止與障礙物發(fā)生碰撞，并防止盤(pán)刷刷毛磨損。當(dāng)滾刷模塊處于工作狀態(tài)時(shí)，分別通過(guò)調(diào)整液壓缸10的伸縮量以及掃滾擺臂5的角度來(lái)調(diào)整輸送裝置與滾刷至合適的清掃回收位置，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器8驅(qū)動(dòng)滾刷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將垃圾顆粒上拋至輸送裝置，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)輸送裝置，將垃圾顆粒運(yùn)送至車(chē)后方的垃圾箱內(nèi)。在滾刷系統(tǒng)遇到障礙物時(shí)，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?jié)L刷系統(tǒng)順利繞過(guò)障礙。