吸掃式高速掃路車主要部件分析

摘 要：隨著交通強國建設綱要的落實，高速公路機械化清掃成為必然趨勢，吸掃式高速掃路車將逐步取代傳統純掃式掃路車。文章根據目前市場上的主流吸掃式高速掃路車部件類型結構，分析其部件結構選擇上的差異，總結對比整車的性能上的差異。

關鍵詞：吸掃式 高速 掃路車 性能

隨著我國高速公路建設的發展，維護安全、便捷、高效、綠色、經濟、包容、韌性可持續交通體系的要求，高速清掃機械化出現逐步擴展的趨勢。目前市場上出現了各類高速掃路車，吸掃式高速掃路車有逐步取代傳統純掃式掃路車的跡象。對于吸掃式高速掃路車而言，優質的車輛底盤是可靠性的保障，高效的真空吸拾系統是實現最佳清掃效果的關鍵，強勁的發動機是整體性能的核心。雖然市面上掃路車產品各有特點，但基本原理均為發動機帶動風機形成真空吸拾垃圾，因此從部件結構上出發，可以初步分析出適合用戶的車輛結構類型。

1 掃路車的主要部件

目前市場上的吸掃式高速掃路車沒有形成統一的技術路線，在結構上有較大的差異，但是主要部件卻較為類似，本文基于市場上主流產品的結構特點，分析當前車輛主要部件的差異與特點。

1.1 底盤

底盤是承載整個吸掃系統的平臺，根據改制廠家的不同分為兩種，一種是采用特殊配置的通用裝載底盤，另一種就是為掃路車設計的專用底盤。

通用底盤由掃路車生產廠家對底盤橫梁、結構件、安裝孔等改制后再作為掃路車底盤使用；專用底盤則由底盤廠根據掃路車的要求對結構進行修改，不需要掃路車生產廠家重新改制，因此專用底盤結構更緊湊、可靠性更好。

由于掃路車底盤日常裝載量往往大于普通車輛，而且還安裝有掃盤機構、吸拾系統、水路、液壓系統等，因此整體油耗大于常規車輛，大部分情況下生產廠家會對燃油箱做特殊定制，燃油箱的大小則是通過掃路車的作業速度、作業油耗和最大作業里程決定。

掃路車在高速公路清掃作業時，更注重的是動力輸出強勁、安全平穩、可靠性好，需要發動機提供更大的馬力和扭矩，在加速和高速行駛時表現更優。因此高速掃路車偏向于采用六缸柴油發動機，而城市道路清掃偏向于使用經濟性更好的四缸發動機。

此外，最重要也最容易被忽視的是底盤前橋、后橋的載重分配情況。在最大載重質量確定的情況下，底盤后橋的最大承載能力直接影響了掃路車的最大承載量和行車的安全性，特別是在高速公路作業里程長、垃圾量大、作業速度快的前提下，底盤廠商合理分配前后橋載重比例尤為重要。通用底盤、低速掃路車底盤前后橋與高速掃路車需求均有明顯的差異，因此目前大部分企業根據自身的結構來定制底盤。

1.2 真空吸拾系統

吸掃型掃路車的風機、垃圾箱和吸嘴聯結組成的真空吸拾系統，是整個掃路車的核心部件，直接影響到整車的作業效果。

風機是吸掃式掃路車吸拾系統的風力來源，也是判斷掃路車作業能力的重要依據[1]。前向式風機的風速較高、壓力較低，適合于低速洗掃車使用，而后向式風機的風量大、風壓高，適合于重載作業。離心風機的效率較低，通常在60%至80%不等，在吸拾作業過程中，吸管內風速需要達到40m/s，風壓3KPa以上才能有效的吸拾高速上常見的垃圾[2]。為確保高速清掃效果，通常采用效率在80%左右的后向式高效離心風機。

吸嘴的結構、吸管數量與直徑則是影響到吸拾作業時風速、風壓的直接因素。在風速、風壓一定的情況下，吸管數量越多吸拾效果越好。目前市面上吸掃式高速掃路車筑馬機械的ZZM5182TSL掃路車采用單個吸嘴安裝3根吸管，盈峰環境的ZBH5189TSLDFE6掃路車采用3個吸嘴安裝5根吸管。根據各掃路車風機效率、吸管的直徑和數量，結合作業時風速、風壓的要求，可以估算出需要風量大小，對比車載風機風量參數即可初步判斷出掃路車的清掃能力[3]。以5根200mm直徑吸管的結構為例，風機效率80%，風阻損失系數1.1，吸管中心與邊緣風速差異80%，需要平均風速40m/s，可計算出風量約為31000m3/h。可見此時單個風機無法滿足的風量需求，因此需要使用雙風機結構才可能實現有效吸拾作業。

為滿足風速、風量要求，垃圾箱分為單單腔體垃圾箱和多腔體垃圾箱兩類。單風機系統對應單腔體垃圾箱，此類垃圾箱只有一個腔體作為吸拾系統的組成部分，垃圾從吸嘴吸入垃圾箱后沉降在腔體內，腔體內配置濾網用于阻擋垃圾進入風機，通常還配備了自潔系統用于協助傾倒垃圾和清洗垃圾箱。其優點是結構簡單、沉降空間大、垃圾沉降速度快，很少出現濾網堵塞的情況，吸力也比較穩定。缺點是吸管較多時整體吸力較差，導致作業效果差。

當吸嘴上吸管較多，單個風機無法滿足作業的需求時，一般采用雙風機的結構。此時垃圾箱為多腔體垃圾箱，箱體內部根據吸管風量的需求設計為兩個相互隔絕的腔體，形成兩套真空吸拾系統，因此作業效果較好。但是對應的沉降空間減少，濾網容易被箱體內飛揚的垃圾堵塞，造成過風面積減少、吸力明顯下降的情況。因此需要經常清理濾網或安裝單獨的濾網清理裝置。

由于雙風機結構復雜、成本高、能耗高，因此市場上有部分產品雖然使用多根吸管，但仍采用單風機、單腔體垃圾箱結構。其通過在吸嘴中安裝臥式滾掃，并通過鏈輪結構來增加滾掃的旋轉速度，通過滾掃來提高垃圾在氣流中的運動速度，這在一定程度上提高了清掃效果，但是滾掃價格偏高，磨損速度快、易纏繞垃圾，很大程度提高了車輛的維護使用成本。目前由于該技術路線成本低、結構簡單、可短期提高作業效果，因此被廣泛使用。

1.3 發動機系統

發動機是真空吸拾系統的動力來源。根據掃路車上安裝的發動機的數量，可分為單發動機系統和雙發動機系統。

單發動機系統采用底盤發動機同時帶動車輛行走和清掃作業。因此能耗較低，但其缺點是動力不足，作業時車輛加速慢、整體性能差，清掃效果較差、底盤折損率高。出現故障時會影響正常行車，因此安全風險較大，使用該結構的吸掃式高速掃路車產品較少。

目前市場上的產品普遍采用雙發動機系統，底盤發動機驅動行走，副發動機驅動掃盤機構、風機、液壓系統、水路系統等，其優點是動力充足、性能穩定、故障率低、可靠性好。缺點是作業效果的提升伴隨著更高的能耗。因此該結構對液壓、水路、吸拾系統的能耗匹配合理性要求很高，只有長期的高速作業實驗才能取得最佳的實用數據，否則容易由于發動機選項不當，導致動力不足或過剩的情況。目前大部分產品因為不具備長期實驗的條件，為保證性能往往會選擇較高的安全系數，因此市場上產品以動力過剩為主。

1.4 掃盤機構

掃盤機構是用于增大清掃面積，將路面垃圾匯聚到吸嘴范圍內進行拾取，是掃路車必備的作業部件。雙立掃結構是傳統濕掃車結構，此結構在車身左右兩側各安裝兩個立掃盤，兩個掃盤清掃區域進行搭接，可以有效地增加清掃面積。但由于動力限制，掃盤轉速上限較低，高速作業時車速較快，因此它的清掃作用被很大程度削弱[4]，同時雙立掃作業時飛濺較大，對行車安全有一定影響。

另一種常用結構是單立掃結構，單側只安裝一個掃盤，但是加大掃盤的直徑，提高其轉速，并采用特制的鋼絲掃刷來盡可能的提高其清掃能力，通常與中置吸嘴配合作業來提升作業效果。

1.5 水路系統

高速公路上的揚塵與飛濺會直接影響到高速行車安全，為了保證掃路車作業時的交通順暢和行車安全，水路系統是高速掃路車必備的部件。水路系統主要分為高壓水路與低壓水路。常規掃路車通常采用低壓水路防止清掃裝置作業時引起揚塵和飛濺，但是高速公路作業時車速過快，低壓噴淋水霧未接觸到揚塵就已經飛散，達不到抑塵效果，因此高速掃路車采用高壓水進行噴淋抑塵。低壓水路噴淋則安裝在吸嘴內部，用于濕潤吸拾的垃圾，以便垃圾能在垃圾箱內部盡快沉降，避免垃圾從風道排風口吹出造成尾部揚塵。

為了保證行車安全，在使用高速掃路車作業時不允許有較大的揚塵出現，所以高壓水路水泵、低壓水泵的流量和車載水箱的大小，直接決定了掃路車作業時間的長短。高速公路清掃作業里程一次作業里程通常在150公里左右，作業速度在60km/h以上，因此水箱容積要保證至少3小時的作業水量才能滿足作業需求。

2 國內外掃路車配置情況

目前在國外高速掃路車主要結構是單風機、單腔體垃圾箱、中置雙掃盤、中獨立滾掃、左右小吸嘴[5]。其優點在于可通過滾掃提升作業效果，裝備的吸嘴尺寸較小，可將風機的作用力集中到吸嘴區域，以此達到足夠的風量和風壓，從而實現高速清掃作業。但該結構的小吸嘴只覆蓋車輛輪胎區域，由滾掃機構清掃車身中部區域，當路面垃圾量較大時，滾掃的清掃效果與小吸嘴的負壓吸拾效果會有明顯差異，因此在國內不被客戶廣泛認可。而且其理論標定最高作業車速可達60km/h，但實際有效速度一般在30km/h左右，與高速公路限速要求仍有較大差距，主要產品有日本佐藤、德國布赫。早期國內引進此類產品較多，但由于其價格高、作業效果不符合我國國情，隨著本土產品的崛起，此類產品逐漸被淘汰。

目前國內的吸掃式高速公路掃路車主要分為單風機結構和雙風機結構。

單風機結構掃路車采用常規掃路車中置雙立掃、后置單吸嘴、內置滾掃、單風機、單腔體垃圾箱的傳統結構。通過增大發動機的功率、加大風機規格，增大滾掃直徑來提升作業效果。但由于其結構只做到一次吸拾，而且作業效果與滾掃貼合地面的程度和滾掃的轉速直接相關。滾掃結構加大了吸嘴腔體截面積，降低了吸力，發動機的性能限制了滾掃的轉速，高速清掃作業時滾掃磨損較快，綜合因素導致該結構很難有持續穩定的作業效果，因此其較為適合中低速重載作業，難于滿足每天數百公里的高速作業工作量。

雙風機結構掃路車采用中置掃盤、三吸嘴串行組合、雙風機、多腔體垃圾箱的結構。通過掃盤來清掃路沿；雙風機來滿足作業需要的風速、風壓；三個吸嘴串行作業，一次作業三次吸拾，最大程度的提高了清掃效果，滿足高速作業需求。其作業效果最好，但是結構復雜，成本較高。

3 結語

掃路車是高速公路道路維護保護的重要工具。雖然現在市場上吸掃式掃路車產品類型繁多，但還只有適合局部路況的設備，沒有完美通用的設備。相信隨著我國道路的快速發展和對安全要求的不斷提高，市場的需求和競爭的壓力會迫使高速掃路車結構走向成熟。相信在不久的將來，成熟的高速清掃設備會擴展到城市道路領域，新一代掃路車的技術革新就在眼前。

參考文獻：

[1]張斌，萬軍，姜方寧，等.掃路車用離心風機葉輪內流仿真及優化設計研究[J].建設機械技術與管理，2023，36（05）：69-72.

[2]孫勇.真空吸塵車氣路系統優化設計與仿真分析[D].沈陽：東北大學，2008.

[3]張殿印，王純.除塵工程設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2003.

[4]王燦鋒.快速清掃車掃盤運動特性研究[J].機電技術，2023（06）：81-85.

[5]澤尼特參展德國慕尼黑國際環博會IFAT 2018[J].通用機械，2018（07）：68.