一種掃路車吸嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

沈衛(wèi)琴

江蘇悅達(dá)專用車有限公司 江蘇鹽城 224007

1 前言

在眾多機(jī)械化清掃作業(yè)車輛中，吸掃式掃路車因能耗低、作業(yè)質(zhì)量好、作業(yè)揚(yáng)塵小等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大消費(fèi)者的青睞，成為城市道路機(jī)械清掃作業(yè)的主力軍。如何提高吸掃式掃路車的高掃凈率和低揚(yáng)塵，是掃路車設(shè)計(jì)人員研究的重要課題，其中吸嘴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，是整車設(shè)計(jì)中的重中之重，吸嘴裝置設(shè)計(jì)的好壞，直接影響整車的作業(yè)性能。

傳統(tǒng)的吸嘴裝置改進(jìn)大多是優(yōu)化吸嘴升降裝置或在吸嘴內(nèi)增加滾掃裝置，以提高吸力。這些改進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅增加了制造成本，同時(shí)也增加了用戶的使用成本。為降低生產(chǎn)成本，通過對(duì)吸嘴內(nèi)部氣流進(jìn)行測(cè)試與分析，得出普通吸掃式掃路車吸嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案，以簡(jiǎn)單且成本低的設(shè)計(jì)，提高了整車的性能。

2 傳統(tǒng)的吸嘴裝置

傳統(tǒng)吸嘴的結(jié)構(gòu)（如圖1所示），它由橡膠擋板、圍板、滾輪、吸筒及吸嘴面板連接而成。橡膠檔板安裝在吸嘴入口處，和吸嘴圍板形成一個(gè)半封閉的空間以容納垃圾物，吸筒安裝在吸嘴面板上連通垃圾箱與吸嘴，滾輪支撐吸嘴隨同掃路車向前滾動(dòng)行駛。掃路車在行進(jìn)過程中，通過前置的掃刷，將路面垃圾物掃至車底中部，即吸嘴入口處，當(dāng)風(fēng)機(jī)抽吸垃圾時(shí)，橡膠擋板彎曲形成吸嘴前的開口，進(jìn)入吸嘴的垃圾被氣流抬升通過吸筒進(jìn)入垃圾箱。

根據(jù)風(fēng)機(jī)的工作原理，風(fēng)機(jī)的壓力分為全壓、動(dòng)壓和靜壓，全壓=動(dòng)壓+靜壓。當(dāng)風(fēng)機(jī)開始工作，對(duì)垃圾物產(chǎn)生吸拾力時(shí)，其主要產(chǎn)生兩種形式的壓力：一是風(fēng)機(jī)用于克服管網(wǎng)阻力而直接對(duì)垃圾物作用的靜壓力，另一種為空氣流動(dòng)對(duì)垃圾物產(chǎn)生的動(dòng)壓力。而在垃圾物由吸嘴經(jīng)吸筒進(jìn)入垃圾箱的過程中，兩種作用力相互轉(zhuǎn)化。在吸嘴半封閉空間內(nèi)動(dòng)壓力起主導(dǎo)作用，而在吸筒內(nèi)的作用力則主要為靜壓力，且靜壓力是將大質(zhì)量垃圾物帶至垃圾箱的主導(dǎo)力量。因此，在吸嘴寬度范圍內(nèi)的垃圾物，必須快速被帶至吸筒口，才能有效地通過吸筒被帶至垃圾箱，即吸嘴內(nèi)的動(dòng)壓力越大，吸力越大。

根據(jù)動(dòng)壓力公式：

式中，P為動(dòng)壓力；ρ為空氣介質(zhì)的密度；V為空氣的流速。

可知，速度V越大，動(dòng)壓力就越大。而在風(fēng)機(jī)流量一定的情況下，根據(jù)的公式式中，Q為風(fēng)量；V為速度，A為截面積。

可知，截面積A越小，速度V越大。

傳統(tǒng)吸嘴在風(fēng)機(jī)抽吸時(shí)，橡膠擋板彎曲，氣流進(jìn)入半封閉腔，由于吸嘴內(nèi)部空間瞬間放大，從四周進(jìn)入的氣流有所擴(kuò)散，且通過對(duì)吸筒下方內(nèi)側(cè)取多點(diǎn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其各點(diǎn)的風(fēng)速都不一致，越接近吸筒后側(cè)，氣流速度越小。這是垃圾物最易堆積之處（稱為死角區(qū)），在行進(jìn)過程中，堆起的垃圾物迫使吸嘴翹起，垃圾遺撒，使得掃路車的性能不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 吸嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析

通過對(duì)吸嘴氣流作用力的分析可知，若想增強(qiáng)掃路車的吸力，必須加大吸嘴入口處的風(fēng)速，最直接的方式是縮小吸嘴處的截面積，即降低吸嘴的離地高度；同時(shí)消除吸嘴內(nèi)的死角區(qū)。故而提出如下方案：盡可能地降低吸筒處離地高度，以增加吸筒處的氣流速度。但是吸筒處離地高度下降，勢(shì)必影響大塊垃圾物的進(jìn)入，因此，提出了前高后低的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將吸嘴圍板改為斜面，如圖2所示，并且將吸筒兩側(cè)面設(shè)計(jì)成圓弧導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，如圖3所示，該結(jié)構(gòu)不僅可對(duì)氣流起到導(dǎo)向作用，還消除了死角區(qū)，壓縮了吸嘴內(nèi)部空間，減少了氣流擴(kuò)散，降低了有效截面積，使得氣流速度大幅度增加，垃圾物能快速被帶至吸筒口，通過吸筒進(jìn)入垃圾箱。

在同一輛掃路車上，裝上改進(jìn)前和改進(jìn)后的吸嘴進(jìn)行試掃，并在副發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 500～2 200 r/min范圍內(nèi)，分別測(cè)量出對(duì)應(yīng)的吸嘴入口處風(fēng)速，作對(duì)比列表如表1所示。

表1 改進(jìn)前后吸嘴入口處風(fēng)速對(duì)比表

由表1可見，使用傳統(tǒng)吸嘴試掃，當(dāng)副發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2 200 r/min時(shí)，吸嘴入口處風(fēng)速為33.5 m/s，此時(shí)僅能夠處理一些沙粒、小石子等輕顆粒垃圾物。若路面垃圾物較多，就會(huì)出現(xiàn)處理不及時(shí)，垃圾物逐漸堆積于吸嘴腔內(nèi)（特別是死角區(qū)），導(dǎo)致在行進(jìn)過程中產(chǎn)生吸嘴翹起，垃圾遺撒的現(xiàn)象。而使用改進(jìn)后的吸嘴試掃，當(dāng)副發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1 800 r/min時(shí)，吸嘴入口處風(fēng)速就達(dá)到37 m/s，此時(shí)小石子、鵝卵石、半截磚塊等大塊重顆粒，都能迅速被吸起，一次掃凈率得到較大提高。而通常掃路車的副發(fā)動(dòng)機(jī)大多選用江鈴JX493系列的柴油機(jī)，根據(jù)其系列的外特性曲線可知，該系列發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速1 800 r/min時(shí)，油耗最低，且綜合考慮油耗、功率、扭距等參數(shù)，均優(yōu)于轉(zhuǎn)速在2 200 r/min時(shí)的指標(biāo)，最大程度地節(jié)約了使用成本。由此可見，該吸嘴的優(yōu)化改進(jìn)，不僅提高了掃凈率，還降低了能耗，其改進(jìn)效果顯著。江鈴JX493系列柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1 800 r/min和2 200 r/min時(shí)的參數(shù)如表2所示。

表2 江鈴JX493系列柴油機(jī)參數(shù)比較

4 結(jié)語

吸嘴結(jié)構(gòu)的改進(jìn)在不增加能耗，不增加制造成本的前提下，提高了吸嘴進(jìn)口處的氣流速度；消除了吸嘴內(nèi)部死角區(qū)，并對(duì)氣流起到導(dǎo)向作用，使氣流能快速地將垃圾物帶至吸筒口；在滿足吸力的條件下，使副發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳節(jié)油狀態(tài)。該吸嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，有效提高了掃路車的吸掃性能，提高了掃凈率，并且降低了用戶的使用成本。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，可適用于吸掃式掃路車各種車型的吸嘴設(shè)計(jì)。