環(huán)衛(wèi)掃路車(chē)噴水系統(tǒng)的智能控制方案設(shè)計(jì)

段廣云

摘要：環(huán)衛(wèi)掃路車(chē)在北方使用時(shí)，二次揚(yáng)塵現(xiàn)象嚴(yán)重，現(xiàn)今多使用噴水降塵技術(shù)處理這一問(wèn)題。由于不同路段粉塵量不同，存在灑水少揚(yáng)塵嚴(yán)重、灑水多泥土粘成塊不易清掃的問(wèn)題。針對(duì)濕式吸掃式掃路車(chē)存在的二次揚(yáng)塵問(wèn)題，提出了一種粉塵傳感器和單片機(jī)相結(jié)合來(lái)解決掃路車(chē)二次揚(yáng)塵的控制方案。該方案采用兩路粉塵傳感器分別檢測(cè)掃刷周?chē)凸娘L(fēng)機(jī)口的粉塵含量，噴頭設(shè)計(jì)采用三級(jí)細(xì)分噴水系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)了環(huán)衛(wèi)掃路車(chē)噴水系統(tǒng)的智能控制方案設(shè)計(jì)。該方案不僅簡(jiǎn)單可行，而且便于安裝，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 掃路車(chē)； 二次揚(yáng)塵； 粉塵傳感器； 灑水系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004?373X（2013）02?0147?03

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程的加快和“五縱七橫”為主骨架的公路網(wǎng)的相繼完成，城市道路和公路的清掃、保潔面積不斷擴(kuò)大，清掃保潔任務(wù)日趨繁重。以機(jī)械化清掃替代傳統(tǒng)的人工清掃是必然趨勢(shì)，因此，環(huán)衛(wèi)清掃車(chē)具有很好的市場(chǎng)前景。環(huán)衛(wèi)掃路車(chē)是指用于清除、收集并運(yùn)送路面垃圾塵土等污物的環(huán)衛(wèi)機(jī)械。目前市場(chǎng)上的許多清掃車(chē)大都存在著清掃率偏低、作業(yè)時(shí)間較短和二次揚(yáng)塵污染嚴(yán)重等問(wèn)題。要徹底解決這些相互關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，就必須根據(jù)地面垃圾種類(lèi)和粉塵濃度調(diào)整掃刷的接地壓力、工作轉(zhuǎn)速和噴水流量之間的關(guān)系以及其他相應(yīng)的措施，但顯而易見(jiàn)這比較困難。即使目前市面上的吸掃式掃路車(chē)，在粉塵多時(shí)，二次揚(yáng)塵大多依然嚴(yán)重，難以根本上消除，特別是在北方風(fēng)沙較大的地區(qū)，這種現(xiàn)象更為突出。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上二次揚(yáng)塵根除技術(shù)的空白，進(jìn)行此關(guān)鍵技術(shù)的研究是非常迫切的[1]。

1 掃路車(chē)分類(lèi)及存在的問(wèn)題

1.1 分類(lèi)

1.1.1 按工作原理分

（1）純掃式掃路車(chē)。純掃式掃路車(chē)上不安裝風(fēng)機(jī)，其清掃作業(yè)是通過(guò)邊掃將路邊的垃圾掃到掃路車(chē)下，再通過(guò)滾掃或滾掃+拋料機(jī)構(gòu)將垃圾掃人垃圾箱。早在20世紀(jì)80年代初期我國(guó)就開(kāi)發(fā)了純掃式掃路車(chē)，并在一些大城市的環(huán)衛(wèi)部門(mén)使用，后來(lái)，隨著吸掃式掃路車(chē)的開(kāi)發(fā)和發(fā)展，純掃式掃路車(chē)逐漸地被吸掃式掃路車(chē)所取代。純掃式掃路車(chē)只是通過(guò)機(jī)械清掃將垃圾掃（拋）人垃圾箱，所以無(wú)需進(jìn)行濕式除塵或干式除塵。為了使清掃作業(yè)時(shí)掃路車(chē)不揚(yáng)灰，純掃式掃路車(chē)的立掃處一般都設(shè)有噴水噴頭。

（2）吸掃式掃路車(chē)。吸掃式掃路車(chē)是世界上使用最普遍，品種最多的掃路車(chē)。吸掃式掃路車(chē)不僅有干式和濕式，而且各種結(jié)構(gòu)型式都有。自二十世紀(jì)八十年代末，建設(shè)部長(zhǎng)沙建設(shè)機(jī)械研究院開(kāi)發(fā)出我國(guó)第一臺(tái)吸掃式掃路車(chē)以來(lái)，吸掃式掃路車(chē)在我國(guó)發(fā)展迅速。目前我國(guó)生產(chǎn)和使用的掃路車(chē)大多屬于吸掃式掃路車(chē)。吸掃式掃路車(chē)不僅帶有立掃等清掃裝置以增加清掃寬度，而且還帶有風(fēng)機(jī)。清掃裝置將路邊的垃圾掃至吸嘴下，然后風(fēng)機(jī)通過(guò)風(fēng)道將吸嘴下的垃圾吸入垃圾箱中。

1.1.2 按除塵方式分

（1）干式掃路車(chē)。干式掃路車(chē)采用干式除塵方式，也就是掃路車(chē)在進(jìn)行清掃作業(yè)時(shí)除塵過(guò)程中不噴水，因此，干式掃路車(chē)在垃圾箱或風(fēng)道中必須設(shè)置過(guò)濾器。干式掃路車(chē)清掃作業(yè)時(shí)，從吸口處吸入的比重較大的垃圾在進(jìn)入垃圾箱時(shí)，由于垃圾箱中風(fēng)速急劇下降麗引起自然沉降，而吸入的輕比重的細(xì)小灰塵在隨氣流一道經(jīng)過(guò)過(guò)濾器時(shí)，被過(guò)濾器截留下來(lái)。根據(jù)掃路車(chē)的過(guò)濾器型式的不同，有些干式掃路車(chē)可對(duì)立掃采用噴水壓塵，而有些干式掃路車(chē)為防止過(guò)濾器堵塞則不能采用噴水壓塵。由于干式掃路車(chē)除塵時(shí)不使用水，不存在由于環(huán)境溫度太低而引起清掃用水結(jié)冰的現(xiàn)象，所以干式掃路車(chē)特別適合于缺水地區(qū)或寒冷期較長(zhǎng)的地區(qū)使用。

（2）濕式掃路車(chē)。濕式掃路車(chē)采用濕式除塵方式，即掃路車(chē)在清掃作業(yè)過(guò)程中，除在立掃處采用噴水壓塵外，在吸嘴和吸管處采用噴水除塵。立掃處噴水壓塵的目的是使掃路車(chē)在清掃作業(yè)時(shí)立掃處不冒灰，在吸嘴和吸管處噴水除塵，目的是使通過(guò)吸嘴吸人的細(xì)小灰塵在水霧中濕潤(rùn)、聚結(jié)成更大體積的顆粒，以便在垃圾箱中沉降。由于濕式掃路車(chē)清掃的灰塵通過(guò)噴水聚結(jié)后無(wú)須采用其他措施便能在垃圾箱中自然沉降，所以其風(fēng)道結(jié)構(gòu)便相對(duì)簡(jiǎn)單，也無(wú)須采用灰塵過(guò)濾器[2]。

1.2 掃路車(chē)目前存在的問(wèn)題

無(wú)論哪種類(lèi)型的掃路車(chē)都存在著一個(gè)突出的缺點(diǎn)：二次揚(yáng)塵問(wèn)題很難解決。由于吸掃式濕式除塵清掃車(chē)使用最普遍，品種最多，因此，解決此類(lèi)掃路車(chē)的二次揚(yáng)塵問(wèn)題具有更重要的意義。吸掃式道路清掃車(chē)在作業(yè)時(shí)，由于掃頭接觸路面，在清掃塵土的同時(shí)，將塵土揚(yáng)起，污染環(huán)境。這是制約道路清掃車(chē)技術(shù)革新的世界性難題。要徹底解決這個(gè)問(wèn)題，就必須明確地面垃圾種類(lèi)和粉塵的濃度，了解工作轉(zhuǎn)速和噴水流量之間的關(guān)系，以及采取其他相應(yīng)的措施，但顯而易見(jiàn)這比較困難。即使目前市面上的吸掃式掃路車(chē)，在粉塵多時(shí)，二次揚(yáng)塵大多依然嚴(yán)重，難以根本上消除，特別是在北方風(fēng)沙較大的地區(qū)，這種現(xiàn)象更為突出。

掃路車(chē)造成二次揚(yáng)塵的原因，一方面可能是工人在作業(yè)時(shí)操作不規(guī)范所致；另一方面，也存在技術(shù)上的缺陷。目前，為了解決這個(gè)問(wèn)題， 有些廠家在掃路車(chē)上安裝了控制二次揚(yáng)塵的裝置。比如加裝噴水器，在掃頭高速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)噴霧壓塵，效果雖然不錯(cuò)，但是還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)噴水的自動(dòng)控制，即根據(jù)所清掃地面的粉塵濃度，自動(dòng)調(diào)節(jié)噴水量的多少，從而解決吸掃式清掃車(chē)的二次揚(yáng)塵問(wèn)題[3]。

2 噴水系統(tǒng)智能方案的提出

2.1 三級(jí)細(xì)分噴水控制模塊設(shè)計(jì)

濕式吸掃式掃路車(chē)由于在使用掃刷進(jìn)行清掃的同時(shí)，也會(huì)使用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行灰塵的吸入，因此，這兩個(gè)部分最易產(chǎn)生較大的二次揚(yáng)塵，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)噴水系統(tǒng)時(shí)，在這兩個(gè)部位都安裝粉塵傳感器進(jìn)行粉塵含量的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)根據(jù)處理結(jié)果來(lái)控制噴頭的噴水量。掃路車(chē)噴水系統(tǒng)的噴頭設(shè)計(jì)采用三級(jí)細(xì)分噴水，利用三個(gè)繼電器分別控制兩個(gè)噴頭，其噴頭放置如圖1（掃刷部分噴頭放置示意圖，圓柱體表示噴頭）、圖2（鼓風(fēng)機(jī)部分噴頭放置示意圖）所示，其中1和4為第一組噴頭、2和5為第二組噴頭、3和6為第三組噴頭。當(dāng)粉塵含量較少時(shí)，只打開(kāi)第一組噴頭，當(dāng)粉塵含量較多時(shí)，打開(kāi)第一組和第二組噴頭，當(dāng)粉塵含量最大時(shí)，把三組噴頭全部打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)粉塵的智能控制。

3 智能?chē)娝刂葡到y(tǒng)的主要內(nèi)容

3.1 粉塵含量檢測(cè)傳感器的設(shè)計(jì)與安裝

為了提高掃路車(chē)的清掃效率，減少二次揚(yáng)塵的產(chǎn)生，掃路車(chē)必須能根據(jù)地面垃圾種類(lèi)和粉塵濃度調(diào)整掃刷的接地壓力、工作轉(zhuǎn)速和噴水流量之間的關(guān)系，以及其他相應(yīng)的措施。從而實(shí)現(xiàn)掃路車(chē)工作時(shí)的智能控制。鑒于大氣粉塵的多樣性，系統(tǒng)提出一種有效識(shí)別和測(cè)量各類(lèi)大氣粉塵含量的方法，設(shè)計(jì)出粉塵含量檢測(cè)傳感器裝置，為掃路車(chē)除塵系統(tǒng)提供準(zhǔn)確和有效的反饋信息。由于掃路車(chē)除塵系統(tǒng)空間的限制，設(shè)計(jì)傳感器時(shí)，必須考慮其安裝問(wèn)題。為了滿(mǎn)足粉塵含量的準(zhǔn)確、快速檢測(cè)要求，必須設(shè)計(jì)出高響應(yīng)速度、體積小的新型傳感器。

3.2 垃圾清掃車(chē)的智能控制技術(shù)研究

為使垃圾傾卸容易并減小二次揚(yáng)塵產(chǎn)生，系統(tǒng)擬開(kāi)法出一套粉塵含量的智能檢測(cè)系統(tǒng)，即掃路車(chē)能根據(jù)粉塵含量的高低自動(dòng)調(diào)節(jié)噴水量，使灰塵分離時(shí)既不產(chǎn)生揚(yáng)塵又不易粘結(jié)在風(fēng)道內(nèi)。提出掃路車(chē)除塵系統(tǒng)的控制方案，建立掃路車(chē)水量選擇的數(shù)學(xué)模型，對(duì)影響除塵效果的噴水量與風(fēng)量的關(guān)系和垃圾箱容積以及灰塵過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)和型式的進(jìn)行研究。設(shè)計(jì)出以單片機(jī)為核心的掃路車(chē)智能檢測(cè)系統(tǒng)，大大提高掃路車(chē)的清掃效率，減小風(fēng)道堵塞，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)壽命，基本消除二次揚(yáng)塵的產(chǎn)生。

3.3 智能?chē)娝到y(tǒng)的水量控制

目前掃路車(chē)的除塵系統(tǒng)仍大量采用濕式除塵，其中又可分為噴水除塵和循環(huán)水除塵；即便是城市街道的清掃，當(dāng)粉塵量較大時(shí)，過(guò)多的灑水量也會(huì)使粉塵遇水結(jié)泥，清掃和傾卸困難。掃路車(chē)粉塵含量智能檢測(cè)與控制系統(tǒng)能根據(jù)粉塵含量的多少精確控制噴水量，而噴水量的多少直接影響到粉塵的分離成度和二次揚(yáng)塵的產(chǎn)生。因此設(shè)計(jì)時(shí)要不斷調(diào)節(jié)水與粉塵的混合比，意圖找出兩者的最佳混合比例，使兩者混合后滿(mǎn)足既能徹底分離灰塵又不易粘結(jié)的雙重要求[4]。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)濕式吸掃式掃路車(chē)存在的二次揚(yáng)塵問(wèn)題，系統(tǒng)提出了一種根據(jù)不同路段粉塵含量的多少，采用計(jì)算機(jī)控制的三級(jí)細(xì)分噴水系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴水的噴水系統(tǒng)智能控制方案，不僅能夠解決以前濕式掃路車(chē)存在灑水少揚(yáng)塵嚴(yán)重、灑水多泥土粘成塊不易清掃的問(wèn)題，而且能有效解決掃路車(chē)的二次揚(yáng)塵問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐寧，吳三達(dá).國(guó)內(nèi)吸掃式掃路車(chē)技術(shù)發(fā)展綜述[J].專(zhuān)用汽車(chē)，2006（6）：44?45.

[2] 謝為賢.環(huán)衛(wèi)車(chē)輛裝備技術(shù)現(xiàn)狀分析與發(fā)展方向初探[J].商用汽車(chē)，2006（2）：78?79.

[3] 顧久軍.干濕兩用掃路車(chē)的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)介[J].專(zhuān)用汽車(chē)，2003（4）：34?35.

[4] 朱定華，戴汝平.單片微機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：北京交通大學(xué)出版社，2003.

[5] 蔣正金.基于單片機(jī)的無(wú)線溫/濕度采集與控制系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（17）：126?129.

[6] 萬(wàn)世杰，謝擴(kuò)軍，江金濃，等.基于單片機(jī)的油罐車(chē)工況監(jiān)測(cè)儀[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（18）：133?135.