道路保潔機保潔性能試驗研究*

黃興華，宋進宇，張　　棟

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江　　哈爾濱　150030；2.上海電機學(xué)院，上海　201306）

·設(shè)計與探討·

道路保潔機保潔性能試驗研究*

黃興華1，2，宋進宇1，張棟2

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030；2.上海電機學(xué)院，上海201306）

利用道路保潔機和設(shè)計的道路模擬實驗臺進行了2次單因素試驗，探索盤刷和滾刷的交互作用，并進行了道路保潔模式清掃效果的驗證。結(jié)果表明，在保潔速度恒定時，增大盤刷轉(zhuǎn)速和滾刷轉(zhuǎn)速可以保證保潔機擁有較高的保潔率。道路保潔機具有布局新穎，結(jié)構(gòu)簡單、保潔率較高、成本及功耗低、安全性好的特點。

清掃機；保潔機；盤刷；滾刷

1　　試驗設(shè)備

1.1試驗設(shè)備儀器

圖1　　道路保潔機結(jié)構(gòu)示意

試驗采用保潔機（如圖1所示）、道路保潔模擬試驗臺、試驗儀（器）若干臺。機向前運動，遇到垃圾時，通過右邊刷和左邊刷的向內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動，將垃圾聚攏到保潔機中間部位，通過滾筒的旋轉(zhuǎn)運動帶動滾刷，將垃圾直接掃入垃圾箱中。道路保潔機針對的是零散道路垃圾，設(shè)計簡單、實用，垃圾箱便于拆卸，對一定區(qū)域內(nèi)的保潔作業(yè)，是一種十分有效的作業(yè)機具。

1.2小型道路保潔機的工作原理

道路保潔機（圖2）主要由保潔部件、傳動部件、底盤、行走等部件構(gòu)成，主要參數(shù)如表1所示。其中保潔部件是道路保潔機的核心部件，保潔部件要適應(yīng)保潔率高、安全可靠、功耗低、二次污染小的要求。如圖3所示，作業(yè)過程中，道路保潔

圖2 道路保潔機三維建模

表1 道路保潔機主要參數(shù)

圖3 保潔裝置示意

2　　保潔機運動參數(shù)與保潔率的關(guān)系

2.1車速和盤刷轉(zhuǎn)速與保潔率的關(guān)系

盤刷接地點速度關(guān)系如圖4所示。

圖4　　盤刷接地點速度關(guān)系

圖5　　滾筒刷轉(zhuǎn)速計算模型

由圖4可知［1］：

式中：v0為保潔機行駛速度，km/h；v為盤刷掃絲接地點相對于路面的絕對速度，km/h；ω為盤刷轉(zhuǎn)速，rad/s；r為盤刷半徑，mm；φ為盤刷接地區(qū)域?qū)ΨQ中心線與保潔機行駛方向的夾角（°）；θ為保潔機行駛速度和盤刷掃絲接地點相對于路面的絕對速度的夾角（°）。

由公式（1）公式（2）可知，θ越大，越有利于對垃圾的收集，即提高道路保潔機的行駛速度不利于盤刷對垃圾的收集；而提高盤刷的轉(zhuǎn)速則有利于盤刷對垃圾的收集。

為提高道路保潔機的保潔率，必須找到盤刷轉(zhuǎn)速和保潔機行駛速度的匹配關(guān)系，并使兩者之間達到最優(yōu)的組合。

2.2車速和滾刷轉(zhuǎn)速與保潔率的關(guān)系

道路保潔機對垃圾的保潔過程中，其滾刷主要是將盤刷聚攏到保潔機中間的垃圾直接納入垃圾箱中。保潔機作業(yè)中，滾筒帶動滾刷掃絲旋轉(zhuǎn)，通過滾刷刷毛的變形和回彈將垃圾彈射飛射到垃圾箱中。因此，滾刷的保潔作業(yè)過程即是刷毛的變形和回彈工作過程，其計算簡化模型如圖5所示。設(shè)垃圾M質(zhì)量為m，垃圾在A處脫離刷毛時的絕對速度為VC，在水平方向上和豎直方向的分量大小分別為VCcos（β/2）和VCsin（β/2）。假如垃圾需要被納到高度為h的B處，則滾刷轉(zhuǎn)速為［2］。

式中：β為滾刷接地角（°）；n為滾刷轉(zhuǎn)速r/min；R為滾刷半徑，mm。

在保潔機滾刷半徑和滾刷接地角不變的條件下，由公式（3）可知，為提高垃圾被拋射的高度需要提高滾刷轉(zhuǎn)速。

要將垃圾拋射到垃圾箱內(nèi)，必須使垃圾水平方向的速度分量大于保潔機行駛速度，即VCcos（β/2）＞v0。另外，滾刷轉(zhuǎn)速越小，滾刷的磨損量就越小而滾刷轉(zhuǎn)速過小又不利于垃圾的清掃。由此可見滾刷轉(zhuǎn)速和行駛速度直接影響保潔機的保潔率。

3　　道路保潔機保潔性能試驗

3.1試驗材料

保潔性能試驗于2015年9月在上海電機學(xué)院利用樣機（圖6）在道路模擬試驗臺（圖7）上進行，混合垃圾為石子、樹葉、細沙等。試驗?zāi)康氖峭ㄟ^試驗獲得盤刷轉(zhuǎn)速與車速的最優(yōu)組合因素水平，使兩者之間達到最優(yōu)的組合；獲得滾刷轉(zhuǎn)速與車速的最優(yōu)組合因素水平，使兩者之間達到最優(yōu)的組合。

圖6　　道路保潔機樣機

圖7　　道路保潔機械道路模擬實驗臺

3.2試驗因素及試驗指標(biāo)

保潔性能試驗選擇保潔機行駛速度、保潔盤刷轉(zhuǎn)速、滾刷的轉(zhuǎn)速為試驗因素；指標(biāo)選擇保潔率。

保潔率指試驗結(jié)束后垃圾箱收集的垃圾的質(zhì)量與試驗所用垃圾的總質(zhì)量的百分比。

式中：η為保潔率，%；w1為試驗結(jié)束后垃圾箱內(nèi)的垃圾質(zhì)量，kg；w為試驗所用垃圾總質(zhì)量，kg。

3.3試驗方法

試驗采用單因素試驗方法。在滾刷轉(zhuǎn)速一定時，選擇不同的車速和不同盤刷的轉(zhuǎn)速進行全試驗方案保潔性能的單因素試驗，試驗因素水平如表2所示；在盤刷的轉(zhuǎn)速一定時，選擇不同的車速和不同滾刷的轉(zhuǎn)速進行全試驗方案的保潔性能單因素試驗，試驗因素水平如表3所示。試驗因素每個水平重復(fù)測試后取平均值。試驗指標(biāo)保潔率由公式（4）計算確定。

表2　　不同盤刷轉(zhuǎn)速、行駛速度下試驗因素水平和結(jié)果

3.4結(jié)果與分析

3.4.1車速和盤刷轉(zhuǎn)速對保潔率的影響

保潔機滾刷轉(zhuǎn)速恒定時，不同盤刷轉(zhuǎn)速、不同車速作業(yè)時，保潔率的試驗結(jié)果見表2。同一車速、不同盤刷轉(zhuǎn)速情況下，道路保潔機的保潔率隨著盤刷轉(zhuǎn)速的增大呈增大趨勢；在不同車速、相同盤刷轉(zhuǎn)速的情況下，道路保潔機的保潔率隨車速減小呈增高的趨勢。

極差分析表明，因素影響的主次順序是盤刷轉(zhuǎn)速A大于行走速度B；方差分析表明，盤刷轉(zhuǎn)速A和保潔機的行走速度B對保潔機保潔率的影響都很顯著（pA＜0.01，pB＜0.06）。

保潔率與盤刷轉(zhuǎn)速和行駛速度的回歸方程為y=66.86+0.27x1-1.04x2，回歸模型顯著（p＜0.01）。

3.4.2車速和滾刷轉(zhuǎn)速對保潔率的影響

保潔機盤刷的轉(zhuǎn)速恒定。不同滾刷轉(zhuǎn)速、不同車速情況下保潔率的試驗結(jié)果見表3。同一車速、不同滾刷轉(zhuǎn)速情況下，道路保潔機的保潔率隨滾刷轉(zhuǎn)速的增大而呈增大的趨勢；不同車速、相同滾刷轉(zhuǎn)速情況下，道路保潔機的保潔率隨車速減小呈增大的趨勢。

因素影響的主次順序是滾刷轉(zhuǎn)速A＞行走速度B。方差分析表明，滾刷轉(zhuǎn)速A和保潔機的行走速度 B對保潔車保潔率的影響都顯著 （pA＜0.01，pB＜0.11）。保潔率與滾刷轉(zhuǎn)速和行駛速度的回歸方程為y=68.79+0.22x1-1.23x2，回歸模型顯著（p＜0.01）。

4　　結(jié)論

1）在保潔機保潔速度恒定時，增大盤刷轉(zhuǎn)速和滾刷轉(zhuǎn)速依然可保證保潔機的保潔率在90%以上。

2）道路保潔機，具有保潔率較高、成本及功耗低、安全性好的特點，應(yīng)用前景良好。

表3　　不同滾刷轉(zhuǎn)速、行駛速度下試驗因素水平和結(jié)果

［1］ 楊淑華，李林，郝建軍.清掃機盤刷的清掃性能分析及試驗研究［J］.農(nóng)機化研究，2010（9）：187-189，193.

［2］ 簡潔，張鐵山.電動清掃車清掃作業(yè)裝置的設(shè)計與研究［J］.專用汽車，2012（7）：85-87.

Experimental Study on Cleaning Performance of Road Cleaning Vehicle

Huang Xinghua1，2，Song Jinyu1，Zhang Dong2
（1.Institute of Engineering，Northeast Agricultural University，HarbinHeilongjiang150030；2.Shanghai Dianji University，Shanghai201306）

Through the two single-factor tests，this paper explored the interaction between the disc brush and the rolling brush，and verified the cleaning effect ofroad cleaning mode.Resultsshowed that when the cleaning speed wasconstant，increasing disc brush speed and rolling brush speed could ensure that the cleaning machine has a high cleaning rate.The characteristicsof cleaning vehicleshad layout innovation，simple structure，high cleaning rate，low cost and power consumption，and good security.

cleaning machine；cleaning vehicles；disc brush；rolling brush

U469.6+91

A

1005-8206（2016）01-0044-03

黃興華（1962—），高級工程師，工學(xué)碩士，農(nóng)機化專業(yè)，研究方向為環(huán)境裝備。

上海市科委科技攻關(guān)項目（12231202502）

2015-12-24