一種洗掃車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張珂，劉洋，張峰，趙新剛，胡銀蘋

（1.陜西通力專用汽車有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 722405；2.陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

前言

洗掃車是近年來出現(xiàn)的一種功能齊全，應(yīng)用范圍廣的道路清掃類環(huán)衛(wèi)車輛。跟據(jù)用戶需要運(yùn)用于城市快速干道、高速公路、廣場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等公共區(qū)域。該車集成了掃路、高壓清洗、噴霧抑塵、灑水等功能，是一款多功能高效道路清洗車。通過本文，旨在說明一種常見的洗掃車上裝結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)部分結(jié)構(gòu)，提供一種改進(jìn)思路，供產(chǎn)品開發(fā)人員探討。

1 洗掃車結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

本文所講洗掃車是在二類底盤基礎(chǔ)上，加裝工程柴油機(jī)動(dòng)力單元、風(fēng)機(jī)、清水箱、垃圾箱、清掃吸盤裝置、高低壓水路、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)等。整車具有高低壓水路沖洗、道路道沿清洗、噴霧抑塵及灑水功能。真正意義上的作業(yè)全能手。產(chǎn)品功能集成度高，控制簡(jiǎn)單、一鍵觸控實(shí)現(xiàn)作業(yè)及作業(yè)監(jiān)視。該車采用電-氣-液多重系統(tǒng)控制，使得該車的科技含量水平整體提升，屬于環(huán)衛(wèi)車領(lǐng)域的高端產(chǎn)品。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 整體上裝形式與垃圾箱結(jié)構(gòu)

由于洗掃車掃路和垃圾清運(yùn)的功能需要，該車型需要一個(gè)復(fù)合型箱體，用于作業(yè)過程中垃圾收集儲(chǔ)運(yùn)，儲(chǔ)水；并在合適的地點(diǎn)利用箱體翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)卸料。由此分析，基本確定了該車型上裝箱體結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成（中舉翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，儲(chǔ)水的腔體結(jié)構(gòu)以及儲(chǔ)集垃圾的內(nèi)箱空間結(jié)構(gòu)）。箱體結(jié)構(gòu)如下圖 2所示。

圖2 多功能洗掃車兩段式上裝形式

不同于市場(chǎng)常見的箱體結(jié)構(gòu)，該車上裝采用整車兩段式結(jié)構(gòu)（即垃圾箱和中部動(dòng)力罩蓋一體式結(jié)構(gòu)）。

根據(jù)車輛掃路吸收路面垃圾的基本作業(yè)原理，在箱體垃圾箱空間再增設(shè)風(fēng)機(jī)（吸風(fēng)）的風(fēng)道，結(jié)合后門開閉機(jī)構(gòu)，形成垃圾箱基本構(gòu)成。如下圖3所示。

圖3 多功能洗掃車瓦楞形箱體結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)采用倒梯形喇叭口形式，底面坡角，斜側(cè)面斜傾角，有利于垃圾傾卸。整體不銹鋼材質(zhì)，保證箱體的防銹要求。箱內(nèi)風(fēng)道口加裝濾網(wǎng)，前端與風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口相接。

1.3 掃盤與吸嘴機(jī)構(gòu)

洗掃車主要作業(yè)形式在于沖洗和吸掃。路面高低壓沖洗作業(yè)的同時(shí)，還需動(dòng)作機(jī)構(gòu)執(zhí)行路面掃洗和垃圾收集。因此，掃盤機(jī)構(gòu)和吸嘴機(jī)構(gòu)，便成了洗掃車典型性結(jié)構(gòu)特征。

在底盤前后橋中間位置，前后布置左右掃盤機(jī)構(gòu)和中置吸嘴機(jī)構(gòu)。工作時(shí)，通過掃盤外擺，掃刷旋轉(zhuǎn)，將車輛經(jīng)過的路面垃圾（泥沙、石子等）集中洗掃到車輛中間部位，通過緊隨其后的吸嘴裝置，在風(fēng)機(jī)的強(qiáng)力吸收下，混合著泥水，經(jīng)吸嘴通道，進(jìn)入垃圾箱內(nèi)，左右掃盤結(jié)構(gòu)如下圖4所示。

圖4 多功能洗掃車掃盤機(jī)構(gòu)

考慮到路面情況的復(fù)雜性，保證掃盤和吸嘴對(duì)路面的實(shí)時(shí)自適應(yīng)，以期達(dá)到預(yù)期的路面潔凈率要求，掃盤提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有彈簧+電推桿結(jié)構(gòu)；確保工作中遇到障礙物時(shí)，彈簧收縮變形規(guī)避障礙物，通過后自行恢復(fù)工作狀態(tài)。吸嘴機(jī)構(gòu)，通過四點(diǎn)彈簧懸掛鏈結(jié)構(gòu)，在起伏路面隨地形浮動(dòng)，避免發(fā)生磕碰。

圖5 多功能洗掃車吸嘴機(jī)構(gòu)

1.4 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)

多功能洗掃車屬于行車作業(yè)類車型，上裝機(jī)構(gòu)的動(dòng)力需求屬于工作常態(tài)。區(qū)別于常規(guī)運(yùn)輸類專用車上裝駐車短時(shí)底盤動(dòng)力需求車型，該車上裝機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立的動(dòng)力系統(tǒng)，可以有效保證上裝作業(yè)動(dòng)力需要，選型時(shí)單獨(dú)考慮副發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速和扭矩輸出即可。無需太多考慮底盤的經(jīng)濟(jì)車速和動(dòng)力可靠性問題。上裝與底盤搭配更加靈活，因此配置副發(fā)動(dòng)力系統(tǒng)屬于市場(chǎng)主要布置形式。當(dāng)然，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，環(huán)保而精簡(jiǎn)的單發(fā)洗掃車也開始逐漸進(jìn)入市場(chǎng)，給洗掃車技術(shù)發(fā)展提供新的方向（本文不做詳細(xì)探討）。

該車采用與底盤同品牌（車輛配套服務(wù)需要）的工程類發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，搭載油泵、高壓柱塞泵和風(fēng)機(jī)等，皮帶輪傳動(dòng)，組成上裝系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)。如下圖6所示。

圖6 多功能洗掃車副發(fā)動(dòng)力系統(tǒng)

1.5 液壓系統(tǒng)及其關(guān)鍵件選型計(jì)算

1.5.1 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)作為整車作業(yè)的核心，其穩(wěn)定可靠性關(guān)系著洗掃車的功能實(shí)現(xiàn)。本車液壓系統(tǒng)采用電磁疊閥，上裝動(dòng)作聯(lián)動(dòng)的同時(shí)，集中布置控制閥塊，通過駕駛室內(nèi)作業(yè)操作屏幕一鍵觸控整車動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)各種預(yù)設(shè)作業(yè)模式。液壓系統(tǒng)原理圖如下圖7所示。

圖7 多功能洗掃車液壓系統(tǒng)原理圖

1.5.2 關(guān)鍵件選型計(jì)算

1.5.2.1 掃盤馬達(dá)、泵選型

已知：

對(duì)標(biāo)同類產(chǎn)品上裝副發(fā)動(dòng)機(jī)。結(jié)合副發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力曲線，綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、比油耗等，選取發(fā)動(dòng)機(jī)最佳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速分別為1500r/min和1700r/min為發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作模式和強(qiáng)力工作模式，以適應(yīng)工作需要。

液壓油泵采用發(fā)動(dòng)機(jī)直接取力模式，獲得最小的功率損失。則對(duì)應(yīng)擬選型液壓油泵工作轉(zhuǎn)速為 1500r/min(標(biāo)準(zhǔn)檔)和1700r/min(增強(qiáng)檔)。

液壓傳動(dòng)效率ηv=0.9。

整車產(chǎn)品性能要求：

掃盤掃路作業(yè)有三種轉(zhuǎn)速需要：

強(qiáng)力工作模式（高速）約100r/min ；

經(jīng)濟(jì)工作模式（中速）約80r/min；

低速工作模式（低速）約60r/min；

左右掃盤可獨(dú)立工作，可同時(shí)工作（馬達(dá)串聯(lián)）；

設(shè)定：

設(shè)定液壓系統(tǒng)額定工作壓力。系統(tǒng)壓力設(shè)定高低各有優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)常用車載液壓系統(tǒng)，選取取額定壓力16Mpa。即有利于縮小液壓系統(tǒng)，又能得到可靠的系統(tǒng)保證。

選某品牌驅(qū)動(dòng)馬達(dá)為左右掃盤驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。排量 V=160ml/r；此排量馬達(dá)為洗掃車常用掃盤馬達(dá)排量設(shè)定。

選型計(jì)算：

掃盤驅(qū)動(dòng)馬達(dá)輸出流量

掃盤驅(qū)動(dòng)馬達(dá)輸入流量

液壓泵實(shí)際輸出流量

液壓泵理論輸出流量

液壓泵排量

液壓泵排量圓整為12.5ml/r。

由洗掃車液壓原理圖可知，掃盤馬達(dá)和油缸并非同時(shí)工作，則掃盤工作時(shí)為油泵流量為極限流量，由此確定液壓泵排量V=12.5ml/r。

如此，則液壓泵理論流量

個(gè)掃盤驅(qū)動(dòng)時(shí)，掃盤轉(zhuǎn)速為

兩個(gè)掃盤同時(shí)工作時(shí)掃盤轉(zhuǎn)速為

選型計(jì)算：

液壓泵最大輸出功率

掃盤轉(zhuǎn)速滿足設(shè)計(jì)要求。

1.5.2.2 液壓油泵取力器轉(zhuǎn)矩和功率

已知：

副發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵向系統(tǒng)供油。

液壓油泵排量V=12.5ml/r，

轉(zhuǎn)速n=1700r/min，

系統(tǒng)工作壓力p=16Mpa；

壓泵最大輸入功率

液壓泵輸入轉(zhuǎn)矩

則，發(fā)動(dòng)機(jī)取力器

最小輸出轉(zhuǎn)矩T=37.5N·M

最小輸出功率P=6.7KW

由此可繼續(xù)結(jié)合風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)載設(shè)備，校核副發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩，本篇不做贅述。

2 風(fēng)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1 新型后風(fēng)道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

洗掃車在作業(yè)時(shí)，風(fēng)機(jī)透過垃圾箱風(fēng)道，在垃圾箱內(nèi)形成負(fù)壓，通過吸嘴將地面的垃圾水混物吸入箱內(nèi)。風(fēng)道是必不可少的一環(huán)。

市場(chǎng)上現(xiàn)有車輛風(fēng)機(jī)后通道多為箱內(nèi)濾網(wǎng)，在垃圾箱中擋板上部設(shè)計(jì)框架濾網(wǎng)，和風(fēng)機(jī)相連，形成通道。此種結(jié)構(gòu)，在車輛實(shí)際使用過程中占用箱內(nèi)空間；車輛垃圾箱液位浮子設(shè)置低，浪費(fèi)垃圾箱內(nèi)空間；在急剎、上下坡時(shí)，箱內(nèi)污水存在前沖溢入風(fēng)道可能；

圖8 洗掃車?yán)浜箫L(fēng)道優(yōu)化結(jié)構(gòu)

針對(duì)以上問題，筆者改進(jìn)風(fēng)道結(jié)構(gòu)，從垃圾箱頂部外側(cè)設(shè)計(jì)風(fēng)道，既解決了箱內(nèi)空間占用的問題，又規(guī)避了特殊路況下，箱內(nèi)液體溢出情況。液位設(shè)置可以最大限度的利用箱內(nèi)空間，提高車輛單趟作業(yè)效率。優(yōu)化后的風(fēng)道結(jié)構(gòu)。如下圖8所示。

3 結(jié)語

在專用汽車領(lǐng)域，為適應(yīng)多種應(yīng)用需求，各種形式多樣的特種作業(yè)車型，不斷被設(shè)計(jì)出來并快速投入市場(chǎng)，替代人們完成一些簡(jiǎn)單、重復(fù)的工作。多功能洗掃車作為環(huán)衛(wèi)車中典型應(yīng)用的代表，已經(jīng)開始全面服務(wù)于城市清潔、建設(shè)等管理工作，并緊跟時(shí)代步伐，開始向綠色新能源，環(huán)保，高效等方向發(fā)展。

本文提供一種現(xiàn)有技術(shù)類洗掃車設(shè)計(jì)，并對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)提出一些優(yōu)化改進(jìn)思路，僅為相關(guān)技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)工作提供一些交流和探討。