小型路面掃路機(jī)的研發(fā)

董鑫 李寧 李雪

摘要：本文研究了小型路面掃路機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)完成掃路機(jī)清掃作業(yè)和行走功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)行走驅(qū)動(dòng)、風(fēng)機(jī)裝置驅(qū)動(dòng)和清掃作業(yè)裝置驅(qū)動(dòng)功率的合理匹配，設(shè)備工作具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：掃路機(jī)；研發(fā)

小型路面掃路機(jī)是用于道路清掃的小型專用機(jī)械設(shè)備，可清掃路面上的塵土和常見垃圾，具有噴水、清掃、吸入垃圾和自動(dòng)卸料等功能。該設(shè)備的工作裝置與行走部分共用一臺(tái)柴油內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，通過電控全液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，高效地利用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力來滿足行駛、清掃作業(yè)等不同工況的需要，具有耗油低、噪音小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。其工作裝置用全液壓驅(qū)動(dòng)，工作可靠，使用壽命長。同時(shí)結(jié)合電氣控制技術(shù)，把電、液、機(jī)充分合理融為一體，操作輕便，動(dòng)作靈活、工作平穩(wěn)、變速方便。

1 掃路機(jī)工作原理分析

掃路機(jī)采用真空吸掃式工作原理，它的吸口與風(fēng)機(jī)入口相連，當(dāng)風(fēng)機(jī)被內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)工作時(shí)，掃路機(jī)吸口附近會(huì)形成負(fù)壓區(qū)，大量垃圾被吸入吸嘴，然后通過管道被送到垃圾斗，最后在垃圾斗內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣固分離，垃圾落入箱底，空氣排出。

2 掃路機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

掃路機(jī)由行走底盤、清掃系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、循環(huán)噴淋系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五部分組成。

2.1 底盤

掃路機(jī)選用專用底盤， 結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。配有日本原裝生產(chǎn)的久保田工程機(jī)械專用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，使用耐久性特別好，排放達(dá)到歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 清掃工作系統(tǒng)

清掃系統(tǒng)由掃盤、吸盤、風(fēng)機(jī)、垃圾斗、循環(huán)水箱等組成。

（1）掃盤。本機(jī)有二個(gè)掃盤，安裝在機(jī)身前部，左右對(duì)稱。在放下時(shí)可以分別外伸，外伸量可以根據(jù)需要調(diào)整。遇障礙物時(shí)可向內(nèi)避讓。伸展開的一對(duì)掃盤形成扇形，以取得最大清掃幅度，在行進(jìn)中把垃圾雜物掃攏到中間，由吸盤吸入垃圾斗。掃盤旋轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，掃盤的支撐液壓裝置具備定壓自動(dòng)功能，掃盤絲對(duì)地壓力可以在駕駛室內(nèi)調(diào)節(jié)，不管地面高低不平或掃盤絲因磨損變短，接地壓力都可以自動(dòng)保持不變。左右掃盤由液壓油缸支撐起，另外由橫向油缸固定向外的擺幅。調(diào)整支撐的油缸內(nèi)部壓力，可以改變掃盤掃絲對(duì)地的壓力。油缸壓力固定，不隨掃盤抬起高度改變時(shí)，掃盤掃絲對(duì)地的壓力也就不隨路面高低而變動(dòng)。在駕駛室內(nèi)可以方便地調(diào)節(jié)油缸液壓壓力，并自動(dòng)保持這個(gè)壓力不變，這樣掃絲對(duì)地的壓力也就保持不變。掃盤上有二個(gè)調(diào)整點(diǎn)，可以分別調(diào)整前后左右傾斜。調(diào)整液壓壓力，使掃盤接地壓力適當(dāng)，接地太輕則清掃不干潔，太重則掃條磨損太快，使用成本提高。因此，調(diào)整好的掃盤角度不需要經(jīng)常變動(dòng)，但是，隨掃條的磨損，接地高度需要經(jīng)常檢查調(diào)整，以保證清掃效果。

（2）吸盤。吸盤由一根可伸縮的膠管和垃圾斗相連，吸盤特殊的喉管形狀能在吸口附近形成強(qiáng)大的高速氣流，把掃攏的垃圾雜物吸入垃圾斗。三個(gè)支撐滑輪具備耐用性和一定的耐沖擊能力，接地高度可以調(diào)整以滿足不同的道路條件。

（3）風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，以形成一個(gè)強(qiáng)力負(fù)壓，根據(jù)先進(jìn)理論計(jì)算設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)緊湊、噪音小、效率高。結(jié)合整體設(shè)計(jì)的吸口、垃圾斗形成的負(fù)壓大，能產(chǎn)生強(qiáng)大的高速吸塵氣流，以滿足在嚴(yán)酷工作環(huán)境下清掃作業(yè)的要求。風(fēng)機(jī)是清掃作業(yè)的核心機(jī)構(gòu)，經(jīng)過專門設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)保證了強(qiáng)力負(fù)壓的產(chǎn)生。在正常工作時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2200～2800rpm， 產(chǎn)生的負(fù)壓在250mm 水柱以上。

（4）垃圾斗。垃圾斗采用普通鋼，經(jīng)過防腐處理，能抵抗清掃工作中風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)大負(fù)壓。下部設(shè)計(jì)是一個(gè)斜面，既方便傾倒垃圾又使吸入垃圾斗的水分不易泄漏出來。垃圾斗口周圍有密封面和密封橡膠圈，清潔這部分能保證吸塵真空度，保持高吸塵力，還能延緩橡膠密封圈的老化。

（5）循環(huán)水箱。循環(huán)水箱在整機(jī)中下部，由回流孔和垃圾斗相通。箱內(nèi)裝有水泵，向吸盤喉處泵水，水與吸入的垃圾混合，在垃圾斗內(nèi)沉降；水經(jīng)過濾網(wǎng)過濾自行流回水箱，能夠循環(huán)使用。循環(huán)水、清水在清掃作業(yè)中起到除塵的重要作用，循環(huán)水箱如果沒有水，掃路機(jī)清掃時(shí)就要噴出大量塵土污染環(huán)境。循環(huán)水箱、清水箱加水口在車輛前進(jìn)方向右側(cè)，帶有消防接口的注水口可以和市政消防栓相連。在加水滿箱時(shí)要及時(shí)關(guān)閉龍頭，否則巨大水壓可能損壞水箱。水箱設(shè)有最低水位報(bào)警器，水量低于此水平時(shí)就會(huì)報(bào)警，此時(shí)須往清水箱中重新加水。

2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)

掃路機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，由組合泵、馬達(dá)、油缸、電磁閥等組成， 采用電液控制，行走驅(qū)動(dòng)為閉式回路，其他為開式回路。

（1）組合泵。液壓系統(tǒng)使用的油泵是由四個(gè)泵串聯(lián)組合而成的，由連軸器連接在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸上。一個(gè)斜盤式軸向柱塞變量泵提供行走驅(qū)動(dòng)用動(dòng)力，改變它的排量，能使整車在0～25 公里時(shí)速上無級(jí)變速行駛。該泵串聯(lián)了三個(gè)定量齒輪泵，一個(gè)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)馬達(dá)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)清掃裝置，另一個(gè)提供轉(zhuǎn)向助力。

（2）馬達(dá)。安裝在后軸座上的行走驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和后輪直接連接， 二個(gè)掃盤驅(qū)動(dòng)馬達(dá)采用擺線低速大扭矩馬達(dá)，風(fēng)機(jī)馬達(dá)采用高速齒輪馬達(dá)。

（3）冷卻系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)產(chǎn)生大量熱量，傳統(tǒng)上靠大油箱自然冷卻。在炎熱的季節(jié)，很容易產(chǎn)生過熱而使整個(gè)液壓系統(tǒng)失效的問題。有的進(jìn)口產(chǎn)品用專門的冷卻系統(tǒng)，效果好，但構(gòu)造復(fù)雜。本車使用獨(dú)創(chuàng)的風(fēng)機(jī)排風(fēng)強(qiáng)制冷卻，利用風(fēng)機(jī)的排風(fēng)直吹冷卻器，既有效冷卻了系統(tǒng)，又不另外增加能量消耗。結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單。

2.4 循環(huán)噴淋系統(tǒng)

循環(huán)噴淋系統(tǒng)是為了防止掃路過程中出現(xiàn)的揚(yáng)塵現(xiàn)象，減少對(duì)環(huán)境的污染而設(shè)計(jì)的。由水箱、循環(huán)水泵、噴嘴等組成。車身中部有一個(gè)容積分別為330 立升和150 立升的水箱各自裝有清水。在清掃作業(yè)時(shí)，大箱中的水由一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)水泵向吸盤軟管入口處噴射，把吸入的垃圾弄濕，沉降在垃圾斗中，避免垃圾塵土隨風(fēng)機(jī)排出的氣流噴出車外污染環(huán)境。垃圾斗前部和兩側(cè)都有不銹鋼濾網(wǎng)，吸入垃圾斗的水經(jīng)過濾網(wǎng)流回水箱， 實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)。小水箱內(nèi)的水，經(jīng)一水泵驅(qū)動(dòng)，在掃盤周圍的噴嘴處形成水霧，不致使掃刷揚(yáng)起太大的灰塵。水霧噴射量可以調(diào)節(jié)，適當(dāng)控制可以保證既不揚(yáng)灰，又能延長工作時(shí)間。由于循環(huán)水流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通掃路車使用的非循環(huán)水，使降塵效果得到加強(qiáng)。

3 結(jié)論

如何在小型掃路機(jī)底盤上取力，實(shí)現(xiàn)對(duì)行走驅(qū)動(dòng)、風(fēng)機(jī)裝置驅(qū)動(dòng)和清掃作業(yè)裝置驅(qū)動(dòng)功率的合理匹配，是研究掃路機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的難點(diǎn)?？刂乒δ芡晟?，集成化程度高，操作方便的控制系統(tǒng)是掃路機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵，整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。