機械式道路清掃車的設(shè)計

師軍杰

(山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司電控設(shè)備分公司，山西 太原 030024)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城市規(guī)模迅速擴大，伴隨著城市發(fā)展的環(huán)保任務(wù)也越來越重。城市道路清掃車能有效保持城市的環(huán)境衛(wèi)生和道路保養(yǎng)，而目前我國清掃車市場中，吸掃式清掃車[1]占有率為85%以上。機械式的道路清掃車領(lǐng)域幾乎空白，機械式清掃車的生產(chǎn)力和速度的功能優(yōu)越。在清潔和維護(hù)任務(wù)重的清掃區(qū)域，清掃速度是空氣或真空系統(tǒng)的二倍以上，由于機械式掃路車是單發(fā)動機動力系統(tǒng),不需要安裝空氣或真空系統(tǒng)，因此油耗低,噪音低,使用費用低，能耗方面有巨大的優(yōu)勢。所以發(fā)展機械式道路清掃車有很大的市場空間和發(fā)展空間。

1 工作原理

該道路清掃車由某品牌汽車底盤、發(fā)動機、垃圾箱、液壓油箱、油泵、掃刷裝置、附車架、滾刷裝置、垃圾輸送裝置、太陽能發(fā)電裝置、液壓缸、液壓馬達(dá)、液壓泵、安全警示燈等組成。在平整路面上，兩側(cè)掃刷盤將垃圾掃至中間位置,然后經(jīng)滾刷向前滾動，使垃圾經(jīng)過橡膠擋板至裙邊擋板傳送帶，其裙邊擋板傳送帶和滾刷通過皮帶傳動由液壓馬達(dá)提供動力，將垃圾傳送至垃圾箱中，垃圾箱中的垃圾用液壓舉升缸倒出?？傮w布局如圖1所示。

圖1 總體布局圖

2 構(gòu)造及功能

2.1 液壓控制系統(tǒng)

城市道路清掃車兩側(cè)掃刷盤的旋轉(zhuǎn)、伸出、縮回動作,垃圾箱的傾翻收回工作,滾刷的放下、提起動作等都由液壓系統(tǒng)控制和驅(qū)動。液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸、電磁換向閥、單向節(jié)流閥、液壓單向閥、背壓閥、集流塊、液壓油箱、連接油管等組成。液壓系統(tǒng)要實現(xiàn)其工作目的必須經(jīng)過動力源，控制機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)三個環(huán)節(jié)。其中動力源主要是液壓泵；傳輸控制裝置主要是一些輸油管和各種閥的連接機構(gòu)；執(zhí)行機構(gòu)主要是液壓馬達(dá)和液壓缸。液壓原理圖如圖2所示。

機械式道路清掃車清掃系統(tǒng)的動力系統(tǒng)有機械傳動、液壓傳動、還有氣壓傳動。機械傳動效力高，但機構(gòu)太過復(fù)雜，制造成本高。氣壓傳動效率太低，故選擇液壓傳動。采用取力器從汽車底盤的變速器取力，取力器驅(qū)動液壓泵，液壓泵通過傳輸控制裝置驅(qū)動掃盤馬達(dá)、水泵馬達(dá)和液壓缸[2]。液壓回路控制常用的有機械式、電磁閥控制等。電磁閥控制己廣泛使用并相當(dāng)成熟，操作性能得到了很大的提高。該設(shè)計采用電磁閥控制，該液壓系統(tǒng)中兩側(cè)掃盤上升和舉升集塵箱卸載的時候需要保壓，該系統(tǒng)采用彈簧蓄能器，對掃盤裝置上升和集塵箱上升后保壓。掃盤和集塵箱上升需控制上升速度系統(tǒng)需要裝置節(jié)流閥。

圖2 液壓原理圖

2.2 電氣軟件系統(tǒng)

機械式道路清掃車具有汽車底盤電氣和專用工作裝置電控與儀表兩個獨立的電氣系統(tǒng)。底盤電氣系統(tǒng)為常規(guī)通用系統(tǒng)，專用工作裝置電控與儀表系統(tǒng)由電控板、電氣元件及電磁閥等組成,通過駕駛室內(nèi)的儀表盤按鈕操作實現(xiàn)專用工作裝置電控制和液控制[2]。機械式道路清掃車的各種動作通過液壓執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)，液壓執(zhí)行機構(gòu)通過電磁閥的動作實現(xiàn)。

機械式道路清掃車綜合電源軟件部署于車載綜合電源的控制板上。軟件部署圖如圖3所示。車載綜合電源對整車上不同類型的輸入供電(交流輸入，蓄電池輸入)進(jìn)行整合，通過功率變換為車載設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的直流/交流供電。并且實現(xiàn)交流輸入、太陽能電池對蓄電池充電功能。綜合電源軟件主要包括識別電源輸入、控制功率模塊輸出、識別綜合電源工作狀態(tài)等功能。

圖3 綜合電源軟件部署圖

機械式道路清掃車電源控制模塊功能,當(dāng)檢測到交流輸入正常時，接入交流輸入，并打開AC/DC模塊輸出直流供電，打開DC/AC模塊輸出交流供電。狀態(tài)顯示的功能通過LED指示燈顯示綜合電源的輸入、輸出狀態(tài)和故障狀態(tài)，通過數(shù)碼管顯示輸入輸出電壓，通過蜂鳴器提示故障，并可通過靜音鍵進(jìn)行消音處理。

2.3 垃圾清掃傾倒裝置

垃圾清掃傾倒裝置由垃圾集塵箱，舉升液壓缸等組成。垃圾傾倒裝置采用半封閉式集塵箱，集塵箱內(nèi)部采用側(cè)翻式結(jié)構(gòu)能更好的利用汽車空間，傾倒垃圾時，液壓舉升缸將垃圾從集塵箱側(cè)邊倒出，處理垃圾方便快捷，城市環(huán)境干凈衛(wèi)生。城市道路清掃車作業(yè)循環(huán)表如圖4所示。

動作名稱電磁鐵狀態(tài)1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA掃盤下降 +-+掃盤作業(yè) -++掃盤上升 -+-掃盤鎖止 ---滾刷上升 +-+滾刷作業(yè) -++垃圾箱上升 +-+垃圾箱鎖至 -++清掃作業(yè)+運輸行走-

2.4 掃盤掃刷裝置

掃盤的設(shè)計要求清掃效果好，效力高。掃刷材料要求不但具有高的硬度并且還要有高的韌性。掃盤刷如圖5所示，掃盤直徑d=220 mm,厚h=30 mm，材料Q235，最大掃刷直徑D=550 mm，刷毛長度為200～230 mm，刷毛數(shù)量：500根±10%，刷毛直徑：≥3.5 mm，刷毛材質(zhì)宜選用PP聚丙烯或PE聚乙烯材料。

圖5 掃盤裝置

該裝置由與車架中心線對稱的左、右兩清掃裝置組成。掃盤離地110 mm左右，掃刷觸地狀況對清掃效果和減少掃絲的磨損很重要,必須將掃盤對地傾斜成一定的角度,即將掃盤外傾3°左右。掃刷磨損后必須對掃盤進(jìn)行調(diào)整位置角度。當(dāng)掃刷長度磨損減短至150 mm時就需更換新掃刷盤。

3 機械式道路清掃車燃油經(jīng)濟性計算

機械式道路清掃車的燃油經(jīng)濟性[3]通常用車輛在城市的混凝土或瀝青道路面上以經(jīng)濟車速V滿載行駛的百公里油耗量來評價，百公里油耗Q，單位L/100 km?？梢愿鶕?jù)發(fā)動機萬有特性來計算。公式為：

式中：ρ為燃油的密度(kg/L)。柴油可取ρg=7.94N/L；道路清掃行走的經(jīng)濟車速為u=65 km/h。

=1428.2(r/min).

取ne=1 500(r/min)

在經(jīng)濟車速下發(fā)動機功率為：

百公里油耗Q

綜上，該機械式道路清掃車燃油經(jīng)濟性優(yōu)于現(xiàn)行的吸掃式清掃車。

4 結(jié)論

本次設(shè)計主要研究了城市道路清掃車的設(shè)計原理和參數(shù)選定,在其基礎(chǔ)上,具體的設(shè)計出了清掃寬度為2100 mm，清掃速度為25 km/h的機械式道路清掃車的總成和清掃系統(tǒng)。機械式道路清掃車的設(shè)計是按照新標(biāo)準(zhǔn)QC/T 29lll—993《掃路車技術(shù)條件》和QC/T 51—993《掃路車性能試驗方法》兩個標(biāo)準(zhǔn)的要求選擇和設(shè)計,對整車進(jìn)行分析，計算了燃油經(jīng)濟性。保證了機械式道路清掃車的行駛和作業(yè)安全，清掃系統(tǒng)和集塵系統(tǒng)的設(shè)計，對機械式城市道路清掃車的設(shè)計、加工、生產(chǎn)具有較好的指導(dǎo)意義。