掃路車吸塵裝置仿真分析與改進研究

曹建，孫永強，張二華，邢繼婉

掃路車吸塵裝置仿真分析與改進研究

曹建，孫永強，張二華，邢繼婉

（徐州徐工環(huán)境技術有限公司，江蘇 徐州 221001）

傳統(tǒng)的吸掃式掃路車，配備有清掃裝置和由風機、吸塵裝置、風道、垃圾箱等組成的氣力輸送系統(tǒng)。清掃作業(yè)時，利用掃刷將路面垃圾掃至吸塵裝置前面，利用風機運轉時，在氣力輸送系統(tǒng)中產(chǎn)生的動壓和靜壓，通過吸塵裝置將垃圾吸入垃圾箱內，以達到清除路面垃圾的目的。因此，吸塵裝置是掃路車重要的一環(huán)。但傳統(tǒng)掃路車的吸塵裝置有作業(yè)速度慢、吸拾效率低、易殘留垃圾等缺點。[1]

吸掃式；掃路車；風機；吸塵裝置

1 前言

風道系統(tǒng)是掃路車氣力輸送系統(tǒng)的基礎，它包括吸塵裝置、箱體吸塵管道、風機等三大部分，決定了掃路車吸拾垃圾能力的強弱。

吸塵裝置位于掃路車中部，其主要功能是收集路面垃圾并通過波紋管送入垃圾箱內部，吸塵裝置上有彈簧吊掛，下有四個滾輪支撐。

2 數(shù)值模擬研究

吸塵裝置的以下幾個特性：（1）吸塵裝置入口風速；（2）吸塵裝置進風量；（3）吸塵裝置內部結構。這三個特性極大的影響了掃路車的作業(yè)速度和吸塵效率。[2]

采用計算流體力學（CFD）方法對吸塵裝置內部流場進行了數(shù)值模擬研究。建立幾何模型，并基于有限體積法選擇結構化網(wǎng)格劃分，模擬實際工況，施加一定的邊界條件，以FLUENT為工具，進行數(shù)值計算求解，分析入口風速、進風量、風壓三者之間的關系。[3]

當吸塵裝置入口風速一定時，單位時間內流經(jīng)吸口的空氣質量是一定的。在清掃作業(yè)過程中，當掃路車作業(yè)速度加快時：

1）掃路車垃圾運動時，受到氣流的作用和風速的影響，車速越快，垃圾在空氣中受作用的時間減小，無法獲取足夠的能量運行或者提升至吸口處，導致出現(xiàn)垃圾漏吸的情況。

2）車速越快，單位時間內進入吸口的垃圾越多，之間發(fā)生碰撞，慣性等損失了一部分上升的速度，也會造成一步風垃圾無法獲取足夠的能量運行或者提升至吸口處，導致出現(xiàn)垃圾漏吸的情況。

同理，車速不變的情況下，垃圾量增加時，部分下層的垃圾無法獲取足夠能量提升或運行到吸口，也會導致漏吸。

圖1 不同車速時，吸塵裝置橫截面速度矢量圖

圖2 不同車速時，吸塵裝置橫截面靜壓圖

另一方面，車速增加會導致提升點靠近吸塵裝置后壁處，入口段的壓力減小，不利于垃圾的吸拾。究其原因依然是由于車速增大時，前進風口進氣流量也明顯增加，一定程度上削弱了該處負壓，這樣就造成前后不平衡，最終導致了吸塵效率降低。

圖3 吸塵裝置風量二次流速云圖及矢量

綜上所述，盡量縮短垃圾從靜止→啟動→提升→運行至吸口處的時間，在后側加裝滾掃，增加后端及側端的補風量，使吸塵裝置內風速更加均勻。

3 吸塵裝置主要結構組成及仿真分析

3.1 主要結構組成

吸塵裝置主要由連桿、滾輪、滾掃、波紋管、吸盤體等零部件組成，吸盤體、蓋板及前后密封板組成一個相對密封的空間以保證吸塵裝置內部負壓的存在；連桿用來連接吸塵裝置和車架平臺；腳輪起到支撐和行走作用，并可通過其調節(jié)吸塵裝置距地間隙；四個鏈條用來吊起吸塵裝置，彈簧則起到減震作用。

圖4 吸塵裝置

圖5 吸塵裝置橫截面+斜鴨嘴型雙吸口吸盤結構簡圖

3.2 斜鴨嘴型雙吸口吸塵裝置仿真分析

通過對吸塵裝置的CFD仿真分析和實驗測試研究，開發(fā)出獨特的傾斜鴨嘴型雙吸口結構，消除渦流區(qū)域，吸塵裝置空間兩側和中間部位的低速區(qū)減小，內部的氣流流通更順暢，吸拾性能提升7.5%以上，特別適合路面垃圾的吸拾與回收。

圖6 截面速度矢量仿真分析云圖

圖7 截面速度等值線仿真分析云圖

4 結束語

在充分調研用戶需求及行業(yè)現(xiàn)狀的基礎上，突破傳統(tǒng)吸塵裝置的技術瓶頸，通過仿真分析，在結構優(yōu)化設計等方面取得了突破性的發(fā)展，研發(fā)的新型斜鴨嘴型雙吸口吸塵裝置，后部加裝有滾掃以防止漏掃，提高清掃速度和清掃效率，符合環(huán)保高標準，滿足客戶新需求。

[1] 徐寧,吳三達.吸掃式掃路車的總體設計與研究[J].商用汽車雜志, 2006(06).

[2] 許禮鴻,吸掃式路面清掃車使用效能影響因素分析[J].公路與汽運, 2005.4 (02).

[3] 朱伏龍,張冠哲,陳杰.真空吸塵車吸塵口的流場仿真和結構優(yōu)化 [J].機械設計與制造.2008.11.(11).

The Simulation Analysis and Improvement Research of the Dust Suction Device in Road Sweeper

Cao Jian, Sun Yongqiang, Zhang Erhua, Xing Jiwan

（XCMG Xuzhou Environmental Technology Co., Ltd., Jiangsu Xuzhou 221001）

The traditional sweeping road sweeper is equipped with a sweeping device and a pneumatic conveying system composed of a fan, a dust suction device, an air duct, a dustbin, etc. During the cleaning operation, the road garbage is swept to the front of the dust collector by the brush. When the fan is running, the dynamic pressure and static pressure generated in the pneumatic conveying system are sucked into the garbage bin by the dust collector to achieve the purpose of removing the road garbage. Therefore, the dust collector is an important part of the road sweeper. However, the traditional vacuum cleaner has the disadvantages of slow operation speed and low efficiency.

Sweeping road; Road sweeper; Fan; Dust suction device

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.023

U469.6+91

A

1671-7988(2021)02-73-03

U469.6+91

A

1671-7988(2021)02-73-03

曹建（1989-），男，工程師，在2015～2020年期間，曾就職于徐州徐工環(huán)境技術有限公司，主要從事環(huán)衛(wèi)產(chǎn)品的研發(fā)工作。