高速公路垃圾清掃車工作裝置研究

關(guān)雄杰

（長(zhǎng)安大學(xué)公路養(yǎng)護(hù)裝備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710061）

1 清掃裝置的布置方式

一般的城市道路吸掃式清掃車的吸掃裝置有三種布置形式，如圖1所示：中置四盤(pán)刷后置吸嘴式、前置兩盤(pán)刷加中置兩盤(pán)刷吸嘴式和中置兩盤(pán)刷加中置臥刷雙吸嘴式[1]。

圖1 常見(jiàn)清掃車工作裝置布置形式

高速公路路面灰塵類垃圾較少，不易引起揚(yáng)塵現(xiàn)象，但為了應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，并且高速公路垃圾清掃車盤(pán)刷轉(zhuǎn)速較快，對(duì)垃圾顆粒的拋射距離較大，較小質(zhì)量的垃圾顆粒很容易被拋射出吸掃區(qū)域，因此不宜選用前置兩盤(pán)刷加中置兩盤(pán)刷吸嘴式布置方式。而中置兩盤(pán)刷加中置臥刷雙吸嘴式清掃車清掃寬度較小，清掃效果一般，因此也不適用。中置四盤(pán)刷后置吸嘴式的布置方式最為適合高速公路垃圾清掃，然而這種布置方式在高速條件下，對(duì)大體積大質(zhì)量的垃圾顆粒清掃能力仍相對(duì)不足，因此在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，添加滾刷模塊與垃圾收集斗，并且為了防止盤(pán)刷將質(zhì)量較小的垃圾顆粒從另一側(cè)拋射到收集區(qū)域外，在車體中間添加擋板來(lái)阻攔垃圾顆粒，如圖2所示。

圖2 高速公路垃圾清掃車工作裝置布置形式

2 高速公路清掃車吸掃除塵過(guò)程分析

按照上述吸掃裝置的布置方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的高速公路垃圾清掃車主要通過(guò)盤(pán)刷、吸嘴以及滾刷等完成清掃任務(wù)。其清掃過(guò)程如圖3所示，盤(pán)刷、吸嘴以及滾刷分布于待吸掃地區(qū)，盤(pán)刷與地面呈一定角度接觸，接觸面積為圓弧，接觸位置如圖3所示。在車輛前進(jìn)過(guò)程中，位于可吸區(qū)域的垃圾直接被吸嘴撿拾，位于可掃區(qū)域的垃圾在盤(pán)刷的旋轉(zhuǎn)作用下定向拋射到可吸區(qū)域，然后由吸嘴撿拾通過(guò)垃圾吸入管進(jìn)入垃圾箱內(nèi)。由于盤(pán)刷轉(zhuǎn)速較高，質(zhì)量較小的垃圾顆?？赡塬@得的拋射速度較大，因此要在清掃車中間加置一擋板，防止垃圾顆粒從另一側(cè)被拋射到可吸區(qū)域外。當(dāng)待掃區(qū)域的垃圾密度較大或者垃圾顆粒體積質(zhì)量較大，吸嘴無(wú)法高效地完成對(duì)地面的清掃時(shí)，滾刷作為輔助清掃裝置啟動(dòng)。滾刷在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中將剩余未被吸嘴吸掃的垃圾顆粒向上拋射到車后下方的垃圾收集斗內(nèi)，垃圾收集斗內(nèi)的垃圾通過(guò)輸送裝置運(yùn)輸?shù)嚼鋬?nèi)。

圖3 清掃過(guò)程

3 盤(pán)刷模塊功能機(jī)理分析

盤(pán)刷是清掃車的主要工作裝置，其可以增大清掃面積，定向拋射垃圾顆粒。如圖4所示，盤(pán)刷裝置主要根據(jù)各部件依據(jù)其機(jī)構(gòu)動(dòng)作的原理相互作用，相互配合，從而使盤(pán)刷系統(tǒng)能夠執(zhí)行以下功能。

圖4 盤(pán)刷裝置結(jié)構(gòu)圖

1）升降功能：盤(pán)刷5固定在盤(pán)刷座6上，盤(pán)刷座6與盤(pán)刷下連桿7、盤(pán)刷上連桿8及連桿座2通過(guò)鉸鏈連接形成四連桿機(jī)構(gòu)，使盤(pán)刷能夠平行的上下舉升。

2）伸縮功能：連桿座2與盤(pán)刷模塊底座1通過(guò)銷軸連接，使連桿座2可以繞盤(pán)刷模塊底座1自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)盤(pán)刷5的左右伸縮移動(dòng)。

3）避障功能：伸縮液壓桿3設(shè)置在盤(pán)刷下連桿7和液壓桿底座4之間，用球鉸鏈進(jìn)行連接，盤(pán)刷座6、盤(pán)刷下連桿7、盤(pán)刷上連桿8、連桿座2、盤(pán)刷模塊底座1、伸縮液壓桿3和液壓桿底座4共同構(gòu)成空間桿系，通過(guò)改變伸縮液壓桿3的長(zhǎng)度可以實(shí)現(xiàn)盤(pán)刷的左右伸縮、上下舉升功能，同時(shí)，由于液壓油自身具有一定可壓縮性，故在盤(pán)刷遇到障礙物時(shí)，伸縮液壓桿3還能吸收一部分沖擊能量，使盤(pán)刷繞過(guò)障礙。

4）清掃功能：通過(guò)改變螺紋調(diào)節(jié)桿8（盤(pán)刷上連桿）的伸長(zhǎng)量，使盤(pán)刷沿該方向傾斜一定角度，然后通過(guò)傾角調(diào)整螺栓9調(diào)整盤(pán)刷底座6的傾斜角度，從而保證盤(pán)刷與地面有著合適的接觸角度以及接地位置，進(jìn)而保證盤(pán)刷能夠?qū)⒗w粒拋射到可吸區(qū)域，完成垃圾的高效清掃[3]。

4 滾刷模塊功能機(jī)理分析

滾刷模塊作為高速公路垃圾清掃車的輔助清掃裝置，其只有在垃圾密度較大或者垃圾顆粒質(zhì)量體積較大，風(fēng)機(jī)無(wú)法完成高效率清掃時(shí)工作[4]。其裝置結(jié)構(gòu)如圖5所示，在清掃車前進(jìn)方向上滾刷應(yīng)位于輸送裝置之后，若滾刷在輸送裝置之前，則滾刷的運(yùn)行方向與清掃車運(yùn)行方向相反，此時(shí)滾刷刷絲與地面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度會(huì)減小，從而影響滾刷刷絲對(duì)垃圾顆粒的拋射效果，進(jìn)而降低垃圾清掃車清掃效率。當(dāng)滾刷設(shè)置在清掃車之后時(shí)，滾刷的運(yùn)行方向與清掃車的行進(jìn)方向相同，滾刷刷絲與地面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為刷絲的旋轉(zhuǎn)線速度與清掃車行進(jìn)速度之和，大大增加了與滾刷刷絲接觸的垃圾顆粒的初始動(dòng)能，從而保證了垃圾清掃車的清掃效率。

圖5 滾刷裝置結(jié)構(gòu)圖

滾刷模塊主要根據(jù)各部件依據(jù)其機(jī)構(gòu)動(dòng)作的原理相互作用，相互配合，從而使?jié)L刷系統(tǒng)能夠執(zhí)行以下功能。

1）輸送裝置3放置于垃圾箱后方，用銷軸連接，通過(guò)改變液壓缸10的伸縮量來(lái)調(diào)整輸送裝置的位置，包括輸送裝置的高度、傾斜角度以及輸送裝置與滾刷的位置關(guān)系。

2）滾刷固定在掃滾擺臂5上，下導(dǎo)軌4固定在大架7上，掃滾擺臂5與下導(dǎo)軌4通過(guò)銷軸連接，通過(guò)調(diào)整掃滾擺臂5與下導(dǎo)軌4的角度來(lái)控制滾刷6與地面的位置關(guān)系。

3）當(dāng)滾刷模塊不工作時(shí)，將輸送裝置與滾刷升起至一定高度，防止與障礙物發(fā)生碰撞，并防止盤(pán)刷刷毛磨損。當(dāng)滾刷模塊處于工作狀態(tài)時(shí)，分別通過(guò)調(diào)整液壓缸10的伸縮量以及掃滾擺臂5的角度來(lái)調(diào)整輸送裝置與滾刷至合適的清掃回收位置，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器8驅(qū)動(dòng)滾刷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將垃圾顆粒上拋至輸送裝置，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)輸送裝置，將垃圾顆粒運(yùn)送至車后方的垃圾箱內(nèi)。在滾刷系統(tǒng)遇到障礙物時(shí)，由于震連桿1的緩震作用以及液壓缸10具有一定的伸縮性，可以吸收一部分能量，使?jié)L刷系統(tǒng)順利繞過(guò)障礙。