提高清扫车的清扫效果探究

2014-02-18纪荣俭

城市建设理论研究 2014年5期

纪荣俭

摘要：随着公路通车里程的增加和国内城市化建设的迅猛发展，群众对道路保洁要求也越来越高，因此清扫车越来越发挥着重要的作用。针对广泛应用于国内市场的机械式清扫车，后滚筒式清扫车由我国近年自主研发，它很大程度上对机械式清扫车的清扫性能进行了大大改善。本文就后滚筒式清扫车进行分析与仿真，并对其进行优化。

关键词：清扫车；清扫效果；优化；UG；仿真

中图分类号：U418.6+1 文献标识码： A

引言

随着社会的不断进步、当代经济的快速发展，城乡公路里程的快速增长给路面保洁工带来前所未有的压力，这就要求我们对清扫效率高、安全可靠性能好的清扫机械而言必须发展和使用，为现代交通的环境舒适和通行顺畅服务。我国各城市在争创文明卫生活动的推动下，使得路面保洁作业机械化比率大为提高。在短短几年间城市的清扫车得到快速发展，数量从少到多，品种从单一到种类趋于多样化。

一、国内外清扫车现状

（一）、清扫车的分类

为保护和改善居民生活环境，各公益服务和管理部门面临着新的挑战。非常多的实用型新款清扫车在非常大的需要下，不断涌现，不少的车型我们现在都已拥有。清扫车的类型有以下几种不同分类标准：按作业方式，可分为纯扫式清扫车、纯吸式清扫车、吸扫式清扫车; 按行走方式，可分为手扶式清扫车、手推式清扫车、自行式清扫车;按除尘方式，可分为湿式清扫车、干式清扫车。如图1所示。

图1 清扫车的分类

（二）、国内常见清扫车的特点

清扫车在现代城市生活中，扮演着越来越重要的角色，以下将介绍几种常见的基本类型。

1、空气再循环式清扫车

空气再循环式清扫车(如图2所示)配置使空气持续循环的风扇。通过压缩空气软管到达吸盘，再通过吸口到达吸收软管。

图2空气再循环式清扫车

通过在吸口处和扫刷周围喷水，在倾倒与清扫过程中，可以有效抑制灰尘，要清扫的尘土也可以湿润。排放空气方法与真空清扫车不同的是，此类清扫车可以循环使用空气，并能最大限度地减少干燥尘土泄露到外界中。

2、机械式清扫车

在北美机械式清扫车最为畅销。如图3所示，这款清扫车并不对垃圾和尘土进行捡拾或者通过气流来清除，是作为“主”扫刷靠自己的大型滚扫来传送到传送器或料斗中并捡拾垃圾。从排水槽中立式“挖掘型”扫刷在清扫路边和排水槽时，将垃圾松动并移动到滚扫通道中。为了减少倾斜和清扫时外扬的尘土，往往在扫刷周围喷水。

图3 机械式清扫车

作为捡拾并清除高度积聚和大型重物的垃圾，机械式清扫车有着非常优秀的效果。捡拾功能的局限性在于机械式清扫车传送器和料斗开口的大小。利用机械式清扫车清扫，可以清除即便街上很大的碎屑，如:树枝、车辆零件和大型碎片等。

二、后滚筒式清扫车工作装置建模

（一）、现代接触动力学基本理论

接触过程中接触体包括弹性体和刚体。工程中大多数接触体都可以理想化为刚体，接触过程的运动学和动力学可以确定利用多刚体系统方法和刚体的几何形状。通过求解线性互补问题，接触冲量和接触力合理地选择，使得满足接触条件。在计算刚体接触的过程中，不仅需要运用一些计算几何方面的知识，还需要力学的基本原理。利用弹性体接触方法对于多体接触系统进行分析，计算量过大，通常无法得到结果，但是机型分析利用处理刚性接触的方法，却通常可得到反映系统运动规律的近似解。

（二）、垃圾颗粒运动轨迹的理论分析

1、刷苗将垃圾颗粒弹起

在刷苗将垃圾颗粒弹起的过程中，由于垃圾颗粒所受的冲击较大，所经时间较短，产生的速度较高，在清扫车自身牵引下不考虑所具有的水平速度，忽略重力加速度在分析过程中对其速度的影响，即将以刷苗离开地面时的垃圾颗粒为研究对象，对其进行运动学分析。

图4垃圾颗粒弹起过程

根据图4所示可知，根据垃圾颗粒、刷苗、前挡板之间的相互位置关系建立如下的关系式：

SL=L－lcosα－Rsinβ

γ=α－β

联立可得前挡板与垃圾颗粒接触前的距离S1:

假设刷苗具有与刷苗末端相同的速度，其将垃圾颗粒弹起瞬间，并且速度的大小方向在碰撞前挡板前均不发生变化，在下滚刷中心位置初步定为X轴零点，地面为Y轴零点，建立二维平面内垃圾颗粒的运动轨迹方程，可得以下关系式:

x=x0+ωRtcosβ

y=ωRtsinβ

式中:

l-挡板的宽度，L-下滚刷中心至前挡板终端的水平距离，γ-垃圾颗粒速度方向与前挡板的夹角。β-刷苗离地时与Y轴方向夹角，α-前挡板与水平夹角，R-下滚刷的半径。

在此过程中假设前挡板与垃圾颗粒的碰撞为纯刚性碰撞，没有能量消耗，在此过程中因此垃圾颗粒的方向依照反射定律，速率不发生变化，与前挡板面成厂角度。

2、下滚刷将垃圾颗粒上传

当刷苗将垃圾颗粒接住后，垃圾颗粒在较短的时间内被刷苗甩到下滚筒壁的前侧，垃圾颗粒便沿下桶壁前侧做圆周运动，当垃圾颗粒滚至下桶壁边缘时，被向斜上方抛出，在垃圾颗粒进入上刷滚扫范围内时假设被上刷接住，再假设被刷苗甩向滚筒壁的垃圾颗粒所经历的时间很短，位移变化在垂直方向上很小，即可忽略时间因素对路径的影响。

当垃圾颗粒被滚刷带动到下桶壁的上边缘时，滚刷将斜上抛出垃圾颗粒(如图5所示)，在抛出过程中不考虑重力因素的影响:

图5 垃圾颗粒上传过程

三、工作装置实体模型的建立

其结构对于后滚筒式清扫车的工作装置较为复杂，单纯的利用理论分析对其清扫能力无法真正实现，因此需要进行仿真分析利用动力学与运动学仿真软件，仿真分析的第一步首先就是建立工作装置的实体模型。本文主要利用UG的基本功能实现其三维实体模型的建立。

UG应用最广泛的产品设计模块，包括了世界上功能最强大，它具有图形制作的功能和性能优良的机械设计，为产品的设计制作提供了灵活性与便利性，关于负责产品的设计，不同设计人员需要均可满足。在数字化的环境下它还可以允许设计者进行优化、仿真以及新产品的开发过程，在开发过程中通过对数字化仿真进行分析，在设计的过程中设计者可以改善产品的质量，同时对物理样机尽可能减少或消除安装的费用，缩短设计周期。

（一）、主要部件模型的建立

在利用UG创建三维模型的过程中要采取先大后小、先粗后细、先外后里的模式，再在进行细化:先作大尺寸构件，即:先作出粗略外形，在进行局部特征;先作出外表特征，再细化内部结构。下面为利用UC绘制的工作装置的几个重要部件的三维模型;图6为刷苗实体模型。

图6刷苗实体模型

图7为刷苗支撑架

图7刷苗支撑架

（二）、工作装置模型装配

完成滚筒式清扫车工作装置主要部件组成建模后，就可按照相互的关系进行匹配。自底向上进行工作装置的总装过程，将各个机构自顶向下进行装配复核。

后滚筒式清扫车工作装置的简化总装模型如图8所示。

图8工作装置简化总装模型

建立工作装置的实体模型是为其进行动力学和运动学仿真的必要准备，因此在不影响仿真真实性的前提下，总体结构要尽可能进行简化，仿真过程中要以能及时找出问题所在，提高发现问题解决问题的效率为先导，需要在仿真过程中考虑工作装置在道路上清扫垃圾的状态，因此需对工作装置添加所需的工作路面。

总结

通过仿真分析和理论模型的建立相结合，使仿真与理论研究相互验证，为整车的优化提供了良好的研究平台和理论基础，为产品的设计提供良好的参考数据，从而提高了产品开发的质量与效率，缩短了产品开发周期。