清扫车概况及清运装置设计

秦超

(中国汽车技术研究中心，天津300300)

0 引言

环保是世界发展的主题，是每个城市关注的焦点，也是社会大众的责任。随着我国城市建设步伐的加快，人们对城市环卫车辆的要求越来越高。环卫车辆不仅要提高工作效率、降低劳动强度，还要减少二次污染。清扫车作为环卫设备之一，是一种集路面清扫、垃圾回收和运输于一体的高效清扫设备，可广泛应用于干线公路、市政、场地道面、住宅区、公园等道路清扫工作。目前，利用清扫车进行路面养护已越来越被大众接受，它减少了道路卫生死角，有利于路面美观，延长了道路使用寿命，减少了交通事故发生。在注重环保和交通安全的今天，清扫车作业正在逐步替代人工清扫，有望成为未来城市环卫中一道亮丽的风景线。

1 我国清扫车行业概况

1.1 我国清扫车行业现状

据中国汽车工程学会专用车分会提供的数据显示:2013年，全国共有城镇人口7.12亿人，占总人口比重为52.6%，城镇化水平达到52.6%，全国城市数量655个。按照市区非农业人口统计:现有200万以上人口的城市23个，100万至200万人口的城市35个，50万至100万人口的城市82个，市区非农业人口在50万以下的城市共515个。随着城市面积的不断扩大、城市化进程的不断加快，城市垃圾总量也以每年5%的速度递增，这直接拉动了环卫产品尤其是垃圾收集转运设备的市场需求。清扫车作为当前城市垃圾清扫转运的主力军，其行业概况主要体现为:(1)需求量平稳上升。我国清扫车总体保持相对平稳增长，其中2011、2012年均出现大幅增长，同比增速分别为34.98%和37.18%，2013年受前两年爆发增长的影响出现小幅下滑;(2)清扫车功能不断提升，由满足单一作业需求向文明作业、环境保护、质量监管、城市美容等综合作业方向发展，产品的集成化、人性化、数字化特征明显。

1.2 我国路面清扫车市场现状

随着近年来城镇化快速发展，城市生活垃圾激增，国务院下发了《关于进一步加强城市生活垃圾处理工作的意见》，规定到2015年，全国城市生活垃圾无害化处理率达到80%以上，直辖市、省会城市和计划单列市生活垃圾全部实现无害化处理。在规定制约及巨大的环卫压力下，清扫车行业将受到持续的刺激，而我国现阶段整体环卫水平还较低，与国民经济和城市建设的发展速度还有一定差距，难以完全满足城镇对环境卫生的要求，间接地制约了城市发展，因此预计未来5～6年，我国清扫车市场情况依然良好。

1.2.1 传统清扫车市场及企业竞争格局

2011年道路清扫车实现34.98%的高速增长，2012年增长率提高到37.18%，产量达到了3 420辆，2013年出现一定下降，如表1所示。

从竞争格局来看:2013年道路清扫车产量排名前10的企业的市场份额达到91.00%，比2012年同期下降2.15%，中联重科在出现小幅负增长的情况下，市场份额提高9.45%，达56.05%，如表2所示。

表2 2013年清扫车排名前10企业的产量及市场份额

1.2.2 新型清扫车市场

随着节能减排的不断深入，近年来清扫车市场出现了一定变化，出现了以电动、气动、油动为驱动方式的新型清扫车，随着使用部门对节能环保的认知程度提高，具备高性能、低损耗、质量稳定的新型清扫车逐渐受到欢迎。

早在2007年大连市区就已投入电动清扫车并得到当时各界的一致赞扬，2010年上海世博会期间，电动清扫车被用于活动现场的垃圾清理，此举让该产品更为大众所知。很多电动车生产商紧抓商机，纷纷开发新型清扫车产品，当前最具影响力的企业包括合肥华信、奔马、雅迪、玛西尔等。

1.2.3 清扫车市场需求预测

在样本充分的情况下，通过建立模型，以时间序列预测方法为基础，以历史外推预测配以情景分析，对未来几年清扫车市场需求预测结果见表3。

表3 未来几年清扫车市场需求预测

1.2.4 各清扫方式综合技术及成本分析

对各种清扫方式进行综合技术及成本分析，结果见表4。

表4 传统清扫车、新型清扫车、人工清扫综合成本对比分析 (8 h工作时间)

1.3 我国清扫车的产品技术

我国路面清扫车的技术主要来源于4个方面:(1)借鉴国外同类产品的先进技术，结合我国国情自行开发产品;(2)直接引进国外技术及产品;(3)我国科研院所自有技术并通过转让或合作方式用于生产;(4)企业自主的技术专利。

总体来说，目前国内清扫车行业还没有专门的技术研发中心，研发资金投入较少，产品的整体技术水平不高，尤其在控制系统和清扫效率等方面与国外产品有一定差距。部分国内企业已认识到这一点，近年来纷纷加大研发投入，培养专业化、有针对性的研发团队，甚至聘请国外相关企业的技术人员现场指导。

1.4 我国清扫车的发展方向

高可靠性、多功能、全天候、环保型产品是我国清扫车的发展方向。

高可靠性。我国清扫车产品可靠性低于国外产品，主要原因包括:(1)国产基础件质量不稳定;(2)整车制造工艺存在差别，专业化程度低;(3)在产品检测方面投入较少。

多功能。目前国产路面清扫车功能单一。从众多环保相关部门的需求信息看，使用者对清扫车的多功能性要求较高，如:清洗道路护栏、铲雪等。综合当前的产品市场及国外清扫车的市场经验，多功能、低成本的产品更受青睐。

全天候。目前我国喷水压尘式清扫车市场占有率较高，在缺水地区及北方寒冷的冬季并不适用，因此重点提升干、湿两用全天候型清扫车的技术水平尤为重要。

环保型。目前的清扫车尾气污染和噪声污染相对较大。随着国家对环保的重视，大众的环保意识普遍增强，那种会形成二次污染且扰民的清扫车很难适应需要，开发环保型、低噪耗的新型清扫车势在必行。

2 清扫车清运装置概述及优化

2.1 清运装置的重要性

目前，日常生活中所见的清扫车大部分由两部分结构组成，即清扫装置和清运装置。清运装置在整车设计制造中扮演着相当重要的角色。清运装置设计得当，能有效地、彻底地对垃圾实施清除，回收后的垃圾也能方便排放。清扫工作做得再好，没有清运装置的配合，垃圾废物无法得到有效的回收，造成劳动力、能源及车辆自身的损失，甚至造成二次污染。

2.2 清运装置的构成

大多数清扫车的清运装置由以下部件构成:吸嘴、风机、风道、集尘箱、助力机构。

2.3 清运装置的设计及改进

设计的悬浮吸嘴由吸盘、吸管、吸口座、四连杆提升机构、支承轮等组成，如图1—3所示。

悬浮吸嘴是一个封闭的异形吸气罩，通过支耳与车体大梁连接。工作时，风机高速运转，使垃圾箱内产生较强的负压，在吸盘处形成高速补充气流，将吸盘四周的尘土和垃圾吸入除尘箱，实现吸扫功能。吸盘安装有3个支承轮，用来保证吸盘底部与路面的间隙 (14～20 mm)。间隙的大小直接影响清扫效果，间隙过大会减小吸附力，造成吸扫的不彻底，间隙过小则会降低整车的通过性。支耳连接处设有四连杆机构，用于保证盘体相对于地面平行，进一步保证其对地间隙，其中四连杆机构上侧的螺旋调节杆有自动调节长度的功能，会随着路面及障碍物的大小自主做出调整，以此来提高整车的通过性，下侧的连接杆上结有可弯曲钢缆，钢缆通过收缩、放松来调节吸嘴的竖直位置，从而实现整车在工作与非工作状态下的转换。

该方案汽车大梁通过支耳、连杆、转轴、耳座、吸盘等与吸嘴连接并牵引其行走，吸盘可绕螺旋杆及支耳进行转动和上下摆动，当路面变化时，形成两个自由度，调整吸盘角度，始终保证对地平行度，确保清扫效果。

2.4 集尘箱的设计

2.4.1 集尘箱的发展

清扫车的集尘箱顾名思义，通常指的就是车体后部的垃圾储存装置。最初的清扫车的集尘箱由于缺乏助力装置的协助大多为固定非可动型，要求工作人员手动或半自动进行垃圾的二次处理。随着清扫车的发展，出现了非人力控制的全自动集尘装置，其好处在于不需要借助工作人员的辅助就能顺利完成整个垃圾排放过程。但随着时间的推移，人们感觉到仅仅能够做到自动化是远远不够的，集尘装置还存在很多其他的问题。比如说:密封问题，大多数集尘箱做不到很好的密封，会使储存在其内部的垃圾重复露出箱体，形成二次污染;空间合理利用问题，大多数集尘箱通过风道与吸嘴相连，垃圾经过风道运送到集尘箱内部会造成在管道口的堆积，时间一长，大多数的垃圾积聚在管道口处，箱体空间难以完全利用，造成了空间的浪费，甚至堵塞风道。鉴于此，对这些问题做出了优化。

2.4.2 集尘装置的设计及功能说明

设计的集尘箱的上盖由两块盖板组成，其间以上盖铰链相连接，实现两盖板的定轴转动，后盖板的内表面焊接风机支架，后盖板可以从单侧掀开，用于风机修理。前盖板用螺栓与箱体固定，当箱体内部堵塞时用于维修。箱体内设两个直臂支架，通过支撑杆与箱体后盖以铰链方式连接，当操作员按动按钮，箱体后盖锁解锁，支撑杆撑开盖体，实现垃圾倾倒，整个集尘箱安放在整车地盘托架上，下端支耳与支撑杆相连，支撑杆的另一端与底盘支座相连，箱体右后方有圆柱形转动轴孔，转动轴孔内插入转动轴，当箱内垃圾储存满后在助力支撑杆的作用下推动箱体的两块支撑肋板，顶起整个箱体倾倒，箱体被顶起的角度设置为45°。遵照密封性设计，在所有接缝处采用密封圈或密封胶皮填充，使密封性满足要求。遵照可维护性设计，采用上端盖双侧可掀方式，方便了工作人员对设备的维护，实现了设计的人性化，如图4所示。

2.5 风道设计

大多数集尘箱通过输风管道即风道与吸嘴相连，垃圾经过风道运送到集尘箱，在没有任何保护及处理方法的情况下，垃圾一般会在管道口堆积，时间一长，大多数的垃圾积聚在管道口处，使集尘箱其他部分空间难以完全利用，造成了空间的浪费，甚至堵塞管道口，如图5所示。

此设计充分考虑上述情况，采用双风道结构，垃圾从上风道运送，下风道由于有网膜的隔离，垃圾无法进入，是单纯的送风风道，上风道吸入的垃圾受到下风道送风影响，形成鼓风，使垃圾达到均匀分布的目的，有效地防止了部分堆积，减小堵塞管道的风险，有效地利用了集尘箱的整体空间，达到了资源的完全利用。

另外此设计充分考虑了集尘箱体倾倒时风道的固定性，及反复伸缩对设备的危害，设计了风道的双段式结构，将整个风道在进箱口处打断，当箱体转动时风道分开，箱体回落时风道闭合，有效地解决了上述问题，方便使用且增强了设备的耐用性，综合考虑满足现代设计理念要求。

3 总结

目前我国与国外相比，清扫车设计和应用水平相差较大，部分高端产品的核心技术来自国外。为提高技术水平、降低成本、提升产品的市场竞争力，研究具有自主知识产权的专业化能力强的清扫车具有重大意义。

从我国当前清扫车市场现状入手，参考中国较为普遍的清扫车车型，进行了部分清运装置的设计优化，自主创新了风道、集尘箱等。

在参考众多国内主要型号清扫车的基础上，选取五十铃二类底盘进行改装，初步制定盘扫配合滚扫、利用悬浮吸嘴直吸入箱的设计方案。在已有底盘参数的基础上逐一确定清扫、清运部分的组合形式、空间定位以及各部分零件参数。以现有的清扫车产品为基准，具有一定的可实施性。

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