自行式边沟清扫机的研发与应用

何伟庆（三明市公路设施维护中心）



自行式边沟清扫机的研发与应用

何伟庆（三明市公路设施维护中心）

采用三角皮带离合传动机构、小型高效自动行走机构、垃圾清扫和分离装置、可调整限位装置等研制而成的自行式边沟清扫机的研发在道路养护中具有非常重要的意义。其项目产品具有使用方便、结构紧凑等特点，本文通过对自行式边沟清扫机产品的技术要点和特征进行研究，分析对道路清洁养护的作用。

自行式边沟清扫机；关键技术；产品特征

1　引言

目前，福建乃至全国经济较发达地区的公路管理养护部门，第一线的公路养护班站道路保洁配有清扫车，伸缩缝养护配有清灌缝机，标线维护配有除线机、划线机，绿化维护配有专门修剪机，唯独清理道路边沟仍靠繁重的人工劳动，而且这种现状还将长时间存在。究其原因，主要是没有合适的机械设备。

近些年来，某些养护单位曾购置小挖机以替代人工作业，但因其无法适应水沟特殊结构的作业要求而不了了之。可就挖掘机而言，其高效的挖掘铲除功能，灵活的移场提抛动作，特别适合边沟溜方清理之所需。那么，能否居于成熟的挖掘机技术平台设计出一种既能用于挖掘清除又能适用于道路边沟清扫作业特点的设备呢？

课题组从2010年立项开始，就一直立足于上述思路的研发和试制中，通过各种资料的整理分析，以现有轮胎式挖掘机为平台，专门设计了异形挖机动臂，并在永安公路分局进行路试，试验结果是：虽具有挖掘功能，但无法完成道路边沟的清扫和垃圾收集，尤其碰到防撞墙、标志牌及路桩，根本无法使用，所以，该项研究工作就暂时停滞了，但课题组并没有放弃继续研究的信心。从2012年开始，课题组成员分别多次到养护道班进一步深入了解新改建的道路边沟的堆积垃圾情况后，通过资料整理分析，我们发现，山区公路边沟垃圾的主要成分70%以上是落叶和树枝，以及一些塑料袋等，砂子、碎石和泥土大概占30%；沿海公路边沟主要砂子、碎石、尘土以及生活垃圾如饮料盒、塑料袋、烟头、纸巾为主。真正需要挖掘作业如溜方、堵塞等的机会并不多。基于上述分析得出的结论，并借鉴本公司先前研发的扫路机技术，课题组转变思路着手研制一种可完全代替人工清沟的道路边沟清扫机。

2　自行式边沟清扫机产品设计背景及技术要点

（1）以清扫功能为主，采用扫刷和吸嘴组合清扫方式，垃圾直接扫入抽屉式垃圾箱。

（2）采用自动行走方式，三角皮带传动离合，确保设备按要求行驶或停止。

（3）适应不同沟底垃圾成分，分别采用角刷+滚刷和角刷+吸嘴的清理形式，重点解决好落叶较多或有粘土的边沟。

（4）自动行走的导向限位手段。设计能沿着边沟壁行走的导向顶轮，以保证作业时不碰撞沟壁。

3　产品的主要组成及工艺流程

3.1产品的主要组成

3.1.1自动行走小推车

包括机架、发动机、传动机构、行走轮等。行走轮中的驱动轮装有离合装置，可控制扫沟机的行走，非作业时可人力推行。

3.1.2清理装置

由双侧置角刷、中置提刷、传动机构、垃圾箱、以及引风机、吸嘴等组成。动力通过传动机构带动角刷、提刷转动进行清扫作业。垃圾箱用于收集来自提刷抛送的垃圾；吸嘴置于设备最前端，用于提前收集尚未清扫到的落叶和树枝，便于角刷和提刷清扫。

3.1.3可调整限位顶轮组

安装于小推车机架上，可根据边沟宽度进行适当调整，使之顶着水沟壁行走，保证清扫机能适应不同水沟宽度并顺着水沟走向自动行驶作业。

3.2产品工艺流程

①将角刷压低触地，调整好提刷高度，以及限位顶轮宽度，后将本设备放入道路边沟里，开启发动机开关，启动发动机，将驱动轮挂挡，就可以开始作业了。②将传动皮带的离合操纵杆放低并扣住，使传动皮带张紧，动力传给清理装置和驱动轮，机器即可自动行走进行边沟清扫作业。③垃圾箱装满后，停机抽出垃圾箱，将垃圾倒入自备停放在路边垃圾桶内，后放回清扫机内，进行下一段作业；而当垃圾桶装满后，可由小型专用提升机提起装进养护车车厢内运走。

4　关键技术

4.1小推车及其行走传动装置设计

它既是所有工作装置的载体，又要能方便移场和作业时自动行走，要求它既要轻便又要有足够强度。根据前期调研的数据和工作人员反馈：①我们严格按照标准边沟的尺寸进行机架设计，尽量在清扫效率和机体体积上找到最佳平衡点，机架设计加工采用板材镂空折弯成型，既减轻重量又能满足强度要求，同时，相关的尺寸安装位置全部预先在电脑上通过三维图进行组合模拟标定，从而保证设备的装配质量和效率；②为减轻机器重量，简化机构配置，我们在传动装置上设计了一套具有离合功能的皮带传装置，这也是该设备的一大创新点。具体方案是：发动机动力输出皮带轮所对应连接的皮带轮是可以摆动升降的，通过操作手柄，可使传动皮带张紧或松弛，从而达到动力传递的离、合需要，关键技术在于传动皮带在摆动升降过程的限位问题，也就是说，皮带脱离后要重新与带轮结合时必须有一套导向机构予以保证。经过不断摸索，发现利用皮带罩的特殊设计可以实现，当一皮带轮往上摆（中心距变短），与操作机构连接的皮带罩能使皮带整体上移，保证皮带与动力输出皮带轮脱离不接触，达到分离目的，反之，当一皮带轮下摆，通过皮带罩能使皮带按要求位置与动力皮带轮良好结合（传递），从而保证传动皮带的正常分离与结合；而行走轮的传动机构上还增加了一套分离拨叉，可使行走轮与传动装置脱离或结合，独立于驱动系统，即设备可手推或自动行走。

4.2清理装置的独创设计

这是设备的核心部件，设计得好坏，直接关联着成败。针对沟底垃圾主要由砂石、泥土、树叶等成分组成的客观事实，我们借鉴公司近年来着重研究的道路清扫机的相关技术，结合清扫对象的特殊性，设计出一种基于清扫技术的边沟清扫装置，其结构包括：双侧置角刷、中置提刷、传动离合机构、垃圾箱，以及引风机、吸嘴等。其工作原理：角刷将水沟底角的垃圾刷扫到水沟中间，提刷或吸嘴再将垃圾提抛进垃圾箱，完成边沟清扫作业。

4.3可调式导向顶轮组结构设计

标准化道路边沟不仅在铺筑过程会有尺寸偏差，而且水沟本身又是弯弯曲曲的，如果没有一套导向装置，设备是很难自动行走作业的。我们在小推车机架上设有4个可调宽度的导向顶轮组，在调定的宽度内（一般比水沟略窄），机器可自由行走甚至是摇摇晃晃都可正常作业，碰到弯道时，顶轮会顶着沟壁滑滚，起到引导机器的正常行走作业，保护机器外露件不会被撞坏。

5　产品特征

5.1产品的技术特点

采用小型高效的动力组合自动行走机构和清扫装置，扫吸结合，可完全代替人工进行道路边沟垃圾的清扫和收集作业。专利技术设计的三角皮带动力离、合传动机构，较好解决了自动行走过程的动力传递（行走或停止），结构紧凑，操作轻便。独创的垃圾清扫装置，通过角刷和提刷、引风机吸收机构的不同组合，可有效解决不同垃圾成分（树叶、砂石）的清理问题。可调整限位顶轮机构，可使之顶着水沟壁行走，保证清扫机能适应不同水沟宽度并顺着水沟走向自动行驶作业。

5.2产品的技术水平

经省中检院检测，各项性能指标都达到《交通科技发展项目技术任务书》的技术要求和公司《企业标准》的技术指标要求，具体检测指标如下：

（1）结构形式：自行式。

（2）清扫宽度：350～650mm；清扫速度：1.2～2km/h；清扫效率：≥85%。

（3）功率：引风机功率：1kW；发动机功率：5kW。

（4）外观设计：垃圾箱容积：0.06m3；整机质量：100～125kg；外形尺寸：1×0.5×0.9m。

6　结束语

国内尚无发现主要用于道路边沟清扫的类似设备，只能跟小型挖机和扫路车辅助功能（增加吸管用于清吸边沟）进行比较。小挖掘机具有高效的挖掘铲除功能，灵活的移场提抛动作，特别适合边沟大面积溜方清理之所需，但却无法适应水沟特殊结构的作业，对沟底的砂石、泥土更是无计可施；扫路车在清吸边沟时，吸管要人工抬着，跟随操作，不仅笨重，作业强度大，而且作业难度高 （吸嘴难控制、碰到标志杆就不能操作），同时油耗大（100kW大风机运转）费用高；而该项目产品由于是专门针对清理边沟而开发，可在沟底里独立自动行走作业，其独创的小型高效发动机（4kW）带动具有离合功能的传动皮带驱动角刷、提刷转动进行边沟清扫作业，以及丰富的工作部件选用，适应清理不同沟底垃圾的技术手段，可以完全代替人工的清理作业，在目前国内都处于领先水平。总之，该项目产品除了在移场中必要的推行外，整个作业过程基本实现自动操作，大大减少了操作人员的劳动强度和安全隐患；用于收集不同成分垃圾的垃圾箱和多种清扫装置组合的设计，极大提高了该产品的实用性和推广使用价值，这些创新技术使该项目产品与国内其他相类似产品相比具有极大的性价比优势。

［1］罗善瞀.我国扫路车的发展和研究方向［J］.建设机械技术与詧理，2005（05）：46～48.

［2］陈友顺.新时期公路养护管理体制改革方向的探讨［J］.科技情报开发与经济，2004（05）.

［3］周雷青.我国清扫车的概况及使用［J］.交通与运输，2008（05）：38～39.

［4］王强.《上海市实施＜中华人民共和国环境影响评价法＞办法》和《上海市扬尘污染防治管理办法》［J］.上海环境科学，2004（03）：133.

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2095-2066（2016）10-0006-02