利用太阳能进行城市道路机械化清扫设计

2017-08-01王晓东高向丽王江张树利

中国设备工程 2017年14期

关键词：电池板太阳能电池

王晓东，高向丽，王江，张树利

（1.承德县环境卫生管理所，河北承德 067000 ；2.秦皇岛港务局，河北秦皇岛 066002；3.承德县市场监督管理局，河北承德 067000）

利用太阳能进行城市道路机械化清扫设计

王晓东1，高向丽1，王江2，张树利3

（1.承德县环境卫生管理所，河北承德 067000 ；2.秦皇岛港务局，河北秦皇岛 066002；3.承德县市场监督管理局，河北承德 067000）

道路清扫车为露天作业，白天作业时间长，太阳能利用与作业时间同步，作业区域相对固定，阴天时电力补充方便，行驶速度在 20公里以下，安装太阳能板不影响行走及作业的稳定性，结构与太阳能电池板合并设计，太阳能电池板有效安装面积与道路清扫车车体相同，太阳能电池板面积不影响清扫车结构，不用额外增加采光面积即可满足道路清扫车的动力需要，这些是利用太阳能的有利条件。通过对样板车辆测试和实验表明，太阳能清扫车实际工作用电功率 691.57W，太阳能实际发电量 720.34W，实际功耗小于太阳能实际发电量 28.77W。证明利用太阳能发电实现道路清扫是可行的。设计中实现了清扫车一种全新的设计理念，使利用太阳能进行城市道路机械化清扫成为可能。

太阳能电池；清扫车；发电；环境

1 概述

目前国内外道路清扫车大体分两种，一种是以汽油或者柴油为动力来源，是汽车专用车中的一种，优点是动力大速度快，缺点是能耗高，排放高，与清扫目的比较，耗能和排放对环境的破坏比例不合理，简单的路面清扫工作，用这种高能耗高排放的设备是不合理的。另一种是纯电动的道路清扫车，排放问题得到了解决，但续航能力差，工作效率得不到发挥，无法胜任正常的道路清扫工作。太阳能道路清扫车与燃油和电动道路清扫车比较，具有零排放，续航能力强，工作效率高的优点。这种无噪音、无扬尘、无废气排放的“三无”太阳能道路清扫车也将给环卫工作带来重大意义。太阳能道路扫路车，设计为吸尘、扫地、一体机，封闭驾驶室在户外环境下使用，可以用于市政道路、广场、高校、机场、火车站、汽车站、厂内道路、非机动车道、风景区、公园等室外清扫。道路清扫车利用太阳能的有利条件如下。

（1）清扫车为露天作业，白天作业时间长，太阳能利用与作业时间同步，是利用太阳能的有利条件。

（2）清扫车作业区域相对固定，阴天时电力补充方便。

（3）清扫车行驶速度在 20公里以下，安装太阳能板不影响行走及作业的稳定性。

（4）清扫车结构与太阳能电池板合并设计，太阳能电池板有效安装面积与道路清扫车车体相同，太阳能电池板面积不影响清扫车结构。不用额外增加采光面积即可满足道路清扫车的动力需要。

2 太阳能道路清扫车技术原理及设计

2.1 动力技术优化设计理念

根据上述道路清扫车利用太阳能做动力的有利条件，采用AMT技术进行优化设计，确定蓄电池的容量及太阳能电池板的数量，太阳能道路清扫车车顶和两侧可安装 12平米的太阳能电池板，安装功率 1840W 的电能，蓄电池容量为 180Ah，行走电机装机容量 2000W，滚刷装机 350W 电动机，除尘及辅助用电系统装机 200W，总装机容量 2550W, 工作电压 48V,整车质量包括驾驶员 880kg,外形尺寸3200mm×1500mm×1800mm。清扫宽度 2000mm，清扫工作车速 8km/h,最大行驶速度 20km/h。

车辆工作速度和最大速度功耗设计计算如下：

根据牵引力（N）F=M·f=W/V。得出：

W=M·F·V

式中：f——太阳能清扫车滚动阻力系数 0.02。

2.2 整车结构设计

太阳能道路清扫车由电动滚刷清扫系统、垃圾收集倾倒系统、除尘系统、车架及行驶系统和控制系统组成。车架采用桁架结构设计。

结构简图如图1所示。

图1 太阳能电动清扫车结构简图

2.3 太阳能电池发电情况和清扫车功耗验证情况

太阳能电池分五组分别安装在车顶、两侧和车后，车顶安装 4块 180W36V电池，两块串联为一组，两侧共 8块 110W18V电池，4块为一组串联，后部共 4块 60W18V电池串联。分别经过太阳能控制器与蓄电池相连接，为系统提供动力来源。太阳能电池实际安装总功率为 1840W，由于太阳能清扫车处于运动工作状态，对太阳能电池的转换效率影响较大，经过4年的实用验证数据统计情况如表1。

太阳能电池装机容量 1840W。

太阳能电池实际发电量：

W1=V1·A1=55.03×13.09=720.34W

用电总装机容量 2550W。

实际用电功率：

W2=V2·A2=53.61×12.9=691.57W

计算最高车速和工作车速的用电平均功率为

W3=(P20+P8)/2=(978.56+390.72)/2=684.64W

极端无阳光情况蓄电池供电计算值H=180AH/12.9A=13.95H。

3 结语

通过上述实验和4年多的应用实践表明，样板车实际工作用电功率 691.57W，太阳能实际发电量720.34W，实际功耗小于太阳能实际发电量 28.77W。证明利用太阳能发电实现道路清扫是可行的。考虑到车辆工作时会有极端情况出现，装机总容量为2550W，以提高其可靠性能。该车的工作行驶速度和最高行驶速度能够满足道路清扫的需要，清扫效率每小时 16000平方米，清扫效果 90%以上，续航能力在由太阳能的情况下可以全天工作，由于太阳能电池发电受到到极端特殊环境的影响，遇到无阳光等极端天气，其 180A蓄电池理论上能保证连续工作 13.95小时，实际测试可以连续工作 10小时以上，性能优于同类纯电动清扫车。其关键点在于，根据道路清扫车的工作和结构特点，进行系统的优化设计，采用新材料进行减重设计，不能简单的利用汽车的设计理念进行设计，因为道路清扫车不是汽车的功能要求，汽车的功能要求方便快速，而清扫车的功能要求是简单实用。上述车辆采用了桁架结构设计，使太阳能电池和清扫车结合更加合理，实现了清扫车全新的设计理念，使利用太阳能进行城市道路机械化清扫成为可能。