小型电动清扫车洒水收集系统设计及研究

韩文翔 石荣玲 朱亚

摘 要：在当前环境污染日益严重，同时自动化技术全面发展的大背景下，结合各大高校及工厂、畜禽场等大型场合人流量大、道路较窄、灰尘多等实际工作环境，本文制订了一种小型电动清扫车的总体设计方案，并对洒水收集系统分别进行具体研究与计算，设计出一种性能优化、环保节能、安全舒适，具有等多项功能的紧凑型电动清扫车。

关键词：多功能；电动清扫车；洒水系统；收集系统；紧凑型

中图分类号：U469.6+91 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）19-0136-03

Design and Research of Sprinkler Collection System for

Small Electric Sweeper

HAN Wenxiang SHI Rongling ZHU Ya

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou Jiangsu 221018）

Abstract： In the current increasingly serious environmental pollution， and at the same time the backdrop of the comprehensive development of automation technology， combined with various universities and factories， large occasions such as stream of livestock and poultry field， the road is narrow， dust and other actual working environment， this paper made an overall design scheme of small electric sweeper， and the water collection system specific research and calculated respectively， designed a performance optimization， environmental protection and energy saving， safe and comfortable， with multiple functions such as compact electric sweeper.

Keywords： multi-function；electric sweeper；sprinkler system；collection system；compact type

1 研究背景

随着科技的不断发展以及劳动成本的逐年提高、自动化技术及机器人的普及，环卫清扫工作的发展趋向必然是以高机械化程度的清扫设备替代人工清扫。清扫装置采用纯扫式进行工作时，由扫刷直接将垃圾尘土扫入垃圾箱内，容易造成二次扬尘污染，因此清扫效率不高。小型纯吸式作业装置的可靠性不高，而大中型的装置造价高、能耗高、排放污染严重，不仅不适合校园等场合的使用，也不符合绿色环保的国家要求[1]。

本文针对国内各大高校的校园道路实际情况，设计研究一种体积较小、结构紧凑、功能全面的电动清扫车，既提高了工作效率，又减轻了劳动强度，并且采用电力驱动，符合节能减排的国家要求。

2 总体设计方案

本方案采用纯扫式的清扫模式，清扫装置由位于车身前部的双盘刷以及位于驾驶室正下方的滚刷组成，在清扫过程中，位于前方的左右盘刷由外向内绕轴旋转，通过盘刷刷毛与垃圾产生的切向力，将垃圾抛向车身正前方，并将其聚拢于车体一侧，为了限制垃圾的运动方向，在车底中央设置一个导流板，这样便可以避免盘刷清扫时垃圾过度飞散，从而造成污染。再利用一个滚筒刷为后清扫刷，将聚拢于车体一侧的垃圾扫入次要垃圾收集系统的垃圾入口处，并由垃圾收集装置进行收集处理。贮水罐置于车体后方，整车仅设置一个喷头置于车底且位于收集系统的后方。

从二维布置图（见图1）和侧视图（见图2）可知，前清扫刷可以对两侧的道路和中间的隔离带进行清扫，加宽了清扫作业的宽度，滚筒刷和垃圾收集系统主要用于收集垃圾，本车虽采用纯扫式的清扫模式，但由于洒水系统的喷管作用，既达到了洒水的功用，同时又避免了清扫造成的二次扬尘。由于系统摩擦力小，所消耗功率小，同时对续航要求不高，因此，系统仅使用蓄电池通过液压驱动作业便可满足要求，达到了节能环保的目的[2]。

3 收集系统

将垃圾收集系统做成箱式结构，采用直立放置。直立放置的垃圾收集系统不仅减小了内部摩擦力，而且便于布置装配，从而可以增加垃圾容器的容积。前置的垃圾收集系统可以降低前盘刷扬起的飞尘的高度，更利于滚刷沿着地面方向进行清扫。

为保持箱体内外压力平衡，箱体右侧纵向开有通风格栅。箱体左侧设计为相对密封的结构，箱体右侧通过通风格栅可以与外界相通。其内部布置有上下两个滚轮，其中下面的为主动滚轮，上面的为从动滚轮，两滚轮之间采用弹性好、韧性高、质量牢靠的皮带装置传递运动。主动滚轮与箱体外面的动力轮同轴，动力轮通过皮带与滚刷系统的主轴飞轮相连，该飞轮由滚刷系统的液压马达驱动。为了保证垃圾的收集，在输送带上粘贴螺旋状的刮板。输送带和刮板与箱体接触部位均安装有小毛刷结构，使得机器之间的硬接触变为软接触，进而减小内部的摩擦阻力。输送带中央安装有皮带张紧机构，保证输送带在提升和输送垃圾时紧贴箱体，如图3所示。

垃圾入口设计为喇叭开口形状，内口宽1 300mm，開口高180mm，长100mm。

垃圾收集系统的升降和滚刷系统的升降采用同一个液压油缸，这既节省了空间，又保证了垃圾的清扫与收集动作的一致性。在该垃圾收集系统与滚筒刷的配合方案中，滚筒刷的旋转切线方向与车辆行驶方向相反，虽然增大了与地面的摩擦力，但提高了清扫力，对一些粘贴性较强的垃圾更容易清扫，保证了清扫效率。

垃圾收集系统的箱体与滚刷系统的护罩做成整体结构，通过阻尼减震器将其与支架连接在一起。支架前端与车底盘铰接相连，另一端通过球形铰与液压油缸连接，液压油缸上安装有调节滚刷接地角和接地压力的弹簧调节筒，通过其调节滚刷的接地角度和接地压力。垃圾收集系统与滚刷系统由同一个液压马达进行驱动，既减小了内部体积，又保证了运动的一致性[3]。

4 洒水系统

4.1 水泵管路系统

水泵管路系统（见图5）由储水罐、吸泵、水滤器、安全阀、手动球阀、喷嘴和喷枪等部分组成。考虑到校园道路宽度实际情况及车型大小的限制，本车洒水系统仅设置一个喷嘴对道路实行单方面喷洒，虽然本车采用纯扫式的清扫结构，但由于洒水系统的喷洒作用，及时得将清扫时造成的污染处理，因为避免了二次扬尘[4]。

4.2 管路计算

4.2.1 直径选取

按水泵的最大流量Q确定内径：

[d=2Qπvx103] （1）

（1）式中：[Q]是水泵额定流量，（m3/h）；v是水的经济（常用）流速，通常取2.5～3.5m/s。因为水泵是直接选取的，所以[Q]为选定水泵的额定流量。鉴于校园道路宽度要求不高，即仅仅针对单向喷洒的实际要求，选取型号为80QZB-60-90N的水泵，其流量[Q]为60m3/h，带入上式可求得d=60～71，所以取d=65mm。

4.2.2 管材的选定。直通管材料选用镀锌钢管。

4.2.3 直管阻力计算。直管阻力是流体在管径不变的直管流动时，流体与管道内壁产生摩擦引起的流体压力损失。计算式为

[f直=9.81×10（-3）×λLd×u22g] （2）

式中，λ是摩擦阻力系数，u是流体密度壁厚取1.5mm，即

[f直=9.81×10（-3）×0.1×16.80.065×3.222×9.8=13 246.34Pa]

4.2.4 局部阻力。局部阻力是流体流过管路管件，如三通、大小头等管子的出入口及流量计时，由于受到其局部阻碍，而使流体的流动方向突然发生改变，造成大量旋涡，从而形成比较集中的阻力。

计算式为：

f局=9.81×[10-3§] （3）

（3）式中：f局-为局部阻力，Pa；[§]-为局部阻力系数。局部阻力系数需要通过大量实验测得，不同的结构有着不同的局部阻力系数[5]。

4.2.5 总管路阻力

流体在管路中流动时的总阻力为各段直管阻力和各个局部阻力之和。若整个管路直径不变，则管路总阻力的计算公式为：

f损=f直+∑f局=9.81×[10-3]（[λ]+[§]） （4）

（4）式中：f直为流体流过直管的阻力；f损为流体流过管路中的管件、阀件、管子的出人口等处的阻力。

5 结论

本文设计一款纯扫式的小型电动清扫车，该车由清扫系统、收集系统和洒水系统等主要部件构成。经过分析与研究，确定了收集系统的结构和工作原理，通过设计计算，确定了洒水系統各部件参数的确定以及型号的选取，进一步确保了该方案的可行性和实用性。

参考文献：

[1]朱琳佶.新型纯电动小型清扫车的设计[D].镇江：江苏大学，2016.

[2]钦松.小型道路清扫车的造型设计研究[D].西安：西安理工大学，2008.

[3]简洁，张铁山.电动清扫车清扫作业装置的设计与研究[J].专用汽车，2012（7）：85-87.

[4]牛书豪.洒水车管路系统设计[J].中国科技博览，2011（18）：84-85.

[5]艾媛媛，丁继业.多功能自动洒水车的设计[C]//河南省汽车工程科学技术研讨会，2013.