新型环保吸尘车的研制

王仁鹏，李温锋，郭佳鹏，雷波，马莹

摘 要：文章介绍了一种新型环保吸尘车，该车以节能环保、智能高效为核心，设计了整车纯电驱动、一体式垃圾箱体、多级过滤除尘系统、幕布式抑尘罩、组合式吸尘盘，保证了该车使用功能和性能要求，保证了吸尘车清洁吸尘不会产生二次扬尘污染，提高了除尘、清洁效率，降低了人工劳动强度。

关键词：吸尘车;纯电驱动;幕布式抑尘罩;组合式吸尘盘

中图分类号：U462.1  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）23-91-04

Research and Manufacture of a New Environmental Protection Vacuum Sweeper

Wang Renpeng， Li Wenfeng， Guo Jiapeng， Lei Bo， Ma Ying

（ Shaanxi automobile Holding group co. LTD.， Techonlogy center， Shaanxi Xi'an 710200 ）

Abstract： The Article Introduced a new environmental vacuum sweeper， taking the energy saving， environmental protec -tion， intelligent and efficient as the core， we has designed pure electric drive， one-piece dustbin， multi-stage filter dust removal system， folding dust suppressor and modular dust tray， ensuring using function ， performance requirement， clean vacuuming and no secondary dust， improving cleaning and dust removal efficiency， reducing labor intensity.

Keywords： Vacuum sweeper; Pure electric drive; Folding dust suppressor; Modular dust tray

CLC NO.： U462.1  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）23-91-04

1 前言

近年來，随着城市建设的蓬勃发展，城市道路的增多，以及城市雾霾的严重污染，对城市路面的保洁也提出了更高的要求。而具备道路保洁的扫路车目前主要有以下几种：纯扫式扫路车、吸扫结合式扫路车及纯吸式真空吸尘车[1] ，已远远满足不了环卫部门的工作需要。通过大量的市场调研，在现有的扫路车基础原理上进行了整车功能性创新设计及动力系统纯电动化技术的全新应用，创新开发出全新一代新型环保吸尘车。该车具有零排放、低噪音、吸力强劲、清洁彻底、可靠耐用、无扬尘污染、节约水等优点。随着在市场逐渐投放，该车在雾霾严重、干燥缺水的地区表现出更好的适应性和优越性。因此，相比传统路面保洁的扫路车，新型环保吸尘车将有更好的市场前景，对新型环保吸尘车进行研制，具有重要的科研价值、社会效益及经济效益。

2 研制的总体思路

新型环保吸尘车严格遵守国家有关安全、技术、质量、环保等法律法规，定位为高端技术产品，具备对路面灰尘、砂砾、烟头、落叶、板结物等垃圾有吸拾清洁功能。新型环保吸尘车作业装置设置干湿转换，满足全天候作业要求，作业模式有三种：弱吸、标吸、强吸模式。该车底盘选用本公司已定型生产的纯电动二类底盘;上装动力系统包含上装驱动电机、高压离心风机、空压机及上装冷却装置;一体式垃圾箱体包含清水储存箱、多级除尘过滤装置、垃圾储存箱及其集尘箱，含尘气流经多级除尘过滤后达PM2.5;组合式吸尘盘包含前置滚刷+主吸尘盘+两副吸尘盘，可吸拾当量直径大于30mm的砂石;幕布式抑尘罩通过在垃圾箱体后门与地面之间创造一个密封空间，直接隔离卸料扬尘，有效解决卸料炸尘、扬尘问题;卸料采用遥控器近距离车外移动遥控操作，便于观察卸料周边环境及卸料情况;整车采用360环视系统，驾驶室内可全方位、无死角观测车辆四周情况，尤其是汽车传统盲区，附带录像存储功能。该车的专用作业装置清洁彻底，除尘效率高，性能可靠，操作简便，自动化高。

3 整车设计与车辆稳定性校核

3.1 整车设计

针对国内现有传统型干式路面保洁的扫路车（柴油发动机），远远满足不了环卫部门的工作需要，围绕节能环保、智能高效、零排放、低噪音、可靠耐用、无扬尘污染、作业环境适应性强、造型美观的产品设计目标，开展新型环保吸尘车的研制。

3.1.1 整车布置

整车外形7000mm×2200mm×2600mm，整车由纯电动二类底盘、上装动力系统、一体式垃圾箱体、组合式吸尘盘、幕布式抑尘罩、多级除尘过滤装置、液压系统、高压水泵、空压机、附件等构成。新型环保吸尘车布置如图1所示。

1.纯电动二类底盘 2.电池 3.高压离心风机 4.一体式垃圾箱体

5.喷吹阀 6.滤筒 7. 幕布式抑尘罩 8.侧防护 9.油泵 10.电机

11.高压水泵 12.空压机 13.液压油箱 14.组合式吸尘盘 15.阀体

16.挡泥板17.副车架 18.卷盘喷枪 19.后防护

图1  新型环保吸尘车整车布置图

3.1.2 气流输送系统工作原理

气流输送系统是利用风机产生的负压，将地面垃圾颗粒与粉尘通过组合式吸尘盘吸尘口吸入一体式垃圾箱体内，经过逐级沉降与过滤，气流与垃圾、颗粒物、粉尘分离，以近乎纯净的空气排到大气中，排放达PM2.5。该车气流输送系统分为干式作业模式和湿式作业模式，根据作业工况的不同，选择最优的作业模式。气流输送系统工作原理如图2所示。

图2  气流输送系统工作原理图

（1）重力除尘

该车作业时，气流将路面的垃圾和粉尘，通过组合式吸尘盘和吸筒带入到一体式垃圾箱体内，由于箱体容积的骤然增大，气流速度急剧下降，质量较大的顆粒在重力作用下，直接落入垃圾箱底部;同时直径较大的轻飘物，如树叶、纸屑、塑料袋等则会被垃圾箱顶部的过滤网阻挡，只有当量半径较小的粉尘颗粒进入惯性除尘装置内，这就是重力除尘。为了防止垃圾箱内部气流过高，导致垃圾箱内的粉尘被气流卷起带入下一级除尘箱内，就要保证内部气流流速为2.8m/s以下，这样重力除尘的效果才能明显。

（2）惯性除尘

惯性除尘是指在除尘室内设置各种形式的挡板，含尘气流走向多次折返，使得气流方向发生急剧转变，有利于尘粒借自身的惯性与空气分离，尘粒持续向下沉降到集尘箱，由于质量越大惯性越大，本结构的惯性除尘装置对当量半径为16～31μm的粉尘有明显的除尘效果。为了防止除尘室内部气流流速过高，导致集尘箱内的粉尘被气流卷起，造成二次扬尘带入下一级除尘，就要保证内部气流流速为9.8m/s以下，这样惯性除尘的效果才能明显。

（3）脉冲式滤筒除尘

除尘室内设置若干个滤筒除尘，滤筒采用覆膜处理聚酯纤维，覆膜材料为PTFE，具有防水、防油、耐高温，并且摩擦系数极低。含尘气流进入除尘室后，气流速度减慢，粗颗粒脱离气流沉降到集尘室内，细微粉尘被滤筒滤料上密集的微孔网阻于滤筒外表面，微孔网过滤精度可达当量半径为0.2～0.5μm，除尘效率99.9%以上，洁净气体由出风口排出。根据预设程序，控制器发出指令开启喷吹阀，气包内的压缩空气经喷吹管高速喷出，同时诱导数倍于喷射气量的周围空气进入滤筒，并由内向外快速射出，将滤筒外表面的粉尘吹下落入集尘室内。滤筒清灰采用脉冲喷吹方式，即做到了彻底清灰，又不伤害滤筒，使滤筒使用寿命得以保障。

3.1.3 幕布式抑尘罩工作原理

垃圾箱体卸料时，幕布式抑尘罩通过垃圾箱体后门与地面之间创造一个密封空间，直接隔离卸料扬尘。幕布式抑尘罩工作原理如图3所示。

图3  折叠式抑尘罩工作原理图

（1）卸料模式

卸料模式时，驱动装置将外骨架推出，上篷布随之逐渐展开，而内骨架则被展开的上篷布拉出，整个骨架展开过程中，连杆机构拉动挡板使其展开，下篷布在重力作用下垂至地面，整个装置将卸料区域封闭。

（2）行驶模式

行驶模式时，驱动装置将外骨架拉起，上篷布收起，外骨架带动内骨架逐个收起，同时连杆机构将挡板收起，下篷布被挡板收回，整个装置完全折叠收起。

3.1.4 组合式吸尘盘工作原理

组合式吸尘盘采用前置滚刷+主吸尘盘+两副吸尘盘结构形式，对路面灰尘、砂砾、烟头、落叶、板结物等垃圾具有良好的吸拾效果。组合式吸尘盘工作原理如图4所示。

图4  组合式吸尘盘工作原理图

（1）吸尘模式

吸尘模式时，组合式吸尘盘下降，同时滚刷提升锁止，可调橡胶板下降，两副吸尘盘通过气缸动作摆出，车辆进入作业状态，此种模式对路面灰尘、砂砾、烟头、落叶等垃圾物有良好的吸拾清洁效果。

（2）滚吸模式

滚吸模式时，组合式吸尘盘下降，同时滚刷也下降，可调橡胶板上升，两副吸尘盘通过气缸动作摆出，车辆进入作业状态，此种模式可以对地面上颗粒较大的垃圾，或是大片板结物有良好的吸拾清洁效果。

3.2 车辆稳定性校核[2]

3.2.1 整车质心位置及轴荷校核

整车的纵向和高度质心坐标计算，有：

（1）

（2）

（3）

式中mi——第i个总成质量（kg）;

xi——第i个总成的质心至前轴中心的水平距离（mm）;

yi——第i个总成的质心至地面的高度（mm）;

a——整车质心至前轴中心的水平距离（mm）;

b——整车质心至后桥中心的水平距离（mm）;

hg——整车质心至地面的高度（mm）;

L——轴距（mm）。

根据公式（1），计算可得a=35271640/11860=2974mm

根据公式（2），计算可得b=4250-2974=1276mm

根据公式（3），计算可得hg =13105300/11860=1105mm

轴荷计算：

G1=G×a/L                                   （4）

G2= G-G1                                                       （5）

式中G1——前桥轴荷;

G2——后桥轴荷;

G——整车总质量。

根据公式（4），计算可得G1=11860×1276/4250=3560kg

根据公式（5），计算可得G2= 11860-8300=8300kg

整车设计选型：前轴额定载荷为3600kg，后桥额定载荷为8400kg。可见，设计能够满足使用要求。

3.2.2 车辆纵向稳定性校核

为了保证上坡行驶安全，让打滑空转发生在翻车前，必须满足下面的条件：

b/hg﹥φ                                     （6）

式中，φ为轮胎对地面的附着系数，φ=0.7。

可以求得，b/hg =1.155﹥φ，可见车辆打滑空转发生在翻车前。

为了保证下坡制动安全，下坡时不发生翻车的极限坡度是：

（7）

式中，α为坡度角，α=36.397rad。

可以求得，tanα=0.737;（ a - hgφ）/ hg =1.991。

则tanα<（ a - hgφ）/ hg，故車辆下坡时不会发生翻车。

3.2.3 车辆横向稳定性校核

车辆在转弯行驶和横坡行驶时，侧滑早于侧翻发生的条件为：

B/2hg>φ                                    （8）

式中，B为汽车轮距，B=1860mm。

计算可得，B/2hg =0.84>φ，故车辆先侧滑，不会发生侧翻。

4 主要技术特点

整车的主要技术特点表现在：

（1）整车采用电驱动，合理的动力总成布置及电控控制，具有连续作业时间长，耗电量低，工作噪音小，自重轻等特点。

（2）整车设置了干湿切换控制机构，开关过程不漏气、不影响吸力，可根据不同的作业需求，分别使用干式作业模式、湿式作业模式，实现全天候作业，使用范围广。

（3）垃圾箱采用独特的一体式垃圾箱体结构，滤筒拆卸维护简单、方便，垃圾箱为倾斜板结构，卸料方便，无需人工干预;垃圾箱及水箱整体采用304不锈钢材料制作，永不锈蚀。

（4）卸料抑尘采用幕布式抑尘罩，通过垃圾箱体后门与地面之间创造一个密封空间，可以有效抑止炸尘、扬尘现象。

（5）除尘系统采用多级除尘过滤装置：重力除尘+惯性除尘+脉冲式滤筒除尘的组合布置，并设有气动脉冲清灰装置，可有效分离滤筒上的粉尘，避免造成滤筒堵塞和二次污染，从而大大提高滤筒的使用寿命及整车性能，极大提高滤筒清灰效果;配置大容量的垃圾箱及除尘箱，提高作业效率。

（6）吸尘系统采用组合式吸尘盘：前置滚刷+主吸尘盘+两副吸尘盘的结构形式，副吸尘盘通过铰接与主吸尘盘两侧，与主吸尘盘同步升降，采用气缸控制副吸尘盘外伸、回收;同时副吸尘盘具有防撞避让功能，可保证吸尘装置作业时不碰损;前置滚刷通过铰接于主吸尘盘前端，气缸控制升降，采用气压浮动技术，当滚刷作业磨损后，系统自动控制调节，从而实现滚刷磨损自适应补偿与调节;组合式吸尘盘对路面灰尘、砂砾、烟头、落叶、板结物等垃圾具有良好的吸拾效果。

（7）整车采用360环视系统，驾驶室内全方位、无死角观测车辆四周情况，尤其是汽车传统盲区，附带录像存储功能。

（8）气流输送通道设置检测器检测负压，负压超过设定

值时，报警提示操作人员进行滤筒清洁或更换，便于售后维护。

（9）卸料控制采用驾驶室内面板一键式操作和车外移动遥控操作，便于观察卸料周边环境及卸料情况。

（10）电气控制系统采用CAN总线智能化控制系统，大大提升整车控制系统可靠性、可维护性。

5 结论

该新型环保吸尘车采用整车一体化设计，避免了因车辆改装而存在的安全隐患，整车应用纯电驱动技术、组合式吸尘盘技术、多级除尘过滤技术、幕布式抑尘技术等创新技术，有效提高了整车的除尘效率、清洁效率、出勤率、可靠性，并降低了车辆整体自重及质心高度，能够有效的解决现阶段及未来环卫部门对路面垃圾物的保洁作业需求。

参考文献

[1] 李钢，樊守彬，钟连红等.北京交通扬尘污染控制研究[J].城市管理与科技，2006.6（4）：151-152.

[2] 卞学良.专用汽车构造与设计[M].北京：机械工业出版社，2007.7.