机械式道路清扫车的设计

师军杰

(山西大众电子信息产业集团有限公司电控设备分公司，山西 太原 030024)

0 引言

随着我国经济的发展，城市规模迅速扩大，伴随着城市发展的环保任务也越来越重。城市道路清扫车能有效保持城市的环境卫生和道路保养，而目前我国清扫车市场中，吸扫式清扫车[1]占有率为85%以上。机械式的道路清扫车领域几乎空白，机械式清扫车的生产力和速度的功能优越。在清洁和维护任务重的清扫区域，清扫速度是空气或真空系统的二倍以上，由于机械式扫路车是单发动机动力系统,不需要安装空气或真空系统，因此油耗低,噪音低,使用费用低，能耗方面有巨大的优势。所以发展机械式道路清扫车有很大的市场空间和发展空间。

1 工作原理

该道路清扫车由某品牌汽车底盘、发动机、垃圾箱、液压油箱、油泵、扫刷装置、附车架、滚刷装置、垃圾输送装置、太阳能发电装置、液压缸、液压马达、液压泵、安全警示灯等组成。在平整路面上，两侧扫刷盘将垃圾扫至中间位置,然后经滚刷向前滚动，使垃圾经过橡胶挡板至裙边挡板传送带，其裙边挡板传送带和滚刷通过皮带传动由液压马达提供动力，将垃圾传送至垃圾箱中，垃圾箱中的垃圾用液压举升缸倒出。总体布局如图1所示。

图1 总体布局图

2 构造及功能

2.1 液压控制系统

城市道路清扫车两侧扫刷盘的旋转、伸出、缩回动作,垃圾箱的倾翻收回工作,滚刷的放下、提起动作等都由液压系统控制和驱动。液压系统主要由液压泵、液压马达、液压缸、电磁换向阀、单向节流阀、液压单向阀、背压阀、集流块、液压油箱、连接油管等组成。液压系统要实现其工作目的必须经过动力源，控制机构和执行机构三个环节。其中动力源主要是液压泵；传输控制装置主要是一些输油管和各种阀的连接机构；执行机构主要是液压马达和液压缸。液压原理图如图2所示。

机械式道路清扫车清扫系统的动力系统有机械传动、液压传动、还有气压传动。机械传动效力高，但机构太过复杂，制造成本高。气压传动效率太低，故选择液压传动。采用取力器从汽车底盘的变速器取力，取力器驱动液压泵，液压泵通过传输控制装置驱动扫盘马达、水泵马达和液压缸[2]。液压回路控制常用的有机械式、电磁阀控制等。电磁阀控制己广泛使用并相当成熟，操作性能得到了很大的提高。该设计采用电磁阀控制，该液压系统中两侧扫盘上升和举升集尘箱卸载的时候需要保压，该系统采用弹簧蓄能器，对扫盘装置上升和集尘箱上升后保压。扫盘和集尘箱上升需控制上升速度系统需要装置节流阀。

图2 液压原理图

2.2 电气软件系统

机械式道路清扫车具有汽车底盘电气和专用工作装置电控与仪表两个独立的电气系统。底盘电气系统为常规通用系统，专用工作装置电控与仪表系统由电控板、电气元件及电磁阀等组成,通过驾驶室内的仪表盘按钮操作实现专用工作装置电控制和液控制[2]。机械式道路清扫车的各种动作通过液压执行机构实现，液压执行机构通过电磁阀的动作实现。

机械式道路清扫车综合电源软件部署于车载综合电源的控制板上。软件部署图如图3所示。车载综合电源对整车上不同类型的输入供电(交流输入，蓄电池输入)进行整合，通过功率变换为车载设备提供稳定可靠的直流/交流供电。并且实现交流输入、太阳能电池对蓄电池充电功能。综合电源软件主要包括识别电源输入、控制功率模块输出、识别综合电源工作状态等功能。

图3 综合电源软件部署图

机械式道路清扫车电源控制模块功能,当检测到交流输入正常时，接入交流输入，并打开AC/DC模块输出直流供电，打开DC/AC模块输出交流供电。状态显示的功能通过LED指示灯显示综合电源的输入、输出状态和故障状态，通过数码管显示输入输出电压，通过蜂鸣器提示故障，并可通过静音键进行消音处理。

2.3 垃圾清扫倾倒装置

垃圾清扫倾倒装置由垃圾集尘箱，举升液压缸等组成。垃圾倾倒装置采用半封闭式集尘箱，集尘箱内部采用侧翻式结构能更好的利用汽车空间，倾倒垃圾时，液压举升缸将垃圾从集尘箱侧边倒出，处理垃圾方便快捷，城市环境干净卫生。城市道路清扫车作业循环表如图4所示。

动作名称电磁铁状态1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA扫盘下降 +-+扫盘作业 -++扫盘上升 -+-扫盘锁止 ---滚刷上升 +-+滚刷作业 -++垃圾箱上升 +-+垃圾箱锁至 -++清扫作业+运输行走-

2.4 扫盘扫刷装置

扫盘的设计要求清扫效果好，效力高。扫刷材料要求不但具有高的硬度并且还要有高的韧性。扫盘刷如图5所示，扫盘直径d=220 mm,厚h=30 mm，材料Q235，最大扫刷直径D=550 mm，刷毛长度为200～230 mm，刷毛数量：500根±10%，刷毛直径：≥3.5 mm，刷毛材质宜选用PP聚丙烯或PE聚乙烯材料。

图5 扫盘装置

该装置由与车架中心线对称的左、右两清扫装置组成。扫盘离地110 mm左右，扫刷触地状况对清扫效果和减少扫丝的磨损很重要,必须将扫盘对地倾斜成一定的角度,即将扫盘外倾3°左右。扫刷磨损后必须对扫盘进行调整位置角度。当扫刷长度磨损减短至150 mm时就需更换新扫刷盘。

3 机械式道路清扫车燃油经济性计算

机械式道路清扫车的燃油经济性[3]通常用车辆在城市的混凝土或沥青道路面上以经济车速V满载行驶的百公里油耗量来评价，百公里油耗Q，单位L/100 km。可以根据发动机万有特性来计算。公式为：

式中：ρ为燃油的密度(kg/L)。柴油可取ρg=7.94N/L；道路清扫行走的经济车速为u=65 km/h。

=1428.2(r/min).

取ne=1 500(r/min)

在经济车速下发动机功率为：

百公里油耗Q

综上，该机械式道路清扫车燃油经济性优于现行的吸扫式清扫车。

4 结论

本次设计主要研究了城市道路清扫车的设计原理和参数选定,在其基础上,具体的设计出了清扫宽度为2100 mm，清扫速度为25 km/h的机械式道路清扫车的总成和清扫系统。机械式道路清扫车的设计是按照新标准QC/T 29lll—993《扫路车技术条件》和QC/T 51—993《扫路车性能试验方法》两个标准的要求选择和设计,对整车进行分析，计算了燃油经济性。保证了机械式道路清扫车的行驶和作业安全，清扫系统和集尘系统的设计，对机械式城市道路清扫车的设计、加工、生产具有较好的指导意义。