黃興華，宋進(jìn)宇，張　　棟

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江　　哈爾濱　150030；2.上海電機(jī)學(xué)院，上海　201306）

·設(shè)計(jì)與探討·

道路保潔機(jī)保潔性能試驗(yàn)研究*

黃興華1，2，宋進(jìn)宇1，張棟2

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030；2.上海電機(jī)學(xué)院，上海201306）

利用道路保潔機(jī)和設(shè)計(jì)的道路模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了2次單因素試驗(yàn)，探索盤刷和滾刷的交互作用，并進(jìn)行了道路保潔模式清掃效果的驗(yàn)證。結(jié)果表明，在保潔速度恒定時(shí)，增大盤刷轉(zhuǎn)速和滾刷轉(zhuǎn)速可以保證保潔機(jī)擁有較高的保潔率。道路保潔機(jī)具有布局新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、保潔率較高、成本及功耗低、安全性好的特點(diǎn)。

清掃機(jī)；保潔機(jī)；盤刷；滾刷

1　　試驗(yàn)設(shè)備

1.1試驗(yàn)設(shè)備儀器

圖1　　道路保潔機(jī)結(jié)構(gòu)示意

試驗(yàn)采用保潔機(jī)（如圖1所示）、道路保潔模擬試驗(yàn)臺(tái)、試驗(yàn)儀（器）若干臺(tái)。機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，遇到垃圾時(shí)，通過(guò)右邊刷和左邊刷的向內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將垃圾聚攏到保潔機(jī)中間部位，通過(guò)滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)滾刷，將垃圾直接掃入垃圾箱中。道路保潔機(jī)針對(duì)的是零散道路垃圾，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)用，垃圾箱便于拆卸，對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的保潔作業(yè)，是一種十分有效的作業(yè)機(jī)具。

1.2小型道路保潔機(jī)的工作原理

道路保潔機(jī)（圖2）主要由保潔部件、傳動(dòng)部件、底盤、行走等部件構(gòu)成，主要參數(shù)如表1所示。其中保潔部件是道路保潔機(jī)的核心部件，保潔部件要適應(yīng)保潔率高、安全可靠、功耗低、二次污染小的要求。如圖3所示，作業(yè)過(guò)程中，道路保潔

圖2 道路保潔機(jī)三維建模

表1 道路保潔機(jī)主要參數(shù)

圖3 保潔裝置示意

2　　保潔機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)與保潔率的關(guān)系

2.1車速和盤刷轉(zhuǎn)速與保潔率的關(guān)系

盤刷接地點(diǎn)速度關(guān)系如圖4所示。

圖4　　盤刷接地點(diǎn)速度關(guān)系

圖5　　滾筒刷轉(zhuǎn)速計(jì)算模型

由圖4可知［1］：

式中：v0為保潔機(jī)行駛速度，km/h；v為盤刷掃絲接地點(diǎn)相對(duì)于路面的絕對(duì)速度，km/h；ω為盤刷轉(zhuǎn)速，rad/s；r為盤刷半徑，mm；φ為盤刷接地區(qū)域?qū)ΨQ中心線與保潔機(jī)行駛方向的夾角（°）；θ為保潔機(jī)行駛速度和盤刷掃絲接地點(diǎn)相對(duì)于路面的絕對(duì)速度的夾角（°）。

由公式（1）公式（2）可知，θ越大，越有利于對(duì)垃圾的收集，即提高道路保潔機(jī)的行駛速度不利于盤刷對(duì)垃圾的收集；而提高盤刷的轉(zhuǎn)速則有利于盤刷對(duì)垃圾的收集。

為提高道路保潔機(jī)的保潔率，必須找到盤刷轉(zhuǎn)速和保潔機(jī)行駛速度的匹配關(guān)系，并使兩者之間達(dá)到最優(yōu)的組合。

2.2車速和滾刷轉(zhuǎn)速與保潔率的關(guān)系

道路保潔機(jī)對(duì)垃圾的保潔過(guò)程中，其滾刷主要是將盤刷聚攏到保潔機(jī)中間的垃圾直接納入垃圾箱中。保潔機(jī)作業(yè)中，滾筒帶動(dòng)滾刷掃絲旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滾刷刷毛的變形和回彈將垃圾彈射飛射到垃圾箱中。因此，滾刷的保潔作業(yè)過(guò)程即是刷毛的變形和回彈工作過(guò)程，其計(jì)算簡(jiǎn)化模型如圖5所示。設(shè)垃圾M質(zhì)量為m，垃圾在A處脫離刷毛時(shí)的絕對(duì)速度為VC，在水平方向上和豎直方向的分量大小分別為VCcos（β/2）和VCsin（β/2）。假如垃圾需要被納到高度為h的B處，則滾刷轉(zhuǎn)速為［2］。

式中：β為滾刷接地角（°）；n為滾刷轉(zhuǎn)速r/min；R為滾刷半徑，mm。

在保潔機(jī)滾刷半徑和滾刷接地角不變的條件下，由公式（3）可知，為提高垃圾被拋射的高度需要提高滾刷轉(zhuǎn)速。

要將垃圾拋射到垃圾箱內(nèi)，必須使垃圾水平方向的速度分量大于保潔機(jī)行駛速度，即VCcos（β/2）＞v0。另外，滾刷轉(zhuǎn)速越小，滾刷的磨損量就越小而滾刷轉(zhuǎn)速過(guò)小又不利于垃圾的清掃。由此可見(jiàn)滾刷轉(zhuǎn)速和行駛速度直接影響保潔機(jī)的保潔率。

3　　道路保潔機(jī)保潔性能試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)材料

保潔性能試驗(yàn)于2015年9月在上海電機(jī)學(xué)院利用樣機(jī)（圖6）在道路模擬試驗(yàn)臺(tái)（圖7）上進(jìn)行，混合垃圾為石子、樹(shù)葉、細(xì)沙等。試驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^(guò)試驗(yàn)獲得盤刷轉(zhuǎn)速與車速的最優(yōu)組合因素水平，使兩者之間達(dá)到最優(yōu)的組合；獲得滾刷轉(zhuǎn)速與車速的最優(yōu)組合因素水平，使兩者之間達(dá)到最優(yōu)的組合。

圖6　　道路保潔機(jī)樣機(jī)

圖7　　道路保潔機(jī)械道路模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)

3.2試驗(yàn)因素及試驗(yàn)指標(biāo)

保潔性能試驗(yàn)選擇保潔機(jī)行駛速度、保潔盤刷轉(zhuǎn)速、滾刷的轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)因素；指標(biāo)選擇保潔率。

保潔率指試驗(yàn)結(jié)束后垃圾箱收集的垃圾的質(zhì)量與試驗(yàn)所用垃圾的總質(zhì)量的百分比。

式中：η為保潔率，%；w1為試驗(yàn)結(jié)束后垃圾箱內(nèi)的垃圾質(zhì)量，kg；w為試驗(yàn)所用垃圾總質(zhì)量，kg。

3.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)方法。在滾刷轉(zhuǎn)速一定時(shí)，選擇不同的車速和不同盤刷的轉(zhuǎn)速進(jìn)行全試驗(yàn)方案保潔性能的單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平如表2所示；在盤刷的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，選擇不同的車速和不同滾刷的轉(zhuǎn)速進(jìn)行全試驗(yàn)方案的保潔性能單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平如表3所示。試驗(yàn)因素每個(gè)水平重復(fù)測(cè)試后取平均值。試驗(yàn)指標(biāo)保潔率由公式（4）計(jì)算確定。

表2　　不同盤刷轉(zhuǎn)速、行駛速度下試驗(yàn)因素水平和結(jié)果

3.4結(jié)果與分析

3.4.1車速和盤刷轉(zhuǎn)速對(duì)保潔率的影響

保潔機(jī)滾刷轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，不同盤刷轉(zhuǎn)速、不同車速作業(yè)時(shí)，保潔率的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。同一車速、不同盤刷轉(zhuǎn)速情況下，道路保潔機(jī)的保潔率隨著盤刷轉(zhuǎn)速的增大呈增大趨勢(shì)；在不同車速、相同盤刷轉(zhuǎn)速的情況下，道路保潔機(jī)的保潔率隨車速減小呈增高的趨勢(shì)。

極差分析表明，因素影響的主次順序是盤刷轉(zhuǎn)速A大于行走速度B；方差分析表明，盤刷轉(zhuǎn)速A和保潔機(jī)的行走速度B對(duì)保潔機(jī)保潔率的影響都很顯著（pA＜0.01，pB＜0.06）。

保潔率與盤刷轉(zhuǎn)速和行駛速度的回歸方程為y=66.86+0.27x1-1.04x2，回歸模型顯著（p＜0.01）。

3.4.2車速和滾刷轉(zhuǎn)速對(duì)保潔率的影響

保潔機(jī)盤刷的轉(zhuǎn)速恒定。不同滾刷轉(zhuǎn)速、不同車速情況下保潔率的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。同一車速、不同滾刷轉(zhuǎn)速情況下，道路保潔機(jī)的保潔率隨滾刷轉(zhuǎn)速的增大而呈增大的趨勢(shì)；不同車速、相同滾刷轉(zhuǎn)速情況下，道路保潔機(jī)的保潔率隨車速減小呈增大的趨勢(shì)。

因素影響的主次順序是滾刷轉(zhuǎn)速A＞行走速度B。方差分析表明，滾刷轉(zhuǎn)速A和保潔機(jī)的行走速度 B對(duì)保潔車保潔率的影響都顯著 （pA＜0.01，pB＜0.11）。保潔率與滾刷轉(zhuǎn)速和行駛速度的回歸方程為y=68.79+0.22x1-1.23x2，回歸模型顯著（p＜0.01）。

4　　結(jié)論

1）在保潔機(jī)保潔速度恒定時(shí)，增大盤刷轉(zhuǎn)速和滾刷轉(zhuǎn)速依然可保證保潔機(jī)的保潔率在90%以上。

2）道路保潔機(jī)，具有保潔率較高、成本及功耗低、安全性好的特點(diǎn)，應(yīng)用前景良好。

表3　　不同滾刷轉(zhuǎn)速、行駛速度下試驗(yàn)因素水平和結(jié)果

［1］ 楊淑華，李林，郝建軍.清掃機(jī)盤刷的清掃性能分析及試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2010（9）：187-189，193.

［2］ 簡(jiǎn)潔，張鐵山.電動(dòng)清掃車清掃作業(yè)裝置的設(shè)計(jì)與研究［J］.專用汽車，2012（7）：85-87.

Experimental Study on Cleaning Performance of Road Cleaning Vehicle

Huang Xinghua1，2，Song Jinyu1，Zhang Dong2
（1.Institute of Engineering，Northeast Agricultural University，HarbinHeilongjiang150030；2.Shanghai Dianji University，Shanghai201306）

Through the two single-factor tests，this paper explored the interaction between the disc brush and the rolling brush，and verified the cleaning effect ofroad cleaning mode.Resultsshowed that when the cleaning speed wasconstant，increasing disc brush speed and rolling brush speed could ensure that the cleaning machine has a high cleaning rate.The characteristicsof cleaning vehicleshad layout innovation，simple structure，high cleaning rate，low cost and power consumption，and good security.

cleaning machine；cleaning vehicles；disc brush；rolling brush

U469.6+91

A

1005-8206（2016）01-0044-03

黃興華（1962—），高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，農(nóng)機(jī)化專業(yè)，研究方向?yàn)榄h(huán)境裝備。

上海市科委科技攻關(guān)項(xiàng)目（12231202502）

2015-12-24