韓文翔 石榮玲 朱亞

摘 要：在當(dāng)前環(huán)境污染日益嚴(yán)重，同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)全面發(fā)展的大背景下，結(jié)合各大高校及工廠、畜禽場(chǎng)等大型場(chǎng)合人流量大、道路較窄、灰塵多等實(shí)際工作環(huán)境，本文制訂了一種小型電動(dòng)清掃車的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)灑水收集系統(tǒng)分別進(jìn)行具體研究與計(jì)算，設(shè)計(jì)出一種性能優(yōu)化、環(huán)保節(jié)能、安全舒適，具有等多項(xiàng)功能的緊湊型電動(dòng)清掃車。

關(guān)鍵詞：多功能；電動(dòng)清掃車；灑水系統(tǒng)；收集系統(tǒng)；緊湊型

中圖分類號(hào)：U469.6+91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

隨著科技的不斷發(fā)展以及勞動(dòng)成本的逐年提高、自動(dòng)化技術(shù)及機(jī)器人的普及，環(huán)衛(wèi)清掃工作的發(fā)展趨向必然是以高機(jī)械化程度的清掃設(shè)備替代人工清掃。清掃裝置采用純掃式進(jìn)行工作時(shí)，由掃刷直接將垃圾塵土掃入垃圾箱內(nèi)，容易造成二次揚(yáng)塵污染，因此清掃效率不高。小型純吸式作業(yè)裝置的可靠性不高，而大中型的裝置造價(jià)高、能耗高、排放污染嚴(yán)重，不僅不適合校園等場(chǎng)合的使用，也不符合綠色環(huán)保的國(guó)家要求[1]。

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)各大高校的校園道路實(shí)際情況，設(shè)計(jì)研究一種體積較小、結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面的電動(dòng)清掃車，既提高了工作效率，又減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，并且采用電力驅(qū)動(dòng)，符合節(jié)能減排的國(guó)家要求。

2 總體設(shè)計(jì)方案

本方案采用純掃式的清掃模式，清掃裝置由位于車身前部的雙盤刷以及位于駕駛室正下方的滾刷組成，在清掃過(guò)程中，位于前方的左右盤刷由外向內(nèi)繞軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)盤刷刷毛與垃圾產(chǎn)生的切向力，將垃圾拋向車身正前方，并將其聚攏于車體一側(cè)，為了限制垃圾的運(yùn)動(dòng)方向，在車底中央設(shè)置一個(gè)導(dǎo)流板，這樣便可以避免盤刷清掃時(shí)垃圾過(guò)度飛散，從而造成污染。再利用一個(gè)滾筒刷為后清掃刷，將聚攏于車體一側(cè)的垃圾掃入次要垃圾收集系統(tǒng)的垃圾入口處，并由垃圾收集裝置進(jìn)行收集處理。貯水罐置于車體后方，整車僅設(shè)置一個(gè)噴頭置于車底且位于收集系統(tǒng)的后方。

從二維布置圖（見(jiàn)圖1）和側(cè)視圖（見(jiàn)圖2）可知，前清掃刷可以對(duì)兩側(cè)的道路和中間的隔離帶進(jìn)行清掃，加寬了清掃作業(yè)的寬度，滾筒刷和垃圾收集系統(tǒng)主要用于收集垃圾，本車雖采用純掃式的清掃模式，但由于灑水系統(tǒng)的噴管作用，既達(dá)到了灑水的功用，同時(shí)又避免了清掃造成的二次揚(yáng)塵。由于系統(tǒng)摩擦力小，所消耗功率小，同時(shí)對(duì)續(xù)航要求不高，因此，系統(tǒng)僅使用蓄電池通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)作業(yè)便可滿足要求，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的[2]。

3 收集系統(tǒng)

將垃圾收集系統(tǒng)做成箱式結(jié)構(gòu)，采用直立放置。直立放置的垃圾收集系統(tǒng)不僅減小了內(nèi)部摩擦力，而且便于布置裝配，從而可以增加垃圾容器的容積。前置的垃圾收集系統(tǒng)可以降低前盤刷揚(yáng)起的飛塵的高度，更利于滾刷沿著地面方向進(jìn)行清掃。

為保持箱體內(nèi)外壓力平衡，箱體右側(cè)縱向開有通風(fēng)格柵。箱體左側(cè)設(shè)計(jì)為相對(duì)密封的結(jié)構(gòu)，箱體右側(cè)通過(guò)通風(fēng)格柵可以與外界相通。其內(nèi)部布置有上下兩個(gè)滾輪，其中下面的為主動(dòng)滾輪，上面的為從動(dòng)滾輪，兩滾輪之間采用彈性好、韌性高、質(zhì)量牢靠的皮帶裝置傳遞運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)滾輪與箱體外面的動(dòng)力輪同軸，動(dòng)力輪通過(guò)皮帶與滾刷系統(tǒng)的主軸飛輪相連，該飛輪由滾刷系統(tǒng)的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。為了保證垃圾的收集，在輸送帶上粘貼螺旋狀的刮板。輸送帶和刮板與箱體接觸部位均安裝有小毛刷結(jié)構(gòu)，使得機(jī)器之間的硬接觸變?yōu)檐浗佑|，進(jìn)而減小內(nèi)部的摩擦阻力。輸送帶中央安裝有皮帶張緊機(jī)構(gòu)，保證輸送帶在提升和輸送垃圾時(shí)緊貼箱體，如圖3所示。

垃圾入口設(shè)計(jì)為喇叭開口形狀，內(nèi)口寬1 300mm，開口高180mm，長(zhǎng)100mm。

垃圾收集系統(tǒng)的升降和滾刷系統(tǒng)的升降采用同一個(gè)液壓油缸，這既節(jié)省了空間，又保證了垃圾的清掃與收集動(dòng)作的一致性。在該垃圾收集系統(tǒng)與滾筒刷的配合方案中，滾筒刷的旋轉(zhuǎn)切線方向與車輛行駛方向相反，雖然增大了與地面的摩擦力，但提高了清掃力，對(duì)一些粘貼性較強(qiáng)的垃圾更容易清掃，保證了清掃效率。

垃圾收集系統(tǒng)的箱體與滾刷系統(tǒng)的護(hù)罩做成整體結(jié)構(gòu)，通過(guò)阻尼減震器將其與支架連接在一起。支架前端與車底盤鉸接相連，另一端通過(guò)球形鉸與液壓油缸連接，液壓油缸上安裝有調(diào)節(jié)滾刷接地角和接地壓力的彈簧調(diào)節(jié)筒，通過(guò)其調(diào)節(jié)滾刷的接地角度和接地壓力。垃圾收集系統(tǒng)與滾刷系統(tǒng)由同一個(gè)液壓馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，既減小了內(nèi)部體積，又保證了運(yùn)動(dòng)的一致性[3]。

4 灑水系統(tǒng)

4.1 水泵管路系統(tǒng)

水泵管路系統(tǒng)（見(jiàn)圖5）由儲(chǔ)水罐、吸泵、水濾器、安全閥、手動(dòng)球閥、噴嘴和噴槍等部分組成。考慮到校園道路寬度實(shí)際情況及車型大小的限制，本車灑水系統(tǒng)僅設(shè)置一個(gè)噴嘴對(duì)道路實(shí)行單方面噴灑，雖然本車采用純掃式的清掃結(jié)構(gòu)，但由于灑水系統(tǒng)的噴灑作用，及時(shí)得將清掃時(shí)造成的污染處理，因?yàn)楸苊饬硕螕P(yáng)塵[4]。

4.2 管路計(jì)算

4.2.1 直徑選取

按水泵的最大流量Q確定內(nèi)徑：

[d=2Qπvx103] （1）

（1）式中：[Q]是水泵額定流量，（m3/h）；v是水的經(jīng)濟(jì)（常用）流速，通常取2.5～3.5m/s。因?yàn)樗檬侵苯舆x取的，所以[Q]為選定水泵的額定流量。鑒于校園道路寬度要求不高，即僅僅針對(duì)單向噴灑的實(shí)際要求，選取型號(hào)為80QZB-60-90N的水泵，其流量[Q]為60m3/h，帶入上式可求得d=60～71，所以取d=65mm。

4.2.2 管材的選定。直通管材料選用鍍鋅鋼管。

4.2.3 直管阻力計(jì)算。直管阻力是流體在管徑不變的直管流動(dòng)時(shí)，流體與管道內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦引起的流體壓力損失。計(jì)算式為

[f直=9.81×10（-3）×λLd×u22g] （2）

式中，λ是摩擦阻力系數(shù)，u是流體密度壁厚取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。局部阻力是流體流過(guò)管路管件，如三通、大小頭等管子的出入口及流量計(jì)時(shí)，由于受到其局部阻礙，而使流體的流動(dòng)方向突然發(fā)生改變，造成大量旋渦，從而形成比較集中的阻力。

計(jì)算式為：

f局=9.81×[10-3§] （3）

（3）式中：f局-為局部阻力，Pa；[§]-為局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)需要通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)測(cè)得，不同的結(jié)構(gòu)有著不同的局部阻力系數(shù)[5]。

4.2.5 總管路阻力

流體在管路中流動(dòng)時(shí)的總阻力為各段直管阻力和各個(gè)局部阻力之和。若整個(gè)管路直徑不變，則管路總阻力的計(jì)算公式為：

f損=f直+∑f局=9.81×[10-3]（[λ]+[§]） （4）

（4）式中：f直為流體流過(guò)直管的阻力；f損為流體流過(guò)管路中的管件、閥件、管子的出人口等處的阻力。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)一款純掃式的小型電動(dòng)清掃車，該車由清掃系統(tǒng)、收集系統(tǒng)和灑水系統(tǒng)等主要部件構(gòu)成。經(jīng)過(guò)分析與研究，確定了收集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了灑水系統(tǒng)各部件參數(shù)的確定以及型號(hào)的選取，進(jìn)一步確保了該方案的可行性和實(shí)用性。

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