師軍杰

(山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司電控設(shè)備分公司，山西 太原 030024)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市規(guī)模迅速擴(kuò)大，伴隨著城市發(fā)展的環(huán)保任務(wù)也越來(lái)越重。城市道路清掃車能有效保持城市的環(huán)境衛(wèi)生和道路保養(yǎng)，而目前我國(guó)清掃車市場(chǎng)中，吸掃式清掃車[1]占有率為85%以上。機(jī)械式的道路清掃車領(lǐng)域幾乎空白，機(jī)械式清掃車的生產(chǎn)力和速度的功能優(yōu)越。在清潔和維護(hù)任務(wù)重的清掃區(qū)域，清掃速度是空氣或真空系統(tǒng)的二倍以上，由于機(jī)械式掃路車是單發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng),不需要安裝空氣或真空系統(tǒng)，因此油耗低,噪音低,使用費(fèi)用低，能耗方面有巨大的優(yōu)勢(shì)。所以發(fā)展機(jī)械式道路清掃車有很大的市場(chǎng)空間和發(fā)展空間。

1 工作原理

該道路清掃車由某品牌汽車底盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)、垃圾箱、液壓油箱、油泵、掃刷裝置、附車架、滾刷裝置、垃圾輸送裝置、太陽(yáng)能發(fā)電裝置、液壓缸、液壓馬達(dá)、液壓泵、安全警示燈等組成。在平整路面上，兩側(cè)掃刷盤(pán)將垃圾掃至中間位置,然后經(jīng)滾刷向前滾動(dòng)，使垃圾經(jīng)過(guò)橡膠擋板至裙邊擋板傳送帶，其裙邊擋板傳送帶和滾刷通過(guò)皮帶傳動(dòng)由液壓馬達(dá)提供動(dòng)力，將垃圾傳送至垃圾箱中，垃圾箱中的垃圾用液壓舉升缸倒出。總體布局如圖1所示。

圖1 總體布局圖

2 構(gòu)造及功能

2.1 液壓控制系統(tǒng)

城市道路清掃車兩側(cè)掃刷盤(pán)的旋轉(zhuǎn)、伸出、縮回動(dòng)作,垃圾箱的傾翻收回工作,滾刷的放下、提起動(dòng)作等都由液壓系統(tǒng)控制和驅(qū)動(dòng)。液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸、電磁換向閥、單向節(jié)流閥、液壓?jiǎn)蜗蜷y、背壓閥、集流塊、液壓油箱、連接油管等組成。液壓系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其工作目的必須經(jīng)過(guò)動(dòng)力源，控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)環(huán)節(jié)。其中動(dòng)力源主要是液壓泵；傳輸控制裝置主要是一些輸油管和各種閥的連接機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是液壓馬達(dá)和液壓缸。液壓原理圖如圖2所示。

機(jī)械式道路清掃車清掃系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、還有氣壓傳動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)效力高，但機(jī)構(gòu)太過(guò)復(fù)雜，制造成本高。氣壓傳動(dòng)效率太低，故選擇液壓傳動(dòng)。采用取力器從汽車底盤(pán)的變速器取力，取力器驅(qū)動(dòng)液壓泵，液壓泵通過(guò)傳輸控制裝置驅(qū)動(dòng)掃盤(pán)馬達(dá)、水泵馬達(dá)和液壓缸[2]。液壓回路控制常用的有機(jī)械式、電磁閥控制等。電磁閥控制己廣泛使用并相當(dāng)成熟，操作性能得到了很大的提高。該設(shè)計(jì)采用電磁閥控制，該液壓系統(tǒng)中兩側(cè)掃盤(pán)上升和舉升集塵箱卸載的時(shí)候需要保壓，該系統(tǒng)采用彈簧蓄能器，對(duì)掃盤(pán)裝置上升和集塵箱上升后保壓。掃盤(pán)和集塵箱上升需控制上升速度系統(tǒng)需要裝置節(jié)流閥。

圖2 液壓原理圖

2.2 電氣軟件系統(tǒng)

機(jī)械式道路清掃車具有汽車底盤(pán)電氣和專用工作裝置電控與儀表兩個(gè)獨(dú)立的電氣系統(tǒng)。底盤(pán)電氣系統(tǒng)為常規(guī)通用系統(tǒng)，專用工作裝置電控與儀表系統(tǒng)由電控板、電氣元件及電磁閥等組成,通過(guò)駕駛室內(nèi)的儀表盤(pán)按鈕操作實(shí)現(xiàn)專用工作裝置電控制和液控制[2]。機(jī)械式道路清掃車的各種動(dòng)作通過(guò)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)電磁閥的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。

機(jī)械式道路清掃車綜合電源軟件部署于車載綜合電源的控制板上。軟件部署圖如圖3所示。車載綜合電源對(duì)整車上不同類型的輸入供電(交流輸入，蓄電池輸入)進(jìn)行整合，通過(guò)功率變換為車載設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的直流/交流供電。并且實(shí)現(xiàn)交流輸入、太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池充電功能。綜合電源軟件主要包括識(shí)別電源輸入、控制功率模塊輸出、識(shí)別綜合電源工作狀態(tài)等功能。

圖3 綜合電源軟件部署圖

機(jī)械式道路清掃車電源控制模塊功能,當(dāng)檢測(cè)到交流輸入正常時(shí)，接入交流輸入，并打開(kāi)AC/DC模塊輸出直流供電，打開(kāi)DC/AC模塊輸出交流供電。狀態(tài)顯示的功能通過(guò)LED指示燈顯示綜合電源的輸入、輸出狀態(tài)和故障狀態(tài)，通過(guò)數(shù)碼管顯示輸入輸出電壓，通過(guò)蜂鳴器提示故障，并可通過(guò)靜音鍵進(jìn)行消音處理。

2.3 垃圾清掃傾倒裝置

垃圾清掃傾倒裝置由垃圾集塵箱，舉升液壓缸等組成。垃圾傾倒裝置采用半封閉式集塵箱，集塵箱內(nèi)部采用側(cè)翻式結(jié)構(gòu)能更好的利用汽車空間，傾倒垃圾時(shí)，液壓舉升缸將垃圾從集塵箱側(cè)邊倒出，處理垃圾方便快捷，城市環(huán)境干凈衛(wèi)生。城市道路清掃車作業(yè)循環(huán)表如圖4所示。

動(dòng)作名稱電磁鐵狀態(tài)1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA掃盤(pán)下降 +-+掃盤(pán)作業(yè) -++掃盤(pán)上升 -+-掃盤(pán)鎖止 ---滾刷上升 +-+滾刷作業(yè) -++垃圾箱上升 +-+垃圾箱鎖至 -++清掃作業(yè)+運(yùn)輸行走-

2.4 掃盤(pán)掃刷裝置

掃盤(pán)的設(shè)計(jì)要求清掃效果好，效力高。掃刷材料要求不但具有高的硬度并且還要有高的韌性。掃盤(pán)刷如圖5所示，掃盤(pán)直徑d=220 mm,厚h=30 mm，材料Q235，最大掃刷直徑D=550 mm，刷毛長(zhǎng)度為200～230 mm，刷毛數(shù)量：500根±10%，刷毛直徑：≥3.5 mm，刷毛材質(zhì)宜選用PP聚丙烯或PE聚乙烯材料。

圖5 掃盤(pán)裝置

該裝置由與車架中心線對(duì)稱的左、右兩清掃裝置組成。掃盤(pán)離地110 mm左右，掃刷觸地狀況對(duì)清掃效果和減少掃絲的磨損很重要,必須將掃盤(pán)對(duì)地傾斜成一定的角度,即將掃盤(pán)外傾3°左右。掃刷磨損后必須對(duì)掃盤(pán)進(jìn)行調(diào)整位置角度。當(dāng)掃刷長(zhǎng)度磨損減短至150 mm時(shí)就需更換新掃刷盤(pán)。

3 機(jī)械式道路清掃車燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

機(jī)械式道路清掃車的燃油經(jīng)濟(jì)性[3]通常用車輛在城市的混凝土或?yàn)r青道路面上以經(jīng)濟(jì)車速V滿載行駛的百公里油耗量來(lái)評(píng)價(jià)，百公里油耗Q，單位L/100 km?？梢愿鶕?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性來(lái)計(jì)算。公式為：

式中：ρ為燃油的密度(kg/L)。柴油可取ρg=7.94N/L；道路清掃行走的經(jīng)濟(jì)車速為u=65 km/h。

=1428.2(r/min).

取ne=1 500(r/min)

在經(jīng)濟(jì)車速下發(fā)動(dòng)機(jī)功率為：

百公里油耗Q

綜上，該機(jī)械式道路清掃車燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于現(xiàn)行的吸掃式清掃車。

4 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)主要研究了城市道路清掃車的設(shè)計(jì)原理和參數(shù)選定,在其基礎(chǔ)上,具體的設(shè)計(jì)出了清掃寬度為2100 mm，清掃速度為25 km/h的機(jī)械式道路清掃車的總成和清掃系統(tǒng)。機(jī)械式道路清掃車的設(shè)計(jì)是按照新標(biāo)準(zhǔn)QC/T 29lll—993《掃路車技術(shù)條件》和QC/T 51—993《掃路車性能試驗(yàn)方法》兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求選擇和設(shè)計(jì),對(duì)整車進(jìn)行分析，計(jì)算了燃油經(jīng)濟(jì)性。保證了機(jī)械式道路清掃車的行駛和作業(yè)安全，清掃系統(tǒng)和集塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械式城市道路清掃車的設(shè)計(jì)、加工、生產(chǎn)具有較好的指導(dǎo)意義。