曹建，孫永強(qiáng)，張二華，邢繼婉

掃路車吸塵裝置仿真分析與改進(jìn)研究

曹建，孫永強(qiáng)，張二華，邢繼婉

（徐州徐工環(huán)境技術(shù)有限公司，江蘇 徐州 221001）

傳統(tǒng)的吸掃式掃路車，配備有清掃裝置和由風(fēng)機(jī)、吸塵裝置、風(fēng)道、垃圾箱等組成的氣力輸送系統(tǒng)。清掃作業(yè)時(shí)，利用掃刷將路面垃圾掃至吸塵裝置前面，利用風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在氣力輸送系統(tǒng)中產(chǎn)生的動(dòng)壓和靜壓，通過吸塵裝置將垃圾吸入垃圾箱內(nèi)，以達(dá)到清除路面垃圾的目的。因此，吸塵裝置是掃路車重要的一環(huán)。但傳統(tǒng)掃路車的吸塵裝置有作業(yè)速度慢、吸拾效率低、易殘留垃圾等缺點(diǎn)。[1]

吸掃式；掃路車；風(fēng)機(jī)；吸塵裝置

1 前言

風(fēng)道系統(tǒng)是掃路車氣力輸送系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它包括吸塵裝置、箱體吸塵管道、風(fēng)機(jī)等三大部分，決定了掃路車吸拾垃圾能力的強(qiáng)弱。

吸塵裝置位于掃路車中部，其主要功能是收集路面垃圾并通過波紋管送入垃圾箱內(nèi)部，吸塵裝置上有彈簧吊掛，下有四個(gè)滾輪支撐。

2 數(shù)值模擬研究

吸塵裝置的以下幾個(gè)特性：（1）吸塵裝置入口風(fēng)速；（2）吸塵裝置進(jìn)風(fēng)量；（3）吸塵裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這三個(gè)特性極大的影響了掃路車的作業(yè)速度和吸塵效率。[2]

采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法對(duì)吸塵裝置內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。建立幾何模型，并基于有限體積法選擇結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，模擬實(shí)際工況，施加一定的邊界條件，以FLUENT為工具，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算求解，分析入口風(fēng)速、進(jìn)風(fēng)量、風(fēng)壓三者之間的關(guān)系。[3]

當(dāng)吸塵裝置入口風(fēng)速一定時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)吸口的空氣質(zhì)量是一定的。在清掃作業(yè)過程中，當(dāng)掃路車作業(yè)速度加快時(shí)：

1）掃路車?yán)\(yùn)動(dòng)時(shí)，受到氣流的作用和風(fēng)速的影響，車速越快，垃圾在空氣中受作用的時(shí)間減小，無法獲取足夠的能量運(yùn)行或者提升至吸口處，導(dǎo)致出現(xiàn)垃圾漏吸的情況。

2）車速越快，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入吸口的垃圾越多，之間發(fā)生碰撞，慣性等損失了一部分上升的速度，也會(huì)造成一步風(fēng)垃圾無法獲取足夠的能量運(yùn)行或者提升至吸口處，導(dǎo)致出現(xiàn)垃圾漏吸的情況。

同理，車速不變的情況下，垃圾量增加時(shí)，部分下層的垃圾無法獲取足夠能量提升或運(yùn)行到吸口，也會(huì)導(dǎo)致漏吸。

圖1 不同車速時(shí)，吸塵裝置橫截面速度矢量圖

圖2 不同車速時(shí)，吸塵裝置橫截面靜壓圖

另一方面，車速增加會(huì)導(dǎo)致提升點(diǎn)靠近吸塵裝置后壁處，入口段的壓力減小，不利于垃圾的吸拾。究其原因依然是由于車速增大時(shí)，前進(jìn)風(fēng)口進(jìn)氣流量也明顯增加，一定程度上削弱了該處負(fù)壓，這樣就造成前后不平衡，最終導(dǎo)致了吸塵效率降低。

圖3 吸塵裝置風(fēng)量二次流速云圖及矢量

綜上所述，盡量縮短垃圾從靜止→啟動(dòng)→提升→運(yùn)行至吸口處的時(shí)間，在后側(cè)加裝滾掃，增加后端及側(cè)端的補(bǔ)風(fēng)量，使吸塵裝置內(nèi)風(fēng)速更加均勻。

3 吸塵裝置主要結(jié)構(gòu)組成及仿真分析

3.1 主要結(jié)構(gòu)組成

吸塵裝置主要由連桿、滾輪、滾掃、波紋管、吸盤體等零部件組成，吸盤體、蓋板及前后密封板組成一個(gè)相對(duì)密封的空間以保證吸塵裝置內(nèi)部負(fù)壓的存在；連桿用來連接吸塵裝置和車架平臺(tái)；腳輪起到支撐和行走作用，并可通過其調(diào)節(jié)吸塵裝置距地間隙；四個(gè)鏈條用來吊起吸塵裝置，彈簧則起到減震作用。

圖4 吸塵裝置

圖5 吸塵裝置橫截面+斜鴨嘴型雙吸口吸盤結(jié)構(gòu)簡圖

3.2 斜鴨嘴型雙吸口吸塵裝置仿真分析

通過對(duì)吸塵裝置的CFD仿真分析和實(shí)驗(yàn)測試研究，開發(fā)出獨(dú)特的傾斜鴨嘴型雙吸口結(jié)構(gòu)，消除渦流區(qū)域，吸塵裝置空間兩側(cè)和中間部位的低速區(qū)減小，內(nèi)部的氣流流通更順暢，吸拾性能提升7.5%以上，特別適合路面垃圾的吸拾與回收。

圖6 截面速度矢量仿真分析云圖

圖7 截面速度等值線仿真分析云圖

4 結(jié)束語

在充分調(diào)研用戶需求及行業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)吸塵裝置的技術(shù)瓶頸，通過仿真分析，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面取得了突破性的發(fā)展，研發(fā)的新型斜鴨嘴型雙吸口吸塵裝置，后部加裝有滾掃以防止漏掃，提高清掃速度和清掃效率，符合環(huán)保高標(biāo)準(zhǔn)，滿足客戶新需求。

[1] 徐寧,吳三達(dá).吸掃式掃路車的總體設(shè)計(jì)與研究[J].商用汽車雜志, 2006(06).

[2] 許禮鴻,吸掃式路面清掃車使用效能影響因素分析[J].公路與汽運(yùn), 2005.4 (02).

[3] 朱伏龍,張冠哲,陳杰.真空吸塵車吸塵口的流場仿真和結(jié)構(gòu)優(yōu)化 [J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2008.11.(11).

The Simulation Analysis and Improvement Research of the Dust Suction Device in Road Sweeper

Cao Jian, Sun Yongqiang, Zhang Erhua, Xing Jiwan

（XCMG Xuzhou Environmental Technology Co., Ltd., Jiangsu Xuzhou 221001）

The traditional sweeping road sweeper is equipped with a sweeping device and a pneumatic conveying system composed of a fan, a dust suction device, an air duct, a dustbin, etc. During the cleaning operation, the road garbage is swept to the front of the dust collector by the brush. When the fan is running, the dynamic pressure and static pressure generated in the pneumatic conveying system are sucked into the garbage bin by the dust collector to achieve the purpose of removing the road garbage. Therefore, the dust collector is an important part of the road sweeper. However, the traditional vacuum cleaner has the disadvantages of slow operation speed and low efficiency.

Sweeping road; Road sweeper; Fan; Dust suction device

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.023

U469.6+91

A

1671-7988(2021)02-73-03

U469.6+91

A

1671-7988(2021)02-73-03

曹建（1989-），男，工程師，在2015～2020年期間，曾就職于徐州徐工環(huán)境技術(shù)有限公司，主要從事環(huán)衛(wèi)產(chǎn)品的研發(fā)工作。