王仁鵬，李溫鋒，馬瑩，朱仰智，王瞳瑋

一種關(guān)于新型環(huán)保單發(fā)洗掃車的設(shè)計研究

王仁鵬，李溫鋒，馬瑩，朱仰智，王瞳瑋

（陜西汽車控股集團有限公司 技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

文章介紹了一種新型環(huán)保單發(fā)洗掃車，該車以節(jié)能減排、智能高效為核心，設(shè)計了混合式垃圾箱體、多級離合式動力系統(tǒng)、雙唇式密封、浮動式清掃系統(tǒng)，保證了該車使用功能和性能要求，保證了單發(fā)洗掃車節(jié)能降耗、排放污染低、作業(yè)噪音小、駕乘舒適、連續(xù)作業(yè)時間長，提高了作業(yè)效率，降低了使用維護保養(yǎng)費用。

單發(fā)洗掃車；多級離合式動力系統(tǒng)；雙唇式密封；浮動式清掃系統(tǒng)

1 前言

近幾年隨著路面保潔機械化覆蓋率提升，清掃類環(huán)衛(wèi)車銷量逐年增長，市場銷量每年達到1.2萬輛以上（數(shù)據(jù)來源保險數(shù)據(jù)），其中洗掃車占比高達70%。洗掃車作為清掃類環(huán)衛(wèi)車的主力車型之一，屬于特種作業(yè)車，由于上裝工作部件功耗高、噪音大，目前市場多為雙發(fā)動機車型，而單獨驅(qū)動上裝作業(yè)的輔助發(fā)動機遵循非道路移動機械發(fā)動機排放標準，目前均為工程三階段排放[1]。2018年8月21日生態(tài)環(huán)境部為落實《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》和《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃的通知》等文件要求，防止非道路移動機械污染大氣環(huán)境，保障生態(tài)環(huán)境安全和人體健康，指導(dǎo)環(huán)境管理與科學(xué)治污，促進非道路移動機械污染防治技術(shù)進步，發(fā)布《非道路移動機械污染防治技術(shù)政策》公告，要求新生產(chǎn)裝用壓燃式發(fā)動機的非道路移動機械，2020年達到國家第四階段排放控制水平，2025年與世界最先進排放控制水平接軌。這就意味著傳統(tǒng)的雙發(fā)動機洗掃車即將面臨著上裝發(fā)動機排放升級，需增加后處理單元等，使得雙發(fā)洗掃車整車布置更加復(fù)雜，成本及使用維護保養(yǎng)費用增加，顯然單發(fā)動機洗掃車產(chǎn)品技術(shù)、成本優(yōu)勢進一步凸顯，將有更好的市場前景，因此洗掃車單發(fā)動機化將成為發(fā)展趨勢。

2 新型環(huán)保單發(fā)洗掃車

為響應(yīng)“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”，以及嚴格遵守國家有關(guān)安全、技術(shù)、質(zhì)量、環(huán)保等法律法規(guī)，筆者以節(jié)能減排、智能高效為核心，開發(fā)了一款新型環(huán)保單發(fā)洗掃車。該車采用陜汽環(huán)衛(wèi)專用二類底盤，加裝前置清水箱體及混合式垃圾箱體，清水儲存與污水儲存容積占比合理化設(shè)計，以及水泵和噴嘴的科學(xué)選型匹配，中央浮動式清掃系統(tǒng)參數(shù)化作業(yè)邊界條件科學(xué)設(shè)計，使得整車作業(yè)效率及性能提升效果顯著，核心性能指標洗掃凈率在車速3～15km/h范圍內(nèi)達到95%以上，滿足“以克論凈”環(huán)衛(wèi)考核指標要求（作業(yè)后達到≯5g/m2）。后門門框設(shè)有雙唇發(fā)泡密封條且采用可調(diào)節(jié)鎖緊機構(gòu)方式鎖緊，作業(yè)及轉(zhuǎn)場過程中無滴漏，不會對環(huán)境造成二次污染。卸料采用腹部舉升方式和箱內(nèi)大流量沖洗裝置，可將箱內(nèi)垃圾一次全部卸掉，快而干凈。多級離合式動力系統(tǒng)開創(chuàng)性的實現(xiàn)多條動力傳動裝置并聯(lián)傳動，每一條動力傳動裝置都可單獨工作，滿足整車各種工況工作需求，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使得整車能耗最低、排放污染小，傳動過程不需能量相互轉(zhuǎn)換，使得傳動效率高、故障率低、維修保養(yǎng)成本小。整車結(jié)構(gòu)布置緊湊合理，控制策略方案最優(yōu)，作業(yè)噪音小、駕乘舒適、連續(xù)作業(yè)時間長；在轉(zhuǎn)場、作業(yè)、卸料等多種工況下均具有出色的經(jīng)濟性、環(huán)保性、可靠性和適應(yīng)性。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1-環(huán)衛(wèi)專用二類底盤 2-前置清水箱 3-混合式垃圾箱體 4-雙唇式后門密封 5-后防護 6-擋泥板 7-舉升機構(gòu) 8-浮動式清掃系統(tǒng) 9-多級離合式動力系統(tǒng) 10-側(cè)防護

2.1 混合式垃圾箱體

混合式垃圾箱體采用304不銹鋼材料制作，整體多艙體瓦楞型結(jié)構(gòu)，主要由動力艙、清水儲存艙、污水儲存艙、風(fēng)道、濾網(wǎng)、擋罩等組成。其中清水儲存艙與污水儲存艙的設(shè)計，根據(jù)瀝青路面污水回收率≥55%，水泥路面污水回收率≥65%的要求[2]，對容積占比合理匹配，保證連續(xù)作業(yè)時間長。該箱體采用了后置寬濾網(wǎng)的風(fēng)機通道結(jié)構(gòu)，而且喇叭狀的通道結(jié)構(gòu)更有利于氣力輸送，避免濾網(wǎng)與風(fēng)機通道銜接部分截面面積相差較大，瞬間提升風(fēng)速，不利于沉降，同時也避免了污水倒灌現(xiàn)象。混合式垃圾箱總體設(shè)計質(zhì)量輕、強度高、內(nèi)部空間利用率高，使用壽命長。整車外形及箱體如圖2所示。

圖2 整車外形及箱體

2.2 多級離合式動力系統(tǒng)

多級離合式動力系統(tǒng)采用動力系統(tǒng)（底盤行駛+上裝工作）一體化設(shè)計，只需一款發(fā)動機就可以滿足驅(qū)動整車行駛及上裝工作。行駛動力系統(tǒng)采用“發(fā)動機+變速箱+主傳動軸+驅(qū)動橋”的技術(shù)方案；上裝工作動力系統(tǒng)采用“發(fā)動機PTO取力+兩段式傳動軸+主離合器+軸承座（含芯軸）+中間離合器（驅(qū)動風(fēng)機）+副離合器（驅(qū)動高壓水泵）”、“變速箱右取力+液壓油泵”以及“變速箱左取力+傳動軸+低壓水泵”的技術(shù)方案。該傳動系統(tǒng)為純機械式結(jié)構(gòu)，傳動過程不需能量相互轉(zhuǎn)換，使得傳動效率高、故障率低。該傳動系統(tǒng)與常規(guī)的雙發(fā)動機洗掃車動力系統(tǒng)比較，該動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、噪音小、排放污染小，油耗較同噸級雙發(fā)車型節(jié)油30%以上，噪音較同噸級雙發(fā)車型降噪6～7dB。其多級離合式動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1-發(fā)動機 2-變速箱 3-液壓油泵 4-傳動軸 5-低壓水泵 6-主傳動軸 7-驅(qū)動橋 8-高壓水泵 9-副離合器10-中間離合器 11-軸承座 12-張緊輪 13-混合式消聲器 14-高壓離心風(fēng)機 15-主離合器 16-兩段式傳動軸

該動力系統(tǒng)的行駛動力系統(tǒng)最優(yōu)匹配，實現(xiàn)整車正常行駛最大速度為115km/h；實現(xiàn)發(fā)動機在經(jīng)濟轉(zhuǎn)速區(qū)域1200～1800rpm之間工作時，作業(yè)行駛速度可控制在3～15km/h，此時發(fā)動機PTO輸出扭矩最大，滿足整車作業(yè)速度需求及上裝功率需求。

該動力系統(tǒng)的上裝工作動力系統(tǒng)采用多級離合式最優(yōu)匹配，實現(xiàn)單個工作裝置可單獨工作。在發(fā)動機怠速650～750rpm時，變速箱右取力器氣動接合，液壓油泵工作，實現(xiàn)作業(yè)準備/結(jié)束時吸嘴、掃盤等裝置的升/降，實現(xiàn)卸料時垃圾箱體傾翻/回位、后門啟/閉等；洗車時主離合器、副離合器接合（中間離合器不接合），實現(xiàn)用高壓噴槍洗車時水泵在低轉(zhuǎn)速區(qū)域工作。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速850～1200rpm時，中間離合器逐漸完全接合，高壓離心風(fēng)機正常工作。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速1200～1800rpm時，主離合器、中間離合器、副離合器接合，高壓水泵在額定轉(zhuǎn)速區(qū)域工作；同時可選擇變速箱左取力器氣動接合，低壓水泵正常工作。根據(jù)路面的垃圾污染程度可以一鍵式選用以下作業(yè)模式：濕掃（標掃、強掃）、洗掃（標洗、強洗）、高壓清洗、低壓沖洗等。作業(yè)時根據(jù)不同的作業(yè)工況及環(huán)境條件，整車操控可選定速巡航或常規(guī)操作兩種模式，合理的發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速以及離合器接合轉(zhuǎn)速控制，保證了動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，無機械沖擊，各部件使用壽命長，整車能耗低，排放污染小。

通過對高壓離心風(fēng)機基于CFD/NVH分析降噪，進而增加混合式消聲器，其結(jié)構(gòu)采用“擴張消聲+孔板消聲+吸音材料”技術(shù)方案，使得動力系統(tǒng)作業(yè)噪聲降低3～4dB。

2.3 浮動式清掃系統(tǒng)

浮動式清掃系統(tǒng)采用“中置兩掃盤+中置寬吸嘴（含高壓中噴桿）+V型高壓側(cè)噴桿”技術(shù)方案，通過高壓噴水射流清洗路面，掃盤將垃圾掃入吸嘴吸拾范圍內(nèi)，利用負壓抽吸原理將垃圾物經(jīng)過吸筒吸入垃圾箱。清掃系統(tǒng)主要包含掃盤總成和吸嘴總成。其浮動式清掃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 浮動式清掃系統(tǒng)

2.3.1掃盤總成

掃盤作業(yè)外寬度為≮3.2m（中型車），≮3.5m（重型車），盤刷直徑一般為840～900mm，毛刷磨損量為150～180mm。掃盤作業(yè)為了達到良好的清掃效果，將掃盤的刷盤的前傾角設(shè)為4°～6°、外傾角設(shè)為4°～6°、接地角設(shè)為120°、接地點的絕對速度設(shè)為6～12m/s，轉(zhuǎn)速設(shè)定為60～120r/min。毛刷材質(zhì)選用PP/PA6材質(zhì)，雖不如鋼絲刷毛耐磨，但在清掃的過程中對地面的傷害較小，具有良好的彈性，可以加快垃圾塵粒的拋射速度和距離，提高掃盤的清掃能力；為了適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，設(shè)定了彈簧浮動避障及復(fù)位功能，提升了掃盤適應(yīng)性和使用壽命。濕掃作業(yè)模式為了抑制掃盤揚塵，在盤刷處環(huán)繞設(shè)置噴射角為110o的噴嘴，利用水霧壓塵，可避免濕掃作業(yè)模式刷盤處揚塵。

2.3.2吸嘴總成

吸嘴作業(yè)為了達到良好的吸拾效果，吸嘴有效作業(yè)寬度設(shè)定與掃盤的作業(yè)重疊區(qū)域量有關(guān)，重疊區(qū)域量按設(shè)計經(jīng)驗取吸嘴有效作業(yè)寬度的10～15%；吸嘴體左、右、前下邊沿離地設(shè)為5～10mm，后下邊沿離地設(shè)為10～15mm。濕掃作業(yè)模式防止產(chǎn)生二次污染，吸嘴的吸筒內(nèi)對稱設(shè)置噴射角為110o的噴嘴，噴霧面覆蓋整個吸筒斷面，噴頭傾斜向下對吸筒內(nèi)粉塵進行截獲、捕捉，使得濕潤的粉塵聚結(jié)成更大體積的顆粒，從而增大其比重，有利于在垃圾箱內(nèi)沉降。

洗掃作業(yè)模式為了達到高壓清洗效果最優(yōu)，左、右V形側(cè)噴桿、吸嘴中噴桿上設(shè)置噴射角為50o的噴嘴，左、右V形側(cè)噴桿噴嘴離地高度設(shè)為270～290mm；吸嘴中噴桿噴嘴離地高度為170～190mm；左、右V形側(cè)噴桿、吸嘴中噴桿的噴嘴前傾設(shè)置，形成的噴射水幕前傾40～45°，且相鄰噴嘴噴水扇面結(jié)合≥20mm，每個噴嘴與所在噴桿軸線呈2～4°夾角，并使水幕成平行直線。

2.4 后門密封結(jié)構(gòu)介紹

后門采用插銷式機構(gòu)與三點式限位調(diào)節(jié)機構(gòu)相結(jié)合，雙保險機構(gòu)使垃圾箱體與后門膠條可靠密封，并配備獨特雙唇式密封結(jié)構(gòu)，多方面配合解決后門密封問題。圖5為后門總成機構(gòu)及密封設(shè)計結(jié)構(gòu)圖。

圖5 后門總成機構(gòu)及密封設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

后門通過鎖止板長條孔加調(diào)節(jié)螺栓和限位板加限位螺栓三點式進行箱體與后門之間的調(diào)節(jié)，一方面可解決因加工裝配問題導(dǎo)致的后門與箱體的貼合問題；另一方面配合插銷式鎖緊機構(gòu)可以保證箱體與后門之間密封條的密封效果。

3 主要技術(shù)特點

整車的主要技術(shù)特點表現(xiàn)在：

（1）混合式垃圾箱體采用304不銹鋼材料制作，整體多艙體瓦楞型結(jié)構(gòu)；

（2）多級離合式動力系統(tǒng)采用動力系統(tǒng)（底盤行駛+上裝工作）一體化設(shè)計，只需一款發(fā)動機就可以滿足驅(qū)動整車行駛及上裝工作；

（3）浮動式清掃系統(tǒng)采用“中置兩掃盤+中置寬吸嘴（含高壓中噴桿）+V型高壓側(cè)噴桿”結(jié)構(gòu)，保證洗掃寬度大、吸力強勁、清掃徹底、作業(yè)效率高，并具備自動避障及復(fù)位功能；

（4）后門采用插銷式機構(gòu)與三點式限位調(diào)節(jié)機構(gòu)相結(jié)合，并配備獨特雙唇式密封膠條，多方面解決后門密封問題；

（5）整車系統(tǒng)降噪采用“混合式消聲器+動力倉體粘貼隔音棉”措施，其中混合式消聲器用“擴張消聲+孔板消聲+吸音材料”，使整車作業(yè)噪聲降低6～7dB；

（6） CAN總線智能控制技術(shù)，實現(xiàn)一鍵式智能化操控，通過屏幕實時顯示車輛操作工況、作業(yè)參數(shù)、故障信息等，以及監(jiān)控等視頻功能，使作業(yè)狀態(tài)一目了然，便于駕駛員操作，維護；

（7）可選配智能水路：根據(jù)工作時的環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)洗掃車的水路系統(tǒng)，保證路面不會在低溫（3℃）環(huán)境下由于洗掃車噴水或灑水而造成路面結(jié)冰現(xiàn)象；

（8）可選配隨距檢測：車輛作業(yè)時自動檢測距路邊距離，實時報警提示司機，避免操作過程中出現(xiàn)撞擊V型側(cè)噴桿現(xiàn)象。

4 結(jié)論

該新型環(huán)保單發(fā)洗掃車采用混合式垃圾箱體、多級離合式動力系統(tǒng)、雙唇式密封、浮動式清掃系統(tǒng)及CAN總線智能控制技術(shù)，有效地降低了整車作業(yè)能耗、排放污染及作業(yè)噪音，提升了整車作業(yè)效率、整車性能及智能化操控水平，提高了整車經(jīng)濟性、環(huán)保性、可靠性和適應(yīng)性，有效地解決了洗掃車因排放升級帶來的一系列問題。

[1] 李溫鋒,郭佳鵬,王仁鵬.洗掃車動力傳動技術(shù)路線分析[J].汽車實用技術(shù),2019(18):117-119.

[2] QC/T 957洗掃車.

A design study on a new type of environmental protection single engine washing and sweeping vehicle

Wang Renpeng, Li Wenfeng, Ma Ying, Zhu Yangzhi, Wang Tongwei

( Shaanxi Automobile Holding Group Co. Ltd., Technology Center, Shaanxi Xi'an 710200 )

This paper introduces a new environmental protection of the single engine washing and sweeping vehicle, taking energy conservation and emissions reduction, intelligent high efficiency as the core, the design of the hybrid garbage enclosure, multistage clutch type power system, double lip seal, floating cleaning system, ensures the vehicle use function and performance requirements, ensures the single engine washing and sweeping vehicle saving energy and reducing consu -mption, emission pollution, low operating noise, ride comfort, long continuous operation time, improves the working efficiency, reduces the use of maintenance costs.

Single engine washing and sweeping vehicle; Multi-stage clutch power system; Double lip sealed; Floating cleaning system

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.062

U462.1

A

1671-7988(2021)04-201-04

U462.1

A

1671-7988(2021)04-201-04

王仁鵬，男，工程師，就職于陜西汽車控股集團有限公司技術(shù)中心，現(xiàn)從事專用車整車研發(fā)工作。