摘 要：隨著交通強國建設綱要的落實，高速公路機械化清掃成為必然趨勢，吸掃式高速掃路車將逐步取代傳統(tǒng)純掃式掃路車。文章根據(jù)目前市場上的主流吸掃式高速掃路車部件類型結(jié)構(gòu)，分析其部件結(jié)構(gòu)選擇上的差異，總結(jié)對比整車的性能上的差異。

關鍵詞：吸掃式 高速 掃路車 性能

隨著我國高速公路建設的發(fā)展，維護安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟、包容、韌性可持續(xù)交通體系的要求，高速清掃機械化出現(xiàn)逐步擴展的趨勢。目前市場上出現(xiàn)了各類高速掃路車，吸掃式高速掃路車有逐步取代傳統(tǒng)純掃式掃路車的跡象。對于吸掃式高速掃路車而言，優(yōu)質(zhì)的車輛底盤是可靠性的保障，高效的真空吸拾系統(tǒng)是實現(xiàn)最佳清掃效果的關鍵，強勁的發(fā)動機是整體性能的核心。雖然市面上掃路車產(chǎn)品各有特點，但基本原理均為發(fā)動機帶動風機形成真空吸拾垃圾，因此從部件結(jié)構(gòu)上出發(fā)，可以初步分析出適合用戶的車輛結(jié)構(gòu)類型。

1 掃路車的主要部件

目前市場上的吸掃式高速掃路車沒有形成統(tǒng)一的技術路線，在結(jié)構(gòu)上有較大的差異，但是主要部件卻較為類似，本文基于市場上主流產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點，分析當前車輛主要部件的差異與特點。

1.1 底盤

底盤是承載整個吸掃系統(tǒng)的平臺，根據(jù)改制廠家的不同分為兩種，一種是采用特殊配置的通用裝載底盤，另一種就是為掃路車設計的專用底盤。

通用底盤由掃路車生產(chǎn)廠家對底盤橫梁、結(jié)構(gòu)件、安裝孔等改制后再作為掃路車底盤使用；專用底盤則由底盤廠根據(jù)掃路車的要求對結(jié)構(gòu)進行修改，不需要掃路車生產(chǎn)廠家重新改制，因此專用底盤結(jié)構(gòu)更緊湊、可靠性更好。

由于掃路車底盤日常裝載量往往大于普通車輛，而且還安裝有掃盤機構(gòu)、吸拾系統(tǒng)、水路、液壓系統(tǒng)等，因此整體油耗大于常規(guī)車輛，大部分情況下生產(chǎn)廠家會對燃油箱做特殊定制，燃油箱的大小則是通過掃路車的作業(yè)速度、作業(yè)油耗和最大作業(yè)里程決定。

掃路車在高速公路清掃作業(yè)時，更注重的是動力輸出強勁、安全平穩(wěn)、可靠性好，需要發(fā)動機提供更大的馬力和扭矩，在加速和高速行駛時表現(xiàn)更優(yōu)。因此高速掃路車偏向于采用六缸柴油發(fā)動機，而城市道路清掃偏向于使用經(jīng)濟性更好的四缸發(fā)動機。

此外，最重要也最容易被忽視的是底盤前橋、后橋的載重分配情況。在最大載重質(zhì)量確定的情況下，底盤后橋的最大承載能力直接影響了掃路車的最大承載量和行車的安全性，特別是在高速公路作業(yè)里程長、垃圾量大、作業(yè)速度快的前提下，底盤廠商合理分配前后橋載重比例尤為重要。通用底盤、低速掃路車底盤前后橋與高速掃路車需求均有明顯的差異，因此目前大部分企業(yè)根據(jù)自身的結(jié)構(gòu)來定制底盤。

1.2 真空吸拾系統(tǒng)

吸掃型掃路車的風機、垃圾箱和吸嘴聯(lián)結(jié)組成的真空吸拾系統(tǒng)，是整個掃路車的核心部件，直接影響到整車的作業(yè)效果。

風機是吸掃式掃路車吸拾系統(tǒng)的風力來源，也是判斷掃路車作業(yè)能力的重要依據(jù)[1]。前向式風機的風速較高、壓力較低，適合于低速洗掃車使用，而后向式風機的風量大、風壓高，適合于重載作業(yè)。離心風機的效率較低，通常在60%至80%不等，在吸拾作業(yè)過程中，吸管內(nèi)風速需要達到40m/s，風壓3KPa以上才能有效的吸拾高速上常見的垃圾[2]。為確保高速清掃效果，通常采用效率在80%左右的后向式高效離心風機。

吸嘴的結(jié)構(gòu)、吸管數(shù)量與直徑則是影響到吸拾作業(yè)時風速、風壓的直接因素。在風速、風壓一定的情況下，吸管數(shù)量越多吸拾效果越好。目前市面上吸掃式高速掃路車筑馬機械的ZZM5182TSL掃路車采用單個吸嘴安裝3根吸管，盈峰環(huán)境的ZBH5189TSLDFE6掃路車采用3個吸嘴安裝5根吸管。根據(jù)各掃路車風機效率、吸管的直徑和數(shù)量，結(jié)合作業(yè)時風速、風壓的要求，可以估算出需要風量大小，對比車載風機風量參數(shù)即可初步判斷出掃路車的清掃能力[3]。以5根200mm直徑吸管的結(jié)構(gòu)為例，風機效率80%，風阻損失系數(shù)1.1，吸管中心與邊緣風速差異80%，需要平均風速40m/s，可計算出風量約為31000m3/h?？梢姶藭r單個風機無法滿足的風量需求，因此需要使用雙風機結(jié)構(gòu)才可能實現(xiàn)有效吸拾作業(yè)。

為滿足風速、風量要求，垃圾箱分為單單腔體垃圾箱和多腔體垃圾箱兩類。單風機系統(tǒng)對應單腔體垃圾箱，此類垃圾箱只有一個腔體作為吸拾系統(tǒng)的組成部分，垃圾從吸嘴吸入垃圾箱后沉降在腔體內(nèi)，腔體內(nèi)配置濾網(wǎng)用于阻擋垃圾進入風機，通常還配備了自潔系統(tǒng)用于協(xié)助傾倒垃圾和清洗垃圾箱。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、沉降空間大、垃圾沉降速度快，很少出現(xiàn)濾網(wǎng)堵塞的情況，吸力也比較穩(wěn)定。缺點是吸管較多時整體吸力較差，導致作業(yè)效果差。

當吸嘴上吸管較多，單個風機無法滿足作業(yè)的需求時，一般采用雙風機的結(jié)構(gòu)。此時垃圾箱為多腔體垃圾箱，箱體內(nèi)部根據(jù)吸管風量的需求設計為兩個相互隔絕的腔體，形成兩套真空吸拾系統(tǒng)，因此作業(yè)效果較好。但是對應的沉降空間減少，濾網(wǎng)容易被箱體內(nèi)飛揚的垃圾堵塞，造成過風面積減少、吸力明顯下降的情況。因此需要經(jīng)常清理濾網(wǎng)或安裝單獨的濾網(wǎng)清理裝置。

由于雙風機結(jié)構(gòu)復雜、成本高、能耗高，因此市場上有部分產(chǎn)品雖然使用多根吸管，但仍采用單風機、單腔體垃圾箱結(jié)構(gòu)。其通過在吸嘴中安裝臥式滾掃，并通過鏈輪結(jié)構(gòu)來增加滾掃的旋轉(zhuǎn)速度，通過滾掃來提高垃圾在氣流中的運動速度，這在一定程度上提高了清掃效果，但是滾掃價格偏高，磨損速度快、易纏繞垃圾，很大程度提高了車輛的維護使用成本。目前由于該技術路線成本低、結(jié)構(gòu)簡單、可短期提高作業(yè)效果，因此被廣泛使用。

1.3 發(fā)動機系統(tǒng)

發(fā)動機是真空吸拾系統(tǒng)的動力來源。根據(jù)掃路車上安裝的發(fā)動機的數(shù)量，可分為單發(fā)動機系統(tǒng)和雙發(fā)動機系統(tǒng)。

單發(fā)動機系統(tǒng)采用底盤發(fā)動機同時帶動車輛行走和清掃作業(yè)。因此能耗較低，但其缺點是動力不足，作業(yè)時車輛加速慢、整體性能差，清掃效果較差、底盤折損率高。出現(xiàn)故障時會影響正常行車，因此安全風險較大，使用該結(jié)構(gòu)的吸掃式高速掃路車產(chǎn)品較少。

目前市場上的產(chǎn)品普遍采用雙發(fā)動機系統(tǒng)，底盤發(fā)動機驅(qū)動行走，副發(fā)動機驅(qū)動掃盤機構(gòu)、風機、液壓系統(tǒng)、水路系統(tǒng)等，其優(yōu)點是動力充足、性能穩(wěn)定、故障率低、可靠性好。缺點是作業(yè)效果的提升伴隨著更高的能耗。因此該結(jié)構(gòu)對液壓、水路、吸拾系統(tǒng)的能耗匹配合理性要求很高，只有長期的高速作業(yè)實驗才能取得最佳的實用數(shù)據(jù)，否則容易由于發(fā)動機選項不當，導致動力不足或過剩的情況。目前大部分產(chǎn)品因為不具備長期實驗的條件，為保證性能往往會選擇較高的安全系數(shù)，因此市場上產(chǎn)品以動力過剩為主。

1.4 掃盤機構(gòu)

掃盤機構(gòu)是用于增大清掃面積，將路面垃圾匯聚到吸嘴范圍內(nèi)進行拾取，是掃路車必備的作業(yè)部件。雙立掃結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)濕掃車結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)在車身左右兩側(cè)各安裝兩個立掃盤，兩個掃盤清掃區(qū)域進行搭接，可以有效地增加清掃面積。但由于動力限制，掃盤轉(zhuǎn)速上限較低，高速作業(yè)時車速較快，因此它的清掃作用被很大程度削弱[4]，同時雙立掃作業(yè)時飛濺較大，對行車安全有一定影響。

另一種常用結(jié)構(gòu)是單立掃結(jié)構(gòu)，單側(cè)只安裝一個掃盤，但是加大掃盤的直徑，提高其轉(zhuǎn)速，并采用特制的鋼絲掃刷來盡可能的提高其清掃能力，通常與中置吸嘴配合作業(yè)來提升作業(yè)效果。

1.5 水路系統(tǒng)

高速公路上的揚塵與飛濺會直接影響到高速行車安全，為了保證掃路車作業(yè)時的交通順暢和行車安全，水路系統(tǒng)是高速掃路車必備的部件。水路系統(tǒng)主要分為高壓水路與低壓水路。常規(guī)掃路車通常采用低壓水路防止清掃裝置作業(yè)時引起揚塵和飛濺，但是高速公路作業(yè)時車速過快，低壓噴淋水霧未接觸到揚塵就已經(jīng)飛散，達不到抑塵效果，因此高速掃路車采用高壓水進行噴淋抑塵。低壓水路噴淋則安裝在吸嘴內(nèi)部，用于濕潤吸拾的垃圾，以便垃圾能在垃圾箱內(nèi)部盡快沉降，避免垃圾從風道排風口吹出造成尾部揚塵。

為了保證行車安全，在使用高速掃路車作業(yè)時不允許有較大的揚塵出現(xiàn)，所以高壓水路水泵、低壓水泵的流量和車載水箱的大小，直接決定了掃路車作業(yè)時間的長短。高速公路清掃作業(yè)里程一次作業(yè)里程通常在150公里左右，作業(yè)速度在60km/h以上，因此水箱容積要保證至少3小時的作業(yè)水量才能滿足作業(yè)需求。

2 國內(nèi)外掃路車配置情況

目前在國外高速掃路車主要結(jié)構(gòu)是單風機、單腔體垃圾箱、中置雙掃盤、中獨立滾掃、左右小吸嘴[5]。其優(yōu)點在于可通過滾掃提升作業(yè)效果，裝備的吸嘴尺寸較小，可將風機的作用力集中到吸嘴區(qū)域，以此達到足夠的風量和風壓，從而實現(xiàn)高速清掃作業(yè)。但該結(jié)構(gòu)的小吸嘴只覆蓋車輛輪胎區(qū)域，由滾掃機構(gòu)清掃車身中部區(qū)域，當路面垃圾量較大時，滾掃的清掃效果與小吸嘴的負壓吸拾效果會有明顯差異，因此在國內(nèi)不被客戶廣泛認可。而且其理論標定最高作業(yè)車速可達60km/h，但實際有效速度一般在30km/h左右，與高速公路限速要求仍有較大差距，主要產(chǎn)品有日本佐藤、德國布赫。早期國內(nèi)引進此類產(chǎn)品較多，但由于其價格高、作業(yè)效果不符合我國國情，隨著本土產(chǎn)品的崛起，此類產(chǎn)品逐漸被淘汰。

目前國內(nèi)的吸掃式高速公路掃路車主要分為單風機結(jié)構(gòu)和雙風機結(jié)構(gòu)。

單風機結(jié)構(gòu)掃路車采用常規(guī)掃路車中置雙立掃、后置單吸嘴、內(nèi)置滾掃、單風機、單腔體垃圾箱的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過增大發(fā)動機的功率、加大風機規(guī)格，增大滾掃直徑來提升作業(yè)效果。但由于其結(jié)構(gòu)只做到一次吸拾，而且作業(yè)效果與滾掃貼合地面的程度和滾掃的轉(zhuǎn)速直接相關。滾掃結(jié)構(gòu)加大了吸嘴腔體截面積，降低了吸力，發(fā)動機的性能限制了滾掃的轉(zhuǎn)速，高速清掃作業(yè)時滾掃磨損較快，綜合因素導致該結(jié)構(gòu)很難有持續(xù)穩(wěn)定的作業(yè)效果，因此其較為適合中低速重載作業(yè)，難于滿足每天數(shù)百公里的高速作業(yè)工作量。

雙風機結(jié)構(gòu)掃路車采用中置掃盤、三吸嘴串行組合、雙風機、多腔體垃圾箱的結(jié)構(gòu)。通過掃盤來清掃路沿；雙風機來滿足作業(yè)需要的風速、風壓；三個吸嘴串行作業(yè)，一次作業(yè)三次吸拾，最大程度的提高了清掃效果，滿足高速作業(yè)需求。其作業(yè)效果最好，但是結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。

3 結(jié)語

掃路車是高速公路道路維護保護的重要工具。雖然現(xiàn)在市場上吸掃式掃路車產(chǎn)品類型繁多，但還只有適合局部路況的設備，沒有完美通用的設備。相信隨著我國道路的快速發(fā)展和對安全要求的不斷提高，市場的需求和競爭的壓力會迫使高速掃路車結(jié)構(gòu)走向成熟。相信在不久的將來，成熟的高速清掃設備會擴展到城市道路領域，新一代掃路車的技術革新就在眼前。

參考文獻：

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[2]孫勇.真空吸塵車氣路系統(tǒng)優(yōu)化設計與仿真分析[D].沈陽：東北大學，2008.

[3]張殿印，王純.除塵工程設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.

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[5]澤尼特參展德國慕尼黑國際環(huán)博會IFAT 2018[J].通用機械，2018（07）：68.