一种扫路车吸嘴内部结构的优化

沈卫琴

江苏悦达专用车有限公司 江苏盐城 224007

1 前言

在众多机械化清扫作业车辆中，吸扫式扫路车因能耗低、作业质量好、作业扬尘小等优点，深受广大消费者的青睐，成为城市道路机械清扫作业的主力军。如何提高吸扫式扫路车的高扫净率和低扬尘，是扫路车设计人员研究的重要课题，其中吸嘴系统的设计与优化，是整车设计中的重中之重，吸嘴装置设计的好坏，直接影响整车的作业性能。

传统的吸嘴装置改进大多是优化吸嘴升降装置或在吸嘴内增加滚扫装置，以提高吸力。这些改进装置结构复杂，不仅增加了制造成本，同时也增加了用户的使用成本。为降低生产成本，通过对吸嘴内部气流进行测试与分析，得出普通吸扫式扫路车吸嘴内部结构的优化方案，以简单且成本低的设计，提高了整车的性能。

2 传统的吸嘴装置

传统吸嘴的结构（如图1所示），它由橡胶挡板、围板、滚轮、吸筒及吸嘴面板连接而成。橡胶档板安装在吸嘴入口处，和吸嘴围板形成一个半封闭的空间以容纳垃圾物，吸筒安装在吸嘴面板上连通垃圾箱与吸嘴，滚轮支撑吸嘴随同扫路车向前滚动行驶。扫路车在行进过程中，通过前置的扫刷，将路面垃圾物扫至车底中部，即吸嘴入口处，当风机抽吸垃圾时，橡胶挡板弯曲形成吸嘴前的开口，进入吸嘴的垃圾被气流抬升通过吸筒进入垃圾箱。

根据风机的工作原理，风机的压力分为全压、动压和静压，全压=动压+静压。当风机开始工作，对垃圾物产生吸拾力时，其主要产生两种形式的压力：一是风机用于克服管网阻力而直接对垃圾物作用的静压力，另一种为空气流动对垃圾物产生的动压力。而在垃圾物由吸嘴经吸筒进入垃圾箱的过程中，两种作用力相互转化。在吸嘴半封闭空间内动压力起主导作用，而在吸筒内的作用力则主要为静压力，且静压力是将大质量垃圾物带至垃圾箱的主导力量。因此，在吸嘴宽度范围内的垃圾物，必须快速被带至吸筒口，才能有效地通过吸筒被带至垃圾箱，即吸嘴内的动压力越大，吸力越大。

根据动压力公式：

式中，P为动压力；ρ为空气介质的密度；V为空气的流速。

可知，速度V越大，动压力就越大。而在风机流量一定的情况下，根据的公式式中，Q为风量；V为速度，A为截面积。

可知，截面积A越小，速度V越大。

传统吸嘴在风机抽吸时，橡胶挡板弯曲，气流进入半封闭腔，由于吸嘴内部空间瞬间放大，从四周进入的气流有所扩散，且通过对吸筒下方内侧取多点测试，发现其各点的风速都不一致，越接近吸筒后侧，气流速度越小。这是垃圾物最易堆积之处（称为死角区），在行进过程中，堆起的垃圾物迫使吸嘴翘起，垃圾遗撒，使得扫路车的性能不能达到设计要求。

3 吸嘴内部结构的优化分析

通过对吸嘴气流作用力的分析可知，若想增强扫路车的吸力，必须加大吸嘴入口处的风速，最直接的方式是缩小吸嘴处的截面积，即降低吸嘴的离地高度；同时消除吸嘴内的死角区。故而提出如下方案：尽可能地降低吸筒处离地高度，以增加吸筒处的气流速度。但是吸筒处离地高度下降，势必影响大块垃圾物的进入，因此，提出了前高后低的内部结构，将吸嘴围板改为斜面，如图2所示，并且将吸筒两侧面设计成圆弧导向结构，如图3所示，该结构不仅可对气流起到导向作用，还消除了死角区，压缩了吸嘴内部空间，减少了气流扩散，降低了有效截面积，使得气流速度大幅度增加，垃圾物能快速被带至吸筒口，通过吸筒进入垃圾箱。

在同一辆扫路车上，装上改进前和改进后的吸嘴进行试扫，并在副发动机转速1 500～2 200 r/min范围内，分别测量出对应的吸嘴入口处风速，作对比列表如表1所示。

表1 改进前后吸嘴入口处风速对比表

由表1可见，使用传统吸嘴试扫，当副发动机转速在2 200 r/min时，吸嘴入口处风速为33.5 m/s，此时仅能够处理一些沙粒、小石子等轻颗粒垃圾物。若路面垃圾物较多，就会出现处理不及时，垃圾物逐渐堆积于吸嘴腔内（特别是死角区），导致在行进过程中产生吸嘴翘起，垃圾遗撒的现象。而使用改进后的吸嘴试扫，当副发动机转速在1 800 r/min时，吸嘴入口处风速就达到37 m/s，此时小石子、鹅卵石、半截砖块等大块重颗粒，都能迅速被吸起，一次扫净率得到较大提高。而通常扫路车的副发动机大多选用江铃JX493系列的柴油机，根据其系列的外特性曲线可知，该系列发动机在转速1 800 r/min时，油耗最低，且综合考虑油耗、功率、扭距等参数，均优于转速在2 200 r/min时的指标，最大程度地节约了使用成本。由此可见，该吸嘴的优化改进，不仅提高了扫净率，还降低了能耗，其改进效果显著。江铃JX493系列柴油机转速为1 800 r/min和2 200 r/min时的参数如表2所示。

表2 江铃JX493系列柴油机参数比较

4 结语

吸嘴结构的改进在不增加能耗，不增加制造成本的前提下，提高了吸嘴进口处的气流速度；消除了吸嘴内部死角区，并对气流起到导向作用，使气流能快速地将垃圾物带至吸筒口；在满足吸力的条件下，使副发动机处于最佳节油状态。该吸嘴内部结构相对传统设计的优化，有效提高了扫路车的吸扫性能，提高了扫净率，并且降低了用户的使用成本。其结构简单，制造方便，可适用于吸扫式扫路车各种车型的吸嘴设计。