新型高效扫路车吸嘴设计与仿真

赵玉军，高军委，袁志宏，刘家妩，屈阳州

（陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710200）

新型高效扫路车吸嘴设计与仿真

赵玉军，高军委，袁志宏，刘家妩，屈阳州

（陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710200）

针对常见的吸嘴结构存在的不足，文章提出了一种新型高效扫路车吸嘴装置。并采用计算流体力学(CFD)的方法，利用STAR-CCM+软件对模型进行仿真计算验证，为国内扫路车吸嘴装置的设计提供了理论依据。

吸嘴；CFD；STAR-CCM+；扫路车

引言

随着我国城市文明创建工作的推进，道路清扫车正被广泛的应用于市容环卫工作中。目前，道路清扫车是一种集道路清扫、垃圾回收和运输为一体的新型高效环卫清扫设备，清扫装置的设计技术水平的高低直接影响着城市道路清扫车的发展和创新[1]。而吸嘴是直接接触路面并完成垃圾、砂尘的吸拾的装置，它的性能好坏直接影响到扫路车清洁能力。因此，吸嘴装置的研究是清扫车急需解决的关键问题。本文将对某型号的扫路车吸嘴装置进行设计，提出一种新型高效扫路车吸嘴装置结构，利用仿真软件STAR-CCM+进行分析，对吸尘效果进行评价，为后续清扫车研究提供一定理论依据。

1 吸嘴工作原理

吸嘴工作时，利用安装在车辆上的副发动机驱动离心式风机在吸尘盘进风口处产生强气流，并在吸嘴口周围形成一定的负压，使得气流带动地面的尘粒和垃圾，经风管后进入垃圾箱。

传统吸嘴口由于存在贴地速度不高，涡流明显、气流不均等问题，容易导致当车速较快时，尘粒吸收不彻底，存在二次扬尘、吸尘效率不高等缺点[2]。

图1 吸嘴装置结构图

2 吸嘴装置设计

2.1 吸嘴结构设计

针对以上传统吸嘴存在的缺点，本文将设计一种新型高效吸嘴装置。吸嘴装置主要由滚刷、挡板、吸嘴、反吹风、滚轮等部分组成，新型吸嘴装置结构如图2所示。新型吸嘴装置工作原理：车辆作业时，滚刷将地面上垃圾扫起，同时，与风机出口连接的反吹风会产生较大气流，将滞留颗粒物吹到滚刷处，滚刷顺势将颗粒物送入吸嘴口，此时，风机产生的气流与周围挡板及路面形成强大负压，并通过吸管将垃圾吸入垃圾箱内，从而完成清扫作业。

2.2 仿真分析

本文将对以上设计进行流场分析，验证其设计合理性。首先，使用Solidworks进行吸嘴结构建模，并将.igs格式模型导入至ANSA中，进行几何模型处理，得到一个封闭域，网格生成完成后，将面网格导入Star-CCM+后直接生成体网格。本文计算介质为空气，密度ρ=1.18415 kg/m³，参考压力为0.1MPa，空气黏度μ=1.85508E-5 Pa∙s，湍流模型采用k-ζ模式。滚刷转速设置为400r/min，车行进速度为20Km/h，吸嘴口距离地面为 10mm。本文采用的边界条件有质量流量入口边界条件(Mass Flow inlet)、压力出口边界条件(Pressure Outlet)、壁面条件(wall)，对吸嘴装置结构进行分析。

（1）左右对称截面速度分布图

图2为吸嘴装置中间截面位置示意图，图3为截面图上速度矢量分布情况。从分析结果看出：整个流场气流流动顺畅，滚刷底部速度最大，是由于反吹风、旋转滚刷及吸嘴口共同作用所致，三者共同作用效果明显，利于尘粒进入吸嘴口。

图2 吸嘴装置中间位置截面图

图3 吸嘴速度矢量图

（2）底部入口截面速度、压力云图

图4 吸嘴装置底部入口速度云图

通过对吸嘴装置底部入口处速度云图（如图4所示）分析结果看出（截面上部为反吹风侧，下部为吸嘴口处），中间位置速度最大，由于吸嘴和反吹风气流在此处汇合所致。吸嘴装置底部入口处压力云图中（如图5所示），反吹风侧负压较低，利于气体流动。

图5 吸嘴装置底部入口压力云图

（3）吸尘效果评价

要保证尘粒能够可靠的进入垃圾箱，尘粒必须具备一定的起动速度。当形状和体积确定后，尘粒悬浮速度将被确定。悬浮速度的大小同时体现了尘粒吸送的难以程度，决定了对有关设备性能参数的具体要求。只有当吸嘴口处的气流大于悬浮速度时，颗粒才会被成功吸送[3]，表1给出了常见垃圾颗粒的相关参数。

表1 常见垃圾颗粒的物理特性

通过对吸嘴装置底部入口截面的面平均速度分析，得到底部区域的平均速度为56.94m/s，通过对比表中数据，其平均速度远高于常见垃圾颗粒的吸送速度。且底部面速度均匀性为0.834（0完全不均匀，1完全均匀）。因此，此吸嘴装置的气流均匀性较好，且能够达到颗粒的起送速度，尘粒容易被吸送到垃圾箱内，吸尘作用明显。

3 结语

本文提出了一种新型高效扫路车吸嘴结构，并利用仿真软件进行了模拟，主要分析了其流场内流动情况及入口速度及压力情况，得到以下结论：

（1）滚刷、反吹风、吸嘴共同作用下，整个流场气流流动顺畅，三者共同作用效果明显，利于尘粒进入吸嘴口。

（2）此吸嘴装置的气流均匀性较好，且能够达到颗粒的起送速度，吸尘作用明显。

（3）此装置可应用于清扫设备的高速作业工况下。

[1] 胡立峰.道路清扫车扫盘和吸嘴装置的改进设计[J].工艺设计改造及检测维修,2015(21):80.

[2] 黄登红,陈承曦,章易程.基于流场仿真的真空清扫车吸尘口的参数化分析[J]. 机械设计,2013(7):73-76.

[3] 徐慧超.新型洗扫车设计与仿真[D].山东:山东农业大学,2015:28- 34.

The Design and Simulation of Efficient Road Sweeper Suction

Zhao Yujun, Gao Junwei, Yuan Zhihong, Liu Jiawu, Qu Yangzhou
（Shaanxi Automobile Co. Ltd, Shaanxi Xi’an 710200）

In view of the common problems of the suction nozzle structure, this paper puts forward a new kind of sweeper suction nozzle device. With Computational Fluid Dynamics(CFD) method, the STAR-CCM+ software is used to analyse the model simulation validation．All of these can provide data and theoretical support for the design of the domestic road sweeper flow field.

suction nozzle; CFD; STAR-CCM+; road sweeper

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-35-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.013

CLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-35-02

赵玉军，就职于陕西汽车控股集团有限公司。