公路边沟清扫装置设计及应用前景

文/甘肃省庆阳公路管理局 赵高杰

随着公路养护事业的不断发展，公路养护任务也愈发繁重，单靠人工已无法适应公路日常养护工作的要求，公路养护机械化、自动化、环保化、多功能化已成为现在行业发展的必然趋势，例如各类路面清扫车、路面养护维修设备层出不穷。然而，在公路养护中，边沟清扫还需要人工完成，不能满足公路养护行业保证公路路容、路貌的发展需求。同时由于单位管养路线较长，人工清扫工作效率低，工作量大，需要投入大量的人力物力。不仅耗时耗力，而且也存在一定的安全隐患。

国家科技创新工作指导意见中，提倡建设节约型社会，研发小型节能、适用轻便的可替代人工的养护设备，实现公路养护机械化、自动化、环保化、多功能化，用以积极推进行业节能减排，推动绿色公路养护发展进程，落实“四新技术”工作。因此，设计一款新型的、符合国家绿色公路养护理念的公路边沟清扫设备，用机械化代替人工，减少养护工人的劳动强度，使得边沟清扫工作常态化，提升公路养护事业效率显得尤为迫切。

现有公路边沟清扫设备

边沟是指设置在挖方路基路肩外侧及低填方路基地脚外侧的纵向人工沟渠，是公路路界地表排水设施的组成部分。其作用主要是收集公路路面的地面水，排除路基拦截道路上方边坡的坡面水，迅速汇集并将其引入顺畅的排水通道中，通过桥涵等将其排放到道路的下方。边沟中的垃圾主要有泥土、树枝落叶、碎石和行车所丢弃的生活垃圾等。

通过调查发现，现有的公路边沟清扫设备一般均为纯机械结构，需要人工辅助才能完成相关功能，且功能单一、结构复杂，行业市场推广困难。目前各种设备的动力传动形式主要有机械传动、液压传动和电气传动。其中机械传动的动力源，结构复杂，动力传输所需配件的制造、安装精度成本较高，外部轮廓尺寸较大，不适宜窄小的公路边沟使用；液压系统传动装置体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑以及布局灵活，通过电磁阀控制液压系统实现相关功能，操作简单。现有公路养护设备均配置液压系统，改装简易，符合要求。

公路边沟清扫装置部件设计

本文设计的公路边沟清扫装置主要由机架系统、垃圾清扫收集系统、压尘系统三大部分组成。各部分在结构上相互独立，部件在连接时可通过螺栓紧固，以方便对单独部件进行改进。维护时不影响其余部件的功能实现；在工作过程中，各部分相辅相成，在配合过程中位置、距离协调，相互之间的运作互不干扰。现对这三部分的设计制造做以下介绍。

机架系统

机架部分的主要功能是避让路边百米桩、里程碑、波形护栏等障碍物，将清扫部件移送至工作位置边沟中。机架系统安装在设备底盘的前部或设备的最前端，便于拆卸。机架系统主要由横向、纵向运动的液压缸构成，通过对设备自有液压系统改装，电磁阀控制液压缸实现功能。其中横向运动的液压缸行程为1.5米，用于调节清扫装置的横向位置。由于清扫装置自身重量及收集垃圾的重量的影响，在设计制造过程中要求横向运动的液压缸能够承受相应的纵向力；纵向运动的液压缸行程为1米，用于调节清扫装置与边沟底部的距离，且使横向运动的液压缸在实现功能的前提下避让公路与边沟之间的障碍物。

垃圾清扫收集系统

垃圾清扫收集系统连接至机架部分横向运动液压缸最外端，主要功能是清扫、收集边沟中杂物。通过对管养路线进行调查，公路边沟主要以梯形边沟为主，且边沟位置狭窄。因此，在部件设计过程中应以标准梯形边沟断面尺寸为基准，要求部件结构尽量紧凑。

清扫系统动力选取为液压系统。标准梯形边沟下底宽度为400mm，高度为400mm，上口宽度为1200mm，以此为基准确立扫刷长度为350mm，宽为220mm。8条扫刷均匀、垂直固定于直径为300mm的圆盘周边，形成环形状态，液压马达轴心通过螺栓连接于圆盘中心，内置于环形扫把头内，有效缩减了清扫装置空间结构，将液压马达与箱体支架固定连接，形成清扫装置。箱体尺寸以清扫装置尺寸为基准，宽度为400mm，外部轮廓为圆形，箱体与扫刷间隙确定在10mm左右。将液压马达内置于环形扫把头内结构，有效缩减了清扫装置空间结构；扫刷均布，内置液压马达也使得在扫刷旋转工作过程中，偏心力减少，有效增强了液压马达使用寿命。

垃圾收集部分则是通过扫刷的旋转，将垃圾通过轨道送至垃圾回收仓内。箱体下部留出20mm清扫刷，便于对公路边沟的清扫。箱体下部通过活页连接斜板，箱体与斜板通过弹簧紧固，确保斜板与公路边沟低部充分接触，提升垃圾回收效率。距离箱体底部20mm前端，增设小型垃圾回收仓，容量1立方米左右，尺寸大小根据箱体确定。垃圾清扫收集系统工作原理如图1所示。

压尘系统

图1 垃圾清扫收集系统工作原理示意图

图2 垃圾清扫系统实物图

压尘系统主要功能是减少设备清扫过程中扬起的尘土。在清扫装置运转过程中，由于扫刷旋转较快，产生的风力导致扬尘较大，扬尘不仅对公路路容造成二次破坏，也对驾驶人员造成一定程度的身体伤害。通过清扫试验，首先对箱体上部的间隙部位添加软胶垫，增强箱体密闭性，下部清扫位置周圈安装宽度为200mm的橡胶片，直接接触边沟底面，进行一次压尘；其次，通过对设备增设水箱，边沟清扫装置箱体下部周边均匀布设喷雾器，通过水泵连接，利用水雾压尘，取得较好效果。

公路边沟清扫装置上路试验效果

部件组装完成后整机效果如图3所示，通过多次试验，对存在的问题进行不断整改，目前整体效果良好。通过试验获得以下参数：设备工作速度为3km/h至4km/h，杂物倾倒为1h/次，对边沟中的杂物清扫率在90%以上，在同等条件下与人工清扫公路边沟效率提升8至10倍。通过对边沟清扫装置的使用，实现了小型设备代替人工及设备使用的多功能化，有效减少了养护工人的数量和资金的投入量，降低了养护工人的劳动强度及养护安全事故、职业病发生率。

图3 公路边沟清扫装置整装效果图

结语

该边沟清扫设备有效提升了同行业公路养护发展的需求，降低行业养护工人的劳动强度，提升了工作效率，也能促使行业更多的人员积极响应落实“四新技术”工作。设计制造更多小型节能，适用轻便的可替代人工的养护设备，实现公路养护机械化、自动化、环保化、多功能化，真正做到公路养护行业节能减排，实现绿色公路养护。