扫路车吸尘装置仿真分析与改进研究

曹建，孙永强，张二华，邢继婉

扫路车吸尘装置仿真分析与改进研究

曹建，孙永强，张二华，邢继婉

（徐州徐工环境技术有限公司，江苏 徐州 221001）

传统的吸扫式扫路车，配备有清扫装置和由风机、吸尘装置、风道、垃圾箱等组成的气力输送系统。清扫作业时，利用扫刷将路面垃圾扫至吸尘装置前面，利用风机运转时，在气力输送系统中产生的动压和静压，通过吸尘装置将垃圾吸入垃圾箱内，以达到清除路面垃圾的目的。因此，吸尘装置是扫路车重要的一环。但传统扫路车的吸尘装置有作业速度慢、吸拾效率低、易残留垃圾等缺点。[1]

吸扫式；扫路车；风机；吸尘装置

1 前言

风道系统是扫路车气力输送系统的基础，它包括吸尘装置、箱体吸尘管道、风机等三大部分，决定了扫路车吸拾垃圾能力的强弱。

吸尘装置位于扫路车中部，其主要功能是收集路面垃圾并通过波纹管送入垃圾箱内部，吸尘装置上有弹簧吊挂，下有四个滚轮支撑。

2 数值模拟研究

吸尘装置的以下几个特性：（1）吸尘装置入口风速；（2）吸尘装置进风量；（3）吸尘装置内部结构。这三个特性极大的影响了扫路车的作业速度和吸尘效率。[2]

采用计算流体力学（CFD）方法对吸尘装置内部流场进行了数值模拟研究。建立几何模型，并基于有限体积法选择结构化网格划分，模拟实际工况，施加一定的边界条件，以FLUENT为工具，进行数值计算求解，分析入口风速、进风量、风压三者之间的关系。[3]

当吸尘装置入口风速一定时，单位时间内流经吸口的空气质量是一定的。在清扫作业过程中，当扫路车作业速度加快时：

1）扫路车垃圾运动时，受到气流的作用和风速的影响，车速越快，垃圾在空气中受作用的时间减小，无法获取足够的能量运行或者提升至吸口处，导致出现垃圾漏吸的情况。

2）车速越快，单位时间内进入吸口的垃圾越多，之间发生碰撞，惯性等损失了一部分上升的速度，也会造成一步风垃圾无法获取足够的能量运行或者提升至吸口处，导致出现垃圾漏吸的情况。

同理，车速不变的情况下，垃圾量增加时，部分下层的垃圾无法获取足够能量提升或运行到吸口，也会导致漏吸。

图1 不同车速时，吸尘装置横截面速度矢量图

图2 不同车速时，吸尘装置横截面静压图

另一方面，车速增加会导致提升点靠近吸尘装置后壁处，入口段的压力减小，不利于垃圾的吸拾。究其原因依然是由于车速增大时，前进风口进气流量也明显增加，一定程度上削弱了该处负压，这样就造成前后不平衡，最终导致了吸尘效率降低。

图3 吸尘装置风量二次流速云图及矢量

综上所述，尽量缩短垃圾从静止→启动→提升→运行至吸口处的时间，在后侧加装滚扫，增加后端及侧端的补风量，使吸尘装置内风速更加均匀。

3 吸尘装置主要结构组成及仿真分析

3.1 主要结构组成

吸尘装置主要由连杆、滚轮、滚扫、波纹管、吸盘体等零部件组成，吸盘体、盖板及前后密封板组成一个相对密封的空间以保证吸尘装置内部负压的存在；连杆用来连接吸尘装置和车架平台；脚轮起到支撑和行走作用，并可通过其调节吸尘装置距地间隙；四个链条用来吊起吸尘装置，弹簧则起到减震作用。

图4 吸尘装置

图5 吸尘装置横截面+斜鸭嘴型双吸口吸盘结构简图

3.2 斜鸭嘴型双吸口吸尘装置仿真分析

通过对吸尘装置的CFD仿真分析和实验测试研究，开发出独特的倾斜鸭嘴型双吸口结构，消除涡流区域，吸尘装置空间两侧和中间部位的低速区减小，内部的气流流通更顺畅，吸拾性能提升7.5%以上，特别适合路面垃圾的吸拾与回收。

图6 截面速度矢量仿真分析云图

图7 截面速度等值线仿真分析云图

4 结束语

在充分调研用户需求及行业现状的基础上，突破传统吸尘装置的技术瓶颈，通过仿真分析，在结构优化设计等方面取得了突破性的发展，研发的新型斜鸭嘴型双吸口吸尘装置，后部加装有滚扫以防止漏扫，提高清扫速度和清扫效率，符合环保高标准，满足客户新需求。

[1] 徐宁,吴三达.吸扫式扫路车的总体设计与研究[J].商用汽车杂志, 2006(06).

[2] 许礼鸿,吸扫式路面清扫车使用效能影响因素分析[J].公路与汽运, 2005.4 (02).

[3] 朱伏龙,张冠哲,陈杰.真空吸尘车吸尘口的流场仿真和结构优化 [J].机械设计与制造.2008.11.(11).

The Simulation Analysis and Improvement Research of the Dust Suction Device in Road Sweeper

Cao Jian, Sun Yongqiang, Zhang Erhua, Xing Jiwan

（XCMG Xuzhou Environmental Technology Co., Ltd., Jiangsu Xuzhou 221001）

The traditional sweeping road sweeper is equipped with a sweeping device and a pneumatic conveying system composed of a fan, a dust suction device, an air duct, a dustbin, etc. During the cleaning operation, the road garbage is swept to the front of the dust collector by the brush. When the fan is running, the dynamic pressure and static pressure generated in the pneumatic conveying system are sucked into the garbage bin by the dust collector to achieve the purpose of removing the road garbage. Therefore, the dust collector is an important part of the road sweeper. However, the traditional vacuum cleaner has the disadvantages of slow operation speed and low efficiency.

Sweeping road; Road sweeper; Fan; Dust suction device

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.023

U469.6+91

A

1671-7988(2021)02-73-03

U469.6+91

A

1671-7988(2021)02-73-03

曹建（1989-），男，工程师，在2015～2020年期间，曾就职于徐州徐工环境技术有限公司，主要从事环卫产品的研发工作。