高速公路垃圾清扫车工作装置研究

关雄杰

（长安大学公路养护装备国家工程实验室，陕西 西安 710061）

1 清扫装置的布置方式

一般的城市道路吸扫式清扫车的吸扫装置有三种布置形式，如图1所示：中置四盘刷后置吸嘴式、前置两盘刷加中置两盘刷吸嘴式和中置两盘刷加中置卧刷双吸嘴式[1]。

图1 常见清扫车工作装置布置形式

高速公路路面灰尘类垃圾较少，不易引起扬尘现象，但为了应对突发情况，并且高速公路垃圾清扫车盘刷转速较快，对垃圾颗粒的抛射距离较大，较小质量的垃圾颗粒很容易被抛射出吸扫区域，因此不宜选用前置两盘刷加中置两盘刷吸嘴式布置方式。而中置两盘刷加中置卧刷双吸嘴式清扫车清扫宽度较小，清扫效果一般，因此也不适用。中置四盘刷后置吸嘴式的布置方式最为适合高速公路垃圾清扫，然而这种布置方式在高速条件下，对大体积大质量的垃圾颗粒清扫能力仍相对不足，因此在此基础上进一步改进，添加滚刷模块与垃圾收集斗，并且为了防止盘刷将质量较小的垃圾颗粒从另一侧抛射到收集区域外，在车体中间添加挡板来阻拦垃圾颗粒，如图2所示。

图2 高速公路垃圾清扫车工作装置布置形式

2 高速公路清扫车吸扫除尘过程分析

按照上述吸扫装置的布置方式进行设计的高速公路垃圾清扫车主要通过盘刷、吸嘴以及滚刷等完成清扫任务。其清扫过程如图3所示，盘刷、吸嘴以及滚刷分布于待吸扫地区，盘刷与地面呈一定角度接触，接触面积为圆弧，接触位置如图3所示。在车辆前进过程中，位于可吸区域的垃圾直接被吸嘴捡拾，位于可扫区域的垃圾在盘刷的旋转作用下定向抛射到可吸区域，然后由吸嘴捡拾通过垃圾吸入管进入垃圾箱内。由于盘刷转速较高，质量较小的垃圾颗粒可能获得的抛射速度较大，因此要在清扫车中间加置一挡板，防止垃圾颗粒从另一侧被抛射到可吸区域外。当待扫区域的垃圾密度较大或者垃圾颗粒体积质量较大，吸嘴无法高效地完成对地面的清扫时，滚刷作为辅助清扫装置启动。滚刷在旋转的过程中将剩余未被吸嘴吸扫的垃圾颗粒向上抛射到车后下方的垃圾收集斗内，垃圾收集斗内的垃圾通过输送装置运输到垃圾箱内。

图3 清扫过程

3 盘刷模块功能机理分析

盘刷是清扫车的主要工作装置，其可以增大清扫面积，定向抛射垃圾颗粒。如图4所示，盘刷装置主要根据各部件依据其机构动作的原理相互作用，相互配合，从而使盘刷系统能够执行以下功能。

图4 盘刷装置结构图

1）升降功能：盘刷5固定在盘刷座6上，盘刷座6与盘刷下连杆7、盘刷上连杆8及连杆座2通过铰链连接形成四连杆机构，使盘刷能够平行的上下举升。

2）伸缩功能：连杆座2与盘刷模块底座1通过销轴连接，使连杆座2可以绕盘刷模块底座1自由转动，实现盘刷5的左右伸缩移动。

3）避障功能：伸缩液压杆3设置在盘刷下连杆7和液压杆底座4之间，用球铰链进行连接，盘刷座6、盘刷下连杆7、盘刷上连杆8、连杆座2、盘刷模块底座1、伸缩液压杆3和液压杆底座4共同构成空间杆系，通过改变伸缩液压杆3的长度可以实现盘刷的左右伸缩、上下举升功能，同时，由于液压油自身具有一定可压缩性，故在盘刷遇到障碍物时，伸缩液压杆3还能吸收一部分冲击能量，使盘刷绕过障碍。

4）清扫功能：通过改变螺纹调节杆8（盘刷上连杆）的伸长量，使盘刷沿该方向倾斜一定角度，然后通过倾角调整螺栓9调整盘刷底座6的倾斜角度，从而保证盘刷与地面有着合适的接触角度以及接地位置，进而保证盘刷能够将垃圾颗粒抛射到可吸区域，完成垃圾的高效清扫[3]。

4 滚刷模块功能机理分析

滚刷模块作为高速公路垃圾清扫车的辅助清扫装置，其只有在垃圾密度较大或者垃圾颗粒质量体积较大，风机无法完成高效率清扫时工作[4]。其装置结构如图5所示，在清扫车前进方向上滚刷应位于输送装置之后，若滚刷在输送装置之前，则滚刷的运行方向与清扫车运行方向相反，此时滚刷刷丝与地面的相对运动速度会减小，从而影响滚刷刷丝对垃圾颗粒的抛射效果，进而降低垃圾清扫车清扫效率。当滚刷设置在清扫车之后时，滚刷的运行方向与清扫车的行进方向相同，滚刷刷丝与地面的相对运动速度为刷丝的旋转线速度与清扫车行进速度之和，大大增加了与滚刷刷丝接触的垃圾颗粒的初始动能，从而保证了垃圾清扫车的清扫效率。

图5 滚刷装置结构图

滚刷模块主要根据各部件依据其机构动作的原理相互作用，相互配合，从而使滚刷系统能够执行以下功能。

1）输送装置3放置于垃圾箱后方，用销轴连接，通过改变液压缸10的伸缩量来调整输送装置的位置，包括输送装置的高度、倾斜角度以及输送装置与滚刷的位置关系。

2）滚刷固定在扫滚摆臂5上，下导轨4固定在大架7上，扫滚摆臂5与下导轨4通过销轴连接，通过调整扫滚摆臂5与下导轨4的角度来控制滚刷6与地面的位置关系。

3）当滚刷模块不工作时，将输送装置与滚刷升起至一定高度，防止与障碍物发生碰撞，并防止盘刷刷毛磨损。当滚刷模块处于工作状态时，分别通过调整液压缸10的伸缩量以及扫滚摆臂5的角度来调整输送装置与滚刷至合适的清扫回收位置，动力驱动器8驱动滚刷进行旋转运动，将垃圾颗粒上抛至输送装置，动力驱动器驱动输送装置，将垃圾颗粒运送至车后方的垃圾箱内。在滚刷系统遇到障碍物时，由于震连杆1的缓震作用以及液压缸10具有一定的伸缩性，可以吸收一部分能量，使滚刷系统顺利绕过障碍。