可清洗路牙的小型清扫车的设计方案及技术参数分析

邱鹏

株洲市电动汽车示范运营有限公司 湖南 株洲 412000

引言

随着我国经济水平的不断提升，人们对于自身生活环境的要求也越来越高，但是由于当前人工体力劳动的成本也越来越高，所以单纯依靠人工来进行公共基础设施等的环卫清扫是非常不现实的，因此可以进行快速环卫清扫作业的机械设备得到了快速地推广以及应用。只是当前所推广使用的清扫设备基本上都用于一些相对宽阔平坦的城市道路，这些清扫设备由于体型相对较大，所以并不适用于城市住宅以及大街小巷等有路牙的相对狭窄的道路的清扫。基于这种情况，需要设计出一款可以有效对路牙进行清洗清扫的小型清扫车，从而保证城市住宅以及大街小巷等有路牙的相对狭窄道路的清洁。在本文中，我们便对该小型清扫车的设计方案进行简单叙述，并且通过计算来验证该设计方案下的小型清洗车可以有效满足其在复杂路面的工作要求。

1 设计方案

由于该清扫车主要用于城市住宅以及大街小巷等有路牙的相对狭窄道路的清洁，所以为了保证清扫车的正常作业，我们使清扫车主要通过机械传动的方式来进行行驶，并且利用电动机来带动清扫车的洗刷机构来实现其清扫功能。同时为了保证清扫车小型化，我们使清扫车的水泵以及清扫机械保持一定的独立性。除此之外，还需要对清扫车的各项技术参数以及具体的传动方式进行设计。接下来我们便对其进行介绍。

1.1 清扫车的参数设计

为了使清扫车可以对路牙进行有效的清洗，我们对清扫车的各项技术参数设计如下：

工作时速：1～3.5km/h；

路牙清洗高度：h≤200mm；

爬坡度：最大30%；

车载刷头转速：300r/min；

车载水箱容量：满载500L；

有效工作时间：水箱满载情况下可以持续清扫作业30～50min。

1.2 清扫车传动方式的设定

当前常用的大型清扫车主要使用汽油发动机来提供动力，然后通过液压传动来进行变速，从而实现负载的传递。由于本文所设计的清扫车多用于狭窄的道路，所以清扫车应该具备低速、小型化的特点。基于此，我们便以汽油发动机为清扫车的动力，然后以机电传动来进行负载的传动[1]。

2 清扫车整体系统的设计

本文所提出的可清洗路牙的小型清扫车的整体系统主要包括清扫车发动机、清扫系统、行驶系统以及减速系统。接下来，我们便依次对其相关的选定以及设计进行介绍说明。

2.1 发动机的选定

发动机是清扫车可以正常运转作业的基础，因此需要根据清扫车各个机构所需的实际功率来确定清扫车的总功率，并且结合发动机转速的确定来选择合适的发动机。

首先我们对清扫车的总功率进行确定：

本计算公式中：

M：传动装置的总效率。

基于以上计算公式，结合实际使用场景所需的功率，可以确定发动机的功率为7.5kW。

其次需要对发动机转速进行确定，由于转速、转矩以及功率之间存在着一定的关系，这个关系可以通过以下公式来表示：

当发动机转速达到3000r/min时，发动机的转矩以及功率便可以得到最佳的匹配，即转矩T为20N·m，功率为6.28kW。根据这些计算得到的参数，我们为设计中的小型清扫车选择装配了MZ/R300型汽油发动机，因为该型发动机的功率为10kW，发动机转速可达3000r/min，同时其耗油量较低，约为200g/kW·h。根据这些参数，可以知道该型号发动机可以有效满足我们所提出的小型清扫车的工作要求，同时还具有耗油量少、低成本以及维护方便等的优点。

2.2 清洁系统的设计

本文所提的小型清扫车的清洁系统主要由路面清扫系统、喷水系统以及路牙洗刷系统组成，我们将依次对这三个系统进行说明。

首先，我们对路面清扫系统进行说明。根据小型清扫车的清洁顺序，其路面清扫系统安排在清扫车的前方。在整个路面清扫系统中，主要是由一个小型电机带动圆盘轴的转动，然后通过轴上安装的洗刷来进行路面的清扫作业，而且为了保证清扫区域的干净度，洗刷设计直径为300mm，材质采用高强尼龙丝，整体断面为椭圆形。同时，我们在清扫车的车底中央位置设置安装了一个导流板，这个导流板可以对垃圾在洗刷转速下的移动方向进行一定的限制，从而有效避免垃圾的四处飞散。

其次，对小型清扫车的喷水系统进行介绍。此清扫车由于作业环境而应该具备小型化的特点，所以我们使清扫车的水泵以及清扫机械保持一定的独立性，并不会受到机械传动的控制。因此我们选用了其开闭可以通过电钮开关来进行控制的24V低压直流泵，且清扫车采用满载容量可达500L的水箱，保证清洗过程中的供水充足。同时为了该清扫车可以有效满足各种不同路面的清洗作业，我们选择了双喷头型的喷嘴，其流量通过节流阀进行合理的控制，从而有效保证了清扫车可对不同路面进行清洁。

最后，对该小型清扫车的路牙洗刷系统进行说明。由于该小型清扫车除了对路面进行清扫外还应该对路牙进行清洁。所以根据该特点将路牙洗刷系统设置在清扫车的侧面，该洗刷系统中通过小型电机以及链轮传动来对洗刷轴的转动进行合理的控制。由于路牙相对路面较高，且呈垂直面，所以我们将洗刷系统的不锈钢芯轴通过平键来连接在尼龙轴套上，并且将0.5mm的高强尼龙毛刷装置在尼龙轴套上的木棒内，一来可以保证洗刷系统的使用周期，二来可以在对路牙洗刷时，其洗刷轴可以抬起至合理的高度，从而可以对路牙进行快速有效的清扫[2]。

为了保证路牙洗刷系统可以对路牙进行有效清洁，需要对洗刷轴的绝对速度s以及速度内倾角α进行计算，在保证毛刷的接地中心角不变的前提下，洗刷轴合理的绝对速度以及速度内倾角的确定可以使得高强度尼龙毛刷装置的有效使用。计算公式如下：

其中，w为洗刷轴的相对速度，v为清扫车的行驶速度，β为毛刷的接地中心角，根据实际数据的确定，计算得到洗刷轴的绝对速度可以保持在6～15m/s，其速度内倾角可以为20°～35°之间，在此范围内，毛刷装置便可以对路牙进行有效的清洁。

2.3 行驶系统的设计

该清扫车的行驶系统除了正常的行驶作用外，还可以将各种不同路面作用给清扫车车轮的力矩进行一定程度的承受以及传递，从而使该小型清扫车可以承受不同程度的颠簸震动以及一定程度的冲击。

为了使行驶系统可以实现预期的各项功能，该系统主要由前轮、后轮、驱动桥以及制动器组成，同时我们根据实际的使用场景将行驶系统的前后轮进行大小轮的设计。将清扫车的前轮设置为大轮，使其可以作为驱动轮来承担清扫车的整体质量，而由于后轮的主要作用是导向，即起到导向轮的作用，所以可以将后轮设计为小轮。整个制动系统采用了液压盘式的制动方式，从而保证行驶系统的正常运行。

2.4 减速系统的设计

由于此清扫车除了具有小型化的特点外，在行驶过程中还具有低速的特点，所以我们设定发动机的轴转速为1500～2000r/min，而在减速过程中则主要通过皮带传动来起到机构的过载保护作用。同时，由于该小型清扫车的减速相对较大，所以在减速系统中，我们选择了美国园林机械中常用的变速器。此减速器的减速比可达9.63，同时在设备运行过程中，可以实现四个进档以及一个退档，其进档速度依次为1km/h、1.5km/h、1.9km/h以及3km/h，退档速度则为2.6km/h，可以有效地满足该减速系统的设计要求[3]。

3 结束语

当前生活水平下，人们对于生活居住环境的要求逐渐提升，但是一些有路牙的相对狭窄偏僻的道路由于人工清扫强度太大，且目前所使用的大型清扫设备并不能进入这些道路进行清洁，导致这些带路牙的道路极大程度上影响了城市的美观以及人们的生活体验。基于此，在本文中，我们提出了一种可清洗路牙的小型清洗车的设计方案，并且通过简单的计算证明了该清洗车可以有效满足其在复杂路面的工作要求，可以对道路路牙进行有效清洁。