四季多功能扫路车的设计研究

马艳飞 李兵良

关键词：多功能 扫路车 减少闲置 利用效率 购置费用

1国内扫路车的应用现状

近年来，我国大部分地市以及乡村的環境卫生保洁都实现了机械化清扫作业，所使用的设备大部分为扫路车。

目前我国生产的扫路车有清扫式和洗扫式，适应的工况各有特点，传统清扫式扫路车没有水路系统，不能进行路面冲洗、喷淋、洗扫作业：洗扫式扫路车具有路面冲洗、喷淋、洗扫功能，但是在冬季或气候寒冷区域，当气温低于0时，水路系统管路就会结冰，出现洗扫式扫路车不能使用、经常闲置等现象，各环境卫生部门需增加购置费用购买清扫式扫路车。

为了解决以上问题，各环境卫生部门及环卫设备生产企业进行了很多实践和创新，其中，某公司针对实际工作中遇到的问题研发出了四季多功能扫路车（图1），有效地解决了传统扫路车经常闲置、利用效率低、增加环境卫生部门的购置费用等问题.实现了环境卫生部门在机械化道路清扫作业时，减少扫路车的闲置，提高利用效率和降低使用单位的购置费用的目标。

2总体方案设计

2.1洗扫清扫能力的确定

根据洗扫清扫工况中扫刷与路面清扫效果，道路用扫路车为了清除路缘石根部垃圾，洗扫清扫宽度一般会大于车宽，洗扫清扫宽度设为B（m）.结合企业标准要求的洗扫净率，进一步确定洗扫清扫速度v（m/h），单位时间的洗扫清扫能力为W（n12/h），则W-B×v。

2.2工作模式的选择

根据用户对不同天气温度以及干湿程度不同工况的车辆使用需要，该扫路车集洗扫、吸尘功能于一体，能够满足一车多用，实现一年四季适应干湿多种工况的作业模式。

2.3驱动方式的确定

为满足不同地域和不同施工条件的垃圾清扫工作的需要，要求该扫路车排放污染物要满足国家环保要求，省去排放标准较低的非道路用副发动机，达到国VI排放标准，因此采用底盘单一发动机驱动技术。

2.4传动方式的确定

传动装置是整车动力输出纽带。该扫路车从底盘全功率取力口取力，通过万向轴将动力传递至多级传动装置，中间装有气动多片式离合器，该离合器作为上装动力源的控制单元，多级传动装置能够方便地将动力通过离心离合器、皮带传递至风机，为整车气力输送系统提供动力，通过带轮式气动齿式离合器、皮带传递至高压水泵，为整车高压水路提供动力，通过传动轴上的油泵带轮、皮带将动力传递至液压油泵，为整车的液压系统提供动力，工作安全可靠，而且可以无极调速，工艺适应性强。因此本扫路车采用机械多级传动装置进行传动的方式，传动方式结构如图2所示。

2.5主要技术参数的确定

根据对四季多功能扫路车技术要求的研究与分析，课题组成员在调研了国内道路扫路车技术性能基础上，确定了四季多功能扫路车的主要技术参数：a.最大总质量为18000kg;b.最大吸入粒度≥30mm;c.洗扫、清扫宽度≥2500mm;d.保洁速度为3-20km/h;e.洗扫净率≥92%;f.污水回收率：柏油路面≥45%（水泥路面≥55%）;g.外形尺寸：长×宽×高=8950mmx2500mmx3245mm：h.洗扫、清扫能力≥50000m2/h。

2.6整车机构布局的确定

为满足四季多功能扫路车响应快、转场方便的要求，整车采用专用汽车二类底盘作为整车的载体平台，将整车的低压水路及加水系统、清水存储装置、左右清扫装置、高压离心风机、传动装置、吸盘、垃圾箱总成、电气控制系统集中安装在载体平台上。

3主要结构设计

3.1垃圾箱总成

垃圾箱使用材料主要是不锈钢板，由护罩、后清水箱、降尘箱、垃圾箱四部分组成。护罩有左右侧门，顶部有左右通风口。护罩与箱体焊接为一体，当箱体倾翻时护罩跟随箱体同步翻转，使护罩下的零部件全部露在外侧，便于使用者的操作和维修。

除尘箱主要用于在清扫模式时垃圾和灰尘的处理，包括：惯性除尘腔、细过滤腔、精细灰尘腔。吸入的垃圾颗粒在垃圾箱内部先经过重力沉降，后经滤网进行粗过滤，然后进入除尘箱经惯性除尘结构进行除尘，再进入细过滤腔，经褶式滤筒过滤，过滤下来的精细灰尘则沉降到精细灰尘腔。

垃圾箱中部设有污水箱，两侧下部为后清水箱，后清水箱通过底部管路与前清水箱连通。垃圾箱后门通过液压油缸实现开启、关闭、锁止功能，向后倾翻来实现卸料，后门上设有排污管，排污管前段装过滤装置，当垃圾箱内污水达到一定高度时，暂停洗扫作业，用排污管排出污水后再作业。垃圾箱内装有高液位报警传感器，当垃圾箱内液位达到设定高度时，报警系统报警，此时暂停作业，排污水或倒垃圾。如继续作业，60s后系统会自动停止作业。

垃圾箱内部有两个吸污管与吸嘴上的吸管对接，箱体总出风口与风机进风口对接，对接口处密封胶条实现密封功能;为了安全倾翻卸料，垃圾箱设有安全保护程序，垃圾箱倾翻卸料前，后门必须先开启，放掉垃圾箱内污水，卸出部分垃圾，如果后门未开启，倾翻卸料操作无效，保护垃圾箱后门和倾翻机构不会过载损坏。垃圾箱回位时，必须先将撑杆放下，否则操作无效。箱内还设有自洁和降尘装置，卸料时打开自洁装置，将垃圾箱内部自动清洗干净，倾倒垃圾时打开除尘装置，形成的喷雾降低扬尘。

3.2清扫装置

清扫装置由左立扫和右立扫构成，能够实现灵活高效道路清扫洗扫功能。清扫装置的立扫盘部分具有防撞避让功能，清扫时，扫盘真空收尘罩遇到前进方向的障碍物，会向内收缩避让，待绕开障碍物后自动恢复工作位置。为防止清扫过程中扫盘清扫扬尘，扫盘外侧设计了真空收尘罩，吸收扫刷扬起的灰尘，在各真空收尘罩的上方设计有扬尘抽吸管，此管另一端与垃圾箱相连，管中部设有开度调节阀，根据需要适当调节吸口开度，获得最佳灰尘抽吸效果。为了适应不同的工况，扫盘的转速设计为高、中、低三个挡，通过驾驶室控制面板进行切换，根据不同的路况适当调节扫盘转速，获得较好的作业效果。

3.3液压系统

为满足灵活、高效的道路洗扫清扫保洁需要，四季多功能掃路车要集各种动作和功能于一体，液压系统是四季多功能扫路车主要控制和传动系统，要驱动多个执行元件实现多种动作。距动力源远的执行元件数量很多，因此整车选用了机械和液压联合的驱动方式，控制液压主阀电控元件及仪表集中在操作控制台上，有效地控制各执行元件（油缸、马达）的压力、速度和方向。

3.4专用汽车二类底盘和传动装置

本课题一个重点研究内容是车装技术，四季多功能扫路车的底盘既要适用于垃圾清扫的道路条件，又要达到扫路车的载荷规定要求。目前，国外扫路车既有采用载货汽车底盘的，也有采用专用汽车底盘的。根据四季多功能扫路车设计方案中对工作适应性和载荷规定的要求，以及运输转场灵活性等因素的综合分析，最后确定采用专用汽车二类底盘。另一个重要研究内容是传动装置，四季多功能扫路车的动力源都来自专用汽车二类底盘的发动机，由于四季多功能扫路车采用了液压油泵、风机、水泵多部件执行机构，所以必须设计多驱动方式传动装置。由于整体空间限制，要求传动装置尺寸小，一入多出的形式驱动多个部件，实现各自功能。

3.5电气控制系统

该车电气控制系统由底盘电控系统和专用装置电控系统两部分组成，底盘为两部分系统提供电源。底盘电控系统主要是控制底盘发动机工作，实时控制电喷发动机随运行状况的喷油定时及喷油量。对工作转速、进气压力及温度、油门开关量、燃油压力及温度、机油压力、冷却水温、故障警示等参数进行监测，并将数据传递给ECU，经过程序分析计算，将反馈信号输送到各执行元件，使发动机在运行时保持最佳状态。专用装置电控系统主要是对垃圾箱自卸、安全保护、语音提示信息报警、洗扫及清扫作业模式进行控制，该电控系统由PLC逻辑控制程序、操作面板、语音报警器等组成。实现控制垃圾箱后门的开启与关闭、垃圾箱的倾翻与回位、控制左右立扫装置、高低压水泵、吸嘴及左右喷杆等作业机构的开启、作业及关停，根据工况进行不同组合作业，具有一键式开启与关停的优势。

4试验及应用推广情况

4.1试验情况

四季多功能扫路车在河北辛集南站附近公路衡井线上进行工业性试验，作业过程顺利，清扫、洗扫模式切换方便，成本低，效率高，单天累计行驶80km，历时一个月，运行状况良好，试验表明该型四季多功能扫路车各项性能参数均能达到道路清扫、洗扫作业的要求。

4.2推广情况

截至目前，四季多功能扫路车还在石家庄井陉环卫部门、河北省辛集市、晋州第一和第二环卫处、沧州环卫公司、山西省环卫市场等各使用单位进行了成功推广并使用。

5结语

目前，该型四季多功能扫路车及四季全能多用途扫路车箱体均已申请国家发明专利，四季多功能扫路车通过试验和推广表明：该型扫路车主要技术参数达到或超过国外同类型扫路车，整车性能达到国内同类型扫路车中的先进水平，使道路清扫保洁环卫车技术又上新台阶，进一步满足了国内环卫行业道路清扫的需要，促进我国环卫行业应对不同气候、多种工况道路清扫设备的研发。