随着我国经济的快速发展和城市对环境卫生质量要求的不断提高,各地环卫部门加快了提高城市道路清扫作业机械化程度的步伐。为适应市场需求,程力专用汽车股份有限公司与知名研发机构合作研发,在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上,加快了扫路车的自主研发和生产,推出了一大批各具特色、性能优良、符合中国国情的扫路车。随着机电液一体化技术、数字化信息技术和自动控制技术的大量采用,我国扫路车的设计和制造水平与发达国家的差距在逐步缩小。扫路车的分类国内外通常按照清扫作业方式的不同将扫路车分为3大类。1.纯扫式扫路车,该种扫路车一般为“盘扫+滚扫”结合式,前置盘扫系统(2个扫盘)用于将车两侧垃圾扫向中央,后置滚扫系统则将车中央路面上的垃圾清扫起来抛向垃圾箱。盘状扫刷需加洒水压尘装置。纯扫式扫路车应用得越来越少。2.纯吸式扫路车,该种扫路车依靠抽吸系统内形成的一定的负压,将路面垃圾从吸口处吸入垃圾箱。这种扫路车没有盘刷或滚刷,所以不需要安装喷水压尘装置。一般为中小型扫路车。3.吸扫式扫路车,该种扫路车一般为“盘扫+吸盘”结合式,也有的是“盘扫+滚扫+吸盘”结合式。装有2个以上的扫盘,有的还装有滚扫刷,其作用是将路面上的垃圾扫至吸入区范围,再依靠吸入系统的强风力风机所产生的较大的负压,将垃圾吸入垃圾箱内,从而使清扫效率和质量都得到提高。据有关资料统计,目前在我国扫路车市场中,吸扫式扫路车占有率为95%以上,所以,下面仅介绍吸扫式扫路车的总体设计。吸扫式扫路车的总体设计扫吸式扫路车主要包括汽车底盘、动力系统、风机传动系统、洒水系统、液压系统、电气系统、清扫作业装置、副车架、垃圾箱等。
1.汽车底盘的选用
我国目前尚无专用的扫路车底盘,扫路车设计都是选用二类汽车底盘;因此,设计扫路车时首先就要根据已定的设计参数计算各部件的载荷,再计算总载荷,然后根据各类底盘的适用性、先进性、可靠性、价格、供货情况等终确定底盘型号。底盘确定后便可进行整体布局,确定前、后轴荷的比例关系,计算车辆空载、满载时的重心高度。如果重心高度不能满足要求,再修改载荷分布。这一设计计算过程往往需要经过多次反复,通过使用一些优化设计软件完成。
2传动系统的选择
(1)扫路车的传动系统,按总体设计与研究,安发动机数量可分为单发动机传动和双发动机传动2种。使用单台发动机结构简单,噪声低,占用空间位置小,油耗低,但需要采用一种取力器用于解决车辆行驶和清扫工作中的非同步问题,否则当车辆拐弯或制动时要保证风机转速不变的技术难度比较大。由于风机转速瞬时不稳定而导致吸力下降,使得垃圾在吸入途中掉落,这是单台发动机传动必须解决的技术难题。采用双台发动机,风机直接由副发动机带动,与车辆行驶系统分开,风机在吸入系统中形成的负压可以始终保持不变,因而克服了单台发动机的不足之处;但是,其结构比较复杂,噪声高,占用底盘空间大,耗油量高。目前大、中型扫路车采用双台发动机传动的比较多,副发动机可采用江铃牌柴油发动机或康明斯发动机。
(2)扫路车的传动系统,按传动型式可分为完全机械传动、完全液压传动和机械液压传动3种。机械液压传动方式虽然相对于全液压传动复杂一
些,但价格较便宜,而且在目前某些国产液压元件质量不稳定的情况下,其故障发生率较少,较适合国情。若采用完全液压传动方式,主要液压元件和电控元件采用优质进口件,性能较好,也可靠,但成本就会高出很多。
3.清扫装置的设计
(1)清扫装置的设计型式可以有很多种。大、中型扫路车可以在汽车中间位置的下方设置4个盘扫刷,吸口位于后扫刷稍后的中间位置。这种结
构吸管短且直,垃圾很容易被吸入垃圾箱内,清扫时可以让外边的2个盘扫刷负责外围清扫,里面的2个盘扫刷负责内围清扫并将垃圾引进吸入区
范围。这种设计优点是,清扫宽度大、前悬短,吸管更换和吸嘴调整方便,转场运输时整车通过性较好。大型扫路车可以采用2个盘扫刷(位于汽车下方中间位置)和1个滚扫刷(位于汽车下方后部)。后者与前面2个盘扫成一定的夹角。吸口位于盘扫与滚扫之间偏右位置。滚刷不仅可以清扫地面,而且可以用来堵截前盘扫因离心力作用被抛出吸入区的垃圾。
(2)扫盘系统侧扫装置用来实现侧扫臂的摆出和收回。现在主流设计使用干湿两用扫路车,采用自锁式液压缸,可确保侧扫的摆出和收回动作,实现液控操纵机械锁止,并且具有缓冲避障功能,以保证行车安全。侧扫由液压马达驱动,可改变扫盘的接地压力,以便根据地面不同的脏污情况用不同的压力清扫,在达到佳清扫效果的同时尽量使扫刷的磨损程度小。该款设计装置具有遇障自动避让保护功能和自动复位功能。扫盘遇到障碍物后自动回缩,越过障碍物后自动复位,该功能有效地解决了清扫装置易碰损的问题。
(3)设计清扫装置的另一个不可忽视的问题是扫刷丝的选择。扫丝的材质、形状、裁制技术等都会影响清扫效果。扫刷是否耐磨对扫路车的使用成本影响很大。采用普通钢丝作材料容易打弯、早期折断,且疲劳强度低。塑料丝、尼龙丝刚性不够。比较理想的材质结构是外包尼龙、内夹弹性模数值较高的弹簧钢丝,扫丝断面形状为矩形。因为矩形断面的惯性矩抗弯刚度好。所以裁制扫毛时应使矩形断面的长轴沿扫地的横向裁制,使其惯性矩值更大。
(4)清扫作业系统应尽量采用机电液自动控制技术,具有自检诊断功能,扫刷转速、接地压力、内外摆动等可动态无级调节,以满足不同的路面、
作业环境、污染程度、物料对象等作业工况的需求。
4.吸尘盘的设计
吸尘盘结构设计的合理性对扫路车的性能和清扫效率有着十分重要的影响。如果风机的设计或选型与吸尘盘、垃圾箱匹配,则吸尘盘的结构型式与安装将对吸尘效率的提高起主导作用。
(1)纯真空抽吸式吸尘盘。这种吸尘盘的工作原理是:当风机高速运转时,在吸尘盘空间内形成一定的真空度(负压),将垃圾吸入垃圾箱内。其缺点是吸尘盘底面与地面之间的距离必须很小(一般为5~10 mm),否则扬尘多,对吸力影响也很大。
(2)吹吸式吸尘盘。这种吸尘盘的工作原理是:利用正风压(即风机出风口)的风量反吹入吸尘盘来压制吸尘过程中的扬尘飞起。采用这种吸盘必须通过严密的空气动力学计算,理论上应使吸气量等于吹气量。实际上应使吸气量>吹气量,否则封不住扬尘,甚至会造成扬尘大于纯真空抽吸式吸盘装置。
(3)重点控制扫路车在作业时的二次扬尘污染。目前多采用可随路面自动找平的全浮动式吸尘盘,再配合湿式洒水除尘。吸口内的喷水嘴喷出水
雾,来压制灰尘的扬起。其风路采用循环风道设计,避免了尘埃随风逸出箱外,减少了扬尘。另外还配备降尘箱以及多级水浴结构,彻底解决了二次污染问题。
5.污水循环系统的设计
国内很多扫路车都没有采用污水循环系统。北方地区,地面有积雪或积雪融化的水;南方地区,雨水多,地面潮湿。扫路车在清扫过程中将喷洒地面的压尘水和地面上的积水都吸入垃圾箱,这样经过一段时间的清扫后,垃圾箱内积水增多,势必影响垃圾箱的装载能力。采用污水循环系统后就可以将这些污水过滤回用,这不仅有利于提高垃圾箱的装载量,而且可以将这些污水用于重新使用压尘,这是提高扫路车性能的有效措施。采用这种系统的关键技术问题是滤网的设计,必须使滤网在工作过程中不会被堵塞,因此,我们采用了特殊滤孔结构设计,该结构不会引起滤网堵塞。
6.自控系统的设计
自控系统包括液压自控和电器自控。液压自控能否达到预期效果,关键在于液压原理图的设计,应该保证各油路在工作过程中不会互相干扰,所
选择的液压元件质量要好,并应保证启动灵活,不易泄漏。由于液压元件故障率比较高,为了提高互换性,必须注意选用标准化液压元件。电气自控方面,设计者应当尽量使设计线路简单,标志清晰明确,而且要安装在驾驶员方便操作和容易看见的位置,这对减少扫路车的故障将起到极大的作用。在条件许可情况下应尽量采用程序控制系统。目前国内绝大多数扫路车的垃圾箱的顶升倾翻、垃圾箱后门的开关、扫盘扫臂的摆出/收回和旋转、吸尘盘的升降等操作都采用了液压传动,实现了机、电、液集中控制。控制开关操作面板集中安装在驾驶室内,所有电控操作均可在配有冷暖空调的驾驶室内完成。
7.数字化信息系统的设计
随着计算机技术、信息技术和自动控制技术的快速发展,近几年来,扫路车的数字化操控创新设计开始出现,它代表了未来环卫车辆现代化的一种发展趋势,即环卫车辆作业机械化、管理信息化、控制智能化、信息网络化。采用高科技、数字化的扫路车的驾驶室内,装有清扫作业质量监控和运行状态自动跟踪视频监测装置,还装有数据信息采集和运行工况智能分析、运行故障自动检测诊断、各种数据信息储存和实时传送装置等,为确保作业车辆优质高效运行,加强科学管理和质量监控,提供了先进、可靠的硬件技术保证。
通过以上分析可以看出,扫路车的整体设计和制造过程是一个十分复杂的系统工程,所涉及的工程领域十分广泛,特别是随着新材料、新技术、新工艺、新装备的不断涌现和应用,扫路车产品的功能越来越先进,集现代高科技技术于一身的现代环卫设备必定会越来越多
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