一種掃路車吸嘴內部結構的優化

沈衛琴

江蘇悅達專用車有限公司 江蘇鹽城 224007

1 前言

在眾多機械化清掃作業車輛中，吸掃式掃路車因能耗低、作業質量好、作業揚塵小等優點，深受廣大消費者的青睞，成為城市道路機械清掃作業的主力軍。如何提高吸掃式掃路車的高掃凈率和低揚塵，是掃路車設計人員研究的重要課題，其中吸嘴系統的設計與優化，是整車設計中的重中之重，吸嘴裝置設計的好壞，直接影響整車的作業性能。

傳統的吸嘴裝置改進大多是優化吸嘴升降裝置或在吸嘴內增加滾掃裝置，以提高吸力。這些改進裝置結構復雜，不僅增加了制造成本，同時也增加了用戶的使用成本。為降低生產成本，通過對吸嘴內部氣流進行測試與分析，得出普通吸掃式掃路車吸嘴內部結構的優化方案，以簡單且成本低的設計，提高了整車的性能。

2 傳統的吸嘴裝置

傳統吸嘴的結構（如圖1所示），它由橡膠擋板、圍板、滾輪、吸筒及吸嘴面板連接而成。橡膠檔板安裝在吸嘴入口處，和吸嘴圍板形成一個半封閉的空間以容納垃圾物，吸筒安裝在吸嘴面板上連通垃圾箱與吸嘴，滾輪支撐吸嘴隨同掃路車向前滾動行駛。掃路車在行進過程中，通過前置的掃刷，將路面垃圾物掃至車底中部，即吸嘴入口處，當風機抽吸垃圾時，橡膠擋板彎曲形成吸嘴前的開口，進入吸嘴的垃圾被氣流抬升通過吸筒進入垃圾箱。

根據風機的工作原理，風機的壓力分為全壓、動壓和靜壓，全壓=動壓+靜壓。當風機開始工作，對垃圾物產生吸拾力時，其主要產生兩種形式的壓力：一是風機用于克服管網阻力而直接對垃圾物作用的靜壓力，另一種為空氣流動對垃圾物產生的動壓力。而在垃圾物由吸嘴經吸筒進入垃圾箱的過程中，兩種作用力相互轉化。在吸嘴半封閉空間內動壓力起主導作用，而在吸筒內的作用力則主要為靜壓力，且靜壓力是將大質量垃圾物帶至垃圾箱的主導力量。因此，在吸嘴寬度范圍內的垃圾物，必須快速被帶至吸筒口，才能有效地通過吸筒被帶至垃圾箱，即吸嘴內的動壓力越大，吸力越大。

根據動壓力公式：

式中，P為動壓力；ρ為空氣介質的密度；V為空氣的流速。

可知，速度V越大，動壓力就越大。而在風機流量一定的情況下，根據的公式式中，Q為風量；V為速度，A為截面積。

可知，截面積A越小，速度V越大。

傳統吸嘴在風機抽吸時，橡膠擋板彎曲，氣流進入半封閉腔，由于吸嘴內部空間瞬間放大，從四周進入的氣流有所擴散，且通過對吸筒下方內側取多點測試，發現其各點的風速都不一致，越接近吸筒后側，氣流速度越小。這是垃圾物最易堆積之處（稱為死角區），在行進過程中，堆起的垃圾物迫使吸嘴翹起，垃圾遺撒，使得掃路車的性能不能達到設計要求。

3 吸嘴內部結構的優化分析

通過對吸嘴氣流作用力的分析可知，若想增強掃路車的吸力，必須加大吸嘴入口處的風速，最直接的方式是縮小吸嘴處的截面積，即降低吸嘴的離地高度；同時消除吸嘴內的死角區。故而提出如下方案：盡可能地降低吸筒處離地高度，以增加吸筒處的氣流速度。但是吸筒處離地高度下降，勢必影響大塊垃圾物的進入，因此，提出了前高后低的內部結構，將吸嘴圍板改為斜面，如圖2所示，并且將吸筒兩側面設計成圓弧導向結構，如圖3所示，該結構不僅可對氣流起到導向作用，還消除了死角區，壓縮了吸嘴內部空間，減少了氣流擴散，降低了有效截面積，使得氣流速度大幅度增加，垃圾物能快速被帶至吸筒口，通過吸筒進入垃圾箱。

在同一輛掃路車上，裝上改進前和改進后的吸嘴進行試掃，并在副發動機轉速1 500～2 200 r/min范圍內，分別測量出對應的吸嘴入口處風速，作對比列表如表1所示。

表1 改進前后吸嘴入口處風速對比表

由表1可見，使用傳統吸嘴試掃，當副發動機轉速在2 200 r/min時，吸嘴入口處風速為33.5 m/s，此時僅能夠處理一些沙粒、小石子等輕顆粒垃圾物。若路面垃圾物較多，就會出現處理不及時，垃圾物逐漸堆積于吸嘴腔內（特別是死角區），導致在行進過程中產生吸嘴翹起，垃圾遺撒的現象。而使用改進后的吸嘴試掃，當副發動機轉速在1 800 r/min時，吸嘴入口處風速就達到37 m/s，此時小石子、鵝卵石、半截磚塊等大塊重顆粒，都能迅速被吸起，一次掃凈率得到較大提高。而通常掃路車的副發動機大多選用江鈴JX493系列的柴油機，根據其系列的外特性曲線可知，該系列發動機在轉速1 800 r/min時，油耗最低，且綜合考慮油耗、功率、扭距等參數，均優于轉速在2 200 r/min時的指標，最大程度地節約了使用成本。由此可見，該吸嘴的優化改進，不僅提高了掃凈率，還降低了能耗，其改進效果顯著。江鈴JX493系列柴油機轉速為1 800 r/min和2 200 r/min時的參數如表2所示。

表2 江鈴JX493系列柴油機參數比較

4 結語

吸嘴結構的改進在不增加能耗，不增加制造成本的前提下，提高了吸嘴進口處的氣流速度；消除了吸嘴內部死角區，并對氣流起到導向作用，使氣流能快速地將垃圾物帶至吸筒口；在滿足吸力的條件下，使副發動機處于最佳節油狀態。該吸嘴內部結構相對傳統設計的優化，有效提高了掃路車的吸掃性能，提高了掃凈率，并且降低了用戶的使用成本。其結構簡單，制造方便，可適用于吸掃式掃路車各種車型的吸嘴設計。