一種洗掃車結構設計

張珂，劉洋，張峰，趙新剛，胡銀蘋

（1.陜西通力專用汽車有限責任公司，陜西 寶雞 722405；2.陜西汽車集團有限責任公司，陜西 西安 710200）

前言

洗掃車是近年來出現的一種功能齊全，應用范圍廣的道路清掃類環衛車輛。跟據用戶需要運用于城市快速干道、高速公路、廣場、機場等公共區域。該車集成了掃路、高壓清洗、噴霧抑塵、灑水等功能，是一款多功能高效道路清洗車。通過本文，旨在說明一種常見的洗掃車上裝結構，同時對部分結構，提供一種改進思路，供產品開發人員探討。

1 洗掃車結構及工作原理

1.1 總體結構

本文所講洗掃車是在二類底盤基礎上，加裝工程柴油機動力單元、風機、清水箱、垃圾箱、清掃吸盤裝置、高低壓水路、翻轉機構、液壓系統以及電氣控制系統等。整車具有高低壓水路沖洗、道路道沿清洗、噴霧抑塵及灑水功能。真正意義上的作業全能手。產品功能集成度高，控制簡單、一鍵觸控實現作業及作業監視。該車采用電-氣-液多重系統控制，使得該車的科技含量水平整體提升，屬于環衛車領域的高端產品。整體結構如圖1所示。

1.2 整體上裝形式與垃圾箱結構

由于洗掃車掃路和垃圾清運的功能需要，該車型需要一個復合型箱體，用于作業過程中垃圾收集儲運，儲水；并在合適的地點利用箱體翻轉機構卸料。由此分析，基本確定了該車型上裝箱體結構的基本構成（中舉翻轉機構，儲水的腔體結構以及儲集垃圾的內箱空間結構）。箱體結構如下圖 2所示。

圖2 多功能洗掃車兩段式上裝形式

不同于市場常見的箱體結構，該車上裝采用整車兩段式結構（即垃圾箱和中部動力罩蓋一體式結構）。

根據車輛掃路吸收路面垃圾的基本作業原理，在箱體垃圾箱空間再增設風機（吸風）的風道，結合后門開閉機構，形成垃圾箱基本構成。如下圖3所示。

圖3 多功能洗掃車瓦楞形箱體結構

該結構采用倒梯形喇叭口形式，底面坡角，斜側面斜傾角，有利于垃圾傾卸。整體不銹鋼材質，保證箱體的防銹要求。箱內風道口加裝濾網，前端與風機進風口相接。

1.3 掃盤與吸嘴機構

洗掃車主要作業形式在于沖洗和吸掃。路面高低壓沖洗作業的同時，還需動作機構執行路面掃洗和垃圾收集。因此，掃盤機構和吸嘴機構，便成了洗掃車典型性結構特征。

在底盤前后橋中間位置，前后布置左右掃盤機構和中置吸嘴機構。工作時，通過掃盤外擺，掃刷旋轉，將車輛經過的路面垃圾（泥沙、石子等）集中洗掃到車輛中間部位，通過緊隨其后的吸嘴裝置，在風機的強力吸收下，混合著泥水，經吸嘴通道，進入垃圾箱內，左右掃盤結構如下圖4所示。

圖4 多功能洗掃車掃盤機構

考慮到路面情況的復雜性，保證掃盤和吸嘴對路面的實時自適應，以期達到預期的路面潔凈率要求，掃盤提升結構設計有彈簧+電推桿結構；確保工作中遇到障礙物時，彈簧收縮變形規避障礙物，通過后自行恢復工作狀態。吸嘴機構，通過四點彈簧懸掛鏈結構，在起伏路面隨地形浮動，避免發生磕碰。

圖5 多功能洗掃車吸嘴機構

1.4 動力傳動系統

多功能洗掃車屬于行車作業類車型，上裝機構的動力需求屬于工作常態。區別于常規運輸類專用車上裝駐車短時底盤動力需求車型，該車上裝機構采用獨立的動力系統，可以有效保證上裝作業動力需要，選型時單獨考慮副發動機的經濟轉速和扭矩輸出即可。無需太多考慮底盤的經濟車速和動力可靠性問題。上裝與底盤搭配更加靈活，因此配置副發動力系統屬于市場主要布置形式。當然，順應時代發展，環保而精簡的單發洗掃車也開始逐漸進入市場，給洗掃車技術發展提供新的方向（本文不做詳細探討）。

該車采用與底盤同品牌（車輛配套服務需要）的工程類發動機作為動力源，搭載油泵、高壓柱塞泵和風機等，皮帶輪傳動，組成上裝系統的動力系統。如下圖6所示。

圖6 多功能洗掃車副發動力系統

1.5 液壓系統及其關鍵件選型計算

1.5.1 液壓系統

液壓系統作為整車作業的核心，其穩定可靠性關系著洗掃車的功能實現。本車液壓系統采用電磁疊閥，上裝動作聯動的同時，集中布置控制閥塊，通過駕駛室內作業操作屏幕一鍵觸控整車動作，實現各種預設作業模式。液壓系統原理圖如下圖7所示。

圖7 多功能洗掃車液壓系統原理圖

1.5.2 關鍵件選型計算

1.5.2.1 掃盤馬達、泵選型

已知：

對標同類產品上裝副發動機。結合副發動機動力曲線，綜合考慮發動機功率、扭矩、比油耗等，選取發動機最佳經濟轉速分別為1500r/min和1700r/min為發動機的正常工作模式和強力工作模式，以適應工作需要。

液壓油泵采用發動機直接取力模式，獲得最小的功率損失。則對應擬選型液壓油泵工作轉速為 1500r/min(標準檔)和1700r/min(增強檔)。

液壓傳動效率ηv=0.9。

整車產品性能要求：

掃盤掃路作業有三種轉速需要：

強力工作模式（高速）約100r/min ；

經濟工作模式（中速）約80r/min；

低速工作模式（低速）約60r/min；

左右掃盤可獨立工作，可同時工作（馬達串聯）；

設定：

設定液壓系統額定工作壓力。系統壓力設定高低各有優缺點。根據常用車載液壓系統，選取取額定壓力16Mpa。即有利于縮小液壓系統，又能得到可靠的系統保證。

選某品牌驅動馬達為左右掃盤驅動馬達。排量 V=160ml/r；此排量馬達為洗掃車常用掃盤馬達排量設定。

選型計算：

掃盤驅動馬達輸出流量

掃盤驅動馬達輸入流量

液壓泵實際輸出流量

液壓泵理論輸出流量

液壓泵排量

液壓泵排量圓整為12.5ml/r。

由洗掃車液壓原理圖可知，掃盤馬達和油缸并非同時工作，則掃盤工作時為油泵流量為極限流量，由此確定液壓泵排量V=12.5ml/r。

如此，則液壓泵理論流量

個掃盤驅動時，掃盤轉速為

兩個掃盤同時工作時掃盤轉速為

選型計算：

液壓泵最大輸出功率

掃盤轉速滿足設計要求。

1.5.2.2 液壓油泵取力器轉矩和功率

已知：

副發動機驅動油泵向系統供油。

液壓油泵排量V=12.5ml/r，

轉速n=1700r/min，

系統工作壓力p=16Mpa；

壓泵最大輸入功率

液壓泵輸入轉矩

則，發動機取力器

最小輸出轉矩T=37.5N·M

最小輸出功率P=6.7KW

由此可繼續結合風機、水泵等負載設備，校核副發動機功率和扭矩，本篇不做贅述。

2 風道結構優化

2.1 新型后風道結構簡述

洗掃車在作業時，風機透過垃圾箱風道，在垃圾箱內形成負壓，通過吸嘴將地面的垃圾水混物吸入箱內。風道是必不可少的一環。

市場上現有車輛風機后通道多為箱內濾網，在垃圾箱中擋板上部設計框架濾網，和風機相連，形成通道。此種結構，在車輛實際使用過程中占用箱內空間；車輛垃圾箱液位浮子設置低，浪費垃圾箱內空間；在急剎、上下坡時，箱內污水存在前沖溢入風道可能；

圖8 洗掃車垃圾箱后風道優化結構

針對以上問題，筆者改進風道結構，從垃圾箱頂部外側設計風道，既解決了箱內空間占用的問題，又規避了特殊路況下，箱內液體溢出情況。液位設置可以最大限度的利用箱內空間，提高車輛單趟作業效率。優化后的風道結構。如下圖8所示。

3 結語

在專用汽車領域，為適應多種應用需求，各種形式多樣的特種作業車型，不斷被設計出來并快速投入市場，替代人們完成一些簡單、重復的工作。多功能洗掃車作為環衛車中典型應用的代表，已經開始全面服務于城市清潔、建設等管理工作，并緊跟時代步伐，開始向綠色新能源，環保，高效等方向發展。

本文提供一種現有技術類洗掃車設計，并對現有結構提出一些優化改進思路，僅為相關技術應用產品開發工作提供一些交流和探討。