新型環保吸塵車的研制

王仁鵬，李溫鋒，郭佳鵬，雷波，馬瑩

摘 要：文章介紹了一種新型環保吸塵車，該車以節能環保、智能高效為核心，設計了整車純電驅動、一體式垃圾箱體、多級過濾除塵系統、幕布式抑塵罩、組合式吸塵盤，保證了該車使用功能和性能要求，保證了吸塵車清潔吸塵不會產生二次揚塵污染，提高了除塵、清潔效率，降低了人工勞動強度。

關鍵詞：吸塵車;純電驅動;幕布式抑塵罩;組合式吸塵盤

中圖分類號：U462.1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）23-91-04

Research and Manufacture of a New Environmental Protection Vacuum Sweeper

Wang Renpeng， Li Wenfeng， Guo Jiapeng， Lei Bo， Ma Ying

（ Shaanxi automobile Holding group co. LTD.， Techonlogy center， Shaanxi Xi'an 710200 ）

Abstract： The Article Introduced a new environmental vacuum sweeper， taking the energy saving， environmental protec -tion， intelligent and efficient as the core， we has designed pure electric drive， one-piece dustbin， multi-stage filter dust removal system， folding dust suppressor and modular dust tray， ensuring using function ， performance requirement， clean vacuuming and no secondary dust， improving cleaning and dust removal efficiency， reducing labor intensity.

Keywords： Vacuum sweeper; Pure electric drive; Folding dust suppressor; Modular dust tray

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-91-04

1 前言

近年來，隨著城市建設的蓬勃發展，城市道路的增多，以及城市霧霾的嚴重污染，對城市路面的保潔也提出了更高的要求。而具備道路保潔的掃路車目前主要有以下幾種：純掃式掃路車、吸掃結合式掃路車及純吸式真空吸塵車[1] ，已遠遠滿足不了環衛部門的工作需要。通過大量的市場調研，在現有的掃路車基礎原理上進行了整車功能性創新設計及動力系統純電動化技術的全新應用，創新開發出全新一代新型環保吸塵車。該車具有零排放、低噪音、吸力強勁、清潔徹底、可靠耐用、無揚塵污染、節約水等優點。隨著在市場逐漸投放，該車在霧霾嚴重、干燥缺水的地區表現出更好的適應性和優越性。因此，相比傳統路面保潔的掃路車，新型環保吸塵車將有更好的市場前景，對新型環保吸塵車進行研制，具有重要的科研價值、社會效益及經濟效益。

2 研制的總體思路

新型環保吸塵車嚴格遵守國家有關安全、技術、質量、環保等法律法規，定位為高端技術產品，具備對路面灰塵、砂礫、煙頭、落葉、板結物等垃圾有吸拾清潔功能。新型環保吸塵車作業裝置設置干濕轉換，滿足全天候作業要求，作業模式有三種：弱吸、標吸、強吸模式。該車底盤選用本公司已定型生產的純電動二類底盤;上裝動力系統包含上裝驅動電機、高壓離心風機、空壓機及上裝冷卻裝置;一體式垃圾箱體包含清水儲存箱、多級除塵過濾裝置、垃圾儲存箱及其集塵箱，含塵氣流經多級除塵過濾后達PM2.5;組合式吸塵盤包含前置滾刷+主吸塵盤+兩副吸塵盤，可吸拾當量直徑大于30mm的砂石;幕布式抑塵罩通過在垃圾箱體后門與地面之間創造一個密封空間，直接隔離卸料揚塵，有效解決卸料炸塵、揚塵問題;卸料采用遙控器近距離車外移動遙控操作，便于觀察卸料周邊環境及卸料情況;整車采用360環視系統，駕駛室內可全方位、無死角觀測車輛四周情況，尤其是汽車傳統盲區，附帶錄像存儲功能。該車的專用作業裝置清潔徹底，除塵效率高，性能可靠，操作簡便，自動化高。

3 整車設計與車輛穩定性校核

3.1 整車設計

針對國內現有傳統型干式路面保潔的掃路車（柴油發動機），遠遠滿足不了環衛部門的工作需要，圍繞節能環保、智能高效、零排放、低噪音、可靠耐用、無揚塵污染、作業環境適應性強、造型美觀的產品設計目標，開展新型環保吸塵車的研制。

3.1.1 整車布置

整車外形7000mm×2200mm×2600mm，整車由純電動二類底盤、上裝動力系統、一體式垃圾箱體、組合式吸塵盤、幕布式抑塵罩、多級除塵過濾裝置、液壓系統、高壓水泵、空壓機、附件等構成。新型環保吸塵車布置如圖1所示。

1.純電動二類底盤 2.電池 3.高壓離心風機 4.一體式垃圾箱體

5.噴吹閥 6.濾筒 7. 幕布式抑塵罩 8.側防護 9.油泵 10.電機

11.高壓水泵 12.空壓機 13.液壓油箱 14.組合式吸塵盤 15.閥體

16.擋泥板17.副車架 18.卷盤噴槍 19.后防護

圖1 ?新型環保吸塵車整車布置圖

3.1.2 氣流輸送系統工作原理

氣流輸送系統是利用風機產生的負壓，將地面垃圾顆粒與粉塵通過組合式吸塵盤吸塵口吸入一體式垃圾箱體內，經過逐級沉降與過濾，氣流與垃圾、顆粒物、粉塵分離，以近乎純凈的空氣排到大氣中，排放達PM2.5。該車氣流輸送系統分為干式作業模式和濕式作業模式，根據作業工況的不同，選擇最優的作業模式。氣流輸送系統工作原理如圖2所示。

圖2 ?氣流輸送系統工作原理圖

（1）重力除塵

該車作業時，氣流將路面的垃圾和粉塵，通過組合式吸塵盤和吸筒帶入到一體式垃圾箱體內，由于箱體容積的驟然增大，氣流速度急劇下降，質量較大的顆粒在重力作用下，直接落入垃圾箱底部;同時直徑較大的輕飄物，如樹葉、紙屑、塑料袋等則會被垃圾箱頂部的過濾網阻擋，只有當量半徑較小的粉塵顆粒進入慣性除塵裝置內，這就是重力除塵。為了防止垃圾箱內部氣流過高，導致垃圾箱內的粉塵被氣流卷起帶入下一級除塵箱內，就要保證內部氣流流速為2.8m/s以下，這樣重力除塵的效果才能明顯。

（2）慣性除塵

慣性除塵是指在除塵室內設置各種形式的擋板，含塵氣流走向多次折返，使得氣流方向發生急劇轉變，有利于塵粒借自身的慣性與空氣分離，塵粒持續向下沉降到集塵箱，由于質量越大慣性越大，本結構的慣性除塵裝置對當量半徑為16～31μm的粉塵有明顯的除塵效果。為了防止除塵室內部氣流流速過高，導致集塵箱內的粉塵被氣流卷起，造成二次揚塵帶入下一級除塵，就要保證內部氣流流速為9.8m/s以下，這樣慣性除塵的效果才能明顯。

（3）脈沖式濾筒除塵

除塵室內設置若干個濾筒除塵，濾筒采用覆膜處理聚酯纖維，覆膜材料為PTFE，具有防水、防油、耐高溫，并且摩擦系數極低。含塵氣流進入除塵室后，氣流速度減慢，粗顆粒脫離氣流沉降到集塵室內，細微粉塵被濾筒濾料上密集的微孔網阻于濾筒外表面，微孔網過濾精度可達當量半徑為0.2～0.5μm，除塵效率99.9%以上，潔凈氣體由出風口排出。根據預設程序，控制器發出指令開啟噴吹閥，氣包內的壓縮空氣經噴吹管高速噴出，同時誘導數倍于噴射氣量的周圍空氣進入濾筒，并由內向外快速射出，將濾筒外表面的粉塵吹下落入集塵室內。濾筒清灰采用脈沖噴吹方式，即做到了徹底清灰，又不傷害濾筒，使濾筒使用壽命得以保障。

3.1.3 幕布式抑塵罩工作原理

垃圾箱體卸料時，幕布式抑塵罩通過垃圾箱體后門與地面之間創造一個密封空間，直接隔離卸料揚塵。幕布式抑塵罩工作原理如圖3所示。

圖3 ?折疊式抑塵罩工作原理圖

（1）卸料模式

卸料模式時，驅動裝置將外骨架推出，上篷布隨之逐漸展開，而內骨架則被展開的上篷布拉出，整個骨架展開過程中，連桿機構拉動擋板使其展開，下篷布在重力作用下垂至地面，整個裝置將卸料區域封閉。

（2）行駛模式

行駛模式時，驅動裝置將外骨架拉起，上篷布收起，外骨架帶動內骨架逐個收起，同時連桿機構將擋板收起，下篷布被擋板收回，整個裝置完全折疊收起。

3.1.4 組合式吸塵盤工作原理

組合式吸塵盤采用前置滾刷+主吸塵盤+兩副吸塵盤結構形式，對路面灰塵、砂礫、煙頭、落葉、板結物等垃圾具有良好的吸拾效果。組合式吸塵盤工作原理如圖4所示。

圖4 ?組合式吸塵盤工作原理圖

（1）吸塵模式

吸塵模式時，組合式吸塵盤下降，同時滾刷提升鎖止，可調橡膠板下降，兩副吸塵盤通過氣缸動作擺出，車輛進入作業狀態，此種模式對路面灰塵、砂礫、煙頭、落葉等垃圾物有良好的吸拾清潔效果。

（2）滾吸模式

滾吸模式時，組合式吸塵盤下降，同時滾刷也下降，可調橡膠板上升，兩副吸塵盤通過氣缸動作擺出，車輛進入作業狀態，此種模式可以對地面上顆粒較大的垃圾，或是大片板結物有良好的吸拾清潔效果。

3.2 車輛穩定性校核[2]

3.2.1 整車質心位置及軸荷校核

整車的縱向和高度質心坐標計算，有：

（1）

（2）

（3）

式中mi——第i個總成質量（kg）;

xi——第i個總成的質心至前軸中心的水平距離（mm）;

yi——第i個總成的質心至地面的高度（mm）;

a——整車質心至前軸中心的水平距離（mm）;

b——整車質心至后橋中心的水平距離（mm）;

hg——整車質心至地面的高度（mm）;

L——軸距（mm）。

根據公式（1），計算可得a=35271640/11860=2974mm

根據公式（2），計算可得b=4250-2974=1276mm

根據公式（3），計算可得hg =13105300/11860=1105mm

軸荷計算：

G1=G×a/L ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

G2= G-G1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

式中G1——前橋軸荷;

G2——后橋軸荷;

G——整車總質量。

根據公式（4），計算可得G1=11860×1276/4250=3560kg

根據公式（5），計算可得G2= 11860-8300=8300kg

整車設計選型：前軸額定載荷為3600kg，后橋額定載荷為8400kg。可見，設計能夠滿足使用要求。

3.2.2 車輛縱向穩定性校核

為了保證上坡行駛安全，讓打滑空轉發生在翻車前，必須滿足下面的條件：

b/hg﹥φ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

式中，φ為輪胎對地面的附著系數，φ=0.7。

可以求得，b/hg =1.155﹥φ，可見車輛打滑空轉發生在翻車前。

為了保證下坡制動安全，下坡時不發生翻車的極限坡度是：

（7）

式中，α為坡度角，α=36.397rad。

可以求得，tanα=0.737;（ a - hgφ）/ hg =1.991。

則tanα<（ a - hgφ）/ hg，故車輛下坡時不會發生翻車。

3.2.3 車輛橫向穩定性校核

車輛在轉彎行駛和橫坡行駛時，側滑早于側翻發生的條件為：

B/2hg>φ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

式中，B為汽車輪距，B=1860mm。

計算可得，B/2hg =0.84>φ，故車輛先側滑，不會發生側翻。

4 主要技術特點

整車的主要技術特點表現在：

（1）整車采用電驅動，合理的動力總成布置及電控控制，具有連續作業時間長，耗電量低，工作噪音小，自重輕等特點。

（2）整車設置了干濕切換控制機構，開關過程不漏氣、不影響吸力，可根據不同的作業需求，分別使用干式作業模式、濕式作業模式，實現全天候作業，使用范圍廣。

（3）垃圾箱采用獨特的一體式垃圾箱體結構，濾筒拆卸維護簡單、方便，垃圾箱為傾斜板結構，卸料方便，無需人工干預;垃圾箱及水箱整體采用304不銹鋼材料制作，永不銹蝕。

（4）卸料抑塵采用幕布式抑塵罩，通過垃圾箱體后門與地面之間創造一個密封空間，可以有效抑止炸塵、揚塵現象。

（5）除塵系統采用多級除塵過濾裝置：重力除塵+慣性除塵+脈沖式濾筒除塵的組合布置，并設有氣動脈沖清灰裝置，可有效分離濾筒上的粉塵，避免造成濾筒堵塞和二次污染，從而大大提高濾筒的使用壽命及整車性能，極大提高濾筒清灰效果;配置大容量的垃圾箱及除塵箱，提高作業效率。

（6）吸塵系統采用組合式吸塵盤：前置滾刷+主吸塵盤+兩副吸塵盤的結構形式，副吸塵盤通過鉸接與主吸塵盤兩側，與主吸塵盤同步升降，采用氣缸控制副吸塵盤外伸、回收;同時副吸塵盤具有防撞避讓功能，可保證吸塵裝置作業時不碰損;前置滾刷通過鉸接于主吸塵盤前端，氣缸控制升降，采用氣壓浮動技術，當滾刷作業磨損后，系統自動控制調節，從而實現滾刷磨損自適應補償與調節;組合式吸塵盤對路面灰塵、砂礫、煙頭、落葉、板結物等垃圾具有良好的吸拾效果。

（7）整車采用360環視系統，駕駛室內全方位、無死角觀測車輛四周情況，尤其是汽車傳統盲區，附帶錄像存儲功能。

（8）氣流輸送通道設置檢測器檢測負壓，負壓超過設定

值時，報警提示操作人員進行濾筒清潔或更換，便于售后維護。

（9）卸料控制采用駕駛室內面板一鍵式操作和車外移動遙控操作，便于觀察卸料周邊環境及卸料情況。

（10）電氣控制系統采用CAN總線智能化控制系統，大大提升整車控制系統可靠性、可維護性。

5 結論

該新型環保吸塵車采用整車一體化設計，避免了因車輛改裝而存在的安全隱患，整車應用純電驅動技術、組合式吸塵盤技術、多級除塵過濾技術、幕布式抑塵技術等創新技術，有效提高了整車的除塵效率、清潔效率、出勤率、可靠性，并降低了車輛整體自重及質心高度，能夠有效的解決現階段及未來環衛部門對路面垃圾物的保潔作業需求。

參考文獻

[1]?李鋼，樊守彬，鐘連紅等.北京交通揚塵污染控制研究[J].城市管理與科技，2006.6（4）：151-152.

[2] 卞學良.專用汽車構造與設計[M].北京：機械工業出版社，2007.7.