新型環(huán)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(huán)保吸塵車，該車以節(jié)能環(huán)保、智能高效為核心，設(shè)計(jì)了整車純電驅(qū)動(dòng)、一體式垃圾箱體、多級(jí)過濾除塵系統(tǒng)、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(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵污染，提高了除塵、清潔效率，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：吸塵車;純電驅(qū)動(dòng);幕布式抑塵罩;組合式吸塵盤

中圖分類號(hào)：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：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(shè)的蓬勃發(fā)展，城市道路的增多，以及城市霧霾的嚴(yán)重污染，對(duì)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(jié)合式掃路車及純吸式真空吸塵車[1] ，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了環(huán)衛(wèi)部門的工作需要。通過大量的市場調(diào)研，在現(xiàn)有的掃路車基礎(chǔ)原理上進(jìn)行了整車功能性創(chuàng)新設(shè)計(jì)及動(dòng)力系統(tǒng)純電動(dòng)化技術(shù)的全新應(yīng)用，創(chuàng)新開發(fā)出全新一代新型環(huán)保吸塵車。該車具有零排放、低噪音、吸力強(qiáng)勁、清潔徹底、可靠耐用、無揚(yáng)塵污染、節(jié)約水等優(yōu)點(diǎn)。隨著在市場逐漸投放，該車在霧霾嚴(yán)重、干燥缺水的地區(qū)表現(xiàn)出更好的適應(yīng)性和優(yōu)越性。因此，相比傳統(tǒng)路面保潔的掃路車，新型環(huán)保吸塵車將有更好的市場前景，對(duì)新型環(huán)保吸塵車進(jìn)行研制，具有重要的科研價(jià)值、社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

2 研制的總體思路

新型環(huán)保吸塵車嚴(yán)格遵守國家有關(guān)安全、技術(shù)、質(zhì)量、環(huán)保等法律法規(guī)，定位為高端技術(shù)產(chǎn)品，具備對(duì)路面灰塵、砂礫、煙頭、落葉、板結(jié)物等垃圾有吸拾清潔功能。新型環(huán)保吸塵車作業(yè)裝置設(shè)置干濕轉(zhuǎn)換，滿足全天候作業(yè)要求，作業(yè)模式有三種：弱吸、標(biāo)吸、強(qiáng)吸模式。該車底盤選用本公司已定型生產(chǎn)的純電動(dòng)二類底盤;上裝動(dòng)力系統(tǒng)包含上裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高壓離心風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)及上裝冷卻裝置;一體式垃圾箱體包含清水儲(chǔ)存箱、多級(jí)除塵過濾裝置、垃圾儲(chǔ)存箱及其集塵箱，含塵氣流經(jīng)多級(jí)除塵過濾后達(dá)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(dāng)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(chuàng)造一個(gè)密封空間，直接隔離卸料揚(yáng)塵，有效解決卸料炸塵、揚(yáng)塵問題;卸料采用遙控器近距離車外移動(dòng)遙控操作，便于觀察卸料周邊環(huán)境及卸料情況;整車采用360環(huán)視系統(tǒng)，駕駛室內(nèi)可全方位、無死角觀測車輛四周情況，尤其是汽車傳統(tǒng)盲區(qū)，附帶錄像存儲(chǔ)功能。該車的專用作業(yè)裝置清潔徹底，除塵效率高，性能可靠，操作簡便，自動(dòng)化高。

3 整車設(shè)計(jì)與車輛穩(wěn)定性校核

3.1 整車設(shè)計(jì)

針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)有傳統(tǒng)型干式路面保潔的掃路車（柴油發(fā)動(dòng)機(jī)），遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了環(huán)衛(wèi)部門的工作需要，圍繞節(jié)能環(huán)保、智能高效、零排放、低噪音、可靠耐用、無揚(yáng)塵污染、作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、造型美觀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)，開展新型環(huán)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(dòng)二類底盤、上裝動(dòng)力系統(tǒng)、一體式垃圾箱體、組合式吸塵盤、幕布式抑塵罩、多級(jí)除塵過濾裝置、液壓系統(tǒng)、高壓水泵、空壓機(jī)、附件等構(gòu)成。新型環(huán)保吸塵車布置如圖1所示。

1.純電動(dòng)二類底盤 2.電池 3.高壓離心風(fēng)機(jī) 4.一體式垃圾箱體

5.噴吹閥 6.濾筒 7. 幕布式抑塵罩 8.側(cè)防護(hù) 9.油泵 10.電機(jī)

11.高壓水泵 12.空壓機(jī) 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(hù)

圖1 ?新型環(huán)保吸塵車整車布置圖

3.1.2 氣流輸送系統(tǒng)工作原理

氣流輸送系統(tǒng)是利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)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(nèi)，經(jīng)過逐級(jí)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(dá)PM2.5。該車氣流輸送系統(tǒng)分為干式作業(yè)模式和濕式作業(yè)模式，根據(jù)作業(yè)工況的不同，選擇最優(yōu)的作業(yè)模式。氣流輸送系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

圖2 ?氣流輸送系統(tǒng)工作原理圖

（1）重力除塵

該車作業(yè)時(shí)，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(nèi)，由于箱體容積的驟然增大，氣流速度急劇下降，質(zhì)量較大的顆粒在重力作用下，直接落入垃圾箱底部;同時(shí)直徑較大的輕飄物，如樹葉、紙屑、塑料袋等則會(huì)被垃圾箱頂部的過濾網(wǎng)阻擋，只有當(dāng)量半徑較小的粉塵顆粒進(jìn)入慣性除塵裝置內(nèi)，這就是重力除塵。為了防止垃圾箱內(nèi)部氣流過高，導(dǎo)致垃圾箱內(nèi)的粉塵被氣流卷起帶入下一級(jí)除塵箱內(nèi)，就要保證內(nèi)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(nèi)設(shè)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(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，有利于塵粒借自身的慣性與空氣分離，塵粒持續(xù)向下沉降到集塵箱，由于質(zhì)量越大慣性越大，本結(jié)構(gòu)的慣性除塵裝置對(duì)當(dāng)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(nèi)部氣流流速過高，導(dǎo)致集塵箱內(nèi)的粉塵被氣流卷起，造成二次揚(yáng)塵帶入下一級(jí)除塵，就要保證內(nèi)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(nèi)設(shè)置若干個(gè)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(shù)極低。含塵氣流進(jìn)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(nèi)，細(xì)微粉塵被濾筒濾料上密集的微孔網(wǎng)阻于濾筒外表面，微孔網(wǎng)過濾精度可達(dá)當(dāng)量半徑為0.2～0.5μm，除塵效率99.9%以上，潔凈氣體由出風(fēng)口排出。根據(jù)預(yù)設(shè)程序，控制器發(fā)出指令開啟噴吹閥，氣包內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)噴吹管高速噴出，同時(shí)誘導(dǎo)數(shù)倍于噴射氣量的周圍空氣進(jìn)入濾筒，并由內(nèi)向外快速射出，將濾筒外表面的粉塵吹下落入集塵室內(nèi)。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(shí)，幕布式抑塵罩通過垃圾箱體后門與地面之間創(chuàng)造一個(gè)密封空間，直接隔離卸料揚(yáng)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(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置將外骨架推出，上篷布隨之逐漸展開，而內(nèi)骨架則被展開的上篷布拉出，整個(gè)骨架展開過程中，連桿機(jī)構(gòu)拉動(dòng)擋板使其展開，下篷布在重力作用下垂至地面，整個(gè)裝置將卸料區(qū)域封閉。

（2）行駛模式

行駛模式時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置將外骨架拉起，上篷布收起，外骨架帶動(dòng)內(nèi)骨架逐個(gè)收起，同時(shí)連桿機(jī)構(gòu)將擋板收起，下篷布被擋板收回，整個(gè)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(jié)構(gòu)形式，對(duì)路面灰塵、砂礫、煙頭、落葉、板結(jié)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(shí)，組合式吸塵盤下降，同時(shí)滾刷提升鎖止，可調(diào)橡膠板下降，兩副吸塵盤通過氣缸動(dòng)作擺出，車輛進(jìn)入作業(yè)狀態(tài)，此種模式對(duì)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(shí)，組合式吸塵盤下降，同時(shí)滾刷也下降，可調(diào)橡膠板上升，兩副吸塵盤通過氣缸動(dòng)作擺出，車輛進(jìn)入作業(yè)狀態(tài)，此種模式可以對(duì)地面上顆粒較大的垃圾，或是大片板結(jié)物有良好的吸拾清潔效果。

3.2 車輛穩(wěn)定性校核[2]

3.2.1 整車質(zhì)心位置及軸荷校核

整車的縱向和高度質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算，有：

（1）

（2）

（3）

式中mi——第i個(gè)總成質(zhì)量（kg）;

xi——第i個(gè)總成的質(zhì)心至前軸中心的水平距離（mm）;

yi——第i個(gè)總成的質(zhì)心至地面的高度（mm）;

a——整車質(zhì)心至前軸中心的水平距離（mm）;

b——整車質(zhì)心至后橋中心的水平距離（mm）;

hg——整車質(zhì)心至地面的高度（mm）;

L——軸距（mm）。

根據(jù)公式（1），計(jì)算可得a=35271640/11860=2974mm

根據(jù)公式（2），計(jì)算可得b=4250-2974=1276mm

根據(jù)公式（3），計(jì)算可得hg =13105300/11860=1105mm

軸荷計(jì)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(zhì)量。

根據(jù)公式（4），計(jì)算可得G1=11860×1276/4250=3560kg

根據(jù)公式（5），計(jì)算可得G2= 11860-8300=8300kg

整車設(shè)計(jì)選型：前軸額定載荷為3600kg，后橋額定載荷為8400kg。可見，設(shè)計(jì)能夠滿足使用要求。

3.2.2 車輛縱向穩(wěn)定性校核

為了保證上坡行駛安全，讓打滑空轉(zhuǎn)發(fā)生在翻車前，必須滿足下面的條件：

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

式中，φ為輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，φ=0.7。

可以求得，b/hg =1.155﹥?chǔ)眨梢娷囕v打滑空轉(zhuǎn)發(fā)生在翻車前。

為了保證下坡制動(dòng)安全，下坡時(shí)不發(fā)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(shí)不會(huì)發(fā)生翻車。

3.2.3 車輛橫向穩(wěn)定性校核

車輛在轉(zhuǎn)彎行駛和橫坡行駛時(shí)，側(cè)滑早于側(cè)翻發(fā)生的條件為：

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

式中，B為汽車輪距，B=1860mm。

計(jì)算可得，B/2hg =0.84>φ，故車輛先側(cè)滑，不會(huì)發(fā)生側(cè)翻。

4 主要技術(shù)特點(diǎn)

整車的主要技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)在：

（1）整車采用電驅(qū)動(dòng)，合理的動(dòng)力總成布置及電控控制，具有連續(xù)作業(yè)時(shí)間長，耗電量低，工作噪音小，自重輕等特點(diǎn)。

（2）整車設(shè)置了干濕切換控制機(jī)構(gòu)，開關(guān)過程不漏氣、不影響吸力，可根據(jù)不同的作業(yè)需求，分別使用干式作業(yè)模式、濕式作業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)，使用范圍廣。

（3）垃圾箱采用獨(dú)特的一體式垃圾箱體結(jié)構(gòu)，濾筒拆卸維護(hù)簡單、方便，垃圾箱為傾斜板結(jié)構(gòu)，卸料方便，無需人工干預(yù);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(chuàng)造一個(gè)密封空間，可以有效抑止炸塵、揚(yáng)塵現(xiàn)象。

（5）除塵系統(tǒng)采用多級(jí)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(shè)有氣動(dòng)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(yè)效率。

（6）吸塵系統(tǒng)采用組合式吸塵盤：前置滾刷+主吸塵盤+兩副吸塵盤的結(jié)構(gòu)形式，副吸塵盤通過鉸接與主吸塵盤兩側(cè)，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(shí)副吸塵盤具有防撞避讓功能，可保證吸塵裝置作業(yè)時(shí)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(dòng)技術(shù)，當(dāng)滾刷作業(yè)磨損后，系統(tǒng)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)滾刷磨損自適應(yīng)補(bǔ)償與調(diào)節(jié);組合式吸塵盤對(duì)路面灰塵、砂礫、煙頭、落葉、板結(jié)物等垃圾具有良好的吸拾效果。

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

（8）氣流輸送通道設(shè)置檢測器檢測負(fù)壓，負(fù)壓超過設(shè)定

值時(shí)，報(bào)警提示操作人員進(jìn)行濾筒清潔或更換，便于售后維護(hù)。

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

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

5 結(jié)論

該新型環(huán)保吸塵車采用整車一體化設(shè)計(jì)，避免了因車輛改裝而存在的安全隱患，整車應(yīng)用純電驅(qū)動(dòng)技術(shù)、組合式吸塵盤技術(shù)、多級(jí)除塵過濾技術(shù)、幕布式抑塵技術(shù)等創(chuàng)新技術(shù)，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(zhì)心高度，能夠有效的解決現(xiàn)階段及未來環(huán)衛(wèi)部門對(duì)路面垃圾物的保潔作業(yè)需求。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 卞學(xué)良.專用汽車構(gòu)造與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.7.