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淺談多功能道路清掃車(chē)的研制論文
為緩解城市交通堵塞的狀況，各大中城市道路建設(shè)日新月異，很多城市已有或開(kāi)始修建繞城高速公路，隨著高速公路里程的不斷增加，且高速公路上車(chē)輛的行駛速度較快，人工清掃已不可行，而普通掃路車(chē)的清掃速度又太低，勢(shì)必會(huì)影響其它車(chē)輛的通行，甚至造成交通堵塞。
我國(guó)北方冬季時(shí)間長(zhǎng)，降雪量大，如果不及時(shí)清除積雪，勢(shì)必會(huì)影響車(chē)輛通行，將嚴(yán)重影響交通安全，給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)諸多不便。每年都會(huì)有因路滑而導(dǎo)致的重大交通事故，人民的生命財(cái)產(chǎn)及交通工具安全受到極大威脅。因此，為滿(mǎn)足于現(xiàn)行道路清掃的需求，市場(chǎng)急需要一款高可靠性、高效率、多功能、全天候的道路清掃車(chē)的出現(xiàn)。
1 多功能道路清掃車(chē)總體方案設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)備功能介紹
多功能道路清掃車(chē)由一臺(tái)95 kW、載重5 000 kg、車(chē)廂長(zhǎng)6 m 的南京躍進(jìn)貨車(chē)，上配一臺(tái)132 kW 副發(fā)動(dòng)機(jī)、一臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)、一臺(tái)干式除塵設(shè)備(電力系統(tǒng)、風(fēng)力系統(tǒng)和液壓系統(tǒng))，車(chē)下配兩個(gè)旋轉(zhuǎn)刷，車(chē)前配一個(gè)滾刷，另配有作業(yè)安全警示燈、LED 警告顯示屏等組成。通過(guò)機(jī)械、液壓、電氣三部分聯(lián)合控制，使該清掃車(chē)除具有普通掃路車(chē)的清掃、收集、傾倒等功能外，還具備清除路面小雪功能，并可將路肩積雪吹出路外，實(shí)現(xiàn)一車(chē)多用。
該道路清掃車(chē)的主要功能有以下4 個(gè)：
(1)普通清掃功能，即清掃路面砂石、塵土及其它雜物功能。通過(guò)高壓風(fēng)機(jī)吸、吹，使路面清潔;
(2)清除路面小雪功能。利用前滾刷清掃，再通過(guò)高壓風(fēng)機(jī)將浮雪吹出路外;
(3)清除中央分隔帶波形板(單柱式)內(nèi)積雪功能。利用車(chē)下側(cè)滾刷，將中央分隔帶波形板內(nèi)的積雪掃到超車(chē)道，通過(guò)吸塵道吸起，再通過(guò)風(fēng)道揚(yáng)出路外;
(4)清除路肩積雪功能。通過(guò)吹風(fēng)口將路肩積雪吹出路外。
1.2 方案設(shè)計(jì)
南京躍進(jìn)貨車(chē)改裝后負(fù)責(zé)整車(chē)的行走工作，副發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)各專(zhuān)用工作裝置的動(dòng)力傳輸，來(lái)完成多功能道路清掃車(chē)的各種清掃功能。副發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)萬(wàn)向節(jié)直接驅(qū)動(dòng)高壓風(fēng)機(jī)，高壓風(fēng)機(jī)通過(guò)風(fēng)道與吸塵口和吹塵口相連，完成吸、吹的工作;同時(shí)通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)液壓泵工作，液壓泵將高壓力液壓油通過(guò)油管輸送到液壓集成模塊，再由液壓集成模塊根據(jù)工作需要分別輸送到各個(gè)液壓缸;水泵由副發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)帶傳動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)，通過(guò)氣動(dòng)離合器控制其工作;前清掃機(jī)構(gòu)在駕駛室的前方，由液壓控制可以實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，工作時(shí)放下，行走時(shí)提起;滾刷由液壓馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)，控制方便且簡(jiǎn)化了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
整車(chē)外形尺寸(長(zhǎng)?寬?高)為9 500 mm?2 200 mm?3 500 mm，垃圾箱容積5.5m3，軸距為4 600 mm，高壓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓6 065 Pa，風(fēng)量34 052 m3/h，最大清掃寬度2 200 mm，最大清掃速度30 km/h。
2 主要裝置布置及結(jié)構(gòu)分析
2.1 車(chē)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)
底盤(pán)的選型必須滿(mǎn)足清掃車(chē)的裝載質(zhì)量要求，同時(shí)還要滿(mǎn)足清掃車(chē)在非工作期間有較高的運(yùn)行速度，工作時(shí)能低速、平穩(wěn)的運(yùn)行。并且要求底盤(pán)本身性能可靠、良好的經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)對(duì)比最終選用了躍進(jìn)NJ1100DCMZ 底盤(pán)，軸距為4 600mm，底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)功率為95 kW，轉(zhuǎn)速為2 600 r/min，額定載荷5t，最高車(chē)速95 km/h，符合本設(shè)計(jì)的使用要求。
2.2 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要包括風(fēng)機(jī)、風(fēng)道和副發(fā)動(dòng)機(jī)三部分。風(fēng)機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源，為清掃車(chē)提供風(fēng)力，完成吸掃和吹掃功能，風(fēng)道則完成風(fēng)量的轉(zhuǎn)換和輸送任務(wù)。
2.2.1 風(fēng)機(jī)的選擇
能否提供足夠的壓力和風(fēng)量將決定風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工作性能，也直接影響清掃效果，因此在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)必須要使風(fēng)機(jī)的全壓和風(fēng)量大于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)量需求和壓力損失，通常是對(duì)風(fēng)量需求和壓力損失乘以一定的設(shè)計(jì)裕量。
在能保證風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和風(fēng)量的前提下應(yīng)選擇盡量小的風(fēng)機(jī)，這樣可以避免因選擇過(guò)大的風(fēng)機(jī)而導(dǎo)致能量浪費(fèi)和噪音過(guò)大。據(jù)計(jì)算出的風(fēng)機(jī)全壓和風(fēng)量，最終選擇了9-26-10D 型高壓離心風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量為34 052m3/h，風(fēng)壓為6 065 Pa，滿(mǎn)足使用需求。
2.2.2 風(fēng)道設(shè)計(jì)
風(fēng)道起到風(fēng)量的轉(zhuǎn)換和輸送任務(wù)，但會(huì)損失風(fēng)壓，風(fēng)道越長(zhǎng)、彎道越多損失的風(fēng)壓越大，為減少風(fēng)壓損失，提高清掃效果，本設(shè)計(jì)將吸掃和吹掃風(fēng)道合二為一，中間加入風(fēng)門(mén)和擋風(fēng)板來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量的走向，既減少了風(fēng)量損失又簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，節(jié)約空間。
2.2.3 副發(fā)動(dòng)機(jī)選擇
副發(fā)動(dòng)機(jī)不僅為風(fēng)機(jī)提供和動(dòng)力，還為液壓泵和水泵提供動(dòng)力，因此在選擇時(shí)要考慮這三方面的動(dòng)力需求，同時(shí)還要考慮功率、燃油經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)。綜合各種因素，本最終車(chē)選用R6105AZLP 型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，功率為132 kW，額定轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，符合本設(shè)計(jì)的使用要求。
2.3 作業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
作業(yè)系統(tǒng)包括吸掃系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)和水路系統(tǒng)。
2.3.1 吸掃系統(tǒng)
吸掃系統(tǒng)由左、右清掃機(jī)構(gòu)、噴頭、車(chē)底吸塵道等組成。清掃機(jī)構(gòu)分左清掃機(jī)構(gòu)和右清掃機(jī)構(gòu)，對(duì)稱(chēng)布置在底盤(pán)中部的左右兩側(cè)，左、右清掃機(jī)構(gòu)主要由掃盤(pán)、液壓馬達(dá)、氣缸及支架等組成。掃盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速，可根據(jù)路況自行調(diào)整掃盤(pán)轉(zhuǎn)速，以保證在各種路況下都能具有良好的清掃效果。掃盤(pán)的位置可以調(diào)節(jié)，如圖3 所示。在清掃車(chē)未工作時(shí)，掃盤(pán)由氣缸2 沿2處提起，便于清掃車(chē)快速行走，防止撞擊。清掃機(jī)構(gòu)在氣缸1 的作用下可沿1 處軸左右轉(zhuǎn)動(dòng)，增加掃盤(pán)的清掃范圍，從而提高清掃車(chē)的清掃效果。
噴頭位于清掃機(jī)構(gòu)前部，當(dāng)天氣干燥時(shí)，噴水降塵。
車(chē)底吸塵道布置在掃盤(pán)之后，包括支架、浮動(dòng)吸盤(pán)、支承滾輪、氣缸等部分。
在清掃車(chē)快速行走時(shí)，車(chē)底吸塵道由氣缸提起，防撞擊。長(zhǎng)方形浮動(dòng)吸盤(pán)有左右兩個(gè)吸口，兩側(cè)有2 個(gè)支承滾輪，整個(gè)該結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)路面情況自動(dòng)調(diào)節(jié)與地面接觸的距離，以保持吸盤(pán)與地面的吸入氣流間隙。為確保最佳清掃效果，支承滾輪著地后，底邊和路面的間隙須保持5?8 mm，該間隙可以通過(guò)升高或降低吸盤(pán)兩側(cè)支承滾輪的安裝高度來(lái)調(diào)節(jié)。
2.3.2 吹掃系統(tǒng)
吹掃系統(tǒng)包括車(chē)底吹塵道、擋風(fēng)片、氣缸、滾輪、噴頭等部件。
長(zhǎng)方形車(chē)底吹塵道高壓風(fēng)由左邊進(jìn)入，在擋風(fēng)片的作用下，使高壓風(fēng)斜吹向路面，將灰塵、石子或路面浮雪吹出到右路肩外。擋風(fēng)片的安裝角度為45°，達(dá)到最佳的吹掃效果。在清掃車(chē)快速行走時(shí)，車(chē)底吹塵道被氣缸提起，避免撞擊。工作時(shí)，車(chē)底吹塵道在支承滾輪的調(diào)節(jié)下，與路面始終保持恒定的距離，保證了吹掃效果。
2.3.3 水路系統(tǒng)的布置
水路系統(tǒng)主要元部件有水泵、安全閥、分水器、水箱、球閥、噴頭、管路和接頭等。水泵直接由副發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)，中間由氣動(dòng)離合器控制，水路系統(tǒng)主要起到降塵除污的作用。
2.4 液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)由液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓缸、液壓閥組、控制閥、液壓油箱、連接油管等組成。液壓泵輸出的高壓液壓油通過(guò)油管輸送到液壓閥組，液壓閥組根據(jù)作業(yè)需要將液壓油輸送到液壓馬達(dá)和液壓缸，主要用于滾刷及掃盤(pán)的動(dòng)力輸入和前清掃機(jī)構(gòu)的升降等工作。
氣動(dòng)系統(tǒng)由氣缸、手動(dòng)氣閥、電磁氣閥組、壓力表及氣管等組成，其氣源和底盤(pán)共用，主要負(fù)責(zé)各個(gè)機(jī)構(gòu)的提升和翻轉(zhuǎn)工作。
3 模擬裝配仿真
用三維軟件UG 創(chuàng)建多功能清掃車(chē)的零部件的三維實(shí)體模型，建模過(guò)程中對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，零件之間的連接件和結(jié)構(gòu)上的一些細(xì)節(jié)尺寸都忽略不計(jì)。建模完成后進(jìn)行模擬裝配仿真，如圖6 所示，檢查其裝配干涉，并驗(yàn)證清掃車(chē)結(jié)構(gòu)的合理性，為后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供準(zhǔn)備。
經(jīng)過(guò)在三維軟件UG 中的裝配仿真，經(jīng)檢查并沒(méi)有裝配干涉，并且結(jié)構(gòu)合理可靠，符合設(shè)計(jì)使用要求。
4 結(jié)束語(yǔ)
該多功能道路清掃車(chē)實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多能，既能清掃路面，又可以清除浮雪，減少了設(shè)備投入。該車(chē)平均工作速度可達(dá)30 km/h，大大提高了清掃效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低清掃成本達(dá)45.3。經(jīng)過(guò)在UG 中的裝配模擬證明該清掃車(chē)結(jié)構(gòu)合理、可靠，滿(mǎn)足現(xiàn)階段市場(chǎng)需求，有著廣闊的市場(chǎng)前景。
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