淺談多功能道路清掃車的研制論文
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，且高速公路上車輛的行駛速度較快，人工清掃已不可行，而普通掃路車的清掃速度又太低，勢必會影響其它車輛的通行，甚至造成交通堵塞。
我國北方冬季時間長，降雪量大，如果不及時清除積雪，勢必會影響車輛通行，將嚴重影響交通安全，給人們?nèi)粘Ｉ顜碇T多不便。每年都會有因路滑而導(dǎo)致的重大交通事故，人民的生命財產(chǎn)及交通工具安全受到極大威脅。因此，為滿足于現(xiàn)行道路清掃的需求，市場急需要一款高可靠性、高效率、多功能、全天候的道路清掃車的出現(xiàn)。
1 多功能道路清掃車總體方案設(shè)計
1.1 設(shè)備功能介紹
多功能道路清掃車由一臺95 kW、載重5 000 kg、車廂長6 m 的南京躍進貨車，上配一臺132 kW 副發(fā)動機、一臺高壓風機、一臺干式除塵設(shè)備(電力系統(tǒng)、風力系統(tǒng)和液壓系統(tǒng))，車下配兩個旋轉(zhuǎn)刷，車前配一個滾刷，另配有作業(yè)安全警示燈、LED 警告顯示屏等組成。通過機械、液壓、電氣三部分聯(lián)合控制，使該清掃車除具有普通掃路車的清掃、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，實現(xiàn)一車多用。
該道路清掃車的主要功能有以下4 個：
(1)普通清掃功能，即清掃路面砂石、塵土及其它雜物功能。通過高壓風機吸、吹，使路面清潔;
(2)清除路面小雪功能。利用前滾刷清掃，再通過高壓風機將浮雪吹出路外;
(3)清除中央分隔帶波形板(單柱式)內(nèi)積雪功能。利用車下側(cè)滾刷，將中央分隔帶波形板內(nèi)的積雪掃到超車道，通過吸塵道吸起，再通過風道揚出路外;
(4)清除路肩積雪功能。通過吹風口將路肩積雪吹出路外。
1.2 方案設(shè)計
南京躍進貨車改裝后負責整車的行走工作，副發(fā)動機負責各專用工作裝置的動力傳輸，來完成多功能道路清掃車的'各種清掃功能。副發(fā)動機通過萬向節(jié)直接驅(qū)動高壓風機，高壓風機通過風道與吸塵口和吹塵口相連，完成吸、吹的工作;同時通過帶傳動帶動液壓泵工作，液壓泵將高壓力液壓油通過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液壓缸;水泵由副發(fā)動機經(jīng)帶傳動直接驅(qū)動，通過氣動離合器控制其工作;前清掃機構(gòu)在駕駛室的前方，由液壓控制可以實現(xiàn)上下移動，工作時放下，行走時提起;滾刷由液壓馬達來驅(qū)動，控制方便且簡化了傳動機構(gòu)。
整車外形尺寸(長?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，高壓風機風壓6 065 Pa，風量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 車載系統(tǒng)設(shè)計
底盤的選型必須滿足清掃車的裝載質(zhì)量要求，同時還要滿足清掃車在非工作期間有較高的運行速度，工作時能低速、平穩(wěn)的運行。并且要求底盤本身性能可靠、良好的經(jīng)濟性。通過對比最終選用了躍進NJ1100DCMZ 底盤，軸距為4 600mm，底盤發(fā)動機功率為95 kW，轉(zhuǎn)速為2 600 r/min，額定載荷5t，最高車速95 km/h，符合本設(shè)計的使用要求。
2.2 風機系統(tǒng)設(shè)計
風機系統(tǒng)主要包括風機、風道和副發(fā)動機三部分。風機是整個系統(tǒng)的動力源，為清掃車提供風力，完成吸掃和吹掃功能，風道則完成風量的轉(zhuǎn)換和輸送任務(wù)。
2.2.1 風機的選擇
能否提供足夠的壓力和風量將決定風機系統(tǒng)的工作性能，也直接影響清掃效果，因此在選擇風機時必須要使風機的全壓和風量大于風機系統(tǒng)的風量需求和壓力損失，通常是對風量需求和壓力損失乘以一定的設(shè)計裕量。
在能保證風機風壓和風量的前提下應(yīng)選擇盡量小的風機，這樣可以避免因選擇過大的風機而導(dǎo)致能量浪費和噪音過大。據(jù)計算出的風機全壓和風量，最終選擇了9-26-10D 型高壓離心風機，其風量為34 052m3/h，風壓為6 065 Pa，滿足使用需求。
2.2.2 風道設(shè)計
風道起到風量的轉(zhuǎn)換和輸送任務(wù)，但會損失風壓，風道越長、彎道越多損失的風壓越大，為減少風壓損失，提高清掃效果，本設(shè)計將吸掃和吹掃風道合二為一，中間加入風門和擋風板來調(diào)節(jié)風量的走向，既減少了風量損失又簡化了結(jié)構(gòu)，節(jié)約空間。
2.2.3 副發(fā)動機選擇
副發(fā)動機不僅為風機提供和動力，還為液壓泵和水泵提供動力，因此在選擇時要考慮這三方面的動力需求，同時還要考慮功率、燃油經(jīng)濟性等指標。綜合各種因素，本最終車選用R6105AZLP 型柴油發(fā)動機，功率為132 kW，額定轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，符合本設(shè)計的使用要求。
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、右清掃機構(gòu)、噴頭、車底吸塵道等組成。清掃機構(gòu)分左清掃機構(gòu)和右清掃機構(gòu)，對稱布置在底盤中部的左右兩側(cè)，左、右清掃機構(gòu)主要由掃盤、液壓馬達、氣缸及支架等組成。掃盤的轉(zhuǎn)動由液壓馬達驅(qū)動，實現(xiàn)了無級變速，可根據(jù)路況自行調(diào)整掃盤轉(zhuǎn)速，以保證在各種路況下都能具有良好的清掃效果。掃盤的位置可以調(diào)節(jié)，如圖3 所示。在清掃車未工作時，掃盤由氣缸2 沿2處提起，便于清掃車快速行走，防止撞擊。清掃機構(gòu)在氣缸1 的作用下可沿1 處軸左右轉(zhuǎn)動，增加掃盤的清掃范圍，從而提高清掃車的清掃效果。
噴頭位于清掃機構(gòu)前部，當天氣干燥時，噴水降塵。
車底吸塵道布置在掃盤之后，包括支架、浮動吸盤、支承滾輪、氣缸等部分。
在清掃車快速行走時，車底吸塵道由氣缸提起，防撞擊。長方形浮動吸盤有左右兩個吸口，兩側(cè)有2 個支承滾輪，整個該結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)路面情況自動調(diào)節(jié)與地面接觸的距離，以保持吸盤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，該間隙可以通過升高或降低吸盤兩側(cè)支承滾輪的安裝高度來調(diào)節(jié)。
2.3.2 吹掃系統(tǒng)
吹掃系統(tǒng)包括車底吹塵道、擋風片、氣缸、滾輪、噴頭等部件。
長方形車底吹塵道高壓風由左邊進入，在擋風片的作用下，使高壓風斜吹向路面，將灰塵、石子或路面浮雪吹出到右路肩外。擋風片的安裝角度為45°，達到最佳的吹掃效果。在清掃車快速行走時，車底吹塵道被氣缸提起，避免撞擊。工作時，車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)動機通過皮帶驅(qū)動，中間由氣動離合器控制，水路系統(tǒng)主要起到降塵除污的作用。
2.4 液壓與氣動系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)由液壓泵、液壓馬達、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和液壓缸，主要用于滾刷及掃盤的動力輸入和前清掃機構(gòu)的升降等工作。
氣動系統(tǒng)由氣缸、手動氣閥、電磁氣閥組、壓力表及氣管等組成，其氣源和底盤共用，主要負責各個機構(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)建多功能清掃車的零部件的三維實體模型，建模過程中對模型進行了簡化，零件之間的連接件和結(jié)構(gòu)上的一些細節(jié)尺寸都忽略不計。建模完成后進行模擬裝配仿真，如圖6 所示，檢查其裝配干涉，并驗證清掃車結(jié)構(gòu)的合理性，為后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供準備。
經(jīng)過在三維軟件UG 中的裝配仿真，經(jīng)檢查并沒有裝配干涉，并且結(jié)構(gòu)合理可靠，符合設(shè)計使用要求。
4 結(jié)束語
該多功能道路清掃車實現(xiàn)了一機多能，既能清掃路面，又可以清除浮雪，減少了設(shè)備投入。該車平均工作速度可達30 km/h，大大提高了清掃效率，減輕了勞動強度，降低清掃成本達45.3。經(jīng)過在UG 中的裝配模擬證明該清掃車結(jié)構(gòu)合理、可靠，滿足現(xiàn)階段市場需求，有著廣闊的市場前景。
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