无尘道路清扫车设计研究*
王文明，朱 良，刘德华，高英敏
1.河北科技工程职业技术大学，河北 邢台 054035
2.河北省中小型非标装备技术创新中心，河北 邢台 054035
目前我国处于高速建设和发展阶段，道路施工建设、房屋施工建设项目等越来越多。进行钢铁、电力、矿山和路桥作业的道路施工时，路面会产生大量的作业垃圾。扫路车虽已成为城市环境卫生中不可缺少的机械设备，但对道路施工作业中产生的煤灰、沙土、渣土、碎石等却无法有效清除。目前对道路施工路面的清洁方式主要有两种：一种是采用大量人员手持清洁工具进行清扫，该方法劳动强度大、作业效率低，而且会造成大量的粉尘污染，不但会危害工作人员的身体健康，而且污染环境；
另一种方法是采用市内道路清扫车辆，这类车辆适合清洁度高的市内路面的清扫工作，对于施工路面上大量的碎石的清洁效果较差。因此，有必要开发一种高效的、低扬尘的、能完成施工路面清扫工作的工程车辆。
针对道路施工路面清扫特点，文章设计的无尘道路清扫车采用清扫中洒水抑尘的方式，清扫、储尘、倾倒一体化设计，整体结构通过多级门架与汽车驾驶室前端连接。该道路清扫车适用于多种条件下施工路面的清扫作业，尤其适合用于路面具有大量碎石的施工道路，可以将道路路面中厚度在2cm以上的沙土、煤灰、泥土和渣土，以及厚度为1～4cm的石子清扫干净，对施工路面的清扫效果极佳。同时，该清扫车工作效率高，结构简单，具有无扬尘的特点，相对于真空吸扫式道路清扫车，其价格优势显著。
道路清扫车一般以行走方式、作业方式或除尘方式分类。按照行走方式的不同可分为手推式、手扶式和自走式。下文详细介绍以作业方式和除尘方式进行分类的道路清扫车。
1.1 以作业方式分类
按照作业方式的不同可将道路清扫车分为纯扫式、纯吸式和吸扫式3种类型。（1）纯扫式路面清扫车是指单纯依靠扫刷清除路面垃圾，并用容器进行收集，再将路面垃圾尘土等污物转运的清扫车，一般适用于城市道路的日常清洁工作，其优点是结构简单、使用成本低，缺点是扬尘大，空气污染严重。（2）纯吸式道路清扫车是指单纯依靠真空气动输送设备清除、收集和运送路面垃圾尘土等污物的清扫车。该清扫车无二次扬尘污染，功能上优于纯扫车道路清扫车，一般采用负压纯吸的原理，其没有清扫装置，也没有储水洒水机构，结构也较简单，适用于易产生扬尘污染的多粉尘、高浓度和大密度的工矿企业道路清扫，是环卫清洁及物料回收的优选产品，但是对大颗粒物的清扫效果不明显。（3）吸扫车道路清扫车是指依靠机械清扫和真空气动输送设备相结合的方式，清除、收集和运送路面垃圾尘土等污物的清扫车，一般采用扫刷将垃圾扫至吸尘口附近，再利用高速气流将垃圾吸到收集箱，为了不排出有二次空气污染的气流，清扫车一般带有除尘装置，即气流进入垃圾箱必须经过除尘后再排出。吸扫车道路清扫车清扫范围宽，适应性好，清扫垃圾彻底，清扫质量较高。
1.2 以除尘方式分类
按照除尘方式的不同道路清扫车可分为干式、湿式和干湿两用式3种类型。（1）干式清扫车无喷水或洒水装置，常用在纯吸式清扫车中，吸扫式清扫车中也有应用，其必须在垃圾箱或管理系统中设置过滤器，按照过滤器型式的不同，部分干式吸扫式清扫车也在盘刷处采取喷水压尘的方式，以防在除尘的过程中将过滤器堵塞。干式清扫车的优点是无须用水，可在环境温度较低的寒冷地区使用，也可在少水干旱地区使用。（2）湿式清扫车带有喷水或洒水装置，其优点是采用喷水降尘，有效抑制了扬尘现象；
缺点是尘土等喷水作业后易形成更大体积的颗粒，增加了比重，增大了输送难度，且在寒冷地区喷水后的垃圾易结冰，增加了吸扫的难度。（3）干湿两用式清扫车带有喷水或洒水装置，由清扫作业操作者决定是否喷水或洒水。
总之，道路清扫车结构和型式多样，针对不同工况条件应设计合理结构的道路清扫车，以满足不同环境的工作需要。
无尘道路施工清扫车的动力依靠发动机，发动机采用内燃机，行驶时发动机的飞轮输出的动力传递给汽车变速箱，最终传递给车轮，为汽车的行驶提供动力。发动机为水泵提供动力，实现清扫过程中喷洒水；
发动机通过液压泵为液压马达提供动力，带动清扫辊刷的旋转清扫。清扫车随着在道路上行驶，清扫辊刷不断将道路垃圾清扫收集到储尘箱中，同时在清扫过程中喷洒装置通过喷水嘴将水喷射出，形成水雾，有效消除扬尘。当清扫完成后，驾驶员操作相应的液压阀，通过多级门架的升降液压油缸驱动清扫辊刷（与所连接的所有部件）向上移动至合适高度，再启动倾倒液压油缸，将储尘箱中的道路垃圾倾倒至指定位置。清扫辊刷采用钢丝或尼龙丝，可以将颗粒状的垃圾扫到储尘箱中，从而增强碎石的施工路面的清扫效果。
我国清扫车的研究起步较晚，针对存在大量碎石的施工路面的清扫车技术还不成熟，而国外的施工用清扫车价格昂贵，使用和维护维修成本较高。针对这一情况，笔者设计了一种结构简单、带喷水抑尘功能的湿式自走式无尘道路清扫车，除适合城市道路路面清扫外，还适用于高速、市政建设、路桥建设施工用清扫，尤其对于具有大量碎石的施工路面，清扫效果好。该清扫车的突出优点是结构简单，价格较低，实现了沙土及小碎石路面的无尘清扫。
3.1 整体方案
无尘道路清扫车采用定型汽车底盘作为牵引动力，包括机动车、动力装置、喷水装置、清扫装置、倾倒液压油缸、多级门架和过滤装置，动力装置安装在机动车上，清扫装置通过多级门架与汽车驾驶室前端相连。多级门架的固定架与机动车的前端连接，在多级门架的固定架与移动架之间装有升降液压油缸。根据清扫宽度要求，可以设计不同幅宽的清扫装置，匹配不同功率发动机的汽车底盘。
3.2 清扫装置
清扫装置包括清扫辊刷、储尘箱和防尘罩。清扫辊刷的两端转动安装在防尘罩两侧下部的支架之间，防尘罩的该支架的后端与多级门架的移动架固定连接，多级门架的固定架与机动车的前端连接，在多级门架的固定架与移动架之间装有升降液压油缸；
清扫辊刷与动力装置中的液压马达传动连接；
防尘罩的前面顶端两侧与储尘箱的顶端铰接，在该储尘箱上部与防尘罩顶部之间分别铰接倾倒液压油缸的两端，储尘箱前端与地面之间留有间隙；
清扫辊刷由辊轴和径向连接在辊轴表面的硬质刷毛组成。
3.3 喷水装置
喷水装置包括水管、喷水嘴和供水系统。供水系统包括过滤装置、水泵、水箱和阀门，水泵的入口与水箱连接，水泵的出口通过串联的过滤装置和阀门与水管连接。水管沿着储尘箱和防尘罩的外侧下边布置，在储尘箱和防尘罩下边的水管上间隔设有多个喷水嘴。控制喷水装置水压力的是阀门，可以采用手动阀门，也可能采用电动阀门。取力器通过输出水泵将水转成高压，控制扬尘，完成整个作业循环。
3.4 动力装置
动力装置包括液压泵、发动机、变速箱、取力器和液压马达，安装在机动车上的发动机通过变速箱和取力器与水泵传动连接。发动机通过第一传动机构与液压泵传动连接，该液压泵通过油管与倾倒液压油缸、液压马达和升降液压油缸连接。液压马达的输出轴通过第二传动机构与清扫辊刷的辊轴传动连接。第一传动机构和第二传动机构均采用链传动机构。
3.5 其他装置
无尘道路清扫车还包括多级门架、升降液压机构。多级门架固定架通过安装架与机动车的前端连接。升降液压油缸的液压动力是通过液压泵经过多路阀或电磁阀传递控制，使其上下选择合适的高度，进行往复工作。由升降液压油缸驱动多级门架的移动架升降，进而驱动与其连接的各部件的同步升降，使垃圾倾倒时调整倾倒高度。升降液压机构中的液压马达、倾倒液压油缸、升降液压油缸均由驾驶室内的操控杆控制相应的液压阀的开闭实现。
文章所设计的无尘道路清扫车，一次作业可完成道路清扫、路面垃圾收集及路面垃圾转运倾倒等工作，特别适用于存在碎石的施工道路的路面清扫。清扫车工作时，通过发动机带动水泵旋转，将水输送至喷水嘴，在清扫路面时喷水形成水雾，有效消除了扬尘；
清扫辊刷可以根据路面的不同选择钢丝辊刷或尼龙辊刷，适应不同路面清扫。辊刷清扫后的沙石被收拢到储尘箱中，储尘箱升高倾翻一定角度，将清扫垃圾倾倒至合适的位置。驾驶室采用封闭式结构，司机通过操纵杆实现清扫及自卸功能，操作简便。同时，该清扫车结构简单、操作方便，无扬尘污染。
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