道路保洁机保洁性能试验研究*

黄兴华，宋进宇，张　　栋

（1.东北农业大学工程学院，黑龙江　　哈尔滨　150030；2.上海电机学院，上海　201306）

·设计与探讨·

道路保洁机保洁性能试验研究*

黄兴华1，2，宋进宇1，张栋2

（1.东北农业大学工程学院，黑龙江哈尔滨150030；2.上海电机学院，上海201306）

利用道路保洁机和设计的道路模拟实验台进行了2次单因素试验，探索盘刷和滚刷的交互作用，并进行了道路保洁模式清扫效果的验证。结果表明，在保洁速度恒定时，增大盘刷转速和滚刷转速可以保证保洁机拥有较高的保洁率。道路保洁机具有布局新颖，结构简单、保洁率较高、成本及功耗低、安全性好的特点。

清扫机；保洁机；盘刷；滚刷

1　　试验设备

1.1试验设备仪器

图1　　道路保洁机结构示意

试验采用保洁机（如图1所示）、道路保洁模拟试验台、试验仪（器）若干台。机向前运动，遇到垃圾时，通过右边刷和左边刷的向内旋转运动，将垃圾聚拢到保洁机中间部位，通过滚筒的旋转运动带动滚刷，将垃圾直接扫入垃圾箱中。道路保洁机针对的是零散道路垃圾，设计简单、实用，垃圾箱便于拆卸，对一定区域内的保洁作业，是一种十分有效的作业机具。

1.2小型道路保洁机的工作原理

道路保洁机（图2）主要由保洁部件、传动部件、底盘、行走等部件构成，主要参数如表1所示。其中保洁部件是道路保洁机的核心部件，保洁部件要适应保洁率高、安全可靠、功耗低、二次污染小的要求。如图3所示，作业过程中，道路保洁

图2 道路保洁机三维建模

表1 道路保洁机主要参数

图3 保洁装置示意

2　　保洁机运动参数与保洁率的关系

2.1车速和盘刷转速与保洁率的关系

盘刷接地点速度关系如图4所示。

图4　　盘刷接地点速度关系

图5　　滚筒刷转速计算模型

由图4可知［1］：

式中：v0为保洁机行驶速度，km/h；v为盘刷扫丝接地点相对于路面的绝对速度，km/h；ω为盘刷转速，rad/s；r为盘刷半径，mm；φ为盘刷接地区域对称中心线与保洁机行驶方向的夹角（°）；θ为保洁机行驶速度和盘刷扫丝接地点相对于路面的绝对速度的夹角（°）。

由公式（1）公式（2）可知，θ越大，越有利于对垃圾的收集，即提高道路保洁机的行驶速度不利于盘刷对垃圾的收集；而提高盘刷的转速则有利于盘刷对垃圾的收集。

为提高道路保洁机的保洁率，必须找到盘刷转速和保洁机行驶速度的匹配关系，并使两者之间达到最优的组合。

2.2车速和滚刷转速与保洁率的关系

道路保洁机对垃圾的保洁过程中，其滚刷主要是将盘刷聚拢到保洁机中间的垃圾直接纳入垃圾箱中。保洁机作业中，滚筒带动滚刷扫丝旋转，通过滚刷刷毛的变形和回弹将垃圾弹射飞射到垃圾箱中。因此，滚刷的保洁作业过程即是刷毛的变形和回弹工作过程，其计算简化模型如图5所示。设垃圾M质量为m，垃圾在A处脱离刷毛时的绝对速度为VC，在水平方向上和竖直方向的分量大小分别为VCcos（β/2）和VCsin（β/2）。假如垃圾需要被纳到高度为h的B处，则滚刷转速为［2］。

式中：β为滚刷接地角（°）；n为滚刷转速r/min；R为滚刷半径，mm。

在保洁机滚刷半径和滚刷接地角不变的条件下，由公式（3）可知，为提高垃圾被抛射的高度需要提高滚刷转速。

要将垃圾抛射到垃圾箱内，必须使垃圾水平方向的速度分量大于保洁机行驶速度，即VCcos（β/2）＞v0。另外，滚刷转速越小，滚刷的磨损量就越小而滚刷转速过小又不利于垃圾的清扫。由此可见滚刷转速和行驶速度直接影响保洁机的保洁率。

3　　道路保洁机保洁性能试验

3.1试验材料

保洁性能试验于2015年9月在上海电机学院利用样机（图6）在道路模拟试验台（图7）上进行，混合垃圾为石子、树叶、细沙等。试验目的是通过试验获得盘刷转速与车速的最优组合因素水平，使两者之间达到最优的组合；获得滚刷转速与车速的最优组合因素水平，使两者之间达到最优的组合。

图6　　道路保洁机样机

图7　　道路保洁机械道路模拟实验台

3.2试验因素及试验指标

保洁性能试验选择保洁机行驶速度、保洁盘刷转速、滚刷的转速为试验因素；指标选择保洁率。

保洁率指试验结束后垃圾箱收集的垃圾的质量与试验所用垃圾的总质量的百分比。

式中：η为保洁率，%；w1为试验结束后垃圾箱内的垃圾质量，kg；w为试验所用垃圾总质量，kg。

3.3试验方法

试验采用单因素试验方法。在滚刷转速一定时，选择不同的车速和不同盘刷的转速进行全试验方案保洁性能的单因素试验，试验因素水平如表2所示；在盘刷的转速一定时，选择不同的车速和不同滚刷的转速进行全试验方案的保洁性能单因素试验，试验因素水平如表3所示。试验因素每个水平重复测试后取平均值。试验指标保洁率由公式（4）计算确定。

表2　　不同盘刷转速、行驶速度下试验因素水平和结果

3.4结果与分析

3.4.1车速和盘刷转速对保洁率的影响

保洁机滚刷转速恒定时，不同盘刷转速、不同车速作业时，保洁率的试验结果见表2。同一车速、不同盘刷转速情况下，道路保洁机的保洁率随着盘刷转速的增大呈增大趋势；在不同车速、相同盘刷转速的情况下，道路保洁机的保洁率随车速减小呈增高的趋势。

极差分析表明，因素影响的主次顺序是盘刷转速A大于行走速度B；方差分析表明，盘刷转速A和保洁机的行走速度B对保洁机保洁率的影响都很显著（pA＜0.01，pB＜0.06）。

保洁率与盘刷转速和行驶速度的回归方程为y=66.86+0.27x1-1.04x2，回归模型显著（p＜0.01）。

3.4.2车速和滚刷转速对保洁率的影响

保洁机盘刷的转速恒定。不同滚刷转速、不同车速情况下保洁率的试验结果见表3。同一车速、不同滚刷转速情况下，道路保洁机的保洁率随滚刷转速的增大而呈增大的趋势；不同车速、相同滚刷转速情况下，道路保洁机的保洁率随车速减小呈增大的趋势。

因素影响的主次顺序是滚刷转速A＞行走速度B。方差分析表明，滚刷转速A和保洁机的行走速度 B对保洁车保洁率的影响都显著 （pA＜0.01，pB＜0.11）。保洁率与滚刷转速和行驶速度的回归方程为y=68.79+0.22x1-1.23x2，回归模型显著（p＜0.01）。

4　　结论

1）在保洁机保洁速度恒定时，增大盘刷转速和滚刷转速依然可保证保洁机的保洁率在90%以上。

2）道路保洁机，具有保洁率较高、成本及功耗低、安全性好的特点，应用前景良好。

表3　　不同滚刷转速、行驶速度下试验因素水平和结果

［1］ 杨淑华，李林，郝建军.清扫机盘刷的清扫性能分析及试验研究［J］.农机化研究，2010（9）：187-189，193.

［2］ 简洁，张铁山.电动清扫车清扫作业装置的设计与研究［J］.专用汽车，2012（7）：85-87.

Experimental Study on Cleaning Performance of Road Cleaning Vehicle

Huang Xinghua1，2，Song Jinyu1，Zhang Dong2
（1.Institute of Engineering，Northeast Agricultural University，HarbinHeilongjiang150030；2.Shanghai Dianji University，Shanghai201306）

Through the two single-factor tests，this paper explored the interaction between the disc brush and the rolling brush，and verified the cleaning effect ofroad cleaning mode.Resultsshowed that when the cleaning speed wasconstant，increasing disc brush speed and rolling brush speed could ensure that the cleaning machine has a high cleaning rate.The characteristicsof cleaning vehicleshad layout innovation，simple structure，high cleaning rate，low cost and power consumption，and good security.

cleaning machine；cleaning vehicles；disc brush；rolling brush

U469.6+91

A

1005-8206（2016）01-0044-03

黄兴华（1962—），高级工程师，工学硕士，农机化专业，研究方向为环境装备。

上海市科委科技攻关项目（12231202502）

2015-12-24