一种洗扫车结构设计

张珂，刘洋，张峰，赵新刚，胡银苹

（1.陕西通力专用汽车有限责任公司，陕西 宝鸡 722405；2.陕西汽车集团有限责任公司，陕西 西安 710200）

前言

洗扫车是近年来出现的一种功能齐全，应用范围广的道路清扫类环卫车辆。跟据用户需要运用于城市快速干道、高速公路、广场、机场等公共区域。该车集成了扫路、高压清洗、喷雾抑尘、洒水等功能，是一款多功能高效道路清洗车。通过本文，旨在说明一种常见的洗扫车上装结构，同时对部分结构，提供一种改进思路，供产品开发人员探讨。

1 洗扫车结构及工作原理

1.1 总体结构

本文所讲洗扫车是在二类底盘基础上，加装工程柴油机动力单元、风机、清水箱、垃圾箱、清扫吸盘装置、高低压水路、翻转机构、液压系统以及电气控制系统等。整车具有高低压水路冲洗、道路道沿清洗、喷雾抑尘及洒水功能。真正意义上的作业全能手。产品功能集成度高，控制简单、一键触控实现作业及作业监视。该车采用电-气-液多重系统控制，使得该车的科技含量水平整体提升，属于环卫车领域的高端产品。整体结构如图1所示。

1.2 整体上装形式与垃圾箱结构

由于洗扫车扫路和垃圾清运的功能需要，该车型需要一个复合型箱体，用于作业过程中垃圾收集储运，储水；并在合适的地点利用箱体翻转机构卸料。由此分析，基本确定了该车型上装箱体结构的基本构成（中举翻转机构，储水的腔体结构以及储集垃圾的内箱空间结构）。箱体结构如下图 2所示。

图2 多功能洗扫车两段式上装形式

不同于市场常见的箱体结构，该车上装采用整车两段式结构（即垃圾箱和中部动力罩盖一体式结构）。

根据车辆扫路吸收路面垃圾的基本作业原理，在箱体垃圾箱空间再增设风机（吸风）的风道，结合后门开闭机构，形成垃圾箱基本构成。如下图3所示。

图3 多功能洗扫车瓦楞形箱体结构

该结构采用倒梯形喇叭口形式，底面坡角，斜侧面斜倾角，有利于垃圾倾卸。整体不锈钢材质，保证箱体的防锈要求。箱内风道口加装滤网，前端与风机进风口相接。

1.3 扫盘与吸嘴机构

洗扫车主要作业形式在于冲洗和吸扫。路面高低压冲洗作业的同时，还需动作机构执行路面扫洗和垃圾收集。因此，扫盘机构和吸嘴机构，便成了洗扫车典型性结构特征。

在底盘前后桥中间位置，前后布置左右扫盘机构和中置吸嘴机构。工作时，通过扫盘外摆，扫刷旋转，将车辆经过的路面垃圾（泥沙、石子等）集中洗扫到车辆中间部位，通过紧随其后的吸嘴装置，在风机的强力吸收下，混合着泥水，经吸嘴通道，进入垃圾箱内，左右扫盘结构如下图4所示。

图4 多功能洗扫车扫盘机构

考虑到路面情况的复杂性，保证扫盘和吸嘴对路面的实时自适应，以期达到预期的路面洁净率要求，扫盘提升结构设计有弹簧+电推杆结构；确保工作中遇到障碍物时，弹簧收缩变形规避障碍物，通过后自行恢复工作状态。吸嘴机构，通过四点弹簧悬挂链结构，在起伏路面随地形浮动，避免发生磕碰。

图5 多功能洗扫车吸嘴机构

1.4 动力传动系统

多功能洗扫车属于行车作业类车型，上装机构的动力需求属于工作常态。区别于常规运输类专用车上装驻车短时底盘动力需求车型，该车上装机构采用独立的动力系统，可以有效保证上装作业动力需要，选型时单独考虑副发动机的经济转速和扭矩输出即可。无需太多考虑底盘的经济车速和动力可靠性问题。上装与底盘搭配更加灵活，因此配置副发动力系统属于市场主要布置形式。当然，顺应时代发展，环保而精简的单发洗扫车也开始逐渐进入市场，给洗扫车技术发展提供新的方向（本文不做详细探讨）。

该车采用与底盘同品牌（车辆配套服务需要）的工程类发动机作为动力源，搭载油泵、高压柱塞泵和风机等，皮带轮传动，组成上装系统的动力系统。如下图6所示。

图6 多功能洗扫车副发动力系统

1.5 液压系统及其关键件选型计算

1.5.1 液压系统

液压系统作为整车作业的核心，其稳定可靠性关系着洗扫车的功能实现。本车液压系统采用电磁叠阀，上装动作联动的同时，集中布置控制阀块，通过驾驶室内作业操作屏幕一键触控整车动作，实现各种预设作业模式。液压系统原理图如下图7所示。

图7 多功能洗扫车液压系统原理图

1.5.2 关键件选型计算

1.5.2.1 扫盘马达、泵选型

已知：

对标同类产品上装副发动机。结合副发动机动力曲线，综合考虑发动机功率、扭矩、比油耗等，选取发动机最佳经济转速分别为1500r/min和1700r/min为发动机的正常工作模式和强力工作模式，以适应工作需要。

液压油泵采用发动机直接取力模式，获得最小的功率损失。则对应拟选型液压油泵工作转速为 1500r/min(标准档)和1700r/min(增强档)。

液压传动效率ηv=0.9。

整车产品性能要求：

扫盘扫路作业有三种转速需要：

强力工作模式（高速）约100r/min ；

经济工作模式（中速）约80r/min；

低速工作模式（低速）约60r/min；

左右扫盘可独立工作，可同时工作（马达串联）；

设定：

设定液压系统额定工作压力。系统压力设定高低各有优缺点。根据常用车载液压系统，选取取额定压力16Mpa。即有利于缩小液压系统，又能得到可靠的系统保证。

选某品牌驱动马达为左右扫盘驱动马达。排量 V=160ml/r；此排量马达为洗扫车常用扫盘马达排量设定。

选型计算：

扫盘驱动马达输出流量

扫盘驱动马达输入流量

液压泵实际输出流量

液压泵理论输出流量

液压泵排量

液压泵排量圆整为12.5ml/r。

由洗扫车液压原理图可知，扫盘马达和油缸并非同时工作，则扫盘工作时为油泵流量为极限流量，由此确定液压泵排量V=12.5ml/r。

如此，则液压泵理论流量

个扫盘驱动时，扫盘转速为

两个扫盘同时工作时扫盘转速为

选型计算：

液压泵最大输出功率

扫盘转速满足设计要求。

1.5.2.2 液压油泵取力器转矩和功率

已知：

副发动机驱动油泵向系统供油。

液压油泵排量V=12.5ml/r，

转速n=1700r/min，

系统工作压力p=16Mpa；

压泵最大输入功率

液压泵输入转矩

则，发动机取力器

最小输出转矩T=37.5N·M

最小输出功率P=6.7KW

由此可继续结合风机、水泵等负载设备，校核副发动机功率和扭矩，本篇不做赘述。

2 风道结构优化

2.1 新型后风道结构简述

洗扫车在作业时，风机透过垃圾箱风道，在垃圾箱内形成负压，通过吸嘴将地面的垃圾水混物吸入箱内。风道是必不可少的一环。

市场上现有车辆风机后通道多为箱内滤网，在垃圾箱中挡板上部设计框架滤网，和风机相连，形成通道。此种结构，在车辆实际使用过程中占用箱内空间；车辆垃圾箱液位浮子设置低，浪费垃圾箱内空间；在急刹、上下坡时，箱内污水存在前冲溢入风道可能；

图8 洗扫车垃圾箱后风道优化结构

针对以上问题，笔者改进风道结构，从垃圾箱顶部外侧设计风道，既解决了箱内空间占用的问题，又规避了特殊路况下，箱内液体溢出情况。液位设置可以最大限度的利用箱内空间，提高车辆单趟作业效率。优化后的风道结构。如下图8所示。

3 结语

在专用汽车领域，为适应多种应用需求，各种形式多样的特种作业车型，不断被设计出来并快速投入市场，替代人们完成一些简单、重复的工作。多功能洗扫车作为环卫车中典型应用的代表，已经开始全面服务于城市清洁、建设等管理工作，并紧跟时代步伐，开始向绿色新能源，环保，高效等方向发展。

本文提供一种现有技术类洗扫车设计，并对现有结构提出一些优化改进思路，仅为相关技术应用产品开发工作提供一些交流和探讨。