王滌成

通過對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)、掃刷起塵過程的起塵動(dòng)力學(xué)、塵流空氣場(chǎng)、旋風(fēng)分離技術(shù)以及整車結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面的研究和數(shù)字化分析設(shè)計(jì)，制造出先進(jìn)的道路清掃保潔裝備，提高了我國道路清掃機(jī)械的發(fā)展水平，根治道路上方的細(xì)小顆?；蹓m，改善道路部分的環(huán)境，有效地減少和控制“霾”的產(chǎn)生。

Through research and digitization analysis and design of the vehicle dynamics， dust raising dynamics of sweepers dusting process， dust currents air field， cyclone separation technology and whole vehicles optimization， the advanced road sweep and clean equipment are made， which raise the road sweep and clean equipment of our country to a high level， radically solve the problem of the minor granulation dust， improve part of the road environment， and effectively reduce and control the generation of “haze”.

當(dāng)前，人們是談“霾”色變。確實(shí)，它是懸浮在大氣中的大量微小塵粒、煙?；螓}粒的集合體，使空氣渾濁，不但會(huì)引起交通事故，而且它們?cè)谌藗兒翢o防范的時(shí)候侵入人體呼吸道和肺葉中，從而引起呼吸、心血管、血液、生殖等系統(tǒng)的疾病?！蚌病碑a(chǎn)生的機(jī)理非常復(fù)雜，就道路而言，主要是由于汽車尾氣排放、拋灑垃圾、汽車行駛過程中輪胎與地面的強(qiáng)烈摩擦產(chǎn)生的炭黑微粒、對(duì)路面及車身周邊的環(huán)境的擾動(dòng)產(chǎn)生的揚(yáng)塵，以及道路清掃保潔車輛產(chǎn)生的“二次揚(yáng)塵”。

隨著城市化進(jìn)程的加快，道路上的人工清掃已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。與國外產(chǎn)品相比，國內(nèi)產(chǎn)品的技術(shù)水平，尤其是控制系統(tǒng)和清掃效率、效果差距明顯，因此研究和開發(fā)高品質(zhì)的道路清掃車，有助于提高我國道路清掃機(jī)械的發(fā)展水平，有助于根治道路上方的細(xì)小顆粒化粉塵，改善道路部分的環(huán)境。

一、起塵動(dòng)力及吸嘴、風(fēng)道設(shè)計(jì)與分析

掃路車在工作時(shí)，設(shè)計(jì)的組合式吸嘴內(nèi)部的氣流流動(dòng)狀態(tài)一般為湍流。因此，氣流在組合式吸嘴的吸盤內(nèi)部對(duì)地面塵粒的作用過程，就是湍流對(duì)塵粒的作用過程。在湍流作用下，氣流作用于塵粒上的力有以下四種：迎風(fēng)阻力、沖擊力、上升力和塵粒自身的重力。在擴(kuò)展區(qū)域的邊界條件設(shè)置上，可以假設(shè)離吸嘴較遠(yuǎn)的區(qū)域不受吸嘴的影響，故邊界條件可設(shè)置為壓力入口邊界條件，入口邊界上的靜壓值設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。吸塵口的出口邊界條件根據(jù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2000r/min時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)，設(shè)置為壓力出口邊界條件，相對(duì)壓力大小為-1800Pa。如圖1為組合式吸嘴的流場(chǎng)仿真模型。進(jìn)氣口的入口邊界條件設(shè)置為速度入口邊界條件，吸塵口的出口邊界條件設(shè)置為壓力出口邊界條件，相對(duì)壓力大小也為-1800Pa。兩吸嘴均采用 雙方程的湍流模型。

吸嘴在吸塵的過程中，吸嘴外部的空氣被大量地吸入吸嘴內(nèi)部，吸嘴內(nèi)部的氣流速度隨著離吸塵口距離的增加而很快衰減。而組合式吸嘴憑借氣幕射流的卷吸作用和對(duì)塵源的封閉作用，使吸塵口可以以較小的吸氣量，實(shí)現(xiàn)對(duì)較遠(yuǎn)處灰塵的抽吸。同時(shí)，出口流量的減小意味著對(duì)風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管道和氣體處理設(shè)備等的要求也相應(yīng)降低，既減少了設(shè)備的費(fèi)用又達(dá)到了節(jié)能的目的。純吸式吸嘴則必須加大吸氣量，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)較遠(yuǎn)控制點(diǎn)處灰塵的抽吸，而吸氣量的增大直接導(dǎo)致對(duì)風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管道和氣體處理設(shè)備要求的提高，并增加了設(shè)備的費(fèi)用，加大了能量的消耗。

二、旋風(fēng)式水-塵、氣-塵分離裝置

傳統(tǒng)的旋風(fēng)分離裝置的特點(diǎn)是，在風(fēng)機(jī)的作用下，它可以將進(jìn)入旋風(fēng)分離裝置中的粉狀物（簡(jiǎn)稱：粉塵）從氣流中分離出來。它們不適用于含水的水粉氣混合物的分離，在分離過程中，無法將水、粉塵和空氣三者分別分離出來。然而，水粉氣混合物的分離過程中，需要將水、粉狀物和空氣分別分離出來，尤其是水是具有一定的回收利用價(jià)值，若能將水、粉狀物和空氣分別分離出來，則水可回收，達(dá)到廢水回用的目的。

三、清掃作業(yè)系統(tǒng)中的機(jī)電液控制

①液壓控制

道路清掃保潔車輛作業(yè)系統(tǒng)液壓控制系統(tǒng)主要功能：液壓行走、盤刷上下、吸口升降、盤刷旋轉(zhuǎn)、盤刷左右移動(dòng)、風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止、箱體舉升和下降、艙門的開啟和關(guān)閉。這些動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)都是靠閥控馬達(dá)，以及閥控缸，因此，相對(duì)應(yīng)的掃路車控制系統(tǒng)就是對(duì)這些電磁閥進(jìn)行控制。

②清掃作業(yè)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用80C51系列的單片機(jī)。在電磁閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出接口設(shè)計(jì)方面，駕駛員根據(jù)具體情況，通過操作開關(guān)向單片機(jī)發(fā)出命令后，命令經(jīng)單片機(jī)處理轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)首先輸出到8255的端口，再經(jīng)過緩沖、隔離放大，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電磁閥。

③掃路車盤刷轉(zhuǎn)速控制

在實(shí)際清掃作業(yè)中，盤刷轉(zhuǎn)速需要根據(jù)掃路車的速度變化而作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)采用閥控方式對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行調(diào)速控制，即通過改變閥口的開度大小來調(diào)節(jié)負(fù)載流量以控制液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速。為了適應(yīng)單片機(jī)控制電路的要求，采用的由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的數(shù)字節(jié)流閥來控制。

④單動(dòng)程序的設(shè)計(jì)

單動(dòng)程序的設(shè)計(jì)主要是控制清掃車的啟動(dòng)和倒車，以及盤刷的左右移動(dòng)，風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)，作業(yè)系統(tǒng)的啟動(dòng)，盤刷的上下、避讓，吸口的上下，控制垃圾箱門的開和關(guān)，垃圾箱的上升和下降。其程序設(shè)計(jì)相當(dāng)簡(jiǎn)單，即在檢測(cè)到相應(yīng)控制開關(guān)閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出控制位。

四、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）機(jī)電液一體化控制系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)與建模，并采用閥控方式對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行調(diào)速控制，即通過改變閥口的開度大小來調(diào)節(jié)負(fù)載流量以控制液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速，突破了清掃作業(yè)系統(tǒng)中的簡(jiǎn)單控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)際清掃作業(yè)中，盤刷轉(zhuǎn)速根據(jù)車輛行駛速度的變化而作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

（2）基于FLUNT的掃刷起塵過程的起塵動(dòng)力學(xué)分析以及塵流空氣場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)建模；創(chuàng)新設(shè)計(jì)了新型風(fēng)嘴及風(fēng)道系統(tǒng)，從而有效地控制了二次揚(yáng)塵。

（3）基于旋風(fēng)分離的干濕兩用除塵及脫水分離裝置的設(shè)計(jì)建模；設(shè)計(jì)了一種旋風(fēng)式水—塵、氣—塵分離裝置，該裝置結(jié)構(gòu)中的錐形內(nèi)套筒的直徑較大，則氣流流速較小。實(shí)現(xiàn)水、塵、氣三項(xiàng)分離，達(dá)到了新鮮氣流排放的目的。

通過對(duì)干濕兩用道路清掃保潔車輛的技術(shù)研究，符合全液壓驅(qū)動(dòng)吸掃式清掃車的技術(shù)發(fā)展方向，科技含量高，廣泛適用于城市道路、公路、橋梁、廣場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、碼頭等水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面的機(jī)械化清掃保潔作業(yè)。制造出的先進(jìn)道路清掃保潔裝備，提高了我國道路清掃機(jī)械的發(fā)展水平，根治道路上方的細(xì)小顆?；蹓m，改善道路部分的環(huán)境，有效地減少和控制“霾”的產(chǎn)生，為推動(dòng)環(huán)衛(wèi)產(chǎn)品的技術(shù)革新具有特別重要的意義。

（作者單位：江蘇悅達(dá)專用車有限公司）