礦區(qū)路面清掃裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

徐永新, 程鵬飛

(河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 機(jī)電工程系,河南 新鄉(xiāng) 453000)

摘要:礦區(qū)生產(chǎn)與生活區(qū)的路面由于礦物粉塵顆粒積累比較嚴(yán)重,特別是在一些路沿及死角,采用傳統(tǒng)的清掃裝置清掃難度較大,清掃效率較低,本研究設(shè)計(jì)的清掃裝置利用了平行四邊形機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性,增大了清掃的有效面積而又不受路沿等路面條件限制,具有很強(qiáng)的針對(duì)性和適應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)表明清掃的效果均超過(guò)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

關(guān)鍵詞:礦區(qū)路面;掃路車;清掃裝置;平行四邊形機(jī)構(gòu)

收稿日期：*2015-03-10

作者簡(jiǎn)介：徐永新(1970-),男,河南新鄉(xiāng)人,高級(jí)工程師,主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造研究。

中圖分類號(hào)：U469.6

0引言

我國(guó)礦區(qū)主要分布在山區(qū),距離城市較遠(yuǎn),風(fēng)沙比較大加之礦區(qū)作業(yè)對(duì)象本身的粉塵顆粒比較嚴(yán)重,這些都導(dǎo)致了礦區(qū)空氣中和地面上積累了大量的粉塵,由于礦區(qū)的采礦機(jī)械和運(yùn)輸車輛來(lái)往頻繁,致使很多礦物粉塵顆粒會(huì)積累在礦區(qū)道路的路沿死角,難以清理,這就造成路面長(zhǎng)期難以清掃干凈,礦區(qū)環(huán)境隨著時(shí)間的積累逐步惡化,進(jìn)而礦粉彌漫到整個(gè)礦區(qū)。因此,有必要設(shè)計(jì)一種針對(duì)礦區(qū)這種特殊環(huán)境的路面清掃裝置,提高路面礦物粉塵的清掃率,為礦區(qū)提供更加清潔的工作和生活環(huán)境[1-2]。

清掃裝置的組成主要包括有掃輥、掃盤、吸塵嘴及其他輔助機(jī)構(gòu)組成,吸掃式路面清掃機(jī)的工作原理是利用旋轉(zhuǎn)中的掃輥借助其掃枚(刷毛),將路面上的散落物、塵土等雜質(zhì)一次或多次推拋出路面,或收集到特制的集塵裝置中去,以達(dá)到潔凈路面之目的。掃輥是其作業(yè)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu), 掃輥的結(jié)構(gòu)、安裝角度和轉(zhuǎn)速高低, 都會(huì)直接影響到掃路機(jī)的工作效能。

研究中涉及至少包含一個(gè)掃盤和一個(gè)掃輥的掃路車清掃裝置,它以通常方式固定在掃路車的底架上,在底架還有用于吸塵的吸嘴,固定在掃輥前方的支撐架上。

1常見清掃方式的結(jié)構(gòu)布置

常見傳統(tǒng)掃路車清掃裝置的結(jié)構(gòu)有兩種:

一種結(jié)構(gòu)布置方案是掃輥安裝于吸塵嘴前方,與車前方向成一定夾角,固定的掃輥向吸塵嘴前拋撒垃圾。這種吸塵嘴可在車輛行駛時(shí)用氣力接收與吸起礦物粉塵顆粒及垃圾,其優(yōu)點(diǎn)是,吸塵嘴能不受掃車輥的影響從一個(gè)工作位置移到另一個(gè)工作位置;缺點(diǎn)是:由于掃輥的機(jī)械清掃作業(yè)不能發(fā)揮,只能接受部分垃圾,需輔助氣力吸塵[4]。

布置的形式?jīng)Q定了其缺點(diǎn):在掃除不易打掃的灰塵時(shí),尤其是當(dāng)粉塵顆粒比較重,像礦區(qū)路面的礦物粉塵在與水接觸后形成了潮濕、黏稠的垃圾后,清掃質(zhì)量會(huì)明顯下降。由于附加必需的清掃水溝(道沿)掃帚(所謂的側(cè)掃帚),減少了掃帚清掃時(shí)有效面積,且不能一次清除掃路車覆蓋面,這也是其不利的一面。

另一種布置方案是吸塵嘴安裝于掃車輥前方,這種排列方式避免了前一方式的缺點(diǎn),吸塵嘴前置的布置方式能使吸塵嘴與掃輥一起配合工作,掃輾與行駛方向反向運(yùn)動(dòng),將垃圾向前內(nèi)側(cè)拋向吸塵嘴的吸塵氣流內(nèi),吸塵效果更好,剩余垃圾量更少。 因此,這種結(jié)構(gòu)具有掃輥與吸塵嘴完全覆蓋掃路車行駛覆蓋面的優(yōu)點(diǎn),但就其結(jié)構(gòu)本身可看出這種方案的固有缺點(diǎn),因?yàn)槲鼔m嘴與掃輥的固定相對(duì)位置與其工作時(shí)的側(cè)面開口,決定了吸塵嘴在超出掃輥范圍或在掃輥提起時(shí)不可能進(jìn)行位置移動(dòng)與傾斜。在溝渠內(nèi)灰塵的吸取或用側(cè)掃帚清掃和用吸塵管對(duì)溝渠清掃時(shí),清掃工作均無(wú)法完成,特別是對(duì)于礦區(qū)這種特殊情況來(lái)說(shuō)效果會(huì)更差[4]。

兩種掃路車清掃裝置布置方案顯著區(qū)別在于吸塵管的折疊移動(dòng)方式。第一種布置方式中吸塵管的平行四連桿運(yùn)動(dòng)平面為水平方向;第二種布置方式為吸塵管固定于掃輥架。帶有平行四連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置方案保證了吸塵嘴在水平面上的正確移動(dòng),也就是在任何位置上都可使吸塵嘴開口方向一致,及與車輛的長(zhǎng)度方向夾角大致一定。在清掃例如馬路上的排水溝時(shí),及清掃重建道路時(shí),吸塵嘴為了向下傾斜采用特殊的結(jié)構(gòu)形式,由連桿長(zhǎng)短與結(jié)構(gòu)形式所限導(dǎo)致了不利的吸塵嘴偏傾。為調(diào)整該偏傾需要花費(fèi)額外費(fèi)用來(lái)增加獨(dú)立的機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。并且為了保持吸塵管拖架與地面的固定間隙,至少要加兩個(gè)隨動(dòng)輪。隨動(dòng)輪安裝于吸塵管拖架上越過(guò)水平連桿機(jī)構(gòu)與掃路車大梁柔性連接。

在吸塵嘴位于掃輥的前方時(shí),當(dāng)清掃排水槽時(shí)沒(méi)有獨(dú)立的吸塵嘴下沉機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)上也無(wú)法實(shí)現(xiàn),沒(méi)有辦法消除由于掃輥磨損而造成的間隙。

2針對(duì)礦區(qū)路面的清掃裝置的布置方案

本研究的設(shè)計(jì)原則就是針對(duì)了礦區(qū)路面的特點(diǎn),基于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)的新型清掃裝置,該設(shè)計(jì)已經(jīng)獲得了國(guó)家專利的授權(quán)(ZL201420093568.8),設(shè)計(jì)中包含一個(gè)掃盤的掃路車清掃裝置,它有一個(gè)吸塵嘴,該吸塵嘴安裝于掃輥前面的拖架上,安裝有吸塵管的拖架通過(guò)三根等長(zhǎng)的連桿與汽車底盤大梁餃接,連桿既與底盤連接又與吸塵管拖架的中部連接,三根等長(zhǎng)連桿按兩個(gè)共邊的平行四邊形布置,兩根桿組成的一個(gè)四邊形位于垂直方向,其中一根桿與第三根桿組成相鄰的水平方向的四連桿機(jī)構(gòu),吸塵嘴的后邊沿平行于掃輥的回轉(zhuǎn)方向移動(dòng),并在以掃路車輪兩側(cè)廓線內(nèi)來(lái)回?cái)[動(dòng)。

具體結(jié)構(gòu)如下圖所示[6]:

圖1　清掃裝置側(cè)視圖

圖2　清掃裝置俯視圖 圖中: 1-掃輥;2-掃盤;3-吸塵嘴;4-閥門;5-鉸點(diǎn)二;6-鉸點(diǎn)三;7-鉸點(diǎn)五;8-拖架;9-支撐輪;10-軸;11-軸承;12-大梁;13-支架;14-鉸點(diǎn)一;15-鉸點(diǎn)四;16-鉸點(diǎn)六;17-連桿一;18-連桿二;19-連桿三;20-油缸一;21-下支點(diǎn);22-上支點(diǎn);23-油缸二;24-鉸點(diǎn)八;25-尾邊;26-鉸點(diǎn)七

圖1顯示加裝底盤大梁12的主要功能部件,處于工作位置的掃輥1與有功能聯(lián)系的吸塵嘴3,吸塵嘴3鉸接于拖架8上,一端接于支撐輪9上,拖架8通過(guò)連桿與支架13連接,支架13固定于底盤大梁山上,支架13與拖架8之間是鉸點(diǎn)四15和鉸點(diǎn)六16,其間為垂直面內(nèi)的連桿一17和連桿二18。鉸點(diǎn)四15和鉸點(diǎn)六四與連桿一17和連桿二18組成了垂直面內(nèi)的平行四連桿機(jī)構(gòu),鉸點(diǎn)四15和鉸點(diǎn)六16借助于各自的鉸點(diǎn),支架13上的鉸點(diǎn)一14與拖架8上鉸點(diǎn)三6進(jìn)行垂直與水平方向上的擺動(dòng)。

吸塵嘴3的尾邊25與掃輥1的長(zhǎng)軸在工作位置保持平行,吸塵嘴3與底盤縱軸成一定的夾角,與掃輥1的長(zhǎng)軸角度相一致,以確保垃圾灰塵的徹底清掃。

為了確保吸塵嘴3的工作位置,由鉸點(diǎn)二5、帶有鉸點(diǎn)八24的支架13上的鉸點(diǎn)五7及連桿三19,連桿三19的另一端與拖架8上鉸點(diǎn)七26相連,組成的水平面上的第二個(gè)平行四連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)第二平行四連桿機(jī)構(gòu)與連桿-17和連桿二18組成的第一個(gè)平行四連桿機(jī)構(gòu)共同作用,實(shí)現(xiàn)吸塵嘴3在垂直與水平方向上的可靠定位,保障吸塵嘴3尾邊25與掃輥l的長(zhǎng)軸角度在任何工作位置上相等。

連桿一17和連桿二18及在寬度方向起作用的連桿三19,通過(guò)油缸一20、油缸二 23的作用定位于其工作位置上,油缸-20的下支點(diǎn)21位于拖架8上,通過(guò)上支點(diǎn)22 連接于汽車大梁12上。

掃輥1前方的工作位置是一個(gè)首要工作位置,處于該工作位置時(shí),連桿一17、連桿二18和連桿三19的長(zhǎng)軸與清掃輥1的軸線方向幾乎垂直。吸塵嘴3上的粗粒垃圾閥門4被置于與輥平面平行的工作位置。使用位于副車架12和支點(diǎn)7之間的油缸二23、油缸-20實(shí)施擺動(dòng)功能,讓吸塵嘴 3向外、向下擺動(dòng)。

通過(guò)兩個(gè)平面內(nèi)安裝連桿機(jī)構(gòu)使得吸塵嘴3在機(jī)構(gòu)允許的擺動(dòng)范圍內(nèi),可被移動(dòng)并保持在任一擺動(dòng)位置。由于與油缸一20相連的垂直工作的連桿一17和連桿二18的擺動(dòng), 吸塵嘴3在垂直方向上的得以保證無(wú)級(jí)運(yùn)動(dòng),并能確保其在高于或低于清掃車輛?？康孛娴奈恢蒙隙ㄎ?。當(dāng)吸塵嘴3擺動(dòng)出清掃輥的作用范圍時(shí),將只工作在純吸掃方式下。借助于吸塵嘴3通過(guò)支撐輪在垂直位置的精確定位,使得吸取更大的粗粒垃圾成為可能。水平方向的無(wú)級(jí)定位方式保證了吸塵嘴3在受限位置、長(zhǎng)條形地域的吸掃和清掃時(shí)可靠定位與移動(dòng),因此,特別適合于礦物粉塵較多道路邊緣和潮濕、黏稠垃圾的清掃使用。

至此已經(jīng)明顯說(shuō)明,可移動(dòng)的吸塵嘴3能夠滿足清掃方式合理化的要求,從而保證其有一個(gè)較經(jīng)濟(jì)的灰塵吸取與運(yùn)行狀態(tài)。

該位置也提供了純吸方式,即吸塵嘴3處于擺動(dòng)出掃轆外側(cè)位置時(shí),連桿一17和連桿二18與共同作用的連桿三19位置布局經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算。在連桿17、18、和19的每個(gè)擺動(dòng)和舉升位置,吸塵嘴3的中軸與清掃輥1長(zhǎng)軸所成角度是一致的。同時(shí)吸塵嘴3的橫、縱軸與街道平面在吸塵狀態(tài)時(shí)保持幾乎平行。在車體側(cè)面安裝一個(gè)盤式掃帚2將更具優(yōu)勢(shì)。

圖2顯示了在拖架8上吸塵嘴3的回轉(zhuǎn)軸承。吸嘴借助位于軸承11上的軸10運(yùn)動(dòng),軸承11具有彈性,用以支撐軸10,它的長(zhǎng)軸與車輛長(zhǎng)軸平行。這種布置使得吸塵嘴3總是與道路或工作表面的斜坡相適應(yīng)。

3依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)

利用上述清掃裝置設(shè)計(jì)的礦區(qū)清掃車,進(jìn)行了路面實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):陽(yáng)泉礦務(wù)局段王煤礦工作廠區(qū)。按照汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)(QC/T51-2006)規(guī)定掃路車的實(shí)驗(yàn)方法有幾項(xiàng)重要數(shù)據(jù)需要實(shí)驗(yàn)測(cè)定[7]。

清掃效率:按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定掃路車在平均污染量為40g/m2平整路面上,以額定清掃速度進(jìn)行清掃,取樣距離為5cm,取樣寬度為清掃寬度的90%,測(cè)量掃前地面垃圾量和掃后地面殘存量按下式計(jì)算清掃效率。實(shí)驗(yàn)3次,取平均值。

其中:η-清掃效率

W0-掃前地面垃圾量g/m2

W1-掃后地面垃圾量g/m2

清掃速度:掃路車在平均污染40g/m2的平整路面上進(jìn)行清掃作業(yè)的速度,其清掃效率應(yīng)符合吸掃式的規(guī)定。測(cè)量清掃100m所需的時(shí)間。公式如下:

其中:Vmax-最高清掃速度,km/h

S-清掃陸離,m

T-清掃時(shí)間,s

清掃能力:按照最高清掃速度計(jì)算得到。計(jì)算公式如下:

F=3600×Vmax×C

其中:Fmax-清掃能力,m2/h

C-清掃寬度,m

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)要求填寫的結(jié)果見表1。

表1　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

4結(jié)論

根據(jù)礦區(qū)的路面情況,對(duì)掃路車的清掃裝置做了較大的改進(jìn),改進(jìn)的方案主要是利用了兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),保證了清掃過(guò)程中掃輥以及吸塵嘴與地面平行的工作狀態(tài),這樣就極大地增大了清掃的有效面積和清掃的效率,特別是對(duì)于礦區(qū)路面來(lái)說(shuō)路沿等死角的礦物粉塵顆粒積累比較嚴(yán)重,清掃難度較大,清掃效率低下,該設(shè)計(jì)的布置方案具有很強(qiáng)的針對(duì)性,按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,吸掃式的清掃方式的清掃效率為不低于90%,根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示都超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。該設(shè)計(jì)方案對(duì)于礦區(qū)路面及一些類似的路面情況來(lái)說(shuō)有著很好的適應(yīng)性和清掃效果。

(責(zé)任編輯呂春紅)

參考文獻(xiàn):

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A Design Cleaning Device Structure of Mining Area Surface

XU Yong-xin，et al

(Mechanical and Electrical Engineering Department,Henan Mechanical and

Electrical Engineering College,Xinxiang 453000,China)

Abstract:Mining area of production and living areas of the road because the accumulation of mineral dust particles is serious, especially in some dead Angle, the traditional cleaning device of cleaning is difficult, cleaning efficiency is low, this study design of cleaning device using the structure characteristic of the parallelogram mechanism, increase the effective area of cleaning and not be restricted by footpaths and other pavement conditions, have very strong pertinence and adaptability. Experiments show that the effect of cleaning more than the industry standard.

Key words:mine road；sweeping machine；cleaning device；parallelogram mechanism