10.16638/jki.1671-7988.2021.04.062
王仁鹏，李温锋，马莹，朱仰智，王瞳玮
（陕西汽车控股集团有限公司技术中心，陕西西安710200）
摘要：文章介绍了一种新型环保单发洗扫车，该车以节能减排、智能高效为核心，设计了混合式垃圾箱体、多级离合式动力系统、双唇式密封、浮动式清扫系统，保证了该车使用功能和性能要求，保证了单发洗扫车节能降耗、排放污染低、作业噪音小、驾乘舒适、连续作业时间长，提高了作业效率，降低了使用维护保养费用。 关键词：单发洗扫车；多级离合式动力系统；双唇式密封；浮动式清扫系统
中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)04-201-04
A design study on a new type of environmental protection single engine
离心离合器
washing and sweeping vehicle
Wang Renpeng, Li Wenfeng, Ma Ying, Zhu Yangzhi, Wang Tongwei
( Shaanxi Automobile Holding Group Co. Ltd., Technology Center, Shaanxi Xi'an 710200 )
Abstract: This paper introduces a new environmental protection of the single engine washing and sweeping vehicle, taking energy conservation and emissions reduction, intelligent high efficiency as the core, the design of the hybrid garbage enclosure, multistage clutch type power system, double lip seal, floating cleaning system, ensures the vehicle use function and performance requirements, ensures the single engine washing and sweeping vehicle saving energy and reducing consu -mption, emission pollution, low operating noise, ride comfort, long continuous operation time, improves the working efficiency, reduces the use of maintenance costs.
Keywords: Single engine washing and sweeping vehicle; Multi-stage clutch power system; Double lip sealed; Floating cleaning system
CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)04-201-04
1 前言
近几年随着路面保洁机械化覆盖率提升，清扫类环卫车销量逐年增长，市场销量每年达到1.2万辆以上（数据来源保险数据），其中洗扫车占比高达70%。洗扫车作为清扫类环卫车的主力车型之一，属于特种作业车，由于上装工作部件功耗高、噪音大，目前市场多为双发动机车型，而单独驱动上装作业的辅助发动机遵循非道路移动机械发动机排放标准，目前均为工程三阶段排放[1]。2018年8月21日生态环境部为落实《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》和《国务院关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》等文件要求，防止非道路移动机械污染大气环境，保障生态环境安全和人体健康，指导环境管理与科学治污，促进非道路移动机械污染防治技术进步，发布《非道路移动机械污染防治技术政策》公告，要求新生产装用压燃式发动机的非道路移动机械，2020年达到国家第四阶段排放控制水平，2025年与世界最先进排放控制水平接轨。这就意味着传统的双发动机洗扫车即将面临着上装发动机排放升级，需增加后处理单元等，使得双发洗扫车整 作者简介：王仁鹏，男，工程师，就职于陕西汽车控股集团有限公
201
汽车实用技术
202 车布置更加复杂，成本及使用维护保养费用增加，显然单发动机洗扫车产品技术、成本优势进一步凸显，将有更好的市场前景，因此洗扫车单发动机化将成为发展趋势。
2 新型环保单发洗扫车
为响应“蓝天保卫战”，以及严格遵守国家有关安全、技术、质量、环保等法律法规，笔者以节能减排、智能高效为核心，开发了一款新型环保单发洗扫车。该车采用陕汽环卫专用二类底盘，加装前置清水箱体及混合式垃圾箱体，清水储存与污水储存容积占比合理化设计，以及水泵和喷嘴的科学选型匹配，中央浮动式清扫系统参数化作业边界条件科学设计，使得整车作业效率及性能提升效果显著，核心性能指标洗扫净率在车速3～15km/h 范围内达到95%以上，满足“以克论净”环卫考核指标要求（作业后达到5g/m ≯2）。后门门框设有双唇发泡密封条且采用可调节锁紧机构方式锁紧，作业及转场过程
中无滴漏，不会对环境造成二次污染。卸料采用腹部举升方式和箱内大流量冲洗装置，可将箱内垃圾一次全部卸掉，快而干净。多级离合式动力系统开创性的实现多条动力传动装置并联传动，每一条动力传动装置都可单独工作，满足整车各种工况工作需求，传动系统结构简单，使得整车能耗最低、排放污染小，传动过程不需能量相互转换，使得传动效率高、故障率低、维修保养成本小。整车结构布置紧凑合理，控制策略方案最优，作业噪音小、驾乘舒适、连续作业时间长；在转场、作业、卸料等多种工况下均具有出的经济性、环保性、可靠性和适应性。其具体结构如图1所示。
1-环卫专用二类底盘 2-前置清水箱 3-混合式垃圾箱体 4-双唇式后门密封 5-后防护 6-挡泥板 7-举升机构 8-浮动式清扫系统 9-多级离合式动力系统 10-侧防护
图1 新型环保单发洗扫车
2.1 混合式垃圾箱体
混合式垃圾箱体采用304不锈钢材料制作，整体多舱体瓦楞型结构，主要由动力舱、清水储存舱、污水储存舱、风道、滤网、挡罩等组成。其中清水储存舱与污水储存舱的设计，根据沥青路面污水回收率≥55%，水泥路面污水回收率≥65%的要求[2]，对容积占比合理匹配，保证连续作业时间长。该箱体采用了后置宽滤网的风机通道结构，而且喇叭状的通
道结构更有利于气力输送，避免滤网与风机通道衔接部分截面面积相差较大，瞬间提升风速，不利于沉降，同时也避免了污水倒灌现象。混合式垃圾箱总体设计质量轻、强度高、内部空间利用率高，使用寿命长。整车外形及箱体如图2所示。
图2 整车外形及箱体
2.2 多级离合式动力系统
多级离合式动力系统采用动力系统（底盘行驶+上装工作）一体化设计，只需一款发动机就可以满足驱动整车行驶及上装工作。行驶动力系统采用“发动机+变速箱+主传动轴+驱动桥”的技术方案；上装工作动力系统采用“发动机PTO 取力+两段式传动轴+主离合器+轴承座（含芯轴）+中间离合器（驱动风机）+副离合器（驱动高压水泵）”、“变速箱右取力+液压油泵”以及“变速箱左取力+传动轴+低压水泵”的技术方案。该传动系统为纯机械式结构，传动过程不需能量相互转换，使得传动效率高、故障率低。该传动系统与常规的双发动机洗扫车动力系统比较，该动力系统结构简单、功耗低、噪音小、排放污染小，油耗较同吨级双发车型节油30%以上，噪音较同吨级双发车型降噪6～7dB 。其多级离合式动力系统结构如图3所示。
1-发动机 2-变速箱 3-液压油泵 4-传动轴 5-低压水泵 6-主传动轴 7-驱动桥 8-高压水泵 9-副离合器10-中间离合器 11-轴承座 12-张紧轮 13-混合式消声器 14-高压离心风机 15-主离合器 16-两段式传动轴
图3 多级离合式动力系统
该动力系统的行驶动力系统最优匹配，实现整车正常行驶最大速度为115km/h ；实现发动机在经济转速区域1200～1800rpm 之间工作时，作业行驶速度可控制在3～15km/h ，此时发动机PTO 输出扭矩最大，满足整车作业速度需求及上
装功率需求。
该动力系统的上装工作动力系统采用多级离合式最优匹
王仁鹏 等：一种关于新型环保单发洗扫车的设计研究
203
配，实现单个工作装置可单独工作。在发动机怠速650～750rpm 时，变速箱右取力器气动接合，液压油泵工作，实现作业准备/结束时吸嘴、扫盘等装置的升/降，实现卸料时垃圾箱体倾翻/回位、后门启/闭等；洗车时主离合器、副离合器接合（中间离合器不接合），实现用高压喷洗车时水泵在低转速区域工作。在发动机转速850～1200rpm 时，中间离合器逐渐完全接合，高压离心风机正常工作。在发动机转速1200～1800rpm 时，主离合器、中间离合器、副离合器接合，高压水泵在额定转速区域工作；同时可选择变速箱左取力器气动接合，低压水泵正常工作。根据路面的垃圾污染程度可以一键式选用以下作业模式：湿扫（标扫、强扫）、洗扫（标洗、强洗）、高压清洗、低压冲洗等。作业时根据不同的作业工况及环境条件，整车操控可选定速巡航或常规操作两种模式，合理的发动机工作转速以及离合器接合转速控制，保证了动力系统转动平稳，无机械冲击，各部件使用寿命长，整车能耗低，排放污染小。
通过对高压离心风机基于CFD/NVH 分析降噪，进而增加混合式消声器，其结构采用“扩张消声+孔板消声+吸音材料”技术方案，使得动力系统作业噪声降低3～4dB 。 2.3 浮动式清扫系统
浮动式清扫系统采用“中置两扫盘+中置宽吸嘴（含高压中喷杆）+V 型高压侧喷杆”技术方案，通过高压喷水射流清洗路面，扫盘将垃圾扫入吸嘴吸拾范围内，利用负压抽吸原理将垃圾物经过吸筒吸入垃圾箱。清扫系统主要包含扫盘总成和吸嘴总成。其浮动式清扫系统结构如图4所示。
图4 浮动式清扫系统
2.3.1 扫盘总成
扫盘作业外宽度为 3.2m ≮（中型车）， 3.5m ≮（重型车），盘刷直径一般为840～900mm ，毛刷磨损量为150～180mm 。扫盘作业为了达到良好的清扫效果，将扫盘的刷盘的前倾角设为4°～6°、外倾角设为4°～6°、接地角设为120°、接地点的绝对速度设为6～12m/s ，转速设定为60～120r/min 。毛刷材质选用PP/PA6材质，虽不如钢丝刷毛耐磨，但在清扫的过程中对地面的伤害较小，具有良好的弹性，可以加快垃圾尘粒的抛射速度和距离，提高扫盘的清扫能力；为了适应复
杂的作业环境，设定了弹簧浮动避障及复位功能，提升了扫盘适应性和使用寿命。湿扫作业模式为了抑制扫盘扬尘，在盘刷处环绕设置喷射角为110º的喷嘴，利用水雾压尘，可避免湿扫作业模式刷盘处扬尘。
2.3.2 吸嘴总成
吸嘴作业为了达到良好的吸拾效果，吸嘴有效作业宽度设定与扫盘的作业重叠区域量有关，重叠区域量按设计经验取吸嘴有效作业宽度的10～15%；吸嘴体左、右、前下边沿离地设为5～10mm ，后下边沿离地设为10～15mm 。湿扫作业模式防止产生二次污染，吸嘴的吸筒内对称设置喷射角为110º的
喷嘴，喷雾面覆盖整个吸筒断面，喷头倾斜向下对吸筒内粉尘进行截获、捕捉，使得湿润的粉尘聚结成更大体积的颗粒，从而增大其比重，有利于在垃圾箱内沉降。
洗扫作业模式为了达到高压清洗效果最优，左、右V 形侧喷杆、吸嘴中喷杆上设置喷射角为50º的喷嘴，左、右V 形侧喷杆喷嘴离地高度设为270～290mm ；吸嘴中喷杆喷嘴离地高度为170～190mm ；左、右V 形侧喷杆、吸嘴中喷杆的喷嘴前倾设置，形成的喷射水幕前倾40～45°，且相邻喷嘴喷水扇面结合≥20mm ，每个喷嘴与所在喷杆轴线呈2～4°夹角，并使水幕成平行直线。 2.4 后门密封结构介绍
后门采用插销式机构与三点式限位调节机构相结合，双保险机构使垃圾箱体与后门胶条可靠密封，并配备独特双唇式密封结构，多方面配合解决后门密封问题。图5为后门总成机构及密封设计结构图。
图5 后门总成机构及密封设计结构图
后门通过锁止板长条孔加调节螺栓和限位板加限位螺栓
三点式进行箱体与后门之间的调节，一方面可解决因加工装配问题导致的后门与箱体的贴合问题；另一方面配合插销式锁紧机构可以保证箱体与后门之间密封条的密封效果。
3 主要技术特点
整车的主要技术特点表现在：
（1）混合式垃圾箱体采用304不锈钢材料制作，整体多舱体瓦楞型结构；
（2）多级离合式动力系统采用动力系统（底盘行驶+上装工作）一体化设计，只需一款发动机就可以满足驱动整车行驶及上装工作； （下转第208页）
汽车实用技术
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（上接第203页）
（3）浮动式清扫系统采用“中置两扫盘+中置宽吸嘴（含高压中喷杆）+V型高压侧喷杆”结构，保证洗扫宽度大、吸力强劲、清扫彻底、作业效率高，并具备自动避障及复位功能；
（4）后门采用插销式机构与三点式限位调节机构相结合，并配备独特双唇式密封胶条，多方面解决后门密封问题；
（5）整车系统降噪采用“混合式消声器+动力仓体粘贴隔音棉”措施，其中混合式消声器用“扩张消声+孔板消声+吸音材料”，使整车作业噪声降低6～7dB；
（6）CAN总线智能控制技术，实现一键式智能化操控，通过屏幕实时显示车辆操作工况、作业参数、故障信息等，以及监控等视频功能，使作业状态一目了然，便于驾驶员操作，维护；
（7）可选配智能水路：根据工作时的环境温度自动调节洗扫车的水路系统，保证路面不会在低温（3℃）环境下由于洗扫车喷水或洒水而造成路面结冰现象；
（8）可选配随距检测：车辆作业时自动检测距路边距离，实时报警提示司机，避免操作过程中出现撞击V型侧喷杆现象。
4 结论
该新型环保单发洗扫车采用混合式垃圾箱体、多级离合式动力系统、双唇式密封、浮动式清扫系统及CAN总线智能控制技术，有效地降低了整车作业能耗、排放污染及作业噪音，提升了整车作业效率、整车性能及智能化操控水平，提高了整车经济性、环保性、可靠性和适应性，有效地解决了洗扫车因
排放升级带来的一系列问题。
参考文献
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