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多功能环境养护车
2014-09-13 来源:
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摘要

    对清扫过程进行了周密地分析、研究、提出以CA1046L2型汽车为主机,设计一种具有简单、经济、适用、多功能及工作效率高等特点的养护车。其主要功能是进行清扫、压尘和除雪作业。根据目标和要求,进行了总体设计,将多功能养护车分成清扫装置、输送与提升装置、液压系统、防尘系统及犁式推雪铲等几个部分,对各个部分的工作原理进行了分析,对通用的关键元件给出了型号及主要技术参数。

1养护车的发展概况

    1.1 国外概况

    20世纪80年代中期,随着国外新建公路速度趋于乎缓,公路养护工作在国外已提到明显重要的位置(如美国每年要花费150亿美元维护400万km公路网;法国国营及A级道路中国道网共29700km。用于国道养护的机械、车辆就达6万多台)。为适应养护工作需要,工业发达的国家将大量的资本和开发能力开始投向养护机械研制生产,从而使国外养护机械得到了迅速发展,公路养护工作提出了新的、更高的要求,公路养护机械的研制开发工作因而也备受有关方面重视。欧美国家一般使用真空吸扫式扫地机,由于其普遍采用湿式降尘、密封式吸音隔音、液压或气控制系统、吸扫双重清扫作业。因而具有工作效率高、操作简单、环境污染小等优点。加装游动软管,以抽吸边沟及隔离带中的垃圾,扩展了设备的功能。主要制造商有:美国EL—GEN公司,其生产的GE系列扫地机,最大扫宽3.45m。辅助发动机与风机之间采用机械传动,结构较为简单,维修方便。采用S型尘土分离器有较高的除尘效果,控制台带电子状态显示及故障诊断系统,使操作更加简便。英国JOHNSTON公司,其生产600系列扫地机,最大扫宽达2.2m,辅助发动机与风机之间采用液力偶合器传递动力,功率损失小,在垃圾斗内设有冲击板、折流板、尾部有金属过滤网增加气流碰撞,加大除尘效果,根据实际清扫需要,辅动发动机可分别在“节能状态”和“增强状态”两种工况下工作,节约能源。

    1.2 国内概况

    我国公路养护机械发展严重滞后于公路建设的发展。高等级公路的养护机械至今仍依赖进口。和国#1-产品相比,国产养护机械化程度、机械品种及数量、产品的性能及质量等;b-面存在较大差距,因此迅速发展我国公路养护机械已迫在眉睫。在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上,近几年来。国内开始研制开发适合我国国情的公路养护机械。且产品质量也有一定的提高。某些养护机械的技术性能指标甚至接近或达到国外同类机械的先进水平。专家们提出了发展养护机械的几点意见。

    (1)养护机械必须与养护工艺、材料同时发展;

    (2)合理选型;

    (3)开发一机多用底盘;

    (4)提高公路养护机械管理水平;

    (5)多功能养护底盘及工作装置;

    (6)沥青路面再生设备及就地再生机组;

    (7)水泥路面养护维修机械。

    我国自20世纪80年代开始生产道路扫地机,近几年发展较快.不仅表现在产品规格型号明显增多。而产品的技术性能也有明显提高。国产扫地机在结构上普遍采用了机电液一体化技术,并进一步加强隔音、降尘等环境保护方面的技术措施。主要生产厂家有:北京公路局汽修厂。该厂生产的清扫车采用国产东gl,底盘,工作装置采用美国ELGIN公司的全套产品。其生产的BAQ5130GXS型清扫车,最大扫宽2.438m,垃圾斗容量61m3;BAQ5120GXS型扫地机,最大扫宽3.45m,垃圾斗容量5m3;TSW5090GX型扫地机,采用国产解放底盘,最大扫宽2.7m,垃圾斗容量5m3;TSW5060GQS型扫地机,采用国产跃进底盘,最大扫宽2.7m。垃圾斗容量3.5m3;扬州特种车辆厂生产的JT5140GXC扫地机,采用左右双驾驶系统,最大扫宽2.2m,垃圾斗容量4m3;南京晨光集团公司,该公司在吸收意大利DULEVO扫地机技术基础上研制开发出C.GJ5050GXCNKR型扫地机,该车采用五十铃汽车底盘,干式除尘,最大扫宽2.6m,垃圾斗容量3.9rn3;佛山市公路局机械厂,其生产的ZHF5110TSC型扫地机,采用东风底盘,所有清扫作业均由可编程序控制器自动控制,最大扫宽2.2m,垃圾斗容量5.3m3。随着我国公路养护体制的变化及国家产业政策的调整、科技创新的力度不断加强,公路养护机械行业必将随着建设事业的发展成为技术先进、型号齐全、具有相当规摸的新兴行业。

    社会文明的进步也要求公路养护以机械化逐步取代人工作业,尽可能改善养护工人的作业条件,降低劳动强度。而养护机械化是提高公路养护作业质量、速度和效率的最重要手段,是实现传统养护方式向现代养护方式转变的物质基础。因而改革公路组织形成、加快养护机械化进程,是公路事业发展的客观要求。

2 总体构想

    以CA1046L2型汽车为主机,车前加装推雪铲或立式侧刷,车后装水平滚刷式清扫装置,在车箱体后底部装压尘装置。推雪铲和水平滚刷式清扫装置的升降有液压缸控制,立式侧刷和水平滚刷由液压马达驱动旋转。养护装置与主机可以随意拆装,不改变主机的结构和功能。可通过更换不同的工作装置完成道路清扫作业及除雪作业,主机除可作为多功能养护机牵引车及动力源外,还可作为常用的运输-I具使用,具有一机多能的特点。

    2.1 基本构成

    SLCX小型多功能养护车的总体结构如图1所示。在清扫路面砂石、尘土时,多功能养护车的配置主要有侧刷、侧刷(或除雪铲)升降装置、主机、水箱、副动力装置、防尘罩、水平滚刷式清扫装置、喷雾压尘装置等。在除雪作业时多功能养护的主要配置有除雪铲、除雪铲升降装置、主机、副动力装置、防尘罩、水平滚刷式清扫装置等。

    2.2技术指标 

  

3 清扫装置的结构形式及选择

    自20世纪70年代以来,我国环卫部门已经研制出几种类型的扫地机械,主要用在城市街道的清扫,但其性能不高,效率较低。近几年来,国内先后有几家工厂试制了几种吸扫式的扫地机,采用了喷水压尘、湿式除尘、吸扫结合的工作方式。此外,有些厂家引进了国外先进吸扫式扫地机工作装置的生产技术,与国产汽车底盘配套生产扫地机,大大提高了国产扫地机械的技术性能。

    国外扫地机已经经历了几十年的发展过程,许多产品经过了几代的改进完善,在设计思想、工作原理、结构形式等方面许多优点,工作性能和技术水平较高,值得我们学习和借鉴。

    扫地机械按其工作原理可以分为:吸扫式扫地机、纯扫式扫地机。吸扫式扫地机通常具有可伸到基础车体以外的盘刷或主刷用于将路缘、边角、护拦下的垃圾输送、集中到吸口前方,利用空气动力通过吸口将垃圾捡拾和输送到垃圾箱中,吸扫式扫地机具有清扫范围宽、适应性好、对微细垃圾尘粒的捡拾、输送效果好等特点。纯扫式扫地机通常也具有可伸到基础车以外的盘刷、柱刷、输送机构和垃圾箱等。与吸扫式扫地机的盘刷相同,纯扫式扫地机的盘刷也将路缘、边角、护栏下的垃圾输送到柱刷前方,柱刷在滚转的过程中,其刷毛将垃圾尘粒抛射到输送带或链板上,使垃圾尘粒随输送带的运送而进入垃圾箱。因此,纯扫式扫地机具有清扫范围宽、适应性好的特点,但对微细尘粒的除净率较低,适于人口稠密的市区、街道以及大颗粒块状垃圾为主的场合使用。

    SLX小型多功能养护车的主要目的是用于公路清扫作业,就公路上垃圾成分来看,大直径颗粒占的比例较大,采用吸扫式清扫是不合适的,因此,选用纯扫式清扫方式。

4 输送与提升装置

    前述可知,通过侧刷与滚刷的协同工作完成清扫作业,最后由滚刷将砂粒和尘土抛向其前方的接料箱。由于清扫作业在路面完成,滚刷抛撒砂粒和尘土能量较低,加之空间结构的限制,也不可能由滚刷将砂粒和尘土直接抛进车厢,因此要设计输送、提升装置。输送装置的作用是聚积接料箱中的砂粒和尘土;提升装置的作用是将接料箱中聚积的砂粒和尘土提升到车厢内。常用的输送装置有带式输送、螺旋输送、刮板与链条输送等,另外,还有上述输送装置的变形形,如斗式输送、刷式输送等。本文所说的提升装置实质也是输送,这里将输送与提升分别称呼,目的是在本设计中输送指物料在水平方向的传送;提升指物料在垂直方向上的传送。从本扫地机械清扫的性状来看,它包括粉料、粒料和小块状物料,而且,比较松散,因此选用螺旋推进器进行输送,采用平带和提升斗实现垃圾提升。

   

5 液压系统的总体结构

    SLCX小型多功能养护车的总体设体的指导思想,主机以外的有附加装置的驱动完全采用液压传动力式实现,主要包括两大部分:清扫装置驱动和清扫装置位置控制。其中,清扫装置中包括水平滚刷、立式侧刷的旋转驱动,同时,垃圾提升装置能量也来自液压系统;清扫装置的升降控制包括水平侧刷清扫装置的升降控制和立式侧刷(推雪铲)的升降控制,以及两侧的水平伸缩的位置控制等。在本文中,以CA1046L2型汽油机为主机,其变速箱处有取力孔,但考虑到所有的附加装置所需功率约为24kW,若所有24kw的功率完全从此取出,将对变速箱产生不利影响,甚至损坏变速箱,因此将液压系统分成两大部分:一部分是清扫装置的升降控制液压系统,另一部分为清扫装置旋转驱动液压系统。考虑到运动和控制逻辑关系,将两侧刷的水平伸缩的位置控制放在清扫装置旋转驱动液压系统中。前一系统从取力孔取力,后一系统配22马力柴油机作为副机进行驱动。

6 防尘系统的结构原理

    在本设计中,是靠两立式侧刷绕垂直轴旋转,将车两侧的砂粒及尘.土输送到车的前方,再由水平滚刷绕水平内轴旋转,将砂粒及尘土抛射到接料箱中,最后由提升装置送入车厢内。在此过程中,砂粒及尘土呈干燥状态,势必引起砂尘的飞扬,造成对环境的二次污染,因此,应设计防尘系统。从砂粒及尘土由路面到车厢的过程来看,产生飞尘的部位主要有三处:一是侧刷处,二是滚刷处,三是落料筒出口处。在设计过程中,水平滚刷清扫装置已是全封闭,滚刷上部也基本被壳体罩住,因此,在提升过程中不会产生飞尘污染。防尘系统的设计主要考虑清扫装置与路面的接触处,以及落料筒出口处。指导思想是:一是减少路面砂尘飞扬,即压尘,二是封闭车厢。分析飞尘的原因,主要是由于砂粒及尘土干燥产生的,在设计中决定采用喷雾压尘的方法。另外,砂粒及尘土含水量过大,又会影响清扫输送过程,因此应合理设计压尘系统。

7 犁式推雪铲的结构形式

    犁式推雪铲安装在车辆前部,工作装置的提升、降落靠液压控制,这种车结构简单、换装容易、机动灵活、效率高,适宜于清除新雪。犁式推雪铲基本装置为除雪犁,除雪犁主要由犁刃与导板两部分组成。切削角是在行进方向上犁刃与地面间的夹角,具有一定切削角的犁刃在垂直力P作用下,随着犁体的前进,将积雪剥离其附着面并沿着导板的特殊曲面向斜上方运动,最后以一定速度排出后端部。单向犁切削角一般取40。~50。,行进角e指的是犁体长度方向与车辆的行进方向所夹的角。除雪阻力的大小与行进角有很大的关系,行进角若小,则除雪阻力较小,同时排雪性能较好,但必须有较长的犁体才能保证必需的除雪宽度;若行进角大,犁体可短些,但除雪阻力增大,排雪性能也变差。行进角一般取50。~55。。   

   

8 多功能养护车性能特点

    该机以CA1046L2型汽车为主机,改装有液力输出接口及油路控制阀,可通过更换不同的工作装置完成道路清扫作业及除雪作业,主机除可作为多功能养护机牵引车及动力源外,还可作为日常的牵引运输工具使用,具有一机多能的特点。主要由CA1046L2型汽车、液压泵、液压系统、液压操作阀、前工作装置、后工作装置悬挂机构几部分组成。为了满足机器行驶时液压泵不工作,液压泵和驱动轴之间用牙嵌式离合器连接,液压泵安装在CA1046L2原液压泵的位置上,并对其连接机构进行改制,以便更适宜于大流量、高压力液压系统的需要。液压油箱位于驾驶员座位之下,并制成L型后背于驾座位后方,油箱后部有一耳环座,是悬挂式工作装置的起升油缸支座。操作阀位于驾驶员旁边,是工作装置进行作业与否的控制元件。操作阀有三个档位,非工作状态下操作杆处于空位,液压油经阀直接流回油箱,该阀有两路动力油输出及一路回油路,可带动两个工作装置分别进行作业,解决了两个工作装置同时作业时动力及流量不足和频繁拆装管路问题。

9 社会经济效益

    多功能养护车犁式推雪机构悬挂于主机前方,路面清扫装置悬挂于主机后方,主要由水箱、扫滚、提升油缸、扫滚作业调整机构、犁式铲雪机构、驱动系统组成。清扫装置(铲雪机构)铰接于主机车箱上,通过提升油缸可使清扫装置绕铰接轴旋转离开地面,利于机器的转向及非工作行驶需要。扫滚刷一排一排固定于扫滚轴上,以较大的密度排列,下面是垃圾收集料斗,扫滚同时通过链传动给前面的螺旋装置,使垃圾横向收集,再通过皮带传动使垃圾提升然后卸至主机车箱内,车箱上有帆布罩,以免扬尘造成二次污染。水箱与扫滚架成一体制作,位于扫滚前部,水箱底部出水口与喷水管路相连,管路上向下方向安装的喷嘴可以保证相当好的雾化水喷向地面,喷水量的调节可通过喷水管路上的节流阀进行调节。为了使扫路时扫滚能精确定位,即扫滚与地面接触时刷毛的压缩量保持不变,在主机和清扫装置之间采用环链连接,可通过改变悬挂不同的链环节达到扫滚作业时的调整目的。扫滚(铲雪机构)驱动采用液压马达一级链传动驱动,可通过管路连接完成驱动系统的连接,为了操作快速、方便,管路连接接头均采用自封式快速接头。

    (1)经济、社会效益预测

    ①作业进度快,作业效率可达36000m2/h,比人212提高工效100倍;

    ②机械每工作一个台班比人工完成相同量节省资金近3000元;

    ③减少公路污染,美化、净化路面,减轻员工体力劳动将起到良好社会效益;

    ④快速除雪,减少雪阻,便利交通;

    ⑤提高了养护机械的利用率和养护生产效率;

    ⑥开发养护机械新机型,推进养护机械化进程。

    (2)成果应用前景

    2003年8月上旬,中国道协筑养路机械分会、中国交通报和中国交通网在京联合召开公路养护和养护机械发展研讨会。与会的专家学者、管理人员、厂家代表纷纷献计献策,并就一些重大问题达到共识。大家认为,目前,公路养护和养护机械发展面临良好机遇。抓住机遇,上下同心,群策群力,我国的公路养护及养护机械将会很快迈上一个新台阶。

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