1 前言
　　随着经济的发展和社会进步另一方面，公路里程的快速增长给路面保洁带来前所未有的压力，这就要求我们必须发展和使用清扫效率高安全可靠的清扫机械。现在普遍使用的吸扫式扫路车具有作业方便，清扫效率高，除尘效果好等特点，但由于其造价高、功耗大，不太适合目前的中国国情；过去曾使用过的一种价格便宜、使用费用低的纯滚扫式扫路车，虽然因其清扫效果较差、二次污染较大，逐渐被吸扫式扫路车所代替，但由于其具有结构简单、功耗小、使用成本低的显著特点，通过对其进行技术改进，便能使之在今天所倡导的建设节约环保型的现实社会中焕发出新的活力。
　　2 纯滚扫式扫路车的结构缺陷
　　2.1 扫刷结构不合理
　　纯滚扫式扫路车为了便于路面清扫和整机结构紧凑，一般滚刷是安装在车架底后部，垃圾箱则安装在紧靠滚刷的车架底中部，这样，垃圾箱的体积不仅受到滚刷抛程的限制，而且受到车架高度的限制。一方面，由于体积小使得垃圾装载量小；另一方面由于车架低使垃圾无法倾卸在垃圾运输车里，实现垃圾转运，只好倾倒要路中，造成清扫效率低、二次污染大等缺陷。
　　2.2 滚刷无实时监控
　　纯滚扫式扫路车的关健部件是滚刷，由于路面的复杂性，滚刷时常会被诸如抹布、皮带、塑料袋等缠住而使滚刷转速变慢甚至停止，导致清扫效果不佳。究其原因，主要是没有安装实时监控系统，不能及时提醒操作人员滚刷故障。
　　2.3无喷淋系统或过分简易
　　    清扫过程的扬尘{zh0}的解决办法就是洒水喷淋，由于受纯滚扫式车制造成本的限制，该型车要么没安装喷淋系统，要么极其简易，极易损坏，使之形同虚设，造成二次污染严重。
　　3 改进措施
　　必须改变滚刷的结构形式及布局，使垃圾箱的体积增加并保证垃圾能在垃圾场倾卸或实现垃圾的转运，重新设计高效可靠的喷淋装置，同时，安装监控滚刷的传感系统，确保滚刷不被绞缠而影响路面清扫。
　　3.1 改单滚刷为上下双滚刷
　　如图1所示，上下双滚刷其外形为2个叠加圆滚筒，滚筒内径左右两边不等，工作面半径较小，能与刷苗接触；非工作面半径较大，不能接触到刷苗，以减少阻力。通过双滚刷的抛接作用，进一步提高垃圾的抛程，具备了增加垃圾箱体积的先决条件。
　　3.2 改变滚刷机构的安放位置
　　滚刷机构由车架底部改在车辆的后部，与之配套的垃圾箱则装在车架上，这样，不仅增加了垃圾箱的体积，而且当在垃圾场或通过车辆直接转运垃圾时，使扫路车液压举升翻转倾卸垃圾有了合适的位置。
　　3.3 安装监控传感系统
　　在两个滚刷的轴端装上转动感应探头，通过联接线路，实时将滚刷转动信号传递给驾驶室内的显示器，当速度降到某一设定值时还能自动报警，以便及时提醒操作员采取措施，确保清扫效果。
　　3.4节水高效的喷淋系统加惯性干式除尘系统。
　　喷淋系统必须克服普遍存在着的喷头易堵、耗水、储水量不够等缺陷，采用先进喷头加外置车载式水箱结构形式，保证高效除尘的同时有足够的水供使用；利用滚刷转动产生的一定风压结合不锈钢网进行干式二级除尘，确保作业过程排放符合环保要求。
　　 4 理论分析及验证
　　改单滚刷为上、下双筒滚刷机构是纯滚扫式扫路车技术改进问题的关健。
　　4.1 下滚刷
　　下滚刷为卧式圆柱刷，8排刷苗径向均布，通过紧贴路面行走的小导向轮的支撑，保证有1排刷苗以一定预压力与地面常接触；在液压马达的带动下，刷苗转动把路面垃圾抛进滚筒并使垃圾作圆周运动，并在到达出料口时沿切线方向运动，其轨迹近似于一抛物线；抛掷出的垃圾射入上滚筒的进料口，完成{dy}个提抛垃圾的动作。
　　4.2 上滚刷
　　上滚刷结构与下滚刷相同，但垃圾抛接过程和受力情况有所区别。分析上滚刷与垃圾相互作用的工作过程可以得出如下动作：进入上滚筒料口的垃圾被上滚刷苗接住，随着刷苗的转动，垃圾顺着刷苗片向滚筒壁移动；垃圾沿着滚筒内壁运动到抛料口；垃圾沿着切线方向经导向装置进入垃圾箱，完成第二提抛垃圾的动作，从而实现整个清扫过程。
　　4.3 功率计算
　　为进一步验证其可行性，可从计算滚刷的功率消耗入手，通过分析计算，不仅可具体描述其运动过程，而且可获得评价经济性指标———功耗值。
　　先计算下滚刷功率消耗。如图1所示，下滚刷消耗功率N下主要包括：克服刷苗与地面间摩擦力所需的功率N’m，刷苗变形所消耗的功率Ng，克服空气阻力所需的功率Nb，克服刷苗与滚筒壁间的摩擦阻力所需的功率Np1，克服垃圾（砂石料）与滚筒壁的摩擦阻力所需的功率Np2，提升垃圾所消耗的功率Np3。Nm由以下公式计算：
　　Nm=Pμ（V+Vm）/1000η
　　式中，P—变形刷苗对路面上压力（N）；
　　μ—尼龙刷苗与地面间摩擦系数，一般为0.4；
　　Vm—刷苗圆周线速度（m/s）；
　　V—扫路车行走速度，一般为1～5m/s，取1.5m/s；
　　η—传动效率，一般为0.9。
　　P值可根据以下公式计算：
　　P=5.3×102×d(EJ/L)2h1/3Z[1+0.18(Vm-2)]arccos(1-h/R)
　　式中， d—尼龙刷苗直径（m），一般为3×10-3；
　　R—滚刷半径（m），一般为0.25～0.46，取0.32；
　　L—刷苗自由长度（m），一般0.15～0.25，取0.2；
　　E—刷苗弹性模量（Pa），一般为（0.8～1.5）×1011，取0.9×1011；
　　J—刷苗断面的惯性矩（m4），一般为3.97×10-12；
　　h—刷苗变形量（m），一般为0.01～0.025，取0.015；
　　Z—工作刷苗数量，可由下面经验公式计算：
　　Z=5.5BV/dβ1Vm
　　其中 β1=arccos(R-h)/R×π/180=0.307
　　式中，β1—刷苗和路面接触点到它的垂直位置的转角；
　　 Vm/V—速度比值，一般为3.5～4.5，取4；
　　B—滚刷清扫宽度（m），一般为1.2；
　　计算得出Z=1.79×103
　　根据该经验公式计算出的刷苗是沿滚刷圆柱表面密集布置的，事实上，我们在试制中采用的是排状刷苗8排径向均布，其数量不及理论计算的一半，但已能满足清扫要求，所以取Z=9×102。
　　求得：P=600（N）
　　Nm=1.95（kW）
　　Ng=0.26×10-7Z×n3/2/d× √h   ×EJφ/L
　　其中，滚刷转速n=100r/min，
　　φ=arcsin(R-h)×√3(2Rh-h2) /R(R-2)×π/180=0.0696，
　　求得：Ng=0.9(kw)
　　Nb≈0.01Nm≈0.02(kw)。

计算N上时，因与滚筒壁相接触的刷苗比与地面相接触的刷苗数量多，但接触压力较小，为计算方便，权将滚筒壁的总压力仍以P值计算，这样，Np1= PμVm/1000η=0.6(kw)。式中μ为刷苗与筒壁的摩擦系数，为0.15。
　　其余消耗在砂石料上的功率Np2 ，Np3 因太小可忽略不计，则
　　N下=Nm+Ng+Nb+ Np1=4.47(kw)
　　N上=Ng+Nb+ Np1=1.52(kw)
　　在上述计算中，通过对双滚刷的变形刷苗与地面及滚筒壁相互作用情况的分析，一方面揭示了滚刷在抛掷垃圾过程中的运动特征，另一方面计算出双滚刷的功率消耗值。使我们对其经济性评价有了理论依据；整机的功率消耗（包括大致与上滚刷相同的双侧刷）不超过10kW。xx，其油耗就比吸扫式清扫车小得多（一般仅为其1/5～1/10）。
　　5 实际使用情况及经济性分析
　　5.1 使用情况
　　经过1年多的技术改进，改制出的样车基本具备了吸扫式车的各项功能。该车不仅在驾驶室内就可以完成清扫作业的全过程操作，而且作业中出现的故障及路面干净程度都能及时在仪表台和电视机屏幕上显示出来（设有电视摄像系统），其整车布局如图2所示。

图2   改进后的节能型扫路车结构简图
　　5.2 经济性分析
　　该车改装完并经路试，其经济效益与人工清扫或大型吸扫车比较都具有无可比拟的优势，具体发生的费用统计见表1。从表中可以看出，该样车每年比人工清扫可节约4万元，比大型吸扫式清扫车可节约近22万元，而且便于班站管理，改善了劳动条件，保证了道路清洁和安全。
表1    三种清扫费用对比（单位：元）

　　6 结语
　　纯滚扫式扫路车的清扫机构和喷淋除尘系统通过重新设计改进后,彻底解决了垃圾装载少,无法直接转运、清扫效果差、二次污染大等一系列难题，使其清扫效果得到较大的改善，经济效益大大优于吸扫式扫路车，符合目前中国的使用状况，值得公路、巿政、环卫部门在以机械化清扫代替人工清扫的路面保洁中大力推广使用。