新型高效扫路车吸嘴设计与仿真
基于Adams运动仿真的新型清洁车三维设计与分析
Value Engineering0引言在某些场所由于地形、空间、安全等因素的限制，传统的大型公路清扫车无法很好适应，为提供清洁效率急需一种小型清洁车。
计算机的三维图形设计是近30年快速发展起来的，使用Autodesk Inventor Professional 三维工程软件完成三维建模并联合Adams 仿真软件对进行了仿真分析，整个过程直观易学、操作方便[1]1-2。
1清洁车主要机构清洁车的主要机构如图1所示，清洁车整体如图2所示。
图1清洁车主要结构清洁车驱动机构传动机构扫刷机构洒水机构图2清洁车模型示意图1.1清洁车驱动机构清洁小车有两种驱动方式一种是靠电机驱动，一种是靠人力链条驱动。
清洁小车选用电机为稀土永磁无刷直流电动机，其额定功率为240W ，额定转速为330r/min ，额定电压为48V 。
1.2清洁车传动机构图3是清洁小车的传动机构。
通过圆柱齿轮传动与直齿圆锥齿轮传动最终完成扫刷旋转工作的需求。
齿轮零件的生成是通过Autodesk Inventor Professional 软件零件库自动生成的。
在装配环境中通过设计命令的正齿轮或者锥齿轮选项完成齿轮设计。
根据产品设计要求齿轮的相关参数见表1[3]198-200。
在Autodesk Inventor Professional 中没有齿轮装配命令，所以圆锥齿轮啮合装配之前，首先在零件环境中将圆锥齿轮的分度圆锥面由隐藏改为显示，在装配环境中通过约束角度命令使两圆锥齿轮中心轴成90度，再通过约束配合命使分度圆锥面相切，最后运用运动命令设置传动的传动比，装配即可完成。
圆柱齿轮装配也是如此。
为防止传动过程中软件自身的误差出现齿之间的干涉，可以通过装配环境中接触集合命令消除。
表1清洁车齿轮相关参数齿轮类型齿数模数圆柱齿轮1圆柱齿轮2锥齿轮1锥齿轮2锥齿轮3锥齿轮4锥齿轮5锥齿轮6锥齿轮76030252525252530302.52.53333333———————————————————————作者简介:代迪（1993-），男，江苏泰兴人，硕士研究生，主要研究方向为柱面气膜密封。
扫盘控尘吸尘口的流场仿真和参数化设计
扫盘控尘吸尘口的流场仿真和参数化设计黄兴华; 王楠; 杜永哲【期刊名称】《《机械设计与制造》》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】4页(P13-16)【关键词】控尘吸尘口; 计算流体力学; 仿真; 参数化设计【作者】黄兴华; 王楠; 杜永哲【作者单位】东北农业大学工程学院黑龙江哈尔滨 150030; 上海电机学院上海201306【正文语种】中文【中图分类】TH16; TH1221 引言小型道路保洁机是一款新型电动的吸扫式清扫机，主要应用在广场、校园和小区等人流量较大的公共区域。
该保洁机在清扫装置上仍然采用盘刷-滚刷-垃圾箱的传统模式。
在实际工况下，研究发现盘刷内旋运动时将会产生大量扬尘，对环境造成二次污染。
针对小型保洁机无法像大型清扫车一样安装水箱并通过高压喷雾的形式来除扬尘，因此结合小型保洁机本身特点，设计气路系统用以控制扬尘。
吸尘口是保洁机控尘的关键部件，对保洁机正常作业时的控尘效率、控尘能力和能量损耗等起决定作用。
因此，大量学者对其结构进行研究：如文献[1]设计的吸尘口在其前后增加翼板使其与地面平行用以加强气流均匀分布；文献[2]设计的吸尘口，其连接方式改为过渡连接并且在吸尘口上方增加收缩角结构；文献[3]设计的吸尘口其结构呈弧形并有导流挡板；文献[4]等设计的吸尘口前后带有曲面挡板；文献[5]设计反吹式吸尘口并且分析各结构参数对其进行优化。
以上研究对控尘吸尘口的设计与研究起着重要参考作用，但均没有针对伴随盘刷运动造成扬尘的专用控尘吸尘口的研究报道。
因此结合盘刷运动特性和扬尘受力方向，专门设计了一款控尘吸尘口并对其结构参数进行优化分析。
2 控尘吸尘口初步设计2.1 盘刷工作原理盘刷主要是用来清扫保洁机体两侧的垃圾，通过盘刷刷丝的旋转运动，使行进过程中遇见的垃圾获取一定的速度并拋向整个保洁机械装置的中央区域，从而达到对垃圾实现聚拢的目的。
在小型道路保洁机盘刷保洁作业的过程中，经过盘刷刷丝旋转清扫后，垃圾灰尘将沿着盘刷刷丝旋转的切线方向被抛射出。
基于FLUENT的工程清扫车机械臂吸嘴分析
目前，由于我国高等级公路里程的不断增加，路面 与此同时，安装在横移架的液压回转支承可进行旋转
的养护工作也越来越变得重要。面对如此庞大而复杂 运动，结合其上安装液压缸的伸缩运动，可将前置的
的公路交通网，单一地进行人工养护工作已经不能满足 吸嘴准确地放入铣刨坑槽中，随着铣刨平面的起伏变
产品 ● 技术 Product & Technology
基于FLUENT的工程清扫车机械臂吸嘴分析
Mechanical Arm Nozzle Analysis for Engineering Sweeper Based on FLUENT
长安大学工程机械学院 王志荣/WANG Zhirong 陈 欢/CHEN Huan
摘 要 ：本文通过工程清扫车前置机械臂吸嘴的研究分析，对吸拾铣刨碎料的过程和原理进行论述，根据工程 清扫车实际的工况， 在简化后模 型的基 础 上 进行非结 构网格的划分、 边界 条 件的设 定和流 场控制方 程的选 择， 得出 FLUENT 的仿真结果，并对吸尘口处的压力云图和吸嘴的速度矢量图和流线图进行了分析和总结，得出工程清扫车前 置机械臂吸嘴对铣刨碎料可实现吸拾的结论。
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机械臂吸嘴。而前置机械臂吸嘴则主要包括横移机构、 隙较小，且难进行流动速度、风压、风量的预估和测量，
回转支承、伸缩臂机构、摆动油缸和前置吸盘，三维 因此需在吸嘴四周设置一定的扩展区来保证空气流动
模型如图 2 所示。
的充分性，提高仿真分析的精度 [4]。简化后得到的模
为了便于 进 行分析 和 研 究， 可将前置 机 械臂 吸 嘴 进行简化。由于考虑到在实际工作中，吸嘴的各部分要 距离地面一定的高度，才能保证对碎料吸拾的有效性， 一般距离地面的高度在 10 ～ 15m m，因此模型中将离 地间隙设置为 10m m。同时，由于吸嘴四周的进风口缝
一种扫路车吸嘴内部结构的优化
Hale Waihona Puke ２ 传统的吸嘴装置 传 统 吸 嘴 的结 构 （ 图 ｌ 示 ） ，它 由橡 胶 挡 板 、 围板 、滚 如 所 轮 、 吸筒 及 吸嘴 面板 连 接 而成 。橡胶 档板 安装 在吸 嘴 人 口处 ，和 吸 嘴 围板 形 成一 个 半封 闭 的空 间 以容 纳垃 圾 物 ，吸 筒 安装 在 吸 嘴 面 板 上连 通 垃圾 箱 与 吸嘴 ，滚 轮 支撑 吸 嘴 随 同扫路 车 向前 滚动 行 驶 。扫路 车 在行 进 过程 中 ，通 过 前 置的 扫刷 ，将路 面 垃圾 物 扫 至 车 底 中部 ，即 吸嘴 入 口处 ，当风 机抽 吸 垃 圾时 ，橡 胶 挡板 弯 曲形 成 吸 嘴前 的 开 口 ，进 入吸 嘴 的垃 圾被 气 流抬 升 通过 吸 筒进 入垃 圾
箱。
箱 的 主导 力量 。因此 ，在 吸嘴 宽度 范 围 内的 垃圾 物 ，必 须 快速 被 带 至 吸筒 口 ，才 能有 效 地 通过 吸筒 被 带 至垃 圾 箱 ，即 吸嘴 内 的动
压 力越 大 ，吸力 越大 。 根 据动 压力 公式 ：
Ｐ＝ Ｉ２ ／ ｐＶ２
式 中 ， 为动 压 力 ：ｐ 尸 为空气 介质 的密 度 ；
率 和 低扬 尘 ，是 扫 路 车设 计 人员 研 究 的重要 课 题 ，其 中吸嘴 系统 的 设 计 与 优 化 ，是整 车 设计 中 的 重 中 之 重 ，吸 嘴装 置设 计 的好 坏 ，直 接影 响整 车 的作业性 能 。 传 统 的 吸嘴 装 置 改进 大 多是 优化 吸 嘴 升降 装 置或 在 吸 嘴 内增
沈 卫 琴
ＳＨＥ Ｗ ｅ － ｎ Ｎ ｉ ｑｉ
新型电动道路清洁车的整体结构设计
新型电动道路清洁车的整体结构设计摘要随着党的十九大胜利召开，标志着中国开始进入中国特色社会主义新时代，中国的经济增长不断稳步增长，国家的综合实力也越来越强，其中公路建设和各种现代化建筑建设的不断增加就是最好的证明之一。
可随着公路建设和各种现代化建筑的增加，如何让它们保持环境整洁也就成了一大难题；为了解决这一大难题，各种各样的清洁工具也就被设计出来了，以此提高城市的清洁效率，其中电动清洁车的作用就能够有效地提高城市清洁效率。
本文主要阐述设计一款适用于小区、街道、景区和购物广场等范围广大，人流量大，清洁任务繁重的新型电动道路清洁车。
它的工作模式与传统的清洁车一样，都是通过吸扫装置将垃圾吸入车内的垃圾箱中，然后运输到垃圾集中点进行处理，但这款电动清洁车因为使用的是电机驱动的模式与传统的燃油驱动模式的清洁车相比具有节能环保，不会产生废气污染和噪声污染等优点。
本次设计的电动道路清洁车一种集合路面清扫，收集垃圾和运输集中处理于一体的新型高效的环保清洁工具，本文将会使用solid works软件进行整体结构设计，需要包括道路清洁车的整体外观，车内所有零件机及其组装情况，并运动仿真，以此验证此设计的车辆结构是否能够正常运转。
关键词：电动清洁车；环境整洁，节能环保；结构设计The overall structure design of the new electric cleaning vehicleAbstractWith the victory of the 19th national congress of the communist party of China (CPC), China began to enter a new era of socialism with Chinese characteristics. China's economic growth has been growing steadily, and the country's comprehensive strength has become stronger and stronger. But with the construction of roads and the increase of modern buildings, how to keep them clean has become a big problem. In order to solve this problem, various cleaning tools have been designed to improve the cleaning efficiency of cities, among which the role of electric cleaning vehicles can effectively improve the cleaning efficiency of cities.This paper mainly describes the design of a wide range of areas, streets, scenic spots and shopping malls, large flow of people, heavy cleaning task of electric cleaning car. Its work mode and the traditional clean car, sweep by suction device will waste suction inside the bin, then transport to the garbage concentration for processing, but this is a electric cleaning vehicle because the use of motor driven model compared with the traditional pattern of diesel cleaning cars has the energy conservation and environmental protection, won't produce waste gas pollution and noise pollution, etc.Clean the design of the electric car a collection of road surface cleaning, garbage collection and transportation of centralized processing in the integration of new and efficient environmental protection cleaning tools, this paper will use solid works software to design the overall structure,and motion simulation, can verify this design is feasible, and then compared with the existing product market advantages and disadvantages, so that after future improvements to our products. Keywords: electric cleaning vehicle; Clean environment, energy saving and environmental protection; The structure design目录1. 绪论 (2)1.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求 (3)1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题 (4)1.3本设计应解决的主要问题 (4)2. 道路清洁车整体设计 (5)2.1设计原理 (5)2.2方案选择 (6)2.2.1分析问题 (6)2.2.2设计过程 (9)3. 安装、完善及检测 (20)3.1新型电动道路清洁车的整体安装 (20)3.2新型电动道路清洁车的完善 (22)3.3新型电动道路清洁车的检测 (25)4. 总结 (28)参考文献 (29)谢辞 ............................................................................................................................... 错误!未定义书签。
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10.16638/ki.1671-7988.2017.21.013
新型高效扫路车吸嘴设计与仿真
赵玉军，高军委，袁志宏，刘家妩，屈阳州
（陕西汽车控股集团有限公司，陕西西安710200）
摘要：针对常见的吸嘴结构存在的不足，文章提出了一种新型高效扫路车吸嘴装置。
并采用计算流体力学(CFD)的方法，利用STAR-CCM+软件对模型进行仿真计算验证，为国内扫路车吸嘴装置的设计提供了理论依据。
关键词：吸嘴；CFD；STAR-CCM+；扫路车
中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)21-35-02
The Design and Simulation of Efficient Road Sweeper Suction
Zhao Yujun, Gao Junwei, Yuan Zhihong, Liu Jiawu, Qu Yangzhou
（Shaanxi Automobile Co. Ltd, Shaanxi Xi’an 710200）
Abstract: In view of the common problems of the suction nozzle structure, this paper puts forward a new kind of sweeper suction nozzle device. With Computational Fluid Dynamics(CFD) method, the STAR-CCM+ software is used to analyse the model simulation validation．All of these can provide data and theoretical support for the design of the domestic road sweeper flow field.
Keywords: suction nozzle; CFD; STAR-CCM+; road sweeper
CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)21-35-02
引言
随着我国城市文明创建工作的推进，道路清扫车正被广泛的应用于市容环卫工作中。
目前，道路清扫车是一种集道路清扫、垃圾回收和运输为一体的新型高效环卫清扫设备，清扫装置的设计技术水平的高低直接影响着城市道路清扫车的发展和创新[1]。
而吸嘴是直接接触路面并完成垃圾、砂尘的吸拾的装置，它的性能好坏直接影响到扫路车清洁能力。
因此，吸嘴装置的研究是清扫车急需解决的关键问题。
本文将对某型号的扫路车吸嘴装置进行设计，提出一种新型高效扫路车吸嘴装置结构，利用仿真软件STAR-CCM+进行分析，对吸尘效果进行评价，为后续清扫车研究提供一定理论依据。
1 吸嘴工作原理
吸嘴工作时，利用安装在车辆上的副发动机驱动离心式风机在吸尘盘进风口处产生强气流，并在吸嘴口周围形成一定的负压，使得气流带动地面的尘粒和垃圾，经风管后进入垃圾箱。
传统吸嘴口由于存在贴地速度不高，涡流明显、气流不均等问题，容易导致当车速较快时，尘粒吸收不彻底，存在二次扬尘、吸尘效率不高等缺点[2]。
（a）
（b）
图1 吸嘴装置结构图
作者简介：赵玉军，就职于陕西汽车控股集团有限公司。
汽车实用技术
36 2017年第21期
2 吸嘴装置设计
2.1 吸嘴结构设计
针对以上传统吸嘴存在的缺点，本文将设计一种新型高效吸嘴装置。
吸嘴装置主要由滚刷、挡板、吸嘴、反吹风、滚轮等部分组成，新型吸嘴装置结构如图2所示。
新型吸嘴装置工作原理：车辆作业时，滚刷将地面上垃圾扫起，同时，与风机出口连接的反吹风会产生较大气流，将滞留颗粒物吹到滚刷处，滚刷顺势将颗粒物送入吸嘴口，此时，风机产生的气流与周围挡板及路面形成强大负压，并通过吸管将垃圾吸入垃圾箱内，从而完成清扫作业。
2.2 仿真分析
本文将对以上设计进行流场分析，验证其设计合理性。
首先，使用Solidworks进行吸嘴结构建模，并将.igs格式模型导入至ANSA中，进行几何模型处理，得到一个封闭域，网格生成完成后，将面网格导入Star-CCM+后直接生成体网格。
本文计算介质为空气，密度ρ=1.18415 kg/m³，参考压力为0.1MPa，空气黏度μ=1.85508E-5 Pa∙s，湍流模型采用k-ζ模式。
滚刷转速设置为400r/min，车行进速度为20Km/h，吸嘴口距离地面为10mm。
本文采用的边界条件有质量流量入口边界条件(Mass Flow inlet)、压力出口边界条件(Pressure Outlet)、壁面条件(wall)，对吸嘴装置结构进行分析。
（1）左右对称截面速度分布图
图2为吸嘴装置中间截面位置示意图，图3为截面图上速度矢量分布情况。
从分析结果看出：整个流场气流流动顺畅，滚刷底部速度最大，是由于反吹风、旋转滚刷及吸嘴口共同作用所致，三者共同作用效果明显，利于尘粒进入吸嘴口。
图2 吸嘴装置中间位置截面图
图3 吸嘴速度矢量图
（2）底部入口截面速度、压力云图
图4 吸嘴装置底部入口速度云图
通过对吸嘴装置底部入口处速度云图（如图4所示）分析结果看出（截面上部为反吹风侧，下部为吸嘴口处），中间位置速度最大，由于吸嘴和反吹风气流在此处汇合所致。
吸嘴装置底部入口处压力云图中（如图5所示），反吹风侧负压较低，利于气体流动。
图5 吸嘴装置底部入口压力云图
（3）吸尘效果评价
要保证尘粒能够可靠的进入垃圾箱，尘粒必须具备一定的起动速度。
当形状和体积确定后，尘粒悬浮速度将被确定。
悬浮速度的大小同时体现了尘粒吸送的难以程度，决定了对有关设备性能参数的具体要求。
只有当吸嘴口处的气流大于悬浮速度时，颗粒才会被成功吸送[3]，表1给出了常见垃圾颗粒的相关参数。
表1 常见垃圾颗粒的物理特性
通过对吸嘴装置底部入口截面的面平均速度分析，得到底部区域的平均速度为56.94m/s，通过对比表中数据，其平均速度远高于常见垃圾颗粒的吸送速度。
且底部面速度均匀性为0.834（0完全不均匀，1完全均匀）。
因此，此吸嘴装置的气流均匀性较好，且能够达到颗粒的起送速度，尘粒容易被吸送到垃圾箱内，吸尘作用明显。
3 结语
本文提出了一种新型高效扫路车吸嘴结构，并利用仿真软件进行了模拟，主要分析了其流场内流动情况及入口速度及压力情况，得到以下结论：
（1）滚刷、反吹风、吸嘴共同作用下，整个流场气流流动顺畅，三者共同作用效果明显，利于尘粒进入吸嘴口。
（2）此吸嘴装置的气流均匀性较好，且能够达到颗粒的起送速度，吸尘作用明显。
（3）此装置可应用于清扫设备的高速作业工况下。
参考文献
[1] 胡立峰.道路清扫车扫盘和吸嘴装置的改进设计[J].工艺设计改造
及检测维修,2015(21):80.
[2] 黄登红,陈承曦,章易程.基于流场仿真的真空清扫车吸尘口的参
数化分析[J]. 机械设计,2013(7):73-76.
[3] 徐慧超.新型洗扫车设计与仿真[D].山东:山东农业大学,2015:28- 34.。