公路邊溝清掃裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用前景

文/甘肅省慶陽公路管理局 趙高杰

隨著公路養(yǎng)護(hù)事業(yè)的不斷發(fā)展，公路養(yǎng)護(hù)任務(wù)也愈發(fā)繁重，單靠人工已無法適應(yīng)公路日常養(yǎng)護(hù)工作的要求，公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械化、自動(dòng)化、環(huán)?；?、多功能化已成為現(xiàn)在行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，例如各類路面清掃車、路面養(yǎng)護(hù)維修設(shè)備層出不窮。然而，在公路養(yǎng)護(hù)中，邊溝清掃還需要人工完成，不能滿足公路養(yǎng)護(hù)行業(yè)保證公路路容、路貌的發(fā)展需求。同時(shí)由于單位管養(yǎng)路線較長(zhǎng)，人工清掃工作效率低，工作量大，需要投入大量的人力物力。不僅耗時(shí)耗力，而且也存在一定的安全隱患。

國(guó)家科技創(chuàng)新工作指導(dǎo)意見中，提倡建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，研發(fā)小型節(jié)能、適用輕便的可替代人工的養(yǎng)護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械化、自動(dòng)化、環(huán)?；⒍喙δ芑?，用以積極推進(jìn)行業(yè)節(jié)能減排，推動(dòng)綠色公路養(yǎng)護(hù)發(fā)展進(jìn)程，落實(shí)“四新技術(shù)”工作。因此，設(shè)計(jì)一款新型的、符合國(guó)家綠色公路養(yǎng)護(hù)理念的公路邊溝清掃設(shè)備，用機(jī)械化代替人工，減少養(yǎng)護(hù)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使得邊溝清掃工作常態(tài)化，提升公路養(yǎng)護(hù)事業(yè)效率顯得尤為迫切。

現(xiàn)有公路邊溝清掃設(shè)備

邊溝是指設(shè)置在挖方路基路肩外側(cè)及低填方路基地腳外側(cè)的縱向人工溝渠，是公路路界地表排水設(shè)施的組成部分。其作用主要是收集公路路面的地面水，排除路基攔截道路上方邊坡的坡面水，迅速匯集并將其引入順暢的排水通道中，通過橋涵等將其排放到道路的下方。邊溝中的垃圾主要有泥土、樹枝落葉、碎石和行車所丟棄的生活垃圾等。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的公路邊溝清掃設(shè)備一般均為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，需要人工輔助才能完成相關(guān)功能，且功能單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，行業(yè)市場(chǎng)推廣困難。目前各種設(shè)備的動(dòng)力傳動(dòng)形式主要有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)。其中機(jī)械傳動(dòng)的動(dòng)力源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)力傳輸所需配件的制造、安裝精度成本較高，外部輪廓尺寸較大，不適宜窄小的公路邊溝使用；液壓系統(tǒng)傳動(dòng)裝置體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊以及布局靈活，通過電磁閥控制液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，操作簡(jiǎn)單。現(xiàn)有公路養(yǎng)護(hù)設(shè)備均配置液壓系統(tǒng)，改裝簡(jiǎn)易，符合要求。

公路邊溝清掃裝置部件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的公路邊溝清掃裝置主要由機(jī)架系統(tǒng)、垃圾清掃收集系統(tǒng)、壓塵系統(tǒng)三大部分組成。各部分在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，部件在連接時(shí)可通過螺栓緊固，以方便對(duì)單獨(dú)部件進(jìn)行改進(jìn)。維護(hù)時(shí)不影響其余部件的功能實(shí)現(xiàn)；在工作過程中，各部分相輔相成，在配合過程中位置、距離協(xié)調(diào)，相互之間的運(yùn)作互不干擾。現(xiàn)對(duì)這三部分的設(shè)計(jì)制造做以下介紹。

機(jī)架系統(tǒng)

機(jī)架部分的主要功能是避讓路邊百米樁、里程碑、波形護(hù)欄等障礙物，將清掃部件移送至工作位置邊溝中。機(jī)架系統(tǒng)安裝在設(shè)備底盤的前部或設(shè)備的最前端，便于拆卸。機(jī)架系統(tǒng)主要由橫向、縱向運(yùn)動(dòng)的液壓缸構(gòu)成，通過對(duì)設(shè)備自有液壓系統(tǒng)改裝，電磁閥控制液壓缸實(shí)現(xiàn)功能。其中橫向運(yùn)動(dòng)的液壓缸行程為1.5米，用于調(diào)節(jié)清掃裝置的橫向位置。由于清掃裝置自身重量及收集垃圾的重量的影響，在設(shè)計(jì)制造過程中要求橫向運(yùn)動(dòng)的液壓缸能夠承受相應(yīng)的縱向力；縱向運(yùn)動(dòng)的液壓缸行程為1米，用于調(diào)節(jié)清掃裝置與邊溝底部的距離，且使橫向運(yùn)動(dòng)的液壓缸在實(shí)現(xiàn)功能的前提下避讓公路與邊溝之間的障礙物。

垃圾清掃收集系統(tǒng)

垃圾清掃收集系統(tǒng)連接至機(jī)架部分橫向運(yùn)動(dòng)液壓缸最外端，主要功能是清掃、收集邊溝中雜物。通過對(duì)管養(yǎng)路線進(jìn)行調(diào)查，公路邊溝主要以梯形邊溝為主，且邊溝位置狹窄。因此，在部件設(shè)計(jì)過程中應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)梯形邊溝斷面尺寸為基準(zhǔn)，要求部件結(jié)構(gòu)盡量緊湊。

清掃系統(tǒng)動(dòng)力選取為液壓系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)梯形邊溝下底寬度為400mm，高度為400mm，上口寬度為1200mm，以此為基準(zhǔn)確立掃刷長(zhǎng)度為350mm，寬為220mm。8條掃刷均勻、垂直固定于直徑為300mm的圓盤周邊，形成環(huán)形狀態(tài)，液壓馬達(dá)軸心通過螺栓連接于圓盤中心，內(nèi)置于環(huán)形掃把頭內(nèi)，有效縮減了清掃裝置空間結(jié)構(gòu)，將液壓馬達(dá)與箱體支架固定連接，形成清掃裝置。箱體尺寸以清掃裝置尺寸為基準(zhǔn)，寬度為400mm，外部輪廓為圓形，箱體與掃刷間隙確定在10mm左右。將液壓馬達(dá)內(nèi)置于環(huán)形掃把頭內(nèi)結(jié)構(gòu)，有效縮減了清掃裝置空間結(jié)構(gòu)；掃刷均布，內(nèi)置液壓馬達(dá)也使得在掃刷旋轉(zhuǎn)工作過程中，偏心力減少，有效增強(qiáng)了液壓馬達(dá)使用壽命。

垃圾收集部分則是通過掃刷的旋轉(zhuǎn)，將垃圾通過軌道送至垃圾回收倉內(nèi)。箱體下部留出20mm清掃刷，便于對(duì)公路邊溝的清掃。箱體下部通過活頁連接斜板，箱體與斜板通過彈簧緊固，確保斜板與公路邊溝低部充分接觸，提升垃圾回收效率。距離箱體底部20mm前端，增設(shè)小型垃圾回收倉，容量1立方米左右，尺寸大小根據(jù)箱體確定。垃圾清掃收集系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

壓塵系統(tǒng)

圖1 垃圾清掃收集系統(tǒng)工作原理示意圖

圖2 垃圾清掃系統(tǒng)實(shí)物圖

壓塵系統(tǒng)主要功能是減少設(shè)備清掃過程中揚(yáng)起的塵土。在清掃裝置運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于掃刷旋轉(zhuǎn)較快，產(chǎn)生的風(fēng)力導(dǎo)致?lián)P塵較大，揚(yáng)塵不僅對(duì)公路路容造成二次破壞，也對(duì)駕駛?cè)藛T造成一定程度的身體傷害。通過清掃試驗(yàn)，首先對(duì)箱體上部的間隙部位添加軟膠墊，增強(qiáng)箱體密閉性，下部清掃位置周圈安裝寬度為200mm的橡膠片，直接接觸邊溝底面，進(jìn)行一次壓塵；其次，通過對(duì)設(shè)備增設(shè)水箱，邊溝清掃裝置箱體下部周邊均勻布設(shè)噴霧器，通過水泵連接，利用水霧壓塵，取得較好效果。

公路邊溝清掃裝置上路試驗(yàn)效果

部件組裝完成后整機(jī)效果如圖3所示，通過多次試驗(yàn)，對(duì)存在的問題進(jìn)行不斷整改，目前整體效果良好。通過試驗(yàn)獲得以下參數(shù)：設(shè)備工作速度為3km/h至4km/h，雜物傾倒為1h/次，對(duì)邊溝中的雜物清掃率在90%以上，在同等條件下與人工清掃公路邊溝效率提升8至10倍。通過對(duì)邊溝清掃裝置的使用，實(shí)現(xiàn)了小型設(shè)備代替人工及設(shè)備使用的多功能化，有效減少了養(yǎng)護(hù)工人的數(shù)量和資金的投入量，降低了養(yǎng)護(hù)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度及養(yǎng)護(hù)安全事故、職業(yè)病發(fā)生率。

圖3 公路邊溝清掃裝置整裝效果圖

結(jié)語

該邊溝清掃設(shè)備有效提升了同行業(yè)公路養(yǎng)護(hù)發(fā)展的需求，降低行業(yè)養(yǎng)護(hù)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了工作效率，也能促使行業(yè)更多的人員積極響應(yīng)落實(shí)“四新技術(shù)”工作。設(shè)計(jì)制造更多小型節(jié)能，適用輕便的可替代人工的養(yǎng)護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械化、自動(dòng)化、環(huán)?；⒍喙δ芑?，真正做到公路養(yǎng)護(hù)行業(yè)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色公路養(yǎng)護(hù)。