摘要:吸扫式清扫车是我国目前在用的城市道路清扫车的主力车型之一,而吸嘴被泥土堵塞一直是困扰此类清扫车的一道难题。通过对湿扫型道路清扫车的吸嘴易被泥土堵塞的机理分析,提出降低吸嘴流道近壁的尘土的含水率,控制泥块的黏性处于临界黏性以下,使泥块不黏附于流道壁面;而将吸嘴流道中心部位的尘土的含水率适当加大,以满足有效压尘的解决思路,并根据这种思路改进设计了一种吸嘴喷水装置,按不同吸嘴的具体结构确定孔数、孔径、孔沿圆周的分布规律和喷水的初始方向等要素。通过对比试验表明,改进的喷水装置通过改变水在吸嘴流道内的空间分布和速度特性,能达到在不增加供水量、不影响吸嘴作业性能的前提下,大幅提高吸嘴抗泥土堵塞的能力。
关键词:扫路车;吸嘴;流道堵塞
路面清扫车按其工作方式分为纯吸式、吸扫式和纯扫式3种。其中吸扫式清扫车具有清扫效率高、清洁路面彻底、环境污染小等优点,是一种适合我国国情的城市道路清扫车,也是目前城市道路清扫车的主要发展方向[1]。
为了防止扬尘造成二次污染,有一部分吸扫式扫路车采用喷水降尘,即在各扫刷前面、吸嘴内部设有喷嘴。这种扫路车由于没有气流过滤设施,所以具有结构相对简单、工作可靠、寿命长、噪声相对较小等优点[2],是我国目前在用的城市道路清扫车的主力车型之一。
但是,如果路面的尘土较多,对于喷水式(湿式)吸扫车来说,经过湿润的尘土变成具有黏性的泥块,在气流的作用下泥块运动速度非常高,一旦与吸嘴内壁碰撞,就会紧紧地黏附于吸嘴内壁上,致使扫路车清扫效果下降;由于泥块越积越多,最终将造成吸风管流道完全堵塞,扫路车不能正常工作的后果。而且这种泥块在管道内壁黏得很密实,一旦黏附上就很难清理,给扫路车操作、维护人员带来很大的不便。
由此可见,吸嘴被泥土堵塞一直是困扰湿式道路清扫车的一道难题,有必要对其堵塞机理进行研究,并寻求解决方案。
1吸嘴被泥土堵塞的机理
尘土经过喷水湿润,变成具有黏性的微小泥块,被吸入吸嘴流道后,高速运动的泥块难免会碰上流道内壁,并黏附在壁面上,如图1(a)。流道内壁面上不可避免的存在着一些凸起或凹坑,成为泥块最易积附之处。
一旦有泥块黏附在流道壁面上,后面进入吸嘴的泥块就会继续在此积聚,造成流道壁面上的泥块体积长大,如图1(b)。
黏附在流道壁面上的泥块除了受到重力作用之外,还受到气流的扰动力(取决于气流速度、流场状态)、壁面对泥块的黏着力(取决于泥块的含水率)以及来自壁面振动引起的扰动力。除了壁面对泥块的黏着力是促使泥块黏附在壁面上的因素之外,其它力都是促使泥块脱离壁面的因素。并且,随着泥块体积的增加,重力和气动干扰力也不断增大。因此,泥块在流道中积聚到一定体积之后,就不会进一步增大了,处于暂时的平衡状态,如图1(c)。但是,这种平衡状态是非稳定的,一旦受到干扰,例如车身振动、突然有大泥块碰撞等,就会有泥块脱离母体,如图1(d)。如果脱落的泥块体积大到一定程度,就会将吸嘴流道堵住,致使扫路车不能工作。
目前,扫路车所用的风机都是引风型的离心风机,升压能力不是太大,一旦流道堵住,风机在所堵部位形成的气压差根本不可能冲破堵住的泥团,于是整个流道就完全堵塞了,如图1(e)。
通过上述吸嘴流道被堵塞的过程和机理的分析可知,要防止流道被堵塞,有两种解决方法:(1)减小泥块的黏性,即减小泥块黏附于壁面的可能性;(2)增加各种扰动,即增加促使泥块脱离流道壁面的因素。由于第2种方法对泥块的扰动增加,势必增加扫路车的振动、噪声等负面特性,降低设备的操作舒适性和可靠性,所以本文不作进一步探讨。下面仅对第1种方法做进一步分析。
图1吸嘴流道被泥土堵塞的过程
由松散介质力学、流体力学可知,当泥土中不含水分时,即干灰尘,是没有黏性的,不会黏附在流道壁面上;当泥土的含水率很高,即水中的泥土成分非常小,其黏性uw接近纯水的黏性,也不会黏附在流道上。
这说明,泥块存在一个临界黏性uc,若泥块的实际黏性大于uc,泥块就会黏附在流道壁面上,否则,即使泥块碰上壁面,也不会黏附在壁面上。同时,泥土存在某个特定的含水率t,在这个含水率上,泥块有最大黏性umax。在这个特定的含水率之前,泥块的黏性随含水率的增加而增加,一旦超过这个含水率,其黏性将随含水率的增加而减小。据此,可以得出泥土的黏性与其含水率关系的大致趋势,如图2所示。