周海儒

(注：本文作者單位系江蘇悅達專用車有限公司。)

1 前言

隨著我國城市建設的快速發(fā)展，城市道路建設日趨完善，而隔離護欄是其中非常重要的組成部分。針對隔離護欄清潔保養(yǎng)工作的特點，新型環(huán)衛(wèi)機械產(chǎn)品護欄清洗車應運而生，并得到了市場的認可。本車通過4個立式滾刷轉動并夾著護欄，并使用高、低壓2套清洗系統(tǒng)對護欄、滾刷進行噴射，實現(xiàn)在多種工況下的保潔工作。由于水路系統(tǒng)對護欄清洗的效果起著關鍵作用，本文從高效、環(huán)保、節(jié)約的角度對護欄清洗車的水路系統(tǒng)進行一定的研究與分析。

2 水路系統(tǒng)原理

護欄清洗車水路系統(tǒng)分2套：高壓水路系統(tǒng)的原理如圖1所示，水箱中的水經(jīng)過精過濾器進入高壓水泵，形成的高壓水通過安全閥、溢流閥進入液控高壓球閥，然后分別進入4根高壓噴桿并通過噴嘴噴出。低壓水路系統(tǒng)的原理如圖1所示，水經(jīng)過精過濾器后分別進入2個低壓水泵，進入低壓水泵a的低壓水流入液壓油冷卻器，然后通過三通球閥進入工作單元，進入低壓水泵b的低壓水通過球閥直接進入工作單元。

3 關鍵部件選型和參數(shù)計算

根據(jù)原理圖可以確定水泵、管路、噴嘴為關鍵部件，需要對其進行參數(shù)計算為選型提供依據(jù)。

3.1 高壓水路系統(tǒng)壓力的確定

以市場上常用的洗掃車、高壓清洗車為例，通常選用進口的柱塞水泵作為高壓水泵，這類水泵具有性能穩(wěn)定，工作時間長等特點。由于護欄清洗車水源復雜，常常含有較多雜質，因此采用精過濾器以保護高壓水泵。由于系統(tǒng)壓力大，需要通過安裝溢流閥與安全閥。以便根據(jù)實際工況進行壓力調(diào)節(jié)，對高壓系統(tǒng)起到保護作用。清洗效果好與否，關鍵在于射流動壓在沖擊清洗對象表面所產(chǎn)生的沖擊壓力能否達到或超過清洗對象的屈服強度，此沖擊力稱為臨界沖擊壓力[1]。

上式中，S為清洗對象的屈服強度極限，與附著層的材料、結構等有關；為應力系數(shù)；m為單位作用面積的流量；為流體中聲音的傳播速度(即微小的壓力擾動在流體中的傳播速度)。

由于護欄在長期的使用過程中，在自然天氣、尾氣排放等多種因素作用下，表面形成的附著物質較為復雜。在能有效破壞附著層和不破壞基體層的壓力區(qū)間，盡可能選擇較大的水泵壓力，選取額定壓力為10 MPa的高壓水泵。

3.2 高壓水泵、噴嘴選型及系統(tǒng)流量的確定

已知本次設計對象的護欄高度為900 mm。由表1可知，離護欄200 mm理想清洗靶距下，按某一型號的噴嘴考慮噴射重復系數(shù)，確定每根噴桿所需的噴嘴數(shù)量為4個。如圖2所示，255×4×(1—0.1)＞900 mm可滿足高度范圍(其中0.1為重復系數(shù))。通常將高壓清洗水路工作壓力設定為略低于高壓水泵額定壓力。已知一個噴嘴流量與工作壓力的關系如表2，假設噴嘴工作壓力為7 MPa，根據(jù)噴嘴性能參數(shù)確定流量為5.3 L/min，那么所需的總流量為Q=Nnq(N為噴桿的數(shù)量；n為每根噴桿的數(shù)量；q為一個噴嘴的流量(L/min)，Q為91.2 L/min。選擇某一型號的高壓水泵，流量為93 L/min，壓力為10 MPa。

表1 噴霧角度和覆蓋范圍

表2 一個噴嘴流量與工作壓力的關系

3.3 低壓水泵、噴嘴的選型及系統(tǒng)流量的確定

低壓水需經(jīng)過液壓油冷卻器，對液壓油進行冷卻，需長時間工作。掃路車上常用的直流微型水泵，機泵一體結構緊湊，由電路直接控制，不增加副發(fā)動機的能耗，適用于護欄清洗車低壓水路系統(tǒng)。某一型號的水泵揚程為30 m，選用一種噴嘴在0.3 MPa壓力下，流量為3.6 L/min。由表3可知，離護欄150 mm理想清洗靶距下，按此噴嘴參數(shù)考慮噴射重復系數(shù)，確定每根噴桿需3個噴嘴，滿足護欄的高度范圍。由原理圖可知，每個低壓水泵供2根噴桿，則低壓清洗所需的流量為3.6 L/min×2(根)×3(個)=21.6 L/min，考慮油冷卻器所需的水流量，選擇水泵流量為40 L/min。

3.4 管路設計

由于水體在管道中流動時，受到慣性、重力及粘性摩擦力的影響，其內(nèi)部各處質點的運動狀態(tài)各不相同，水體流動時必然有一部分壓力損耗。根據(jù)流體力學沿程壓力損失公式[2]

表3 噴霧角度和覆蓋范圍

上式中，△P為壓力損失；v為水體平均速度，m/s；l為管子長度，m；d管子內(nèi)徑，m；為水的密度，kg/m3；為沿程阻力系數(shù)。

當水體流動過程中，邊界條件急劇變化，如截面突然擴大或縮小、管道轉彎等局部障礙，這使得水體發(fā)生變化而引起的局部壓力損失。局部壓力損失公式

由公式(2)(3)可知，管路內(nèi)徑d越大，長度l越小，彎管局部阻力系數(shù)越小，△P壓力損失則越小。所以在管路設計中應盡量采用直管，避免彎管，并減少管路的長度。由圖3可知，管路在最佳流速5 m/s，流量在70～100 L/min時，可確定高壓軟管或硬管內(nèi)徑在16～20 mm，取整后確定內(nèi)徑d=19 mm。

4 工況分析

在實際操作中車輛的行駛速度直接影響到了護欄的清洗面積。如果行駛速度過快，雖然護欄清洗的面積增大了，但護欄的潔凈率很難保證；反之行駛速度過慢，又會降低清洗的效率，浪費水源。

遇到護欄難以清洗時，高低壓水路系統(tǒng)可以同時使用。由圖2可知，護欄先經(jīng)過高壓水第一次清洗，低壓水射流首先對滾刷起潤濕作用，待滾刷工作以后再對本身進行清潔，最后再經(jīng)高壓水第二次清洗。在潮濕、下雨的工作環(huán)境下，可以單獨使用高壓模式，其中低壓水泵a常開，通過調(diào)節(jié)三通球閥后回水箱。當然也可以根據(jù)實際工況單獨使用低壓模式，只需把噴桿微調(diào)下角度，低壓噴嘴水射流方向便從滾刷轉向護欄。

本車對底盤進行了改造，增加了減速機構，清洗時無需半離合操作，保護了底盤摩擦片。選擇同一路段進行三種模式下的試驗，均達到較好清洗效果。記錄數(shù)據(jù)如表4：

表4 不同清洗模式下的車速

經(jīng)分析得知，高低壓操作模式清洗效果最好，清洗的效率也是比較理想的。

5 結語

本文通過在護欄清洗車上同時安裝高低壓2套清洗水路系統(tǒng)，滿足了各種工況的需要，通過合理選擇水路系統(tǒng)，有效降低能耗，提高清洗效率和節(jié)約水資源。

[1] 魯波軍,陳杰.基于高壓水射流分布特性的清洗參數(shù)選擇[N].中國安全科學學報.2004(14).

[2] 許福玲,陳堯明主編.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社.2000.