詹曉華

摘 要：在我國，帶高壓清洗能力的環(huán)衛(wèi)車輛使用最頻繁，使用面最廣，但對(duì)高壓清洗能力的系統(tǒng)研究較為缺乏，為提高壓清洗能力，從路面情況、清洗能力因素建模、數(shù)值計(jì)算、清洗能力優(yōu)化、清洗能力實(shí)驗(yàn)方法和步驟等方面進(jìn)行研究和闡述。

關(guān)鍵詞：環(huán)衛(wèi)車；高壓清洗能力、清洗優(yōu)化；清洗實(shí)驗(yàn)

1 高壓清洗車的研究現(xiàn)狀

近年來我國水射流技術(shù)發(fā)展較為迅速，相關(guān)學(xué)術(shù)活動(dòng)日益增多，水射流技術(shù)全國性討論會(huì)從1979年起，每?jī)赡暾匍_一次，至今已舉行了10余次，北京于1987年組織召開了第一屆環(huán)太平洋國際水射流技術(shù)會(huì)議，從那后中國學(xué)者幾乎參加了所以相關(guān)水射流技術(shù)會(huì)議。我國于1995年成立中國勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)水射流技術(shù)專業(yè)委員會(huì)，成為我國的水射流技術(shù)唯一專業(yè)學(xué)會(huì)，為該技術(shù)發(fā)展起到重要作用。

2 理論研究

2.1 水流清洗能力的影響因素建模

在路面清洗效果的影響參數(shù)中，最重要的參數(shù)包括清洗壓力p、速度v、靶距d、擴(kuò)散角θ和噴嘴安裝角度α。擴(kuò)散角主要由噴嘴決定的，當(dāng)噴嘴被選定，擴(kuò)散角即被確定。接下來主要研究影響清洗效果的其他參數(shù)如壓力、靶距、碰嘴的移動(dòng)速度和碰嘴的安裝角度。

2.2 數(shù)值計(jì)算

在實(shí)際清洗路面時(shí)，清洗后區(qū)域和與過渡區(qū)域的邊界比較模糊、無規(guī)則，為便于區(qū)分，提出清洗率參數(shù)來評(píng)價(jià)路面清洗的效果。清洗率：清洗干凈的路面區(qū)域與水流總清洗路面區(qū)域面積的比值。

cr== （1）

式中，W是洗凈寬度，Sc是清洗干凈路面面積，L是選用路面長(zhǎng)度，B是總清洗寬度。

清洗寬度是水流噴射路面所達(dá)到的水幕寬度，其表達(dá)式為：

B=2d×tan（） （2）

以清洗率作為評(píng)價(jià)參數(shù)，以洗凈面積和射流水幕寬度總面積的比值來評(píng)價(jià)路面清洗的效率，這樣避免過渡區(qū)域模糊帶來的不利因素，更能準(zhǔn)確地反映路面清洗的效果。

2.3 清洗能力的全局優(yōu)化分析

優(yōu)化路面清洗參數(shù)的最終目標(biāo)是在清洗率、生產(chǎn)率、能耗和水消耗等多個(gè)方面同時(shí)達(dá)到最優(yōu)，是一個(gè)全局優(yōu)化的問題。這里影響清洗效果的獨(dú)立參數(shù)為清洗壓力p、清洗靶距d、清洗移動(dòng)速度v和噴嘴安裝角度α。主要的優(yōu)化指標(biāo)有：1）清洗率cr；2）生產(chǎn)率P。在評(píng)價(jià)環(huán)衛(wèi)車對(duì)路面清洗優(yōu)劣，還要考慮清洗效率的高低。高的清洗效率，在清洗迅速的同時(shí)，有效避免對(duì)公路車輛的影響，提高清洗車作業(yè)效率，降低使用成本。而清洗生產(chǎn)效率高低，用單位時(shí)間清洗的面積來表示：P=Bv （3）

總清洗寬度B可以表示為：B=2dtan（）·N （4）

其中，N為噴嘴數(shù)量。

3）能量消耗E。高壓水流克服覆層垃圾的吸附力達(dá)到路清潔所做的功，稱為能量消耗。能量消耗與清洗壓力、速度、靶距等因素相關(guān)。清洗參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)能耗有直接的影響，對(duì)清洗車輛運(yùn)營產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)影響。能量消耗以能量效率來表示，定義為單位清洗面積所消耗的能量：E=p （5）

其中，cD為噴孔流量系數(shù)，D為噴嘴當(dāng)量直徑，p為清洗壓力，ρw為水的密度。

4）水消耗Q。減少作業(yè)水耗量，可以達(dá)到節(jié)約水資源，降低清洗作業(yè)成本。水消耗量指單位清洗面積水量消耗值：

Q= （6）

以上四個(gè)形成一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)f：

f=w1+w2-w3-w4

wi=1，wi?0，i=1，…，4

其中，wi（i=1，2，3，4）為權(quán)重系數(shù)，X0（X=cr

0，P，E，Q）為極限值。

均上述分析，環(huán)衛(wèi)車生產(chǎn)企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試和設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，應(yīng)遵從以下幾個(gè)方案：第一、根據(jù)車輛使用環(huán)境，確定車輛實(shí)際清洗寬度，作為設(shè)置清洗噴嘴實(shí)際個(gè)數(shù)的依據(jù)，噴嘴水幕重疊量為水幕寬度的1/5～1/4；第二、根據(jù)車輛使用環(huán)境，確定車輛正常作業(yè)車速，根據(jù)速度確定噴嘴移動(dòng)速度，最優(yōu)速度為5～15Km/h；第三、根據(jù)車輛使用環(huán)境，結(jié)合常見路面情況，確定水流噴射靶距，保證最優(yōu)清洗靶距；第四、根據(jù)車輛使用環(huán)境及路面情況，確定噴嘴安裝角度，結(jié)合車速和靶距，最優(yōu)角度30°～60°，選擇實(shí)際合適角度；第五、選擇相關(guān)參數(shù)后，根據(jù)清洗效率和能耗計(jì)算進(jìn)行調(diào)整，最后確定能耗小，清洗效率高的相關(guān)參數(shù)作為最終設(shè)計(jì)參數(shù)。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

清洗車清洗實(shí)驗(yàn)前，用涂料將路刷成白色，以備實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行圖像采集和處理。再將泥沙、粉塵，小石子等覆層垃圾與水混合，將其均勻刷在實(shí)驗(yàn)路面上，保證厚度為5mm，保持厚度均勻， 待覆層干燥后進(jìn)行清洗實(shí)驗(yàn)。為驗(yàn)證清洗壓力、速度、清洗靶距和噴嘴的安裝角度對(duì)清洗效果的影響的重要性和獨(dú)立性，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用了分別改變不同清洗參數(shù)進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)的方法來記錄清洗參數(shù)與清洗效果的相關(guān)結(jié)果，并分析結(jié)果。通過上述理論分析，及參數(shù)理論計(jì)算和相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)際試驗(yàn)結(jié)論可知：首先、路面介質(zhì)路面路況，對(duì)清洗能力影響較大，不同路面對(duì)環(huán)衛(wèi)車清洗的能力要求不一樣，要求環(huán)衛(wèi)車要能根據(jù)路面情況進(jìn)行適當(dāng)可調(diào)整控制，比如水路系統(tǒng)壓力，噴嘴噴射角度等；其次、影響環(huán)衛(wèi)車清洗能力的因素較多，其中水路系統(tǒng)壓力、噴嘴噴射水幕形狀、噴嘴移動(dòng)速度，噴射角度等是影響清洗效率主要因素；最后、影響環(huán)衛(wèi)車清洗能力的因素中，各因素是相互關(guān)聯(lián)，實(shí)際設(shè)計(jì)和試驗(yàn)中要考慮綜合調(diào)整，通過試驗(yàn)步驟進(jìn)行調(diào)整達(dá)到理想優(yōu)值。

4 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)清洗路面情況分析，結(jié)合清洗能力因素的建模和理論數(shù)值計(jì)算，簡(jiǎn)明闡述了環(huán)衛(wèi)車清洗能力的主要決定因素。同時(shí)對(duì)相關(guān)因素提出優(yōu)化方案，明確相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法和步驟。通過分析，對(duì)實(shí)際車輛采取試驗(yàn)，通過客戶試驗(yàn)，相關(guān)理論得到驗(yàn)證，該技術(shù)研究對(duì)洗掃車清洗能力提供參考和指導(dǎo)意義，給企業(yè)提供了理論依據(jù)和優(yōu)化方式。

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