陳 歡

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710300）

0 引言

洗掃車是一款集高壓清洗車、掃路車功能于一身的環(huán)衛(wèi)車輛，它能單獨(dú)作為掃路車或高壓沖洗車作業(yè)，或同時(shí)進(jìn)行高壓沖洗、掃路作業(yè)。洗掃車主要是由二類汽車底盤改裝而成，主要包含副發(fā)動機(jī)、風(fēng)機(jī)、高壓水泵、清水箱、垃圾箱、左右掃盤、帶噴水桿的寬吸嘴、低壓沖洗系統(tǒng)、掃盤降塵系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、專用裝置電控系統(tǒng)和副車架等。洗掃車的工作方式：先進(jìn)行清掃作業(yè)，后進(jìn)行清洗作業(yè)，再通過吸嘴將污水與垃圾進(jìn)行吸拾，儲存在垃圾箱中，整個(gè)過程可實(shí)現(xiàn)路面作業(yè)后的無塵土、無積水[1-5]。

本文主要是針對洗掃車的高壓水路系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過分析高壓水路系統(tǒng)的原理，對主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，為產(chǎn)品的試制生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

1 洗掃車高壓水路系統(tǒng)組成

高壓水路系統(tǒng)一般由清水箱、水過濾器、高壓水泵及離合裝置、調(diào)壓閥、高壓水管路、噴水桿、垃圾箱自潔裝置、噴霧裝置、手動清洗裝置等組成。高壓水路系統(tǒng)原理如圖1 所示。

按照洗掃車的整車設(shè)計(jì)要求，對高壓水路系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，充分考慮高壓清洗、垃圾箱自潔、手動清洗等功能，因此設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮高壓水泵的選型、高壓管路和噴桿的設(shè)計(jì)。

1.1 高壓水泵選型

圖1 高壓水路原理

影響高壓水泵選型的因素主要有兩個(gè)：水泵的流量和壓力。高壓水泵產(chǎn)生的高壓水，在噴嘴的噴射作用下，將水的壓力能轉(zhuǎn)換為動能，對清掃路面產(chǎn)生沖擊，通?？蓪⑺畨核a(chǎn)生的沖擊力稱為最大水射流打擊力（圖2）。

圖2 水射流打擊力

最大水射流打擊力F 的計(jì)算公式為：

式中 q——水射流的流量，L/min

p——水射流的壓力，MPa

α——水射流與地面的夾角，°（一般取65°）

根據(jù)式（1）可知，通過增大水射流流量q、水射流壓力p、水射流與地面的夾角α，均可增大最大水射流打擊力F。顯然，采用增大水射流流量的方法比增大壓力對于提高F 的效果更顯著。

通常高壓清掃車的高壓水泵工作流量設(shè)為70～150 L/min，工作壓力常為5～10 MPa。為了保證連續(xù)工作時(shí)間，多為進(jìn)口的柱塞式水泵。在選擇高壓水泵的過程中，主要是結(jié)合所要清掃路面的寬度以及清掃路面的臟污程度來綜合考量，一般情況下以3.5 m 作為劃分標(biāo)準(zhǔn)：大于3.5 m 時(shí)，選擇流量為70～100 L/min的高壓水泵；小于3.5 m 時(shí)，選擇流量在100 L/min 以上的高壓水泵。

對此型號高壓洗掃車的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，可知此型號高壓洗掃車在工作狀況下最大作業(yè)寬度為3.5 m，可對應(yīng)選擇高壓水泵的流量為106 L/min，工作壓力為10 MPa。

1.2 高壓水系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)

洗掃車高壓水路系統(tǒng)的工作原理是，通過將清水箱中的水傳輸?shù)竭^濾器，經(jīng)過濾后進(jìn)入到高壓水泵，為保證出水口的壓力保持恒定，水流通過自動卸荷閥進(jìn)入到總的分水管道中，再通過氣動控制來實(shí)現(xiàn)高壓球閥的開合與關(guān)閉，最終將高壓水輸送到洗掃車的工作部件。

在高壓水泵的整個(gè)工作過程中應(yīng)注意以下4 點(diǎn)：①為了保證輸出流量的穩(wěn)定性，通常高壓水泵選擇柱塞泵；②為了保證高壓水泵的工作壽命，前置的過濾器過濾精度不少于120 目（0.125 mm）；③為了保護(hù)高壓水泵，應(yīng)設(shè)置不同調(diào)整壓力的自動卸荷閥和安全閥；④水箱中設(shè)有低水位報(bào)警感應(yīng)裝置，防止水泵發(fā)生“干燒”現(xiàn)象。

根據(jù)液壓與氣壓傳動的知識可知，水流從高壓水泵的出口經(jīng)過管路流至高壓噴嘴的整個(gè)過程中，會伴隨著局部壓力損失和沿程壓力損失。因此在高壓水路系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合多方面的影響因素。通常高壓水系統(tǒng)中的壓力損失公式為：

式中 ΔP——壓力損失，N/m2

λ——水管內(nèi)壁摩擦系數(shù)

L——水管長度，m

d——水管內(nèi)徑，m

ρ——水的密度，kg/m3

Vm——水的平均速度，m/s

由式（2）可得知，壓力損失ΔP 與水管的內(nèi)徑d 呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，與水管的長度L 呈現(xiàn)正相關(guān)。因此，在洗掃車高壓水系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足正常使用的條件下，需盡可能減少管路的長度。一般而言，水管路的直徑取決于流經(jīng)管路的水流量，當(dāng)水流量小于40 L/min 時(shí)，管路的直徑選擇大于8 mm；當(dāng)水流量小于80 L/min 而大于40 L/min 時(shí)，管路的直徑選擇大于13 mm；當(dāng)水流量大于80 L/min 時(shí)，管路的直徑選擇大于16 mm。根據(jù)此型號洗掃車的設(shè)計(jì)要求，選擇的高壓水泵流量為106 L/min，需選擇直徑不小于19 mm 的高壓水管。需要注意的是：一是高壓水管的工作壓力要不小于1.25 倍的高壓水泵工作壓力；二是為防止雜質(zhì)堵塞噴嘴，高壓水管在安裝前應(yīng)預(yù)先進(jìn)行沖洗。

1.3 噴水桿的設(shè)計(jì)

圖3 V 形噴桿結(jié)構(gòu)

噴水桿包括左噴桿、右噴桿和吸嘴噴桿（圖3）：吸嘴噴桿布置在吸嘴內(nèi)，其上裝有14 個(gè)洗滌噴嘴；左噴桿上裝有3 個(gè)洗滌噴嘴，需要左側(cè)清洗路緣和路緣石時(shí)，右噴桿上裝有4 個(gè)洗滌噴嘴；左、右噴桿都裝有1 個(gè)萬向洗滌噴嘴，手動球閥控制，用于清洗隔離墩。

圖4 洗掃作業(yè)前后效果對比

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)際安裝時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意的是：①為保證高壓水射流打擊力在水平方向的分量足夠推動污水運(yùn)動，噴嘴與地面的夾角α 需選取合適的數(shù)值，常設(shè)定為65°；②噴嘴距離地面的高度決定了作業(yè)時(shí)對地面的沖洗效果，通常設(shè)定高度為大于150 mm、小于200 mm；③為防止噴桿在行駛時(shí)被撞壞，在不作業(yè)時(shí)噴桿由氣缸帶動收回。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證洗掃車高壓水路系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，在廠區(qū)內(nèi)選擇柏油路作為試驗(yàn)場地，得到如圖4 的洗掃作業(yè)效果對比。

3 結(jié)束語

通過對清洗路面前后的效果進(jìn)行分析，洗掃車高壓水路系統(tǒng)對于高壓水路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高壓水泵選型和噴水桿設(shè)計(jì)能夠滿足洗掃作業(yè)要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果，驗(yàn)證了高壓水路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，為產(chǎn)品的批量生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。