石慧瓏

中圖分類號：U469.6+91 文獻標識碼：A 文章編號：1004-0226（2021）12-0090-05

1前言

隨著城市道路的不斷發(fā)展，城市路面的清洗保潔設(shè)備的種類越來越多樣化，其中高壓清洗車是城市路面保潔的主要設(shè)備之一。高壓清洗車可對道路頑固污漬進行高壓強力清洗，可對路沿石、道路隔離護欄以及廣告牌等路面設(shè)施進行高壓清洗，同時可對道路進行增濕、降塵作業(yè)。

目前國內(nèi)的高壓清洗車在高壓系統(tǒng)設(shè)計時大多參考市面上其他廠家成熟產(chǎn)品的參數(shù)進行設(shè)計，沒有進行系統(tǒng)的匹配計算，造成作業(yè)效果不佳等問題。同時在副發(fā)動機選型時，未能進行功率匹配性驗算，“大馬拉小車”造成整車能耗較高，增加整車的成本;在副發(fā)動力傳遞方案設(shè)計時，未能擇優(yōu)選擇，造成動力傳遞可靠性低、售后維護不便、使用成本高等問題。

2高壓清洗車高壓系統(tǒng)設(shè)計

2.1高壓系統(tǒng)原理

高壓系統(tǒng)原理如圖1所示，水罐的水經(jīng)過手動球閥、水濾器進入高壓水泵，通過高壓水泵產(chǎn)生的高壓水流經(jīng)過集水管，通過氣動球閥的開閉控制高壓作業(yè)方式。

因高壓水泵及噴嘴精度較高，在選型水濾器時盡量選擇過濾精度高的，同時考慮高壓水泵自吸能力差，水濾器過水流量應大于高壓水泵額定流量的兩倍以上，防止高壓水泵進水不暢。在高壓水泵的進水口處應設(shè)置氣力凈管接口，冬季車輛作業(yè)完后應對高壓水泵、管道、氣動球閥進行氣吹，防止殘余水結(jié)冰導致部件損壞。

在集水管設(shè)置一路氣動球閥直接引回罐體做回水卸荷，此路氣動球閥狀態(tài)為常開，當進行高壓作業(yè)時，其余支路氣動球閥開啟后3s，回水卸荷氣動球閥自動關(guān)閉，此舉可防止高壓作業(yè)動作進行切換時管道帶壓力，造成管道內(nèi)壓力紊亂，影響高壓元件的使用壽命。

2.2高壓水泵轉(zhuǎn)速控制方案

由式（1）可知，噴嘴流量與噴嘴壓力的平方根成正比，噴嘴流量越大，則噴嘴壓力也越大，當噴嘴壓力定值時，噴嘴流量也是定值。

因高壓水泵為定量柱塞泵，其輸出的流量是與轉(zhuǎn)速成正比，當高壓水泵轉(zhuǎn)速一定時，高壓水泵輸出的流量也是恒定的。由圖1可知，高壓清洗車的高壓作業(yè)方式多樣化，在調(diào)定溢流閥壓力的情況下，每種高壓作業(yè)所需的流量是不一樣的，這就會導致在進行小流量高壓作業(yè)時，會有大量的高壓水從溢流閥出流回罐體，造成大量的能量損失。

通過在集水管上設(shè)置壓力傳感器用來感應高壓管道中的水壓，在控制器中預設(shè)兩個壓力值，一個為管道壓力的上限值，一個為管道壓力的下限值。當水壓超過上限值時副發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降，使得高壓水泵轉(zhuǎn)速下降，降低管道內(nèi)水壓。當水壓低于下限值時，發(fā)動機及高壓水泵轉(zhuǎn)速提高，管道內(nèi)水壓上升。

通過試驗，此方案可有效減少小流量高壓作業(yè)的油耗及噪聲，同時不影響大流量高壓作業(yè)的作業(yè)效果。

2.3前噴架噴嘴選型

限于篇幅，本文只對前噴架噴嘴的選型進行敘述。前噴架工作模式可知，噴嘴應選用噴霧為扇形截面的噴嘴，扇形噴嘴的角度越小，打擊力越大。由表1可知：扇形噴嘴噴射角度越大，噴嘴打擊力占總理論打擊力的百分比越小;結(jié)合表1及表2以及同時考慮噴嘴數(shù)量可知噴嘴型號選用5004噴嘴為宜。

由式（2）可知道，噴嘴進行高壓清洗打擊力與噴嘴流量和噴嘴壓力的平方根成正比，在打擊力提升方面，提高噴嘴流量會比提高噴嘴壓力效果更加顯著。

設(shè)定前噴架清洗壓力為8MPa，清洗寬度為3.5m。根據(jù)表3可知，5004噴嘴壓力為8MPa時，噴嘴流量為8.1L/min;同時根據(jù)表2，噴嘴噴射距離以250mm為宜，由噴嘴理論覆蓋范圍為233mm。根據(jù)以上參數(shù)，對噴嘴進行布局如圖2所示。確定參數(shù)：噴嘴數(shù)量17個，噴嘴型號5004，噴霧搭接量25mm。

根據(jù)圖3計算副發(fā)動力系統(tǒng)傳遞效率：已知減速箱傳遞效率為95%，萬向節(jié)傳動軸傳遞效率為97%，總傳遞效率為95%×97%=92%。

根據(jù)高壓水泵所需功率為24.3kW，發(fā)動機所需輸出功率為：24.3/92%=26.4kW，選用某品牌型號為JE493GSF發(fā)動機，其功率、扭矩與轉(zhuǎn)速的參數(shù)見圖4。

根據(jù)圖4中可知，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1700r/min時，發(fā)動機輸出扭矩為最大值，此時發(fā)動機可發(fā)揮最佳性能。核對發(fā)動機輸出功率為30.33kW，滿足高壓水泵功率的需求。同時根據(jù)高壓水泵與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速可計算減速箱速比：1700/750=2.267。

4結(jié)語

本文為高壓清洗車的副發(fā)動力系統(tǒng)及高壓系統(tǒng)的設(shè)計及計算提供了一套完整的設(shè)計方法及流程。

通過對噴嘴的選型計算，得出噴嘴的壓力及流量，根據(jù)噴嘴的壓力和流量計算出高壓系統(tǒng)進行前噴架高壓作業(yè)所需的功率，根據(jù)前噴架高壓作業(yè)所需流量，合理地選擇輸送管道的內(nèi)徑以及對管道進行優(yōu)化布置，計算出高壓系統(tǒng)在管道內(nèi)的壓力損失，計算出高壓水泵輸出的實際壓力與流量，最終計算出高壓水泵的功率。同時提出一種高壓水泵轉(zhuǎn)速自動控制的方案，以減少整車能耗及噪聲。

對比三種副發(fā)動力傳遞方式，分析其各自優(yōu)缺點，最終得出在布置空間允許的情況下，優(yōu)先選擇副發(fā)動機外接離合器殼及壓盤式離合器，通過減速箱減速。通過萬向節(jié)傳動軸驅(qū)動高壓水泵工作的動力傳遞方式。

同時根據(jù)高壓水泵的功率及動力傳遞方式，計算出發(fā)動機所需輸出功率，并通過發(fā)動機外特性曲線值，選擇發(fā)動機發(fā)揮最佳性能的轉(zhuǎn)速，最后算出減速箱速比。