摘要：洗掃車(chē)功能多樣，多種功能的運(yùn)用常常需要水路閥組的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，氣控閥組因其成本低、可靠性高等特點(diǎn)，成為眾多專(zhuān)用車(chē)廠商首選的控制方法。但對(duì)于多數(shù)輕型洗掃車(chē)來(lái)說(shuō)，底盤(pán)無(wú)可直接使用的氣源，需要上裝提供氣源。因此研究一種洗掃車(chē)供氣裝置，并根據(jù)裝置的實(shí)際使用情況，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)為環(huán)衛(wèi)行業(yè)提供一種安全、可靠的供氣方案。

關(guān)鍵詞：氣控水閥；輕型洗掃車(chē)；供氣裝置；優(yōu)化改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U462 收稿日期：2024-06-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.11.015

1 前言

洗掃車(chē)是在二類(lèi)汽車(chē)底盤(pán)的基礎(chǔ)上通過(guò)加裝各種工作裝置改裝而成的，具有路面清洗、路面清掃、路緣和路緣石立面洗刷、噴霧降塵、定點(diǎn)沖洗等多種功能，有全洗掃、右洗掃、左洗掃等作業(yè)模式可供用戶選擇。適用于城市道路、公路、廣場(chǎng)、碼頭、隧道等場(chǎng)所的機(jī)械化作業(yè)。近年來(lái)，隨著人們對(duì)居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，全國(guó)各省市加強(qiáng)了對(duì)背街小巷、非機(jī)動(dòng)車(chē)道、輔道等道路較窄區(qū)域的專(zhuān)項(xiàng)整治工作，在這樣的背景下，輕型洗掃車(chē)應(yīng)運(yùn)而生，因其外形尺寸小，通過(guò)性強(qiáng)、高壓水流量大、壓力高、風(fēng)機(jī)吸力強(qiáng)勁等特點(diǎn)對(duì)該類(lèi)場(chǎng)所有很好的適用性，獲得了市場(chǎng)的青睞。

洗掃車(chē)各種作業(yè)模式的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)對(duì)水路閥組的切換控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。氣控高壓水閥與電磁高壓水閥、油缸控制水閥相比，具有能源取之不盡、使用成本低、元器件經(jīng)濟(jì)實(shí)用、可靠性高、排放無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。因此目前洗掃車(chē)水路閥組的切換大多采用氣體控制的方式。而壓縮空氣主要來(lái)源于底盤(pán)氣源，同時(shí)底盤(pán)氣源還有一個(gè)非常重要的功能就是冬季除水［1］。洗掃車(chē)在冬季使用時(shí)，由于夜間氣溫低，洗掃車(chē)工作結(jié)束，車(chē)輛處于放置狀態(tài)時(shí)，管路中的水無(wú)法排盡，會(huì)存留在管路中，該部分水結(jié)凍會(huì)對(duì)洗掃車(chē)的管路及水路元器件造成凍裂的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)使用底盤(pán)壓縮空氣將管路里剩余水吹出來(lái)，可以有效地防止此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。

但目前多數(shù)輕型底盤(pán)出于成本和空間的考慮，大多采用的是液壓制動(dòng)而不是氣壓制動(dòng)，這就造成采用此類(lèi)底盤(pán)進(jìn)行改裝的洗掃車(chē)沒(méi)有可直接使用的氣源。對(duì)于此類(lèi)底盤(pán)，可以采用電控或液控的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)水路水閥的切換，但這同樣將造成制造成本高、使用可靠性低的問(wèn)題，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)冬季氣吹除水的功能，給管路及元器件帶來(lái)凍裂的安全隱患。為了解決此類(lèi)問(wèn)題，提供了一種利用外裝直流氣泵和儲(chǔ)氣罐的供氣裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)洗掃車(chē)水路的切換控制及冬季除水。

2 供氣裝置的組成及工作原理

供氣裝置由直流氣泵、儲(chǔ)氣罐及其輔件組成，輔件包括壓力開(kāi)關(guān)、安全閥、排水閥、壓力表、單向閥等，如圖1所示。

供氣裝置工作原理：直流氣泵從洗掃車(chē)底盤(pán)電瓶取電，通過(guò)管路與儲(chǔ)氣罐連通，氣泵通過(guò)壓縮空氣獲得的高壓氣體，儲(chǔ)存到儲(chǔ)氣罐內(nèi)，供洗掃車(chē)上裝工作裝置使用。

直流氣泵規(guī)格型號(hào)的選取要根據(jù)底盤(pán)電瓶的電壓、功率，上裝所需的氣體流量及壓力來(lái)綜合進(jìn)行選擇，該裝置選用氣泵工作電壓為DC-12 V，工作電流為10 A，儲(chǔ)氣罐容積為5 L；氣泵并不是一直處于工作狀態(tài)的，氣泵通過(guò)連接繼電器、壓力開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)其工作狀態(tài)的控制。壓力開(kāi)關(guān)具有壓力上限值和壓力下限值，當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力降低，低于壓力值下限時(shí)，繼電器得電，氣泵開(kāi)始工作，當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力升高，高于壓力值上限時(shí)，氣泵停止工作，以此來(lái)保證儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣壓保持在一定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水閥的控制，該裝置選用的壓力開(kāi)關(guān)壓力值分別為0.4 MPa、0.7 MPa。

氣泵與儲(chǔ)氣罐連通的管路也有一定的要求，氣泵通過(guò)不銹鋼包紗管與儲(chǔ)氣罐進(jìn)行連接，包紗管能夠更好的散熱，防止溫度過(guò)高損傷管路；同時(shí)由于空氣經(jīng)過(guò)壓縮進(jìn)入儲(chǔ)氣罐內(nèi)，氣體溫度會(huì)升高，待在罐內(nèi)冷卻后會(huì)產(chǎn)生水，因此該裝置在使用一段時(shí)間后，會(huì)產(chǎn)生部分水分，存留在儲(chǔ)氣罐內(nèi)，影響儲(chǔ)氣罐性能及高壓氣體的質(zhì)量，因此儲(chǔ)氣罐還配備了排水閥，定期對(duì)氣進(jìn)行排水。

同時(shí)為了提高該裝置的安全性，還配備了安全閥。當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力過(guò)高超過(guò)規(guī)定限值時(shí)，安全閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，將罐內(nèi)的部分高壓氣體排入大氣中，使罐內(nèi)壓力降低，從而保證安全。安全閥的卸荷壓力應(yīng)高于儲(chǔ)氣罐設(shè)定的最高壓力，同時(shí)低于儲(chǔ)氣罐的承受壓力，該裝置安全閥壓力定為1 MPa。

3 洗掃車(chē)模式切換及冬季除水

3.1 供氣裝置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

表1給出了供氣裝置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，其參數(shù)包括氣泵充氣時(shí)間（0～0.7 MPa）、氣泵充氣時(shí)間（0.4～0.7 MPa），以及從滿氣到充氣能切換水閥次數(shù)。

3.2 洗掃車(chē)模式切換

根據(jù)圖2所示的氣路系統(tǒng)原理，通往卸荷一路的閥門(mén)為常開(kāi)型，其他閥門(mén)為常閉型。當(dāng)任一常閉型閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，通往卸荷的閥門(mén)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

因此當(dāng)洗掃車(chē)底盤(pán)啟動(dòng)，作業(yè)沒(méi)開(kāi)始時(shí)，卸荷一路是開(kāi)啟的，此時(shí)需要通高壓氣，保證水閥處于開(kāi)啟狀態(tài)；當(dāng)洗掃車(chē)啟動(dòng)作業(yè)，電磁換向閥換向，卸荷閥關(guān)閉，高壓氣通過(guò)電磁換向閥排向大氣，同時(shí)噴桿一路的電磁閥換向，噴桿一路通入高壓氣控制水閥打開(kāi)。當(dāng)作業(yè)結(jié)束、倒車(chē)或切換模式時(shí)，此時(shí)電磁閥再換向，噴桿一路的高壓氣通過(guò)電磁閥排向大氣，而卸荷一路通入高壓氣，控制卸荷閥打開(kāi)。供氣裝置通過(guò)電磁換向閥控制高壓氣進(jìn)入閥組或排向大氣，實(shí)現(xiàn)不同水閥的啟閉，從而實(shí)現(xiàn)不同的作業(yè)模式的切換。

從以上過(guò)程中我們不難發(fā)現(xiàn)，洗掃車(chē)狀態(tài)每切換一次，水閥處高壓氣會(huì)通入/排向大氣一次［2］。當(dāng)高壓氣頻繁消耗，使罐內(nèi)壓力低于壓力開(kāi)關(guān)的設(shè)定值時(shí)，氣泵開(kāi)始工作，向罐內(nèi)充氣。

通過(guò)表1供氣裝置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表，可以看到供氣裝置從氣罐滿氣到氣壓降低到滿足再充氣條件時(shí)，水閥的切換次數(shù)為10次，也就是說(shuō)洗掃車(chē)切換5次模式或啟停5次，氣泵就會(huì)進(jìn)行一次充氣。

3.3 冬季除水

洗掃車(chē)?yán)密?chē)輛自身配備的高壓水路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的沖洗，當(dāng)作業(yè)結(jié)束后，管路、水閥等零件中會(huì)殘留水分，冬季車(chē)輛放置時(shí)，由于氣溫低，殘留在管路和水閥等洗掃車(chē)零部件中的水會(huì)結(jié)冰，導(dǎo)致零部件損壞。因此，多數(shù)洗掃車(chē)會(huì)配備冬季除水裝置。

當(dāng)要進(jìn)行冬季除水時(shí)，需將高壓氣體接入水路系統(tǒng)的管路中，因?yàn)橄磼哕?chē)高壓管路比較長(zhǎng)，分支比較多，因此殘留水無(wú)法單次除盡，需要對(duì)管路進(jìn)行逐一清除。

該輕型洗掃車(chē)共有4條管路需要除水，經(jīng)試驗(yàn)，每條管路除水需儲(chǔ)氣罐滿氣吹2～3次才能將管路里的殘留水吹干凈。結(jié)合表1供氣裝置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，洗掃車(chē)冬季除水總時(shí)間在30 min左右。

3.4 問(wèn)題反饋

a.車(chē)輛經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用，上裝氣路系統(tǒng)氣密性降低，氣泵充氣效率降低，洗掃車(chē)放置一晚上，第二天上電工作時(shí)，需要等待儲(chǔ)氣罐充氣達(dá)到水閥切換壓力以后才可以工作。

b.如遇到紅綠燈較多路段或掉頭較多的路段，洗掃車(chē)工作裝置需要反復(fù)啟停時(shí)，水路高壓水閥會(huì)頻繁切換，導(dǎo)致用氣量加大，氣泵充氣次數(shù)較多，影響使用壽命。

c.冬季除水效率低，除水時(shí)間較長(zhǎng)，氣泵短時(shí)間內(nèi)頻繁使用，影響使用壽命，且儲(chǔ)氣罐一次放氣后需關(guān)閉手動(dòng)球閥，待儲(chǔ)氣罐充滿后再打開(kāi)手動(dòng)球閥，自動(dòng)化程度不高。

d.供氣裝置壓力開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致氣泵一直處于工作狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致氣泵損壞。

4 供氣裝置的優(yōu)化改進(jìn)

根據(jù)車(chē)輛實(shí)際使用情況，對(duì)供氣裝置進(jìn)行以下優(yōu)化改進(jìn)：

a.在儲(chǔ)氣罐取氣口后側(cè)增加電磁切斷閥（原來(lái)為快插接頭，不易操作），當(dāng)車(chē)輛工作結(jié)束，車(chē)輛熄火斷電后，切斷閥自動(dòng)閉合，切斷供氣裝置與上裝的連接，防止因?yàn)樯涎b管路及元件漏氣導(dǎo)致氣壓降低，最大限度地保存氣壓。

b.加大儲(chǔ)氣罐容積（5 L→10 L），提高壓力開(kāi)關(guān)最高壓力值（0.4～0.7 MPa改為0.58～0.79 MPa），增加儲(chǔ)氣量，降低氣泵工作次數(shù)，增加使用壽命。

c.對(duì)氣泵重新選型，選擇充氣效率高，散熱效果好的氣泵，且在一定的氣壓下氣泵可以一直工作，提高冬季除水的效率。

d.冬季除水這一處管路增加流量開(kāi)關(guān)，由程序自動(dòng)控制，提高冬季除水時(shí)的自動(dòng)化程序，無(wú)需工人一直操作。

e.電氣系統(tǒng)中增加延時(shí)繼電器，即從氣泵充氣開(kāi)始計(jì)算，5 min后強(qiáng)制對(duì)氣泵斷電，終止充氣過(guò)程。當(dāng)壓力開(kāi)關(guān)因故障，導(dǎo)致氣泵無(wú)法斷電時(shí)，電控程序?qū)ζ溥M(jìn)行強(qiáng)制斷電，保護(hù)氣泵安全。

通過(guò)以上改進(jìn)措施，提高了供氣裝置的效率，提高了使用壽命，同時(shí)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了用戶的使用體驗(yàn)。

該供氣裝置的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景如圖3所示。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)人居環(huán)境的要求越來(lái)越高，輕型洗掃車(chē)遍布在城市的各個(gè)角落，背街小巷、公園、步行街等都能見(jiàn)到它的身影。此供氣裝置的設(shè)計(jì)解決了輕型汽車(chē)底盤(pán)無(wú)直接可用氣源的難題，不僅實(shí)現(xiàn)了洗掃車(chē)各種功能的自由切換，也實(shí)現(xiàn)了冬季除水的功能，避免車(chē)輛冬季晚上放置凍壞現(xiàn)象，解決了用戶的后顧之憂，為環(huán)衛(wèi)行業(yè)提供了一種安全、可靠的供氣方案。

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作者簡(jiǎn)介：

王偉，男，1988年生，工程師，研究方向?yàn)閷?zhuān)用汽車(chē)。