摘要：本文對汽車淋雨試驗中的噴淋系統(tǒng)進行方案設(shè)計。噴淋系統(tǒng)的工作效率對汽車整車進行淋雨試驗檢測密封性起著決定性的作用，在噴淋系統(tǒng)的組成中，噴頭的噴嘴尺寸大小以及噴淋角度也會影響整體的噴淋效果。在選用設(shè)備或零部件的時候，首先考慮設(shè)備本身在工作時的狀態(tài)能否根據(jù)試驗要求做出調(diào)整，其次是選用的這些設(shè)備或者零部件是否滿足實際生產(chǎn)時達到的經(jīng)濟成本要求。

關(guān)鍵詞：汽車淋雨試驗；噴淋系統(tǒng)；噴頭；密封性

中圖分類號：U468.2 文獻標識碼：A

0 引言

在汽車的性能試驗中，有一項就是淋雨密封測試，QC/T476-2007《客車防雨密封性限值及試驗方法》中規(guī)定有淋雨的試驗方法。當耐久試驗車輛每達到一定試驗階段的時候，車輛也要按規(guī)定進行淋雨試驗，對車輛所有膠條、封板及膠堵等密封零部件進行密封性能檢查，及時發(fā)現(xiàn)相關(guān)故障，快速反饋并改進[1]。

本文基于某汽車公司的在售產(chǎn)品，提出一種模擬汽車淋雨的噴淋系統(tǒng)設(shè)計，包括對噴淋系統(tǒng)中各組成部件的選擇、噴淋管噴頭與測試車輛距離的研究以及循環(huán)水池設(shè)計的研究等，以便提高該公司在售及在研汽車產(chǎn)品淋雨的性能和可靠性。

1 總體設(shè)計方案組成

1.1 汽車淋雨室的總體布置

淋雨室所對應的測試車型主要是乘用車，根據(jù)某整車廠在售及在研汽車產(chǎn)品，它所能滿足的車型最大尺寸和質(zhì)量如表1 所示。

淋雨室外部可以采用304（0Cr19Ni9）不銹鋼板折彎，兩側(cè)設(shè)置有玻璃觀察窗，相鄰兩個窗的間隔距離為1 000.0 mm，以方便觀察汽車在噴淋時的各種狀況。淋雨室的頂部還設(shè)置有LED照明燈，照明燈的亮度要達到300 LUX，通常還要做防潮處理，用安全玻璃對燈光進行隔離，且要保證安全玻璃牢固可靠。

此外，淋雨室底部在地坑上架鋪設(shè)有熱鍍鋅鋼格柵板，格柵板的規(guī)格為厚度5.0 mm，相鄰兩塊板之間的距離不能大于35.0 mm。麻花鋼筋直徑不小于10.0 mm，鋼筋通過焊接固定，間隔不大于100.0 mm，板與板之間的連接可拆卸，格板之間有固定裝置；為防止其他雜物掉進水池，熱鍍鋅鋼格上鋪設(shè)有過濾網(wǎng)。兩側(cè)以及頂部的輸水管從控制室出來后均從淋雨室房頂向四周分布，底部和前面的管道通過地坑向上分布[2]。

淋雨室地坑格柵板上設(shè)計有兩根不銹鋼限位塊，其在格柵板上的位置不能移動，讓進入淋雨室的車輛有左右定位限制，兩根不銹鋼限位塊之間的距離是2 200.0 mm。另外，在距離前端噴淋面850.0 mm 處的格柵板上也設(shè)有不銹鋼限位塊，限制汽車前進，此限位塊可以自由調(diào)節(jié)，但方向只能是往淋雨室中間靠攏。如果是往反方向調(diào)節(jié)，則汽車前輪與限位塊剛好接觸，可能此時汽車前臉與前端噴淋面距離過近，不利于液壓缸的活塞桿工作。

1.2 噴淋系統(tǒng)的組成

噴淋系統(tǒng)是汽車淋雨試驗的主要系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由水泵、過濾器、流量計、壓力顯示器、控制閥、不銹鋼管路和噴頭構(gòu)成，噴頭由噴嘴及噴嘴構(gòu)架組成（圖1）。汽車在淋雨試驗時，前端、左右兩側(cè)、頂部以及底部形成5 個噴淋面。

1.3 噴淋系統(tǒng)的功能

噴淋系統(tǒng)用于檢測汽車的防雨密封性能，水泵把水從蓄水池抽出后經(jīng)過濾從噴頭向車輛表面噴灑，通過改變水的流量以及噴頭的噴灑方向，進而全方位模擬汽車用戶在使用汽車時遇到的各種淋雨環(huán)境，是新車下線時不可缺少的一項工藝。

2 噴淋系統(tǒng)的組成設(shè)計

2.1 水泵的介紹及選型

水泵是為噴淋系統(tǒng)提供動力的主要設(shè)備，選型時必須考慮其流量、揚程，以及工作可靠程度等。汽車防水密封性試驗方法中要求水泵供水的壓力不能小于140.0 kPa。在市場上常見的水泵類型包括離心泵、自吸泵、螺桿泵和柱塞泵等。在本文的噴淋系統(tǒng)中，單個噴頭的流量控制為12 L/min，五個噴淋面的噴頭總共325 個，正常工作時總流量為3 900 L/min，即234.0 m3/h，在選用水泵時要確保水泵的工作流量＞ 234.0 m3/h 才能滿足要求。

經(jīng)過各種水泵的對比分析，本設(shè)計決定采用離心泵，查閱離心泵型號，并考慮經(jīng)濟成本后，選用型號為200FY32-12001 的立式液下泵。該水泵由380 V 的電機驅(qū)動，功率為45 kW，流量為250 m3/h，水泵的吸入口徑和排出口徑均為200.0 mm。

2.2 噴淋管道的選材

噴淋系統(tǒng)中水的流量和壓強都比較大，且管道經(jīng)水長時間沖洗須保持不被腐蝕生銹，因此噴淋管道多為鋼材，其中碳素鋼、不銹鋼和合金鋼比較常見[3]。本設(shè)計中管道選用316（1Cr19Ni9）不銹鋼管，管道有三種尺寸，第一種類型是噴淋水泵到恒壓水箱這段距離的水管直徑為200.0 mm，厚度為2.0 mm ；第二種類型是恒壓水箱出水口到各噴淋面的水管（即不安裝噴頭的水管）直徑為108.0 mm，厚度為2.0 mm ；第三種類型是噴淋面中安裝噴頭的水管的直徑為55.0 mm，厚度為2.0 mm。316 不銹鋼含碳量低，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和良好的可塑性，應用廣泛。

在制作噴淋面時，各水管之間的連接采用手工電弧焊焊接工藝處理，噴淋面的進水口處采用法蘭連接，其他三個出水口預留300.0 mm 長的水管，預留水管的管口可根據(jù)實際需求進行焊接法蘭盤，以方便后續(xù)按需求安裝壓力顯示器或者流量計。

2.3 噴頭選型

噴頭是噴淋系統(tǒng)中的核心，噴頭的工作效率往往影響整個噴淋系統(tǒng)的效果，但是該零件由于結(jié)構(gòu)特殊，在工作中如果水體含有較多的雜質(zhì)就容易堵塞，在選用噴頭的時候應更加注重這一要點。QC/T 476-2007《客車防雨密封性限值及試驗方法》標準中規(guī)定，在淋雨試驗時噴嘴出水的角度呈60°的圓錐扇形，噴孔的直徑為2.5 ～ 3.0 mm[4]。標準的自來水壓力是3 kg，即0.3 MPa。

經(jīng)查閱資料對比分析，結(jié)合企業(yè)實際情況，本設(shè)計方案中所有噴淋面采用的噴頭型號均為6520（其中65 為噴淋角度，20 為流量代碼），對應的噴孔直徑為2.8 mm，正常工作時，單個噴頭的流量控制為12 L/min。噴頭的螺紋規(guī)格為1/2，常規(guī)接法為4 分，噴頭一端為外螺紋型式，螺紋外徑的參考數(shù)值為20.3±0.3 mm，噴頭的整體高度為36.0 mm，外螺紋的長度為12.3 mm。

2.4 噴頭安裝位置以及數(shù)量布置

噴頭安裝在噴淋面不銹鋼管的支路上，結(jié)合QC/T 476-2007《客車防雨密封性限值及試驗方法》行業(yè)標準，噴頭之間的橫向及縱向間距為400.0 mm，頂部、底部、左、右側(cè)的噴淋支管數(shù)量為15 排，前端的噴淋支管數(shù)量為5 排，每一排安裝的噴頭數(shù)量為5 個，每一個噴淋面的入水口管路都設(shè)置控制閥和流量計。

2.5 過濾器

過濾器主要的作用是過濾水體中的泥沙和其他雜質(zhì)，過濾器在安裝時采用兩個并聯(lián)的形式，一個在正常工作時另一個作為備用，采用手工切換通道[5]。在選用過濾器時一定要考慮噴淋系統(tǒng)在正常工作壓力下過濾出來水的流量能否滿足噴淋面的需求，如果過濾器在其自身條件下過濾出來的水不能滿足噴淋的正常流量，那么所采用的過濾裝置應舍棄，重新選用另外的過濾裝置。

經(jīng)查閱資料，本設(shè)計方案選用的過濾器為過濾罐，材質(zhì)主要是碳鋼，它的作用是進行水質(zhì)過濾，可以除去水中的懸浮物、泥沙、鐵銹及水垢等雜質(zhì)。過濾罐的安裝位置在噴淋水泵的出水口與恒壓水箱入水口之間，當水泵將水從蓄水池抽出后，過濾罐能先把水體過濾之后再輸送到噴頭，防止水體中的泥沙等雜質(zhì)堵塞噴嘴。

2.6 流量計

流量計的作用是用于監(jiān)測每條噴淋管道在工作時里面水的流動速度。一方面流量計通過測量管道內(nèi)水的流動速度和橫截面積等參數(shù)，實時反饋水的流量信息，從而能讓人更好地控制和調(diào)節(jié)水體的流量，另一方面，通過觀看流量計可以及時發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)是否存在異常情況，從而保護管道因壓力過大而被損壞，進而減少因管道破損等問題帶來的人身和財產(chǎn)損失。

通過對比分析各種流量計的優(yōu)缺點以及考慮經(jīng)濟成本，本次選用電磁流量計，材質(zhì)為304 不銹鋼，流量計的兩端接口均采用法蘭連接，該流量計能承受最大的工作壓力為1.6 MPa，測量的范圍是1 ～ 100 m3/h，法蘭連接口處管道的口徑為108.0 mm。本設(shè)計方案中流量計的安裝位置在恒壓水箱與各噴淋面輸水管的連接口處，一共有5 條輸水管路，故采用5 個流量計。

2.7 控制閥

控制閥是噴淋系統(tǒng)中核心的部件之一，它的作用是改變水的流通路徑?？刂崎y不僅僅只有控制管路的開閉作用，它還能根據(jù)需求調(diào)節(jié)管道中液體的流量和壓力。本設(shè)計方案中所有的控制閥均采用手動蝶閥，該閥體結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕，它只由少數(shù)的幾個零件組成，在使用該閥體時只需手動旋轉(zhuǎn)控制手柄90°，就可快速完成管路的開啟或關(guān)閉[2]。蝶閥處于完全開啟位置時，蝶板厚度是水體介質(zhì)流經(jīng)閥體時唯一的阻力，因此通過該閥門水體所產(chǎn)生的壓力差很小，具有較好的流量控制特性[3]。

3 噴淋系統(tǒng)的驗證

3.1 車身淋雨流量計算

噴淋系統(tǒng)中影響汽車淋雨試驗最主要的因素是噴嘴的淋雨強度，QC/T 476-2007《客車防雨密封性限值及試驗方法》中規(guī)定，車身前部平均淋雨強度不低于（12.0±1.0）mm/min，車身側(cè)面、后部、頂部和底部平均淋雨強度不低于（8.0±1.0）mm/min。

淋雨強度的調(diào)節(jié)方法是將各淋雨主管流量調(diào)節(jié)閥置于某一開度，啟動淋雨設(shè)備，將噴淋壓力調(diào)至規(guī)定值，然后再重新調(diào)節(jié)淋雨主管的控制閥開度[6]，使各支路的流量計顯示值達到規(guī)定的平均淋雨強度數(shù)值。流量的計算公式為：

Q ＝ 3×F ×N ×S /50 （1）

式中：Q 為對應流量的值，單位m3/h；F 為平均淋雨強度的值，單位mm/min ；N 為流量計所對應的噴嘴總數(shù)；S 為單只噴嘴噴淋面積的值，單位m2，本文按0.16 m2 計算。

汽車車身前部平均淋雨強度F 取12.0 mm/min，噴嘴的總數(shù)N 為25，代入公式（1）中計算如下：

Q 1 ＝ 3×F ×N ×S ×/50＝ 3×12×25×0.16/50 ＝ 2.88 m3/h

汽車兩側(cè)的平均淋雨強度F 取8.0 mm/min，噴嘴的總數(shù)N為75，代入公式（1）中計算如下：

Q 2 ＝ 3×F ×N ×S ×/50＝ 3×8×75×0.16/50 ＝ 5.76 m3/h

汽車頂部和底部的平均淋雨強度F 取8.0 mm/min，噴嘴的總數(shù)N 為75，代入公式（1）中計算如下：

Q 3 ＝ 3×F ×N ×S ×/50＝ 3×8×75×0.16/50 ＝ 5.76 m3/h

汽車淋雨試驗時五個噴淋面的總流量為：

Q 4 ＝Q 1 ＋ 2Q 2 ＋ 2Q 3 ＝ 25.92 m3/h

3.2 水泵供水流量計算

整個噴淋系統(tǒng)中5 個噴淋面總噴頭數(shù)量為325 個，且設(shè)定單個噴頭在正常工作時流量為12 L/min，當噴淋系統(tǒng)5 個噴淋面都工作時，總的噴頭流量為3900 L/min，即234 m3/h。噴淋水泵正常工作時，提供水的流量為250 m3/h，因為水泵提供水的流量大于噴淋系統(tǒng)工作的需求量，因此對于前文水泵所選的型號是正確的。

3.3 水泵供水壓力計算

水泵能提供水的壓力計算公式為：

P ＝ ρ ×g ×H （2）

式中：P 為水泵壓力的值，單位kPa ；ρ 為水的密度的值，單位kg/m3 ；g 為重力加速度值，單位m/s2 ；H 為水泵揚程的值，單位m。

水的密度為1.0 kg/m3，重力加速度取9.8 m/s2，水泵揚程為32 m，代入公式（2）中計算如下：

P ＝ ρ ×g ×H ＝ 1×9.8×32 ＝ 313.6 kPa

因為水泵供水的壓力（313.6 kPa）遠大于噴淋系統(tǒng)中要求水泵的最小供水壓力（140.0 kPa），所以噴淋系統(tǒng)能正常工作。

4 結(jié)束語

本設(shè)計主要是針對汽車密封性檢測而進行淋雨試驗的噴淋系統(tǒng)方案設(shè)計，噴淋系統(tǒng)包括水泵、過濾器、流量計、壓力顯示器、控制閥、不銹鋼管路和噴頭等。本研究的成果，希望能夠滿足某汽車公司的在售及在研汽車產(chǎn)品的噴淋需求。

【參考文獻】

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作者簡介：

龍春林，本科，高級工程師，研究方向為整車耐久性試驗。