多功能抑塵車液壓系統(tǒng)設(shè)計

周春偉　尹騰飛　朱永智　胡亞榮

摘要：液壓驅(qū)動的多功能抑塵車具有結(jié)構(gòu)簡單、噪音小、污染小、可靠性高、操作靈活，而且霧化效果好，噴霧射程遠(yuǎn)等特點(diǎn)。本文簡要介紹了多功能抑塵車的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，根據(jù)工況要求進(jìn)行了液壓元件的選擇和各液壓回路的擬定，最后完成了整車液壓系統(tǒng)的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：多功能抑塵車；液壓系統(tǒng)；液壓回路

1引言

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市人口的過快增長以及城市化進(jìn)程的加快，粉塵等懸浮顆粒已成為一種環(huán)境污染，甚至是環(huán)境災(zāi)害。它對人體健康、生產(chǎn)生活、交通安全等方面帶來諸多危害，已經(jīng)影響到經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。因此對粉塵的治理勢在必行，政府在提出“節(jié)能減排”和“發(fā)展新能源”等措施之外，也在不斷發(fā)展粉塵治理設(shè)備。多功能抑塵車可以通過遠(yuǎn)距離噴灑清水或抑塵液來達(dá)到降塵的目的，目前已經(jīng)取得良好的效果。現(xiàn)有的多功能抑塵車多采用發(fā)電機(jī)組來提供動力，產(chǎn)生的電能再通過電控裝置提供給水泵電機(jī)、風(fēng)機(jī)和動力單元等。這種結(jié)構(gòu)存在電壓不穩(wěn)定、可靠性差、噪音大、安全系數(shù)低等缺點(diǎn)，而且無法實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，不能對風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時由于發(fā)電機(jī)組由副發(fā)動機(jī)驅(qū)動，排出的尾氣又會造成二次污染。液壓驅(qū)動系統(tǒng)由底盤發(fā)動機(jī)取力，帶動液壓泵輸出高壓油來驅(qū)動各個液壓馬達(dá)和變幅油缸完成相應(yīng)的動作，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、噪音小、污染小，且能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，提高了操作靈活性和作業(yè)效率。

2結(jié)構(gòu)原理

多功能抑塵車是在汽車二類底盤上改裝而成，它主要由汽車底盤、罐體裝置、噴霧裝置、水泵裝置、回轉(zhuǎn)驅(qū)動、變幅機(jī)構(gòu)等組成，如圖1所示。多功能抑塵車噴霧距離一般為60到120米，罐體容積約為7方到14方，主要作用是噴霧抑塵，同時具備灑水和道路沖洗功能，可以有效抑制揚(yáng)塵的產(chǎn)生。多功能抑塵車通過高壓水泵從罐體裝置中吸入清水或抑塵液，輸出的高壓水經(jīng)過管路到達(dá)噴圈上的噴嘴，噴嘴將水霧化成與粉塵顆粒大小相當(dāng)?shù)乃椋瑫r來自噴霧裝置中的風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)壓將水珠顆粒吹到空中，由于水珠顆粒大小和粉塵顆粒大小接近，粉塵顆粒隨氣流運(yùn)行過程中與水珠顆粒產(chǎn)生接觸變得濕潤。濕潤的粉塵顆粒吸附其它顆粒而逐漸聚結(jié)成粉塵顆粒團(tuán)，顆粒團(tuán)在自身重力作用下而沉降，從而達(dá)到抑塵的效果。另外多功能抑塵車通過噴霧裝置左右旋轉(zhuǎn)和上下變幅可滿足不同噴霧區(qū)域的要求。

3液壓系統(tǒng)設(shè)計

3.1主要液壓元件的選擇

3.1.1執(zhí)行元件

由圖1可知，多功能抑塵車主要實(shí)現(xiàn)高壓水泵的旋轉(zhuǎn)、風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)、噴霧裝置的左右擺動、噴霧裝置的變幅動作，由此可知執(zhí)行元件需要完成直線和回轉(zhuǎn)運(yùn)動。目前我司所選用的高壓水泵輸出功率15kw左右，轉(zhuǎn)速最大為550r/min，可選用擺線馬達(dá)通過聯(lián)軸器來驅(qū)動水泵工作。風(fēng)機(jī)的輸出功率較大，轉(zhuǎn)速約為1500r/min，初選壓力較高，可選用柱塞馬達(dá)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)動作。噴霧裝置的擺動范圍為±90°，驅(qū)動功率較小，可選用帶有自鎖裝置的回轉(zhuǎn)驅(qū)動即可滿足要求，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。噴霧裝置的變幅動作可選用雙作用油缸來實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)運(yùn)動。

3.1.2動力元件

由于液壓系統(tǒng)工作負(fù)載差異較大，對流量的需求也不相同，因此動力元件擬定選用多聯(lián)泵來提供動力。其中風(fēng)機(jī)馬達(dá)的流量大，壓力高，且有調(diào)速要求，因此變量柱塞泵不失為較好的選擇，斜盤設(shè)計的軸向柱塞變量泵，可用于閉式回路中的靜壓傳動，其流量隨著斜盤角度的增加而增加。而水泵馬達(dá)需要單獨(dú)動作，可選齒輪泵為其提供動力。變幅油缸和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的流量較小，壓力較低，且無組合動作要求，因此可用小排量的齒輪泵作為液壓源。綜上所述，動力元件選用帶通軸驅(qū)動的軸向柱塞變量泵和雙聯(lián)齒輪泵，根據(jù)汽車底盤器輸出轉(zhuǎn)速的大小，選用相應(yīng)的排量，來滿足不同流量回路的供油要求。

3.1.3控制元件

多功能抑塵車可供液壓管路布置的空間較小，因此可選用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的集成閥組來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件開關(guān)和方向的控制。其中水泵馬達(dá)僅有開關(guān)要求，而變幅油缸和回轉(zhuǎn)馬達(dá)需要開關(guān)和方向的要求，因此可根據(jù)對應(yīng)回路的最高工作壓力和最大流量設(shè)計水泵閥組和變幅回轉(zhuǎn)閥組，電磁閥控制電壓可選用DC24V，由汽車底盤提供即可。

3.1.4輔助元件

多功能抑塵車工作環(huán)境較差，粉塵較多，所以油箱應(yīng)具有良好的過濾功能，在油箱的吸油口、回油口、油箱蓋處應(yīng)分別設(shè)置吸油濾清器、回油濾清器、空氣濾清器，為了觀察油箱內(nèi)液位和溫度變化，箱體上應(yīng)安裝有液位液溫計。柱塞變量泵和柱塞馬達(dá)可采用閉式液壓回路，因此可根據(jù)補(bǔ)油泵的流量選擇符合要求的冷卻器。最后根據(jù)系統(tǒng)的壓力和流量選用相應(yīng)的管接頭和油管。

3.2各系統(tǒng)液壓回路設(shè)計

3.2.1風(fēng)機(jī)馬達(dá)回路

通過上述分析可知，該回路流量大，壓力高，且有調(diào)速要求，執(zhí)行元件僅為風(fēng)機(jī)馬達(dá)，因此可采用閉式液壓回路，閉式系統(tǒng)不需要太大的油箱，變量控制方便，管路布置簡單，污染較小，且適合用于大流量系統(tǒng)。因為泵和馬達(dá)需通過泄油來散熱和潤滑內(nèi)部元件，所以需要有補(bǔ)油泵進(jìn)行補(bǔ)油，以及冷卻器進(jìn)行散熱，選用電氣比例控制方式對柱塞泵排量進(jìn)行控制。具體回路見圖2。

3.2.2水泵馬達(dá)回路

根據(jù)高壓水泵工況可知水泵馬達(dá)僅需向一個方向旋轉(zhuǎn)即可，因此回路中包括二位二通常開閥和安全保護(hù)的溢流閥。另外在工作油路中串聯(lián)一個截止閥用來調(diào)節(jié)溢流壓力。具體回路見圖3。

3.2.3變幅回轉(zhuǎn)回路

噴霧裝置需要實(shí)現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)和上下升降動作，可采用三位四通換向閥滿足換向要求，控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)的換向閥中位機(jī)能為O型，因回轉(zhuǎn)慣性力較小，無需增加緩沖閥；變幅油缸要求能夠在升降過程中任意位置停留、防止加速下落，因此需要平衡回路，擬定采用單向平衡閥，換向閥中位機(jī)能為Y型。另外增加起卸荷功能的二位二通常開閥和起安全保護(hù)的溢流閥，回路見圖4。

3.3整車液壓回路設(shè)計

綜合上述的分析來看，風(fēng)機(jī)馬達(dá)回路采用閉式系統(tǒng)，水泵馬達(dá)回路和變幅回轉(zhuǎn)回路采用開式系統(tǒng)，動力元件采用變量柱塞泵和雙聯(lián)齒輪泵方案，柱塞泵選用電氣比例控制，控制電壓24V，選用DEUTSCHDT06-2S-EP04插頭；采用電控方式的水泵閥組和變幅回轉(zhuǎn)閥組，控制電壓DC 24V，均由汽車底盤提供電源。由此擬定出多功能抑塵車液壓系統(tǒng)原理圖，如圖5所示。

4結(jié)語

本文簡要進(jìn)行了多功能抑塵車兩種傳動形式一電力傳動和液壓傳動的性能比較，介紹了其結(jié)構(gòu)組成和工作原理，根據(jù)工況分析完成了液壓元件的選擇和各個控制回路方案的設(shè)計，最后擬定了整車液壓原理圖。液壓系統(tǒng)作為一個開放的系統(tǒng)，對于相同執(zhí)行元件的性能要求會有不同的回路方案，本文所設(shè)計的液壓系統(tǒng)已在本公司多功能抑塵車上得到了成功的應(yīng)用，實(shí)驗結(jié)果證明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、噪音小、可靠性高、操作靈活，而且具有霧化效果好，噴霧射程遠(yuǎn)等特點(diǎn)。