多功能型綠化噴灑車的研制

黃耀武

HUANG Yao-wu

多功能型綠化噴灑車的研制

黃耀武

HUANG Yao-wu

福建龍馬環衛裝備股份有限公司 福建龍巖 364028

在現有灑水車型的基礎上進行了功能性拓展，研發了一種能夠滿足環衛、綠化交叉作業需求的新車型。介紹了該車的整車布置、主要工作裝置及相關設計與計算，并論述了其在環衛領域中應用的先進性和創新性。

綠化噴灑車 多功能 噴藥風機

1 引言

近年來，隨著我國城市的迅速發展，城市道路的增多，對道路兩邊人行道景觀樹、綠化帶保養也提出了更高的要求，而僅具備灑水及澆花功能的灑水車已遠遠滿足不了園林部門工作的需要。通過大量的市場調研，對現有灑水車型進行了功能性拓展，研發了一種能夠滿足環衛、綠化交叉作業的新車型，該新車型可廣泛應用于城市環衛、公路養護、園林管理等部門的日常作業[1]。

2 研制的總體思路

該新產品嚴格遵守國家有關安全、技術、質量、環保等法律法規，定位為高端技術產品，具備灑水車和噴藥車的功能。其主要功能為灑水、綠化澆灌、打藥、垃圾填埋廠的除臭、噴藥殺菌消毒及森林、城市園林綠化和噴藥防治病蟲害以及公共場所的噴藥殺菌消毒等。該車的風機噴霧水平射程為30 m、噴藥流量為40 L/min、壓力為5.5 MPa，低壓澆花半徑為12 m、噴灑揚程為50 m。選用某公司已定型生產的700P型二類底盤，該底盤采用電噴柴油機，達到國Ⅴ排放標準。該車的專用工作裝置性能可靠，操作簡便。

3 整車設計與計算

3.1 整車設計

針對國內現有傳統型灑水車僅具備灑水及澆花功能，遠遠滿足不了園林部門的工作需要，圍繞作業效率高、作業功能齊全、自動化程度高、作業環境適應性強、環境保護、造型美觀的產品設計目標，開展多功能型綠化噴灑車的研發。

3.1.1 整車布置

整車外形尺寸為6 805 mm×2 170 mm×2 975 mm，整車由二類底盤、清水箱、噴藥風機、雙桅柱升降機、后高炮、加藥箱、清洗機、發電機組、變頻器、低壓水泵等構成。綠化噴灑車整車布置如圖1所示。

3.1.2 主要工作裝置的工作原理

3.1.2.1 噴藥系統工作原理

噴藥系統通過發電機組提供電力源，驅動雙桅柱升降機、噴藥泵、噴藥風機等專用工作裝置，進行噴藥風機升降及噴藥。其中，雙桅桿升降機控制噴藥風機的垂直高度，可以根據樹木高度實時調整噴藥高度；噴藥泵將混合藥劑的清水加壓后，通過噴藥風機出口處噴嘴實現霧化；變頻器控制噴藥風機的啟停，可以根據實際使用情況，進行噴藥風機的變頻調速，實時調整風機噴霧水平射程，并將霧粒傳送至噴藥對象。噴藥系統工作原理如圖2所示。

圖1 多功能型綠化噴灑車整車布置圖

圖2 噴藥系統工作原理圖

3.1.2.2 低壓系統工作原理

低壓系統通過底盤變速器取力驅動低壓水泵運轉，低壓水泵將清水加壓后，通過管路及相關控制閥組，進行澆花、灑水、園林綠化。低壓系統工作原理如圖3所示。

圖3 低壓系統工作原理圖

3.2 整車相關設計與計算

3.2.1 噴藥風機的設計[2,3]

根據風機手冊，進行噴藥風機的選型，最終選定風量Q風機=3 m3/s、風壓H =1 200 Pa的軸流風機。按照軸流風機主要參數之

風機間的相互關系確定噴藥風機的參數。

根據空氣射程公式：

式中，X為射流在軸線上與噴口的距離，X=30 m；V0為射流出口初速度，m/s；dc為風機出風管口的直徑，m；ξ為射流與周圍空氣攪拌特性的湍流系數，一般圓管噴頭ξ1=0.076，收縮圓錐管噴頭ξ2=0.066；VX為在軸線上離噴口距離X處的軸速度，m/s，在環衛機械上，取VX=4.6 m/s。

又根據公式：

式中，Q 為風機風量，Q =3 m3/s；F為出風口面積，

風機風機 c

由式(1)(2)計算可得，dc≈ 0.2 m，V0≈95.54 m/s。

故設定風機出風管口的直徑為0.2 m，可滿足風機噴霧水平射程為30 m的要求。

3.2.2 電機的控制原理及相關核算

噴藥風機的軸功率為：

其中風機全壓效率為η=0.80，按照電動機功率應是軸功率1.2倍的要求[4]，確定噴藥風機電動機功率N風機電機=5.5 kW。

噴藥泵的軸功率：

按照電動機功率應是軸功率1.2倍的要求，確定噴藥泵電動機功率N泵電機=4.5 kW。

電機控制系統所需的總功率：

其中升降機電動機功率N升降電機=1.5 kW，根據發電機組的額定功率因數≤0.8及某柴油發電機組的選型手冊，最終選定某型號柴油發電機組。發電機組額定功率為N發電機組=15.2 kW，后備功率為17.6 kW。

功率校核：

功率校核計算結果符合發電機組的額定功率因數，電機控制原理如圖4所示。

3.2.3 車輛縱向穩定性校核[5]

圖4 電機的控制原理圖

3.2.3.1 整車質心布置及軸荷校核

軸荷計算：

式中，G2為后軸軸荷，kg；mi、xi分別為部件質量和部件質心水平位置，∑mi=9 800 kg，∑xi=2 550 mm；L為汽車軸距，L=3 815 mm。

將數據帶入公式(6)，計算可得G2=6 550 kg。前軸軸荷G1=∑mi－G2=3 250 kg。

根據汽車企業提供的數據，前軸額定載荷為3 350kg,后軸額定載荷為6 650 kg。可見，設計能夠滿足使用要求。

汽車質心縱向位置計算：

式中，L1為汽車質心離前輪的距離，L1=2 499 mm；L2為汽車質心離后輪的距離，L2=1 316 mm；G為汽車總質量，G=10 000 kg。

滿載時汽車質心高度計算：

式中，h為汽車質心離地高度，h=1 150 mm；yi為部件質心高度，∑yi=1 173 mm。

3.2.3.2 車輛縱向穩定性校核

為了保證上坡行駛安全，讓打滑空轉發生在翻車前，必須滿足下面的條件：

式中，Φ為輪胎對地面的附著系數，Φ=0.7。

可以求得，L2/h=1.144＞Φ，可見車輛打滑空轉發生在翻車前。

為了保證下坡制動安全，下坡時不發生翻車的極限坡度是：

式中，α為坡度角，α=36.397 rad。

可以求得，tanα=0.737；(L1－hΦ)/h=1.473。

則tanα＜(L1×hΦ)/h，故車輛下坡時不會發生翻車。

3.2.3.3 車輛橫向穩定性校核

車輛在轉彎行駛和橫坡行駛時，側滑早于側翻發生的條件為：

式中，E為汽車輪距的一半長度，E=840 mm。

計算可得，E/h=0.73＞Φ，故車輛先側滑，不會發生側翻。

4 產品技術優點

與國內同類主要產品技術比較，該多功能型綠化噴灑車在設計理念上的創新，使該產品具有獨創的技術性能特點：

a. 采用某型號柴油發電機組，具有連續工作時間長，耗油量低，工作噪音小，體積小，自重輕等特點。

b. 采用雙葉片式軸流噴藥風機，功率強、風量大、噴程遠、覆蓋范圍廣、霧化均勻、霧粒超細、對物體有較強的穿透力和藥液附著力、能有效地節約用藥量。

c. 采用雙桅柱升降機，能夠實現噴藥風機的垂直升降，可對不同高度的樹木、植物進行噴藥，能夠提高能源利用率、減少霧滴飄移和環境污染。

d. 采用噴藥風機自動化控制，作業人員可坐在駕駛室內操縱噴藥風機升降、俯仰和水平旋轉，能及時準確有效控制噴藥角度、時間和藥量，同時能避免農藥對作業人員的污染。

e. 采用某品牌水力比例加藥泵與加藥箱，實現藥劑按直接流量比例混合及投加，避免直接往清水箱加注藥劑，從而實現噴藥與沖洗灑水作業可同時進行，也省去了兩種作業模式切換時清洗清水箱的工作量。

5 結語

多功能型綠化噴灑車不僅有對路面進行灑水、沖洗的功能，還可對道路兩旁的花草、高大樹木進行噴灑、澆灌及噴藥作業功能。噴藥作業時噴霧速度快、可邊行駛邊噴霧，工作效率高；風量大、射程遠、覆蓋范圍廣、霧粒細小，可以實現精量噴霧；噴出的氣流能夠有效地翻動植物葉片，使其正反面受藥，且對植物有較強的穿透力和藥液附著力、能有效地節約藥量和減少污染。該產品操作簡單、自動化強，受到廣大客戶的一致好評。

[1] QC/T 749-2006.綠化噴灑車通用技術條件行業標準[S].

[2] 續魁昌.風機手冊[M].北京:機械工業出版社,2011.

[3] 張鳳菊,與小波,付勝利.軸流風機設計方法的探討[J].農機化研究,2001(4):69-70.

[4] 劉秀娟,周宏平.風送式噴霧機軸流風機的氣動工程設計[J].林業機械與木工設備,2011,39(2):38-40.

[5] 董新發,芮小斌,何周新.專用車穩定性校核[J].專用汽車,2006(4):36-38.

Development of Multi-functional Green Spray Vehicles

Based on the existing sprinkler type, for functional expansion, a new model was developped which can meet the demand of sanitation, afforestation intersection.The new model can be widely used in urban sanitation, road maintenance, landscape management and other departments. And the feasibility and applicability in the sanitation field was disucussed.

multi-functional;spraying fan; green spray vehicles

黃耀武，男，1981年生，工程師，現從事環衛專用車機電一體化研究與設計工作。

U469.2.02 文獻標識碼：A

1004-0226(2017)04-0096-03

2017-02-28