多功能抑塵車液壓系統設計

周春偉　尹騰飛　朱永智　胡亞榮

摘要：液壓驅動的多功能抑塵車具有結構簡單、噪音小、污染小、可靠性高、操作靈活，而且霧化效果好，噴霧射程遠等特點。本文簡要介紹了多功能抑塵車的結構組成和工作原理，根據工況要求進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的設計。

關鍵詞：多功能抑塵車；液壓系統；液壓回路

1引言

近年來隨著我國經濟的發展、城市人口的過快增長以及城市化進程的加快，粉塵等懸浮顆粒已成為一種環境污染，甚至是環境災害。它對人體健康、生產生活、交通安全等方面帶來諸多危害，已經影響到經濟社會的可持續發展。因此對粉塵的治理勢在必行，政府在提出“節能減排”和“發展新能源”等措施之外，也在不斷發展粉塵治理設備。多功能抑塵車可以通過遠距離噴灑清水或抑塵液來達到降塵的目的，目前已經取得良好的效果。現有的多功能抑塵車多采用發電機組來提供動力，產生的電能再通過電控裝置提供給水泵電機、風機和動力單元等。這種結構存在電壓不穩定、可靠性差、噪音大、安全系數低等缺點，而且無法實現無級調速，不能對風機風量進行調節，同時由于發電機組由副發動機驅動，排出的尾氣又會造成二次污染。液壓驅動系統由底盤發動機取力，帶動液壓泵輸出高壓油來驅動各個液壓馬達和變幅油缸完成相應的動作，該系統結構簡單、可靠性高、噪音小、污染小，且能實現無級調速，提高了操作靈活性和作業效率。

2結構原理

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、回轉驅動、變幅機構等組成，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，可以有效抑制揚塵的產生。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，輸出的高壓水經過管路到達噴圈上的噴嘴，噴嘴將水霧化成與粉塵顆粒大小相當的水珠，同時來自噴霧裝置中的風機提供的風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，粉塵顆粒隨氣流運行過程中與水珠顆粒產生接觸變得濕潤。濕潤的粉塵顆粒吸附其它顆粒而逐漸聚結成粉塵顆粒團，顆粒團在自身重力作用下而沉降，從而達到抑塵的效果。另外多功能抑塵車通過噴霧裝置左右旋轉和上下變幅可滿足不同噴霧區域的要求。

3液壓系統設計

3.1主要液壓元件的選擇

3.1.1執行元件

由圖1可知，多功能抑塵車主要實現高壓水泵的旋轉、風機的旋轉、噴霧裝置的左右擺動、噴霧裝置的變幅動作，由此可知執行元件需要完成直線和回轉運動。目前我司所選用的高壓水泵輸出功率15kw左右，轉速最大為550r/min，可選用擺線馬達通過聯軸器來驅動水泵工作。風機的輸出功率較大，轉速約為1500r/min，初選壓力較高，可選用柱塞馬達實現風機的旋轉動作。噴霧裝置的擺動范圍為±90°，驅動功率較小，可選用帶有自鎖裝置的回轉驅動即可滿足要求，該裝置結構簡單，安裝方便。噴霧裝置的變幅動作可選用雙作用油缸來實現上下往復運動。

3.1.2動力元件

由于液壓系統工作負載差異較大，對流量的需求也不相同，因此動力元件擬定選用多聯泵來提供動力。其中風機馬達的流量大，壓力高，且有調速要求，因此變量柱塞泵不失為較好的選擇，斜盤設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。而水泵馬達需要單獨動作，可選齒輪泵為其提供動力。變幅油缸和回轉馬達的流量較小，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動的軸向柱塞變量泵和雙聯齒輪泵，根據汽車底盤器輸出轉速的大小，選用相應的排量，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，因此可選用標準化、系列化的集成閥組來實現執行元件開關和方向的控制。其中水泵馬達僅有開關要求，而變幅油缸和回轉馬達需要開關和方向的要求，因此可根據對應回路的最高工作壓力和最大流量設計水泵閥組和變幅回轉閥組，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境較差，粉塵較多，所以油箱應具有良好的過濾功能，在油箱的吸油口、回油口、油箱蓋處應分別設置吸油濾清器、回油濾清器、空氣濾清器，為了觀察油箱內液位和溫度變化，箱體上應安裝有液位液溫計。柱塞變量泵和柱塞馬達可采用閉式液壓回路，因此可根據補油泵的流量選擇符合要求的冷卻器。最后根據系統的壓力和流量選用相應的管接頭和油管。

3.2各系統液壓回路設計

3.2.1風機馬達回路

通過上述分析可知，該回路流量大，壓力高，且有調速要求，執行元件僅為風機馬達，因此可采用閉式液壓回路，閉式系統不需要太大的油箱，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。因為泵和馬達需通過泄油來散熱和潤滑內部元件，所以需要有補油泵進行補油，以及冷卻器進行散熱，選用電氣比例控制方式對柱塞泵排量進行控制。具體回路見圖2。

3.2.2水泵馬達回路

根據高壓水泵工況可知水泵馬達僅需向一個方向旋轉即可，因此回路中包括二位二通常開閥和安全保護的溢流閥。另外在工作油路中串聯一個截止閥用來調節溢流壓力。具體回路見圖3。

3.2.3變幅回轉回路

噴霧裝置需要實現左右旋轉和上下升降動作，可采用三位四通換向閥滿足換向要求，控制回轉馬達的換向閥中位機能為O型，因回轉慣性力較小，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的溢流閥，回路見圖4。

3.3整車液壓回路設計

綜合上述的分析來看，風機馬達回路采用閉式系統，水泵馬達回路和變幅回轉回路采用開式系統，動力元件采用變量柱塞泵和雙聯齒輪泵方案，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原理圖，如圖5所示。

4結語

本文簡要進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，介紹了其結構組成和工作原理，根據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計，最后擬定了整車液壓原理圖。液壓系統作為一個開放的系統，對于相同執行元件的性能要求會有不同的回路方案，本文所設計的液壓系統已在本公司多功能抑塵車上得到了成功的應用，實驗結果證明，該系統結構簡單、噪音小、可靠性高、操作靈活，而且具有霧化效果好，噴霧射程遠等特點。