洗掃車高壓水路系統設計

陳 歡

（陜西國防工業職業技術學院，陜西西安 710300）

0 引言

洗掃車是一款集高壓清洗車、掃路車功能于一身的環衛車輛，它能單獨作為掃路車或高壓沖洗車作業，或同時進行高壓沖洗、掃路作業。洗掃車主要是由二類汽車底盤改裝而成，主要包含副發動機、風機、高壓水泵、清水箱、垃圾箱、左右掃盤、帶噴水桿的寬吸嘴、低壓沖洗系統、掃盤降塵系統、液壓系統、專用裝置電控系統和副車架等。洗掃車的工作方式：先進行清掃作業，后進行清洗作業，再通過吸嘴將污水與垃圾進行吸拾，儲存在垃圾箱中，整個過程可實現路面作業后的無塵土、無積水[1-5]。

本文主要是針對洗掃車的高壓水路系統進行設計，通過分析高壓水路系統的原理，對主要結構進行設計選型，為產品的試制生產提供理論基礎。

1 洗掃車高壓水路系統組成

高壓水路系統一般由清水箱、水過濾器、高壓水泵及離合裝置、調壓閥、高壓水管路、噴水桿、垃圾箱自潔裝置、噴霧裝置、手動清洗裝置等組成。高壓水路系統原理如圖1 所示。

按照洗掃車的整車設計要求，對高壓水路系統設計過程中，充分考慮高壓清洗、垃圾箱自潔、手動清洗等功能，因此設計時主要考慮高壓水泵的選型、高壓管路和噴桿的設計。

1.1 高壓水泵選型

圖1 高壓水路原理

影響高壓水泵選型的因素主要有兩個：水泵的流量和壓力。高壓水泵產生的高壓水，在噴嘴的噴射作用下，將水的壓力能轉換為動能，對清掃路面產生沖擊，通常可將水壓所產生的沖擊力稱為最大水射流打擊力（圖2）。

圖2 水射流打擊力

最大水射流打擊力F 的計算公式為：

式中 q——水射流的流量，L/min

p——水射流的壓力，MPa

α——水射流與地面的夾角，°（一般取65°）

根據式（1）可知，通過增大水射流流量q、水射流壓力p、水射流與地面的夾角α，均可增大最大水射流打擊力F。顯然，采用增大水射流流量的方法比增大壓力對于提高F 的效果更顯著。

通常高壓清掃車的高壓水泵工作流量設為70～150 L/min，工作壓力常為5～10 MPa。為了保證連續工作時間，多為進口的柱塞式水泵。在選擇高壓水泵的過程中，主要是結合所要清掃路面的寬度以及清掃路面的臟污程度來綜合考量，一般情況下以3.5 m 作為劃分標準：大于3.5 m 時，選擇流量為70～100 L/min的高壓水泵；小于3.5 m 時，選擇流量在100 L/min 以上的高壓水泵。

對此型號高壓洗掃車的設計要求進行分析，可知此型號高壓洗掃車在工作狀況下最大作業寬度為3.5 m，可對應選擇高壓水泵的流量為106 L/min，工作壓力為10 MPa。

1.2 高壓水系統的管路設計

洗掃車高壓水路系統的工作原理是，通過將清水箱中的水傳輸到過濾器，經過濾后進入到高壓水泵，為保證出水口的壓力保持恒定，水流通過自動卸荷閥進入到總的分水管道中，再通過氣動控制來實現高壓球閥的開合與關閉，最終將高壓水輸送到洗掃車的工作部件。

在高壓水泵的整個工作過程中應注意以下4 點：①為了保證輸出流量的穩定性，通常高壓水泵選擇柱塞泵；②為了保證高壓水泵的工作壽命，前置的過濾器過濾精度不少于120 目（0.125 mm）；③為了保護高壓水泵，應設置不同調整壓力的自動卸荷閥和安全閥；④水箱中設有低水位報警感應裝置，防止水泵發生“干燒”現象。

根據液壓與氣壓傳動的知識可知，水流從高壓水泵的出口經過管路流至高壓噴嘴的整個過程中，會伴隨著局部壓力損失和沿程壓力損失。因此在高壓水路系統的管路設計時，需要綜合多方面的影響因素。通常高壓水系統中的壓力損失公式為：

式中 ΔP——壓力損失，N/m2

λ——水管內壁摩擦系數

L——水管長度，m

d——水管內徑，m

ρ——水的密度，kg/m3

Vm——水的平均速度，m/s

由式（2）可得知，壓力損失ΔP 與水管的內徑d 呈現負相關，與水管的長度L 呈現正相關。因此，在洗掃車高壓水系統的管路設計時，在滿足正常使用的條件下，需盡可能減少管路的長度。一般而言，水管路的直徑取決于流經管路的水流量，當水流量小于40 L/min 時，管路的直徑選擇大于8 mm；當水流量小于80 L/min 而大于40 L/min 時，管路的直徑選擇大于13 mm；當水流量大于80 L/min 時，管路的直徑選擇大于16 mm。根據此型號洗掃車的設計要求，選擇的高壓水泵流量為106 L/min，需選擇直徑不小于19 mm 的高壓水管。需要注意的是：一是高壓水管的工作壓力要不小于1.25 倍的高壓水泵工作壓力；二是為防止雜質堵塞噴嘴，高壓水管在安裝前應預先進行沖洗。

1.3 噴水桿的設計

圖3 V 形噴桿結構

噴水桿包括左噴桿、右噴桿和吸嘴噴桿（圖3）：吸嘴噴桿布置在吸嘴內，其上裝有14 個洗滌噴嘴；左噴桿上裝有3 個洗滌噴嘴，需要左側清洗路緣和路緣石時，右噴桿上裝有4 個洗滌噴嘴；左、右噴桿都裝有1 個萬向洗滌噴嘴，手動球閥控制，用于清洗隔離墩。

圖4 洗掃作業前后效果對比

在結構設計與實際安裝時，應當注意的是：①為保證高壓水射流打擊力在水平方向的分量足夠推動污水運動，噴嘴與地面的夾角α 需選取合適的數值，常設定為65°；②噴嘴距離地面的高度決定了作業時對地面的沖洗效果，通常設定高度為大于150 mm、小于200 mm；③為防止噴桿在行駛時被撞壞，在不作業時噴桿由氣缸帶動收回。

2 試驗驗證

為了進一步驗證洗掃車高壓水路系統的運行狀況，在廠區內選擇柏油路作為試驗場地，得到如圖4 的洗掃作業效果對比。

3 結束語

通過對清洗路面前后的效果進行分析，洗掃車高壓水路系統對于高壓水路結構設計、高壓水泵選型和噴水桿設計能夠滿足洗掃作業要求，達到了設計的預期效果，驗證了高壓水路系統設計的可行性，為產品的批量生產提供了理論依據。