高壓清洗車副發動力系統及高壓系統設計

石慧瓏

中圖分類號：U469.6+91 文獻標識碼：A 文章編號：1004-0226（2021）12-0090-05

1前言

隨著城市道路的不斷發展，城市路面的清洗保潔設備的種類越來越多樣化，其中高壓清洗車是城市路面保潔的主要設備之一。高壓清洗車可對道路頑固污漬進行高壓強力清洗，可對路沿石、道路隔離護欄以及廣告牌等路面設施進行高壓清洗，同時可對道路進行增濕、降塵作業。

目前國內的高壓清洗車在高壓系統設計時大多參考市面上其他廠家成熟產品的參數進行設計，沒有進行系統的匹配計算，造成作業效果不佳等問題。同時在副發動機選型時，未能進行功率匹配性驗算，“大馬拉小車”造成整車能耗較高，增加整車的成本;在副發動力傳遞方案設計時，未能擇優選擇，造成動力傳遞可靠性低、售后維護不便、使用成本高等問題。

2高壓清洗車高壓系統設計

2.1高壓系統原理

高壓系統原理如圖1所示，水罐的水經過手動球閥、水濾器進入高壓水泵，通過高壓水泵產生的高壓水流經過集水管，通過氣動球閥的開閉控制高壓作業方式。

因高壓水泵及噴嘴精度較高，在選型水濾器時盡量選擇過濾精度高的，同時考慮高壓水泵自吸能力差，水濾器過水流量應大于高壓水泵額定流量的兩倍以上，防止高壓水泵進水不暢。在高壓水泵的進水口處應設置氣力凈管接口，冬季車輛作業完后應對高壓水泵、管道、氣動球閥進行氣吹，防止殘余水結冰導致部件損壞。

在集水管設置一路氣動球閥直接引回罐體做回水卸荷，此路氣動球閥狀態為常開，當進行高壓作業時，其余支路氣動球閥開啟后3s，回水卸荷氣動球閥自動關閉，此舉可防止高壓作業動作進行切換時管道帶壓力，造成管道內壓力紊亂，影響高壓元件的使用壽命。

2.2高壓水泵轉速控制方案

由式（1）可知，噴嘴流量與噴嘴壓力的平方根成正比，噴嘴流量越大，則噴嘴壓力也越大，當噴嘴壓力定值時，噴嘴流量也是定值。

因高壓水泵為定量柱塞泵，其輸出的流量是與轉速成正比，當高壓水泵轉速一定時，高壓水泵輸出的流量也是恒定的。由圖1可知，高壓清洗車的高壓作業方式多樣化，在調定溢流閥壓力的情況下，每種高壓作業所需的流量是不一樣的，這就會導致在進行小流量高壓作業時，會有大量的高壓水從溢流閥出流回罐體，造成大量的能量損失。

通過在集水管上設置壓力傳感器用來感應高壓管道中的水壓，在控制器中預設兩個壓力值，一個為管道壓力的上限值，一個為管道壓力的下限值。當水壓超過上限值時副發動機轉速下降，使得高壓水泵轉速下降，降低管道內水壓。當水壓低于下限值時，發動機及高壓水泵轉速提高，管道內水壓上升。

通過試驗，此方案可有效減少小流量高壓作業的油耗及噪聲，同時不影響大流量高壓作業的作業效果。

2.3前噴架噴嘴選型

限于篇幅，本文只對前噴架噴嘴的選型進行敘述。前噴架工作模式可知，噴嘴應選用噴霧為扇形截面的噴嘴，扇形噴嘴的角度越小，打擊力越大。由表1可知：扇形噴嘴噴射角度越大，噴嘴打擊力占總理論打擊力的百分比越小;結合表1及表2以及同時考慮噴嘴數量可知噴嘴型號選用5004噴嘴為宜。

由式（2）可知道，噴嘴進行高壓清洗打擊力與噴嘴流量和噴嘴壓力的平方根成正比，在打擊力提升方面，提高噴嘴流量會比提高噴嘴壓力效果更加顯著。

設定前噴架清洗壓力為8MPa，清洗寬度為3.5m。根據表3可知，5004噴嘴壓力為8MPa時，噴嘴流量為8.1L/min;同時根據表2，噴嘴噴射距離以250mm為宜，由噴嘴理論覆蓋范圍為233mm。根據以上參數，對噴嘴進行布局如圖2所示。確定參數：噴嘴數量17個，噴嘴型號5004，噴霧搭接量25mm。

根據圖3計算副發動力系統傳遞效率：已知減速箱傳遞效率為95%，萬向節傳動軸傳遞效率為97%，總傳遞效率為95%×97%=92%。

根據高壓水泵所需功率為24.3kW，發動機所需輸出功率為：24.3/92%=26.4kW，選用某品牌型號為JE493GSF發動機，其功率、扭矩與轉速的參數見圖4。

根據圖4中可知，當發動機轉速為1700r/min時，發動機輸出扭矩為最大值，此時發動機可發揮最佳性能。核對發動機輸出功率為30.33kW，滿足高壓水泵功率的需求。同時根據高壓水泵與發動機的轉速可計算減速箱速比：1700/750=2.267。

4結語

本文為高壓清洗車的副發動力系統及高壓系統的設計及計算提供了一套完整的設計方法及流程。

通過對噴嘴的選型計算，得出噴嘴的壓力及流量，根據噴嘴的壓力和流量計算出高壓系統進行前噴架高壓作業所需的功率，根據前噴架高壓作業所需流量，合理地選擇輸送管道的內徑以及對管道進行優化布置，計算出高壓系統在管道內的壓力損失，計算出高壓水泵輸出的實際壓力與流量，最終計算出高壓水泵的功率。同時提出一種高壓水泵轉速自動控制的方案，以減少整車能耗及噪聲。

對比三種副發動力傳遞方式，分析其各自優缺點，最終得出在布置空間允許的情況下，優先選擇副發動機外接離合器殼及壓盤式離合器，通過減速箱減速。通過萬向節傳動軸驅動高壓水泵工作的動力傳遞方式。

同時根據高壓水泵的功率及動力傳遞方式，計算出發動機所需輸出功率，并通過發動機外特性曲線值，選擇發動機發揮最佳性能的轉速，最后算出減速箱速比。