洗扫车高压水路系统设计

陈 欢

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710300）

0 引言

洗扫车是一款集高压清洗车、扫路车功能于一身的环卫车辆，它能单独作为扫路车或高压冲洗车作业，或同时进行高压冲洗、扫路作业。洗扫车主要是由二类汽车底盘改装而成，主要包含副发动机、风机、高压水泵、清水箱、垃圾箱、左右扫盘、带喷水杆的宽吸嘴、低压冲洗系统、扫盘降尘系统、液压系统、专用装置电控系统和副车架等。洗扫车的工作方式：先进行清扫作业，后进行清洗作业，再通过吸嘴将污水与垃圾进行吸拾，储存在垃圾箱中，整个过程可实现路面作业后的无尘土、无积水[1-5]。

本文主要是针对洗扫车的高压水路系统进行设计，通过分析高压水路系统的原理，对主要结构进行设计选型，为产品的试制生产提供理论基础。

1 洗扫车高压水路系统组成

高压水路系统一般由清水箱、水过滤器、高压水泵及离合装置、调压阀、高压水管路、喷水杆、垃圾箱自洁装置、喷雾装置、手动清洗装置等组成。高压水路系统原理如图1 所示。

按照洗扫车的整车设计要求，对高压水路系统设计过程中，充分考虑高压清洗、垃圾箱自洁、手动清洗等功能，因此设计时主要考虑高压水泵的选型、高压管路和喷杆的设计。

1.1 高压水泵选型

图1 高压水路原理

影响高压水泵选型的因素主要有两个：水泵的流量和压力。高压水泵产生的高压水，在喷嘴的喷射作用下，将水的压力能转换为动能，对清扫路面产生冲击，通常可将水压所产生的冲击力称为最大水射流打击力（图2）。

图2 水射流打击力

最大水射流打击力F 的计算公式为：

式中 q——水射流的流量，L/min

p——水射流的压力，MPa

α——水射流与地面的夹角，°（一般取65°）

根据式（1）可知，通过增大水射流流量q、水射流压力p、水射流与地面的夹角α，均可增大最大水射流打击力F。显然，采用增大水射流流量的方法比增大压力对于提高F 的效果更显著。

通常高压清扫车的高压水泵工作流量设为70～150 L/min，工作压力常为5～10 MPa。为了保证连续工作时间，多为进口的柱塞式水泵。在选择高压水泵的过程中，主要是结合所要清扫路面的宽度以及清扫路面的脏污程度来综合考量，一般情况下以3.5 m 作为划分标准：大于3.5 m 时，选择流量为70～100 L/min的高压水泵；小于3.5 m 时，选择流量在100 L/min 以上的高压水泵。

对此型号高压洗扫车的设计要求进行分析，可知此型号高压洗扫车在工作状况下最大作业宽度为3.5 m，可对应选择高压水泵的流量为106 L/min，工作压力为10 MPa。

1.2 高压水系统的管路设计

洗扫车高压水路系统的工作原理是，通过将清水箱中的水传输到过滤器，经过滤后进入到高压水泵，为保证出水口的压力保持恒定，水流通过自动卸荷阀进入到总的分水管道中，再通过气动控制来实现高压球阀的开合与关闭，最终将高压水输送到洗扫车的工作部件。

在高压水泵的整个工作过程中应注意以下4 点：①为了保证输出流量的稳定性，通常高压水泵选择柱塞泵；②为了保证高压水泵的工作寿命，前置的过滤器过滤精度不少于120 目（0.125 mm）；③为了保护高压水泵，应设置不同调整压力的自动卸荷阀和安全阀；④水箱中设有低水位报警感应装置，防止水泵发生“干烧”现象。

根据液压与气压传动的知识可知，水流从高压水泵的出口经过管路流至高压喷嘴的整个过程中，会伴随着局部压力损失和沿程压力损失。因此在高压水路系统的管路设计时，需要综合多方面的影响因素。通常高压水系统中的压力损失公式为：

式中 ΔP——压力损失，N/m2

λ——水管内壁摩擦系数

L——水管长度，m

d——水管内径，m

ρ——水的密度，kg/m3

Vm——水的平均速度，m/s

由式（2）可得知，压力损失ΔP 与水管的内径d 呈现负相关，与水管的长度L 呈现正相关。因此，在洗扫车高压水系统的管路设计时，在满足正常使用的条件下，需尽可能减少管路的长度。一般而言，水管路的直径取决于流经管路的水流量，当水流量小于40 L/min 时，管路的直径选择大于8 mm；当水流量小于80 L/min 而大于40 L/min 时，管路的直径选择大于13 mm；当水流量大于80 L/min 时，管路的直径选择大于16 mm。根据此型号洗扫车的设计要求，选择的高压水泵流量为106 L/min，需选择直径不小于19 mm 的高压水管。需要注意的是：一是高压水管的工作压力要不小于1.25 倍的高压水泵工作压力；二是为防止杂质堵塞喷嘴，高压水管在安装前应预先进行冲洗。

1.3 喷水杆的设计

图3 V 形喷杆结构

喷水杆包括左喷杆、右喷杆和吸嘴喷杆（图3）：吸嘴喷杆布置在吸嘴内，其上装有14 个洗涤喷嘴；左喷杆上装有3 个洗涤喷嘴，需要左侧清洗路缘和路缘石时，右喷杆上装有4 个洗涤喷嘴；左、右喷杆都装有1 个万向洗涤喷嘴，手动球阀控制，用于清洗隔离墩。

图4 洗扫作业前后效果对比

在结构设计与实际安装时，应当注意的是：①为保证高压水射流打击力在水平方向的分量足够推动污水运动，喷嘴与地面的夹角α 需选取合适的数值，常设定为65°；②喷嘴距离地面的高度决定了作业时对地面的冲洗效果，通常设定高度为大于150 mm、小于200 mm；③为防止喷杆在行驶时被撞坏，在不作业时喷杆由气缸带动收回。

2 试验验证

为了进一步验证洗扫车高压水路系统的运行状况，在厂区内选择柏油路作为试验场地，得到如图4 的洗扫作业效果对比。

3 结束语

通过对清洗路面前后的效果进行分析，洗扫车高压水路系统对于高压水路结构设计、高压水泵选型和喷水杆设计能够满足洗扫作业要求，达到了设计的预期效果，验证了高压水路系统设计的可行性，为产品的批量生产提供了理论依据。