高压清洗车副发动力系统及高压系统设计

石慧珑

中圖分类号：U469.6+91 文献标识码：A 文章编号：1004-0226（2021）12-0090-05

1前言

随着城市道路的不断发展，城市路面的清洗保洁设备的种类越来越多样化，其中高压清洗车是城市路面保洁的主要设备之一。高压清洗车可对道路顽固污渍进行高压强力清洗，可对路沿石、道路隔离护栏以及广告牌等路面设施进行高压清洗，同时可对道路进行增湿、降尘作业。

目前国内的高压清洗车在高压系统设计时大多参考市面上其他厂家成熟产品的参数进行设计，没有进行系统的匹配计算，造成作业效果不佳等问题。同时在副发动机选型时，未能进行功率匹配性验算，“大马拉小车”造成整车能耗较高，增加整车的成本;在副发动力传递方案设计时，未能择优选择，造成动力传递可靠性低、售后维护不便、使用成本高等问题。

2高压清洗车高压系统设计

2.1高压系统原理

高压系统原理如图1所示，水罐的水经过手动球阀、水滤器进入高压水泵，通过高压水泵产生的高压水流经过集水管，通过气动球阀的开闭控制高压作业方式。

因高压水泵及喷嘴精度较高，在选型水滤器时尽量选择过滤精度高的，同时考虑高压水泵自吸能力差，水滤器过水流量应大于高压水泵额定流量的两倍以上，防止高压水泵进水不畅。在高压水泵的进水口处应设置气力净管接口，冬季车辆作业完后应对高压水泵、管道、气动球阀进行气吹，防止残余水结冰导致部件损坏。

在集水管设置一路气动球阀直接引回罐体做回水卸荷，此路气动球阀状态为常开，当进行高压作业时，其余支路气动球阀开启后3s，回水卸荷气动球阀自动关闭，此举可防止高压作业动作进行切换时管道带压力，造成管道内压力紊乱，影响高压元件的使用寿命。

2.2高压水泵转速控制方案

由式（1）可知，喷嘴流量与喷嘴压力的平方根成正比，喷嘴流量越大，则喷嘴压力也越大，当喷嘴压力定值时，喷嘴流量也是定值。

因高压水泵为定量柱塞泵，其输出的流量是与转速成正比，当高压水泵转速一定时，高压水泵输出的流量也是恒定的。由图1可知，高压清洗车的高压作业方式多样化，在调定溢流阀压力的情况下，每种高压作业所需的流量是不一样的，这就会导致在进行小流量高压作业时，会有大量的高压水从溢流阀出流回罐体，造成大量的能量损失。

通过在集水管上设置压力传感器用来感应高压管道中的水压，在控制器中预设两个压力值，一个为管道压力的上限值，一个为管道压力的下限值。当水压超过上限值时副发动机转速下降，使得高压水泵转速下降，降低管道内水压。当水压低于下限值时，发动机及高压水泵转速提高，管道内水压上升。

通过试验，此方案可有效减少小流量高压作业的油耗及噪声，同时不影响大流量高压作业的作业效果。

2.3前喷架喷嘴选型

限于篇幅，本文只对前喷架喷嘴的选型进行叙述。前喷架工作模式可知，喷嘴应选用喷雾为扇形截面的喷嘴，扇形喷嘴的角度越小，打击力越大。由表1可知：扇形喷嘴喷射角度越大，喷嘴打击力占总理论打击力的百分比越小;结合表1及表2以及同时考虑喷嘴数量可知喷嘴型号选用5004喷嘴为宜。

由式（2）可知道，喷嘴进行高压清洗打击力与喷嘴流量和喷嘴压力的平方根成正比，在打击力提升方面，提高喷嘴流量会比提高喷嘴压力效果更加显著。

设定前喷架清洗压力为8MPa，清洗宽度为3.5m。根据表3可知，5004喷嘴压力为8MPa时，喷嘴流量为8.1L/min;同时根据表2，喷嘴喷射距离以250mm为宜，由喷嘴理论覆盖范围为233mm。根据以上参数，对喷嘴进行布局如图2所示。确定参数：喷嘴数量17个，喷嘴型号5004，喷雾搭接量25mm。

根据图3计算副发动力系统传递效率：已知减速箱传递效率为95%，万向节传动轴传递效率为97%，总传递效率为95%×97%=92%。

根据高压水泵所需功率为24.3kW，发动机所需输出功率为：24.3/92%=26.4kW，选用某品牌型号为JE493GSF发动机，其功率、扭矩与转速的参数见图4。

根据图4中可知，当发动机转速为1700r/min时，发动机输出扭矩为最大值，此时发动机可发挥最佳性能。核对发动机输出功率为30.33kW，满足高压水泵功率的需求。同时根据高压水泵与发动机的转速可计算减速箱速比：1700/750=2.267。

4结语

本文为高压清洗车的副发动力系统及高压系统的设计及计算提供了一套完整的设计方法及流程。

通过对喷嘴的选型计算，得出喷嘴的压力及流量，根据喷嘴的压力和流量计算出高压系统进行前喷架高压作业所需的功率，根据前喷架高压作业所需流量，合理地选择输送管道的内径以及对管道进行优化布置，计算出高压系统在管道内的压力损失，计算出高压水泵输出的实际压力与流量，最终计算出高压水泵的功率。同时提出一种高压水泵转速自动控制的方案，以减少整车能耗及噪声。

对比三种副发动力传递方式，分析其各自优缺点，最终得出在布置空间允许的情况下，优先选择副发动机外接离合器壳及压盘式离合器，通过减速箱减速。通过万向节传动轴驱动高压水泵工作的动力传递方式。

同时根据高压水泵的功率及动力传递方式，计算出发动机所需输出功率，并通过发动机外特性曲线值，选择发动机发挥最佳性能的转速，最后算出减速箱速比。