多功能排水抢险车研制探析

刘杰梅 ，曾文超 ，梁子威 ，唐欣怡 ，李志鹏

（1.湖南省应急排水抢险设备工程技术研究中心；2.长沙迪沃机械科技有限公司；3.长沙理工大学，湖南 长沙 410000）

1 前言

排水抢险作业往往面临着复杂的作业环境带来的诸多问题：道路受阻导致车辆无法到达作业地点、地形或建筑结构导致排水泵组无法进入理想的作业点。人员携带电动、液压破拆工具可以破除障碍，解决复杂作业环境带来的问题，提高作业效率。在现有技术中，排水抢险车是拖车底盘装载箱体的形式，通常排水设备是由底盘取力输出驱动液压负载或箱体内装载柴油发电机组驱动电动负载，能够提供的动力源种类单一，无法满足复杂场景下的综合排水抢险作业。现有技术中，特别是专用装置为柴油发电机组的轻卡二类底盘救险车箱内布局不明确，柴油发电机组工作时底盘动力往往会闲置造成资源浪费，柴油发电机组作业过程中产生的热烟气如果因车辆设计导致的气体排放方式不合理会影响车辆外观及人员使用，为解决这些问题，特研制一种多功能排水抢险车。

2 整车参数要求

整车尺寸长×宽×高：5500×1950×2500（2680）（mm），总质量≤4495kg。

3 总体设计

多功能排水抢险车，包括箱体，箱体安装在汽车底盘顶部，箱体内部安装有用于将箱体内部分隔成机组舱、排风散热舱和排水设备舱的第一隔断和第二隔断，箱体右侧安装有排水电泵控制柜和机组总控柜，汽车底盘设置有一套用于向车载液压动力站提供动力的动力源，车载液压动力站安装在箱体内部，车载液压动力站与汽车底盘取力器连接，车载液压动力站的液压接口和控制开关集成在箱体左侧一内嵌控制面板上，总体设计如图1所示。

图1 总体结构

4 研制关键技术

4.1 底盘选型

所需底盘车型既需满足国家最新法律法规对于上蓝牌的车型的要求，底盘载荷又需满足所需排水配置的质量要求，需在各个满足上述要求的车型里挑选经济性高的产品。

4.2 底盘取力液压动力站开发

通过自选底盘变速箱侧取力器，并配备与之匹配的液压元件，组成12kW的液压动力站，因是公司第一次配置此种方式的动力站，最终可达功率和运行时间都需核算，并最终通过样车测试才能形成最终实际数据。

4.3 车辆分区合理化布局设计技术

本车配备了高品质的发电机组（康明斯＋斯坦福），外形尺寸相对于同功率其他品牌机组偏大的，在上装箱体重量和尺寸的双层限定下，并满足发电机组的进排风要求，需合理布局箱内配置。

4.4 泵及控制

整车除了配置2台QW500电水泵及其水泵标配附件、1个1控2控制柜之外，电水泵配备变频控制系统，可实时监控各项运行参数，安全可靠，配有漏电保护装置，遇有过流、过热等隐患时，可快速停机保护，除此之外，整车底盘上还配置了底盘取力器＋液压动力系统，用于驱动常用的液压工具、渣浆泵、液压水泵或者需要液压驱动的设备，2套动力系统可以同时驱动所对应的负载，整车排水性能最大流量可达1300m3/h。

4.5 照明设备

升降照明灯及工程警灯组合设计安装在驾驶室顶部，该灯灯杆装载高度1.2m，配备2×150W的LED灯头，且车身顶部侧面和后面都设置有外场地灯车，为夜间工作提供足够的照明需求，内配置直流、交流照明系统，可为操作，检修箱内设备等提供照明。

4.6 排水抢险车抗倾覆计算

风压计算：P=0.5ρcυ2

式中，P为单位面积上的风压力，Pa；ρ为空气密度，一般取1.2258kg/m3；c为风力系数(标志牌c=1.2，标志杆c=0.7，环抛天线c=1.6)；υ为风速，m/s(20m/s)。

P=0.5×1.2258×1.2×400 ≈ 588Pa

整车抗倾覆

风速20m/s时，整车抗倾覆计算如下：

整车风载受力分析

整车在20m/s的风速状态下所受力F舱

F舱=P·S舱总1=588×13=7644N

式中，S为迎风面积。

整车风载力矩分析

M风=F车×H车=F舱×H风≈9479Nm

H风=1.24m（整车迎风面中心距地面高度）

整 车 总 重 量 为4495kg， 轮 距 B=1.586m，L倾=0.793m，则整车重力距MG：

M车=G车·L倾= 34932Nm＞M风

可见，整车重力距大于风载力矩，在风速20m/s状态下整车不会产生倾覆,可靠性高。

4.7 设计创新性

与现有技术相比，设计有如下创新：（1）箱体由第一隔断和第二隔断分成机组舱、排风散热舱、排水设备舱3个舱体，箱体布局明确；（2）柴油发电机组可提供较大功率的输出，车载液压动力站可提供额外的功率输出，提高了车辆综合作业能力；（3）第二隔断通过采用弧形设计，从而便于引导热风排出；（4）柴油发电机组的进、排风分别设置在箱体两侧，一侧进一侧出，且进气侧设置在整车控制系统侧，此进、排风方向能提高操作人员的作业舒适感；（5）救险车能够携带一台大功率柴油发电机组及车载液压动力站，能够同时携带并使用电动及液压排水设备，具有完善的控制系统，模块化的车厢布局，保证排水设备稳定运行。

5 样车测试

样车装配完成后，项目小组及已组织生产部门相关人员分别对样车的外观、质量、制造工艺、配置负载进行了测试。

5.1 样车外观、制造工艺检测

根据《测试大纲》及《新产品项目验收表》对比该项目以上描述的设计及实物状态，该项目的外观、质量及制造工艺等基本满足设计状态，样车上可整改的问题已经整改完成，项目可进入下一阶段。

5.2 水泵负载测试

2台QW500-10水泵，运行时间：2h，测试结果：流量500m3/h，扬程9.74m,转速3100r/min水泵负载测试合格。

5.3 车载动力液压系统测试

（1）液压工具测试。液压圆盘锯，运行：30min，测试结果：车载液压动力系统可驱动工作压力在20MP内的液压工具（功率5kW），达到设计状态。

（2）渣浆泵测试。迪沃100ZJ-10（10kW），运行：30min，测试结果：因渣浆泵输出介质是清水，液压系统压力表显示在8MP,实际负载输出功率经理论计算是6kW左右，流量100.23m3/h，扬程9.95m,车载液压动力系统运行合格。

6 结语

所设计的整车各性能满足设计要求，符合国家城市环保政策，水泵1个人可以抬动，布置方便，适应性强；上装配备48kW康明斯＋斯坦福发电机组，发电机组可靠性高，市场接受率高；整车配备12kW底盘取力液压动力站，除了排水、供水作业外，还可以驱动液压工具、渣浆泵及液压水泵，配置功能更加多样化；整车可乘人员数量≤2人；底盘配置整体偏经济；救险排水车机动性能好，使用方便，可靠性高。