多功能型綠化噴灑車的研制

黃耀武

HUANG Yao-wu

多功能型綠化噴灑車的研制

黃耀武

HUANG Yao-wu

福建龍馬環(huán)衛(wèi)裝備股份有限公司 福建龍巖 364028

在現(xiàn)有灑水車型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了功能性拓展，研發(fā)了一種能夠滿足環(huán)衛(wèi)、綠化交叉作業(yè)需求的新車型。介紹了該車的整車布置、主要工作裝置及相關(guān)設(shè)計(jì)與計(jì)算，并論述了其在環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域中應(yīng)用的先進(jìn)性和創(chuàng)新性。

綠化噴灑車 多功能 噴藥風(fēng)機(jī)

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市的迅速發(fā)展，城市道路的增多，對(duì)道路兩邊人行道景觀樹(shù)、綠化帶保養(yǎng)也提出了更高的要求，而僅具備灑水及澆花功能的灑水車已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了園林部門(mén)工作的需要。通過(guò)大量的市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)現(xiàn)有灑水車型進(jìn)行了功能性拓展，研發(fā)了一種能夠滿足環(huán)衛(wèi)、綠化交叉作業(yè)的新車型，該新車型可廣泛應(yīng)用于城市環(huán)衛(wèi)、公路養(yǎng)護(hù)、園林管理等部門(mén)的日常作業(yè)[1]。

2 研制的總體思路

該新產(chǎn)品嚴(yán)格遵守國(guó)家有關(guān)安全、技術(shù)、質(zhì)量、環(huán)保等法律法規(guī)，定位為高端技術(shù)產(chǎn)品，具備灑水車和噴藥車的功能。其主要功能為灑水、綠化澆灌、打藥、垃圾填埋廠的除臭、噴藥殺菌消毒及森林、城市園林綠化和噴藥防治病蟲(chóng)害以及公共場(chǎng)所的噴藥殺菌消毒等。該車的風(fēng)機(jī)噴霧水平射程為30 m、噴藥流量為40 L/min、壓力為5.5 MPa，低壓澆花半徑為12 m、噴灑揚(yáng)程為50 m。選用某公司已定型生產(chǎn)的700P型二類底盤(pán)，該底盤(pán)采用電噴柴油機(jī)，達(dá)到國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)。該車的專用工作裝置性能可靠，操作簡(jiǎn)便。

3 整車設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1 整車設(shè)計(jì)

針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有傳統(tǒng)型灑水車僅具備灑水及澆花功能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了園林部門(mén)的工作需要，圍繞作業(yè)效率高、作業(yè)功能齊全、自動(dòng)化程度高、作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)境保護(hù)、造型美觀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)，開(kāi)展多功能型綠化噴灑車的研發(fā)。

3.1.1 整車布置

整車外形尺寸為6 805 mm×2 170 mm×2 975 mm，整車由二類底盤(pán)、清水箱、噴藥風(fēng)機(jī)、雙桅柱升降機(jī)、后高炮、加藥箱、清洗機(jī)、發(fā)電機(jī)組、變頻器、低壓水泵等構(gòu)成。綠化噴灑車整車布置如圖1所示。

3.1.2 主要工作裝置的工作原理

3.1.2.1 噴藥系統(tǒng)工作原理

噴藥系統(tǒng)通過(guò)發(fā)電機(jī)組提供電力源，驅(qū)動(dòng)雙桅柱升降機(jī)、噴藥泵、噴藥風(fēng)機(jī)等專用工作裝置，進(jìn)行噴藥風(fēng)機(jī)升降及噴藥。其中，雙桅桿升降機(jī)控制噴藥風(fēng)機(jī)的垂直高度，可以根據(jù)樹(shù)木高度實(shí)時(shí)調(diào)整噴藥高度；噴藥泵將混合藥劑的清水加壓后，通過(guò)噴藥風(fēng)機(jī)出口處噴嘴實(shí)現(xiàn)霧化；變頻器控制噴藥風(fēng)機(jī)的啟停，可以根據(jù)實(shí)際使用情況，進(jìn)行噴藥風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速，實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)噴霧水平射程，并將霧粒傳送至噴藥對(duì)象。噴藥系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

圖1 多功能型綠化噴灑車整車布置圖

圖2 噴藥系統(tǒng)工作原理圖

3.1.2.2 低壓系統(tǒng)工作原理

低壓系統(tǒng)通過(guò)底盤(pán)變速器取力驅(qū)動(dòng)低壓水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，低壓水泵將清水加壓后，通過(guò)管路及相關(guān)控制閥組，進(jìn)行澆花、灑水、園林綠化。低壓系統(tǒng)工作原理如圖3所示。

圖3 低壓系統(tǒng)工作原理圖

3.2 整車相關(guān)設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.2.1 噴藥風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)[2,3]

根據(jù)風(fēng)機(jī)手冊(cè)，進(jìn)行噴藥風(fēng)機(jī)的選型，最終選定風(fēng)量Q風(fēng)機(jī)=3 m3/s、風(fēng)壓H =1 200 Pa的軸流風(fēng)機(jī)。按照軸流風(fēng)機(jī)主要參數(shù)之

風(fēng)機(jī)間的相互關(guān)系確定噴藥風(fēng)機(jī)的參數(shù)。

根據(jù)空氣射程公式：

式中，X為射流在軸線上與噴口的距離，X=30 m；V0為射流出口初速度，m/s；dc為風(fēng)機(jī)出風(fēng)管口的直徑，m；ξ為射流與周圍空氣攪拌特性的湍流系數(shù)，一般圓管噴頭ξ1=0.076，收縮圓錐管噴頭ξ2=0.066；VX為在軸線上離噴口距離X處的軸速度，m/s，在環(huán)衛(wèi)機(jī)械上，取VX=4.6 m/s。

又根據(jù)公式：

式中，Q 為風(fēng)機(jī)風(fēng)量，Q =3 m3/s；F為出風(fēng)口面積，

風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī) c

由式(1)(2)計(jì)算可得，dc≈ 0.2 m，V0≈95.54 m/s。

故設(shè)定風(fēng)機(jī)出風(fēng)管口的直徑為0.2 m，可滿足風(fēng)機(jī)噴霧水平射程為30 m的要求。

3.2.2 電機(jī)的控制原理及相關(guān)核算

噴藥風(fēng)機(jī)的軸功率為：

其中風(fēng)機(jī)全壓效率為η=0.80，按照電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)是軸功率1.2倍的要求[4]，確定噴藥風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率N風(fēng)機(jī)電機(jī)=5.5 kW。

噴藥泵的軸功率：

按照電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)是軸功率1.2倍的要求，確定噴藥泵電動(dòng)機(jī)功率N泵電機(jī)=4.5 kW。

電機(jī)控制系統(tǒng)所需的總功率：

其中升降機(jī)電動(dòng)機(jī)功率N升降電機(jī)=1.5 kW，根據(jù)發(fā)電機(jī)組的額定功率因數(shù)≤0.8及某柴油發(fā)電機(jī)組的選型手冊(cè)，最終選定某型號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)組額定功率為N發(fā)電機(jī)組=15.2 kW，后備功率為17.6 kW。

功率校核：

功率校核計(jì)算結(jié)果符合發(fā)電機(jī)組的額定功率因數(shù)，電機(jī)控制原理如圖4所示。

3.2.3 車輛縱向穩(wěn)定性校核[5]

圖4 電機(jī)的控制原理圖

3.2.3.1 整車質(zhì)心布置及軸荷校核

軸荷計(jì)算：

式中，G2為后軸軸荷，kg；mi、xi分別為部件質(zhì)量和部件質(zhì)心水平位置，∑mi=9 800 kg，∑xi=2 550 mm；L為汽車軸距，L=3 815 mm。

將數(shù)據(jù)帶入公式(6)，計(jì)算可得G2=6 550 kg。前軸軸荷G1=∑mi－G2=3 250 kg。

根據(jù)汽車企業(yè)提供的數(shù)據(jù)，前軸額定載荷為3 350kg,后軸額定載荷為6 650 kg?？梢?jiàn)，設(shè)計(jì)能夠滿足使用要求。

汽車質(zhì)心縱向位置計(jì)算：

式中，L1為汽車質(zhì)心離前輪的距離，L1=2 499 mm；L2為汽車質(zhì)心離后輪的距離，L2=1 316 mm；G為汽車總質(zhì)量，G=10 000 kg。

滿載時(shí)汽車質(zhì)心高度計(jì)算：

式中，h為汽車質(zhì)心離地高度，h=1 150 mm；yi為部件質(zhì)心高度，∑yi=1 173 mm。

3.2.3.2 車輛縱向穩(wěn)定性校核

為了保證上坡行駛安全，讓打滑空轉(zhuǎn)發(fā)生在翻車前，必須滿足下面的條件：

式中，Φ為輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，Φ=0.7。

可以求得，L2/h=1.144＞Φ，可見(jiàn)車輛打滑空轉(zhuǎn)發(fā)生在翻車前。

為了保證下坡制動(dòng)安全，下坡時(shí)不發(fā)生翻車的極限坡度是：

式中，α為坡度角，α=36.397 rad。

可以求得，tanα=0.737；(L1－h(huán)Φ)/h=1.473。

則tanα＜(L1×hΦ)/h，故車輛下坡時(shí)不會(huì)發(fā)生翻車。

3.2.3.3 車輛橫向穩(wěn)定性校核

車輛在轉(zhuǎn)彎行駛和橫坡行駛時(shí)，側(cè)滑早于側(cè)翻發(fā)生的條件為：

式中，E為汽車輪距的一半長(zhǎng)度，E=840 mm。

計(jì)算可得，E/h=0.73＞Φ，故車輛先側(cè)滑，不會(huì)發(fā)生側(cè)翻。

4 產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

與國(guó)內(nèi)同類主要產(chǎn)品技術(shù)比較，該多功能型綠化噴灑車在設(shè)計(jì)理念上的創(chuàng)新，使該產(chǎn)品具有獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)性能特點(diǎn)：

a. 采用某型號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組，具有連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，耗油量低，工作噪音小，體積小，自重輕等特點(diǎn)。

b. 采用雙葉片式軸流噴藥風(fēng)機(jī)，功率強(qiáng)、風(fēng)量大、噴程遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、霧化均勻、霧粒超細(xì)、對(duì)物體有較強(qiáng)的穿透力和藥液附著力、能有效地節(jié)約用藥量。

c. 采用雙桅柱升降機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)噴藥風(fēng)機(jī)的垂直升降，可對(duì)不同高度的樹(shù)木、植物進(jìn)行噴藥，能夠提高能源利用率、減少霧滴飄移和環(huán)境污染。

d. 采用噴藥風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制，作業(yè)人員可坐在駕駛室內(nèi)操縱噴藥風(fēng)機(jī)升降、俯仰和水平旋轉(zhuǎn)，能及時(shí)準(zhǔn)確有效控制噴藥角度、時(shí)間和藥量，同時(shí)能避免農(nóng)藥對(duì)作業(yè)人員的污染。

e. 采用某品牌水力比例加藥泵與加藥箱，實(shí)現(xiàn)藥劑按直接流量比例混合及投加，避免直接往清水箱加注藥劑，從而實(shí)現(xiàn)噴藥與沖洗灑水作業(yè)可同時(shí)進(jìn)行，也省去了兩種作業(yè)模式切換時(shí)清洗清水箱的工作量。

5 結(jié)語(yǔ)

多功能型綠化噴灑車不僅有對(duì)路面進(jìn)行灑水、沖洗的功能，還可對(duì)道路兩旁的花草、高大樹(shù)木進(jìn)行噴灑、澆灌及噴藥作業(yè)功能。噴藥作業(yè)時(shí)噴霧速度快、可邊行駛邊噴霧，工作效率高；風(fēng)量大、射程遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、霧粒細(xì)小，可以實(shí)現(xiàn)精量噴霧；噴出的氣流能夠有效地翻動(dòng)植物葉片，使其正反面受藥，且對(duì)植物有較強(qiáng)的穿透力和藥液附著力、能有效地節(jié)約藥量和減少污染。該產(chǎn)品操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化強(qiáng)，受到廣大客戶的一致好評(píng)。

[1] QC/T 749-2006.綠化噴灑車通用技術(shù)條件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 續(xù)魁昌.風(fēng)機(jī)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[3] 張鳳菊,與小波,付勝利.軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的探討[J].農(nóng)機(jī)化研究,2001(4):69-70.

[4] 劉秀娟,周宏平.風(fēng)送式噴霧機(jī)軸流風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)工程設(shè)計(jì)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2011,39(2):38-40.

[5] 董新發(fā),芮小斌,何周新.專用車穩(wěn)定性校核[J].專用汽車,2006(4):36-38.

Development of Multi-functional Green Spray Vehicles

Based on the existing sprinkler type, for functional expansion, a new model was developped which can meet the demand of sanitation, afforestation intersection.The new model can be widely used in urban sanitation, road maintenance, landscape management and other departments. And the feasibility and applicability in the sanitation field was disucussed.

multi-functional;spraying fan; green spray vehicles

黃耀武，男，1981年生，工程師，現(xiàn)從事環(huán)衛(wèi)專用車機(jī)電一體化研究與設(shè)計(jì)工作。

U469.2.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1004-0226(2017)04-0096-03

2017-02-28