洗掃車的風(fēng)機(jī)選擇及檢測(cè)

江蘇悅達(dá)專用車有限公司 柏立志

洗掃車是城市路面保潔的重要力量，風(fēng)機(jī)是洗掃車吸拾垃圾的動(dòng)力源。介紹了在洗掃車風(fēng)道和吸嘴結(jié)構(gòu)已確定的情況下，對(duì)風(fēng)機(jī)的選擇、檢測(cè)和驗(yàn)證的方法，并通過實(shí)際路面試掃的效果判斷該車輛的風(fēng)機(jī)選型、設(shè)計(jì)是否合理，同時(shí)也可作為該車輛風(fēng)機(jī)后續(xù)改進(jìn)的重要依據(jù)。這個(gè)方法亦可用于其他車型風(fēng)機(jī)的選型。

洗掃車通常選擇高壓離心風(fēng)機(jī)，一般選擇9-26系列，或者在9-26某一型號(hào)風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上做適當(dāng)變型或優(yōu)化。變型或優(yōu)化的依據(jù)就是洗掃車的工況條件，如風(fēng)壓、風(fēng)量要求，副發(fā)動(dòng)機(jī)所能提供的功率條件和發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳扭矩輸出點(diǎn)，安裝空間要求，工作噪聲要求，安裝和維修的方便程度，制造的難易程度等。

本文所討論的是在8t洗掃車上，風(fēng)道和吸嘴結(jié)構(gòu)已確定的條件下的風(fēng)機(jī)選擇、檢測(cè)和驗(yàn)證過程。

風(fēng)機(jī)選型、設(shè)計(jì)與制造

1.工作要求和工作條件

洗掃車的正常工作條件是在城市路面或平整廣場(chǎng)上，清除紙屑、樹葉、清除灰塵等，GB 1495-2016《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》要求洗掃車在工作過程中的車外噪聲不大于88dB(A)，更低的噪聲更好。

洗掃車主要由底盤、風(fēng)機(jī)、廂體、吸盤、掃盤等部分組成，如圖1所示。其中風(fēng)機(jī)、廂體、吸盤構(gòu)成風(fēng)道系統(tǒng)，空氣在風(fēng)道中克服阻力而形成仍具有一定壓力（負(fù)壓）和流量的氣流，可用于在本車中完成垃圾吸取和輸送工作。

2. 風(fēng)機(jī)工況測(cè)試

圖2為風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口位置的測(cè)試點(diǎn)，可根據(jù)進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的壓力和流量測(cè)試值，確定出風(fēng)機(jī)的全壓和流量。通過改變副發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)不同的全壓和流量輸出，找出滿足最佳洗掃效果時(shí)風(fēng)機(jī)所對(duì)應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。測(cè)定出此時(shí)風(fēng)機(jī)的全壓和流量，就可確定風(fēng)機(jī)選型所需要的全壓和流量。記錄不同的副發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)環(huán)境噪聲輻射的影響，即為選定風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一個(gè)依據(jù)。

根據(jù)測(cè)試，風(fēng)機(jī)全壓為9800Pa，風(fēng)機(jī)流量為13750 m3/h，在此條件下，該車輛能夠達(dá)到較好的洗掃效果，路面無殘留。

圖3示意了洗掃車風(fēng)道系統(tǒng)（吸盤、吸筒、廂體、進(jìn)風(fēng)口、風(fēng)機(jī)、出風(fēng)口）的全壓、動(dòng)壓、靜壓、阻尼和全部壓力能總和的變化路徑，其過程遵循伯努利方程。伯努利方程說明了氣體流動(dòng)過程中的能量守衡，方程式如下[1-2]：

式中，p、ρ、v分別為流體的壓強(qiáng)、密度和速度，z為鉛垂高度，g為重力加速度，ξ為阻尼，C為常量。

圖3中全部壓力能總和顯示了空氣在進(jìn)入風(fēng)機(jī)前、經(jīng)過風(fēng)機(jī)、出風(fēng)機(jī)后氣體總能量的變化規(guī)律。進(jìn)風(fēng)口前的全部壓力能總和為零，即C=0，與進(jìn)入吸盤前的空氣壓力能總和相同。測(cè)出吸盤外、吸筒處、與廂體連接的法蘭處、風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口、風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的全壓和流量值，根據(jù)伯努利方程就可以計(jì)算出各點(diǎn)的風(fēng)道阻力值。

a.由于風(fēng)機(jī)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換輸入，從風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口到出風(fēng)口，全部壓力能總和有了一個(gè)躍升。

b.從風(fēng)機(jī)出風(fēng)口向后，全部壓力能總和再度保持水平（常量=風(fēng)機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)風(fēng)能的有效輸入，風(fēng)機(jī)全壓）。根據(jù)出風(fēng)箱口的氣體流速，算出動(dòng)壓。出風(fēng)箱口的全部壓力能總和、出風(fēng)箱口的動(dòng)壓差值即是此處的風(fēng)道總阻尼值。

根據(jù)前面的計(jì)算，可得到風(fēng)道阻力曲線，可看出洗掃車風(fēng)道阻尼變化情況，也可以判斷前面所選風(fēng)機(jī)的全壓參數(shù)是否合適。

圖1 洗掃車示意圖

圖2 風(fēng)機(jī)進(jìn)出風(fēng)口位置測(cè)試

圖3 風(fēng)道壓力分布圖

3.風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)測(cè)試得到的風(fēng)機(jī)全壓和流量參數(shù)，對(duì)照風(fēng)機(jī)選型圖，如圖4所示，所選風(fēng)機(jī)應(yīng)屬于9-26型。在9-26風(fēng)機(jī)中，按照機(jī)號(hào)縮放方式，選出了6種理論參數(shù)方案，如圖5、6。機(jī)號(hào)縮放方式是因現(xiàn)有9-26系列的風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)號(hào)（5.6、6.3、7.1、8.0等）參數(shù)不能完全滿足要求，需要在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)號(hào)的基礎(chǔ)上作適當(dāng)變形，按照氣體模型等比例縮放的方式，選擇出最匹配的參數(shù)，從而確定出最適宜的機(jī)號(hào)[5]。

由于第三方案為內(nèi)效率最高點(diǎn)，并考慮了安裝空間，故最后確定第三方案作為最佳方案。

4. 葉輪的關(guān)鍵技術(shù)要求

4.1 葉片焊接位置和角度

9-26風(fēng)機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機(jī)，其標(biāo)準(zhǔn)機(jī)號(hào)（如5.6、6.3、7.1、8.0）的系列風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)遵循相似性，有著共同的葉片出口角、葉片入口角和葉片數(shù)。其葉片出口角126°，葉片入口角38°，16個(gè)葉片分布等距，如圖7、8所示[6]。

圖4 風(fēng)機(jī)選型圖

圖6 風(fēng)機(jī)選型方案4～6

4.2 葉輪的動(dòng)平衡檢測(cè)

通常情況下風(fēng)機(jī)葉輪動(dòng)平衡的精度要求是6.3級(jí)。動(dòng)平衡精度從6.3提高到5.6級(jí)，主要增加的是調(diào)試工作量，大約要增加0.5～1h的調(diào)試工作時(shí)間。降噪是重新選型風(fēng)機(jī)的目的之一，因此將試制的葉輪動(dòng)平衡精度要求確定為5.6級(jí)，精度相當(dāng)于電機(jī)轉(zhuǎn)子的精度。后面的路試證明，這一舉措的確使洗掃車的噪聲有所降低。

4.3 葉片的焊接

原則上要求葉片采用手工電弧焊，并采用分步焊、對(duì)稱焊，目的是保證葉片焊透和焊接少變形。

圖7 葉輪三維圖

圖8 葉輪要求示意圖

5 風(fēng)機(jī)裝配的關(guān)鍵技術(shù)要求

風(fēng)機(jī)主要由蝸殼、前盤、后盤、進(jìn)風(fēng)口、葉輪組成，其中進(jìn)風(fēng)口與葉輪的間隙是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)要求。進(jìn)風(fēng)口與葉輪間隙需控配間隙要求如圖12所示，實(shí)際間隙主要是由零件的精度來保證的。制在0.5～2.8mm，重疊7mm，如圖9～12所示。風(fēng)機(jī)的外形如圖9所示，風(fēng)機(jī)的內(nèi)部形狀如圖10所示，風(fēng)機(jī)的另一個(gè)截面如圖11所示，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口和葉輪的關(guān)鍵裝

圖9 風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

圖10 風(fēng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

圖11 進(jìn)風(fēng)口和葉輪的裝配示意

圖12 進(jìn)風(fēng)口和葉輪的裝配間隙要求

風(fēng)機(jī)檢測(cè)

1.風(fēng)機(jī)檢測(cè)臺(tái)

為了檢測(cè)所造出來的風(fēng)機(jī)參數(shù)能否滿足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)GB/T 1236-2017 《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道性能試驗(yàn)》及 ISO 5801:2007《工業(yè)通風(fēng)機(jī).用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能測(cè)試》規(guī)定,筆者專門設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)檢測(cè)臺(tái)（適合于8號(hào)以下風(fēng)機(jī)），如圖13、14所示，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

風(fēng)機(jī)檢測(cè)臺(tái)的原理是根據(jù)GB/T 1236-2017《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道性能測(cè)試》及ISO 5801:2007《工業(yè)通風(fēng)機(jī).用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能測(cè)試》的要求，采用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道對(duì)風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試。這是評(píng)定風(fēng)機(jī)性能的一個(gè)方法[3-4]。

風(fēng)機(jī)檢測(cè)臺(tái)的工作過程為，按照要求裝好風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，通過風(fēng)壓傳感器和風(fēng)速傳感器測(cè)出風(fēng)壓和風(fēng)速，再轉(zhuǎn)換成風(fēng)機(jī)的全壓和風(fēng)量。通過比較不同的風(fēng)機(jī)檢測(cè)出來的全壓和風(fēng)量參數(shù)，就可以比較出風(fēng)機(jī)間的相對(duì)性能差異。

2. 檢測(cè)數(shù)據(jù)

所選風(fēng)機(jī)的一組檢測(cè)數(shù)據(jù)如圖15及表1所示。實(shí)際檢測(cè)的數(shù)據(jù)比初選的理論參數(shù)偏低。新風(fēng)機(jī)的檢測(cè)數(shù)據(jù)大約為理論值的75%。其原因可能是檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)與實(shí)際裝在車上的檢測(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)不同。下一步考慮將風(fēng)機(jī)裝到車上檢測(cè)實(shí)際清掃的效果。如果實(shí)際試掃的效果能夠滿足設(shè)計(jì)所需要求，即達(dá)到了風(fēng)機(jī)選型的目的。

圖13 風(fēng)機(jī)檢測(cè)臺(tái)示意圖

圖14 風(fēng)機(jī)檢測(cè)臺(tái)實(shí)物圖

風(fēng)機(jī)檢測(cè)記錄表序號(hào) 轉(zhuǎn)速/(rad/min)m/h流量/平均風(fēng)速1 3全壓/Pa測(cè)點(diǎn)靜壓/Pa動(dòng)壓/Pa側(cè)點(diǎn)全壓/Pa出口動(dòng)壓/Pa 備注功率/kW風(fēng)速m/s 變頻功率1664 5082 5050 5 5055 27 4 3 9 2 2773 5539 5450 15 5465 74 7 5 10 4437 5857 5630 38 5668 189 11 8 11 5546 6135 5780 60 5840 295 14 10 15 7210 6550 5950 101 6051 499 19 13 20 345 6 8929 6970 6050 156 6206 765 24 16 24 7 9983 7210 6060 194 6254 956 27 18 29 8 11647 7365 5800 265 6065 1301 30 21 34 12201 7312 5594 290 5884 1428 31 22 40 12756 7128 5250 317 5567 1560 31 23 45 13310 7070 5025 346 5371 1699 31 24 50 9 10 11 12 13865 7029 4810 375 5185 1844 31 25 55 2242rpm 37.74Hz

圖15 風(fēng)機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)

筆者同時(shí)檢測(cè)了原有風(fēng)機(jī)，檢測(cè)結(jié)果比理論低得多，大約只有理論值的60%?？梢?，通過風(fēng)機(jī)檢測(cè)臺(tái)可以在同一平臺(tái)下，檢測(cè)出風(fēng)機(jī)的相對(duì)性能差異，從而為風(fēng)機(jī)選型提供數(shù)據(jù)支撐。

路試驗(yàn)證

通過模擬實(shí)際路面垃圾的狀況，在路面鋪撒石子、泥土等，在正常的工作狀態(tài)下，測(cè)試車輛的實(shí)際吸掃能力，能否把垃圾吸掃干凈，以路面無殘留為最基本要求，噪聲越低越好。

經(jīng)過實(shí)際路試，安裝這款風(fēng)機(jī)的洗掃車能夠把垃圾吸干凈，無殘留，而且噪聲比原有的風(fēng)機(jī)低，完全能夠滿足風(fēng)機(jī)重新選型設(shè)計(jì)的要求。

結(jié)語(yǔ)

通過這種方法設(shè)計(jì)出的風(fēng)機(jī)，能夠滿足此8t洗掃車的吸掃功能要求，并為后續(xù)5t、3t洗掃車風(fēng)機(jī)的選型打下了良好的基礎(chǔ)。本文的方法，亦可用于其他類似車型風(fēng)機(jī)的選型與測(cè)試。