純電動(dòng)多功能抑塵車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原理

李留勝，劉晉軍

（中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司特專車公司，河南 洛陽(yáng) 471000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境不斷被破壞，霧霾天氣、沙塵天氣等現(xiàn)象日益增多。機(jī)動(dòng)車尾氣排放、建筑施工、工業(yè)生產(chǎn)是產(chǎn)生霧霾的主要原因，霧霾天氣不僅影響能見度、影響交通，長(zhǎng)期暴露于霧霾天氣中還會(huì)增加各種慢性心腦血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)的疾病，嚴(yán)重影響人們的身體健康。所以急需防治大氣污染，減少能源消耗，改善人們的生活環(huán)境。

近年來(lái)，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和技術(shù)水平的發(fā)展，純電動(dòng)多功能抑塵車被研發(fā)出來(lái)，并廣泛地被投入到城市環(huán)境美化中。純電動(dòng)多功能抑塵車能夠從源頭有效治理大氣污染，廣泛應(yīng)用于路面灑水，治理道路、港口、廠礦、工地拆遷等環(huán)境的揚(yáng)塵，也可用于道路兩旁樹木、綠化帶的灰塵沖洗，是改善城市生態(tài)環(huán)境的重要手段。

1 純電動(dòng)多功能抑塵車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

純電動(dòng)多功能抑塵車的工作原理是利用底盤高低壓取電接口進(jìn)行取電，為上裝風(fēng)機(jī)電機(jī)、離心泵電機(jī)、齒輪泵電機(jī)提供電能，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、離心泵、齒輪泵工作。

純電動(dòng)多功能抑塵車的作業(yè)裝置分為灑水裝置與噴霧裝置，主要由純電動(dòng)汽車底盤、罐體裝置、動(dòng)力電池組、液壓動(dòng)力裝置、噴霧裝置、灑水裝置、噴霧機(jī)安裝平臺(tái)、監(jiān)視系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等組成，如圖1所示。其中，液壓動(dòng)力裝置由電機(jī)、齒輪泵、疊加閥、回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)、俯仰液壓缸等組成；噴霧裝置主要由離心泵電機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)、立式多級(jí)離心泵、風(fēng)筒、風(fēng)機(jī)葉片、防護(hù)罩、環(huán)狀管、噴嘴、俯仰機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成；灑水裝置由底盤變速箱側(cè)取力裝置、噴灑裝置、沖洗裝置等組成。

圖1 純電動(dòng)多功能抑塵車的總體結(jié)構(gòu)示意圖

2 純電動(dòng)多功能抑塵車噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 純電動(dòng)多功能抑塵車噴霧驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

噴霧驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是純電動(dòng)多功能抑塵車的重要組成部分，風(fēng)機(jī)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)送出風(fēng)筒；離心泵電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能帶動(dòng)立式多級(jí)離心泵給環(huán)狀管供水，由噴嘴噴出水霧。噴霧機(jī)的旋轉(zhuǎn)主要由液壓馬達(dá)、減速傳動(dòng)箱、主動(dòng)齒輪和傳動(dòng)齒輪等旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，水平旋轉(zhuǎn)角度為±120°。噴霧機(jī)的俯仰由液壓動(dòng)力單元驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞桿伸縮來(lái)完成噴霧機(jī)變換俯仰角度，調(diào)整噴射位置，俯仰角度為-10°～50°。為使噴霧裝置能保持穩(wěn)定的工作性能，純電動(dòng)多功能抑塵車在行駛過(guò)程中（專用裝置處于非工作狀態(tài)）應(yīng)將噴霧機(jī)置于最低位置，噴霧機(jī)風(fēng)筒朝正后方，然后關(guān)閉噴霧機(jī)，關(guān)閉氣動(dòng)閥，使取力器處于非嚙合狀態(tài)。

2.2 純電動(dòng)多功能抑塵車噴霧機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

噴霧機(jī)是純電動(dòng)多功能抑塵車噴霧裝置的最重要組成部分，也是抑塵車實(shí)現(xiàn)其功能的最主要的總成部件，主要由風(fēng)機(jī)電機(jī)、風(fēng)筒、風(fēng)機(jī)葉片、導(dǎo)葉、擴(kuò)散筒、噴嘴、防護(hù)罩、俯仰機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等部件組成，如圖2所示，其中風(fēng)機(jī)電機(jī)、風(fēng)筒、擴(kuò)散器、風(fēng)機(jī)葉片等構(gòu)成軸流風(fēng)機(jī)。其工作原理為風(fēng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)葉片將風(fēng)由風(fēng)筒送出；立式多級(jí)離心泵給環(huán)狀管供高壓水，高壓水經(jīng)過(guò)噴嘴后被霧化，霧化后的細(xì)小水滴顆粒被風(fēng)筒送出的風(fēng)拋射到遠(yuǎn)方，形成水霧場(chǎng)，水霧與空氣中的粉塵顆粒結(jié)合，在重力作用下下沉，對(duì)空氣起到凈化作用，也可用于沖洗道路兩旁大樹、綠化帶的灰塵。

圖2 純電動(dòng)多功能抑塵車噴霧機(jī)示意圖

噴霧機(jī)的主要構(gòu)成部件為軸流風(fēng)機(jī)，決定軸流風(fēng)機(jī)性能的主要因素有風(fēng)機(jī)翼型、葉輪外徑、外徑對(duì)輪轂直徑的比值以及葉輪轉(zhuǎn)速[1]。葉輪外徑和風(fēng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速?zèng)Q定圓周速度，直接影響到風(fēng)機(jī)風(fēng)壓。輪轂比與軸流風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)，也存在著一定的關(guān)系。通常情況下，輪轂比較大時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)的流動(dòng)風(fēng)速則會(huì)隨之增大；若輪轂比較小時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)的流動(dòng)風(fēng)速也會(huì)隨之減小[2]。葉輪葉片安裝角度直接影響旋繞速度的增量，也影響到風(fēng)機(jī)風(fēng)壓。通常情況下葉片可在10°～45°范圍內(nèi)調(diào)整，葉片安裝角越大，風(fēng)量和風(fēng)壓越大，耗費(fèi)的功率也越大。風(fēng)機(jī)葉片一般采用扭曲機(jī)翼型葉片，葉片一般為鑄鋁合金或用高強(qiáng)樹脂制造，防止葉片高速運(yùn)轉(zhuǎn)造成破損。

噴霧機(jī)的控制采用無(wú)線遙控，控制距離可達(dá)100m。駕駛室內(nèi)安裝有噴霧機(jī)操作觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)在觸摸屏上對(duì)噴霧機(jī)的操作控制。控制系統(tǒng)具有缺水報(bào)警及自動(dòng)停機(jī)功能，保證噴霧機(jī)安全運(yùn)行。

2.3 純電動(dòng)多功能抑塵車噴霧裝置液壓動(dòng)力單元

噴霧裝置液壓動(dòng)力單元是一個(gè)液壓站，由油泵電機(jī)帶動(dòng)齒輪泵工作，通過(guò)疊加閥輸出兩路控制回路。噴霧裝置需要實(shí)現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)和上下升降動(dòng)作，可采用三位四通換向閥滿足換向要求，控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)的換向閥中位機(jī)能為O型，因回轉(zhuǎn)慣性力較小，無(wú)需增加緩沖閥；變幅油缸要求能夠在升降過(guò)程中任意位置停留、防止加速下落，因此需要平衡回路[3]，擬定采用單向平衡閥，換向閥中位機(jī)能為O型。另外增加起卸荷功能的二位二通常開閥和起安全保護(hù)的溢流閥，噴霧裝置液壓動(dòng)力單元原理圖如圖3所示。

圖3 噴霧裝置液壓動(dòng)力單元原理圖

2.4 純電動(dòng)多功能抑塵車立式多級(jí)離心泵的工作原理

立式多級(jí)離心泵具有整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、噪聲低、節(jié)能效果顯著、檢修方便等特點(diǎn)。采用標(biāo)準(zhǔn)立式電機(jī)和快裝式機(jī)械密封，更換非常方便。泵的過(guò)流部分均采用不銹鋼（304316）材料制成，可適用于輕度腐蝕性介質(zhì)。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)軸上的葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，充滿在葉輪內(nèi)的液體在離心力的作用下，從葉輪中心沿著葉片間的流道甩向葉輪的四周，由于液體受到葉片的作用，使壓力和速度同時(shí)增加，經(jīng)過(guò)導(dǎo)殼的流道而被引向次一級(jí)的葉輪，逐次地流過(guò)所有的葉輪和導(dǎo)殼，進(jìn)一步使液體的壓力能量增加。將每個(gè)葉輪逐級(jí)疊加之后，就獲得一定揚(yáng)程。

2.5 純電動(dòng)多功能抑塵車后噴霧裝置的操縱

2.5.1 遙控器操縱

打開主配電柜將總電源開關(guān)合閘，并將其他電源開關(guān)和副配電箱電源開關(guān)全部合閘，將“本地-遙控-遠(yuǎn)程”開關(guān)打至“遙控”位后使用無(wú)線遙控器操縱，主要用于調(diào)試及特定場(chǎng)合。

2.5.2 觸摸屏控制

在駕駛室內(nèi)安裝有觸摸屏，便于駕駛?cè)藛T操縱。觸摸屏控制界面主要分為6個(gè)界面：主界面、系統(tǒng)界面、運(yùn)行調(diào)試界面、自動(dòng)運(yùn)行界面、參數(shù)顯示界面、故障報(bào)警頁(yè)界面。

3 純電動(dòng)多功能抑塵車的灑水系統(tǒng)

3.1 純電動(dòng)多功能抑塵車灑水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

純電動(dòng)多功能抑塵車的灑水系統(tǒng)主要由QZB系列自吸式灑水車泵、閥門、灑水頭、噴水頭、沖水頭、后噴槍及管道等組成，具有路面沖洗、灑水及綠化噴淋等功能。QZB系列自吸式灑水車泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形新穎美觀、體積小、質(zhì)量輕、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便、效率高、自吸能力強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。自吸式灑水車泵的動(dòng)力來(lái)自汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)，動(dòng)力的傳遞過(guò)程為：汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)—汽車變速箱—取力器—傳動(dòng)軸—自吸式灑水車泵。設(shè)置前沖裝置、中沖裝置、后灑裝置及手持高壓水槍裝置并配備消防專用接口，如圖4所示。

圖4 純電動(dòng)多功能抑塵車的灑水系統(tǒng)示意圖

純電動(dòng)多功能抑塵車的罐體采用碳素結(jié)構(gòu)鋼板焊接而成，罐體的橫截面呈方圓形，罐體內(nèi)部設(shè)有橫向防波板，以減輕車輛在行駛過(guò)程中液體對(duì)罐體的沖擊造成的焊縫撕裂，罐體內(nèi)表面涂防腐層，以避免所盛液體對(duì)罐體造成腐蝕。罐體下部焊有左右副梁，可增加水罐的縱向剛度，同時(shí)通過(guò)左右副梁上的支座，用U形螺栓和連接座將罐體固定在汽車底盤大梁上。罐體頂部設(shè)安裝有人孔蓋，方便觀察罐內(nèi)情況和進(jìn)入罐體內(nèi)進(jìn)行維修。水罐的兩側(cè)裝有工具箱，可存放膠管或工具。

沖洗、灑水、高壓水槍噴射等功能由來(lái)自汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳遞的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)自吸式灑水車泵。泵啟動(dòng)后，葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪進(jìn)口處形成負(fù)壓，吸入管路中的氣體與泵內(nèi)液體混合，通過(guò)壓出室進(jìn)入氣液分離室。由于氣液的密度差，氣體從液體中分離出來(lái)，從出口管中排出，液體在氣液分離室中下沉，經(jīng)多次循環(huán)，直到吸入管內(nèi)的氣體被排凈而充滿液體，完成自吸過(guò)程，泵開始正常輸液。通過(guò)在駕駛室內(nèi)操作氣動(dòng)切斷閥控制沖水頭、灑水頭實(shí)現(xiàn)灑水、路面沖洗、噴灑等功能；由于使用高壓水槍時(shí)其噴射方向（上下左右）需要人員控制，故高壓水槍的開啟、關(guān)閉用不銹鋼球閥來(lái)控制。

沖洗、灑水的通斷由氣動(dòng)切斷閥控制，其開關(guān)動(dòng)作通過(guò)駕駛室內(nèi)開關(guān)進(jìn)行操作。前沖水頭位于汽車前保險(xiǎn)杠下的左右兩側(cè)，松開沖水頭固定座，可全方位調(diào)整沖水方向。使用時(shí)壓緊固定座，使沖水頭固定，水流從水管流到?jīng)_水頭，從沖水口噴出；中沖水頭位于后軸的前側(cè)；后灑水頭位于汽車的尾部，灑水頭可以旋轉(zhuǎn)，用來(lái)調(diào)整灑水的方向，使用時(shí)旋緊手柄，使灑水頭固定，水流從灑水管流到灑水頭，從灑水頭噴出；高壓水槍位于汽車尾部操作平臺(tái)上，通過(guò)手動(dòng)控制其開關(guān)、方向，噴出水柱、水霧，可沖洗、降塵和濕潤(rùn)空氣。灑水系統(tǒng)設(shè)有放水裝置，確保車輛所儲(chǔ)存的水能放凈，防止寒冷天氣凍壞水泵、凍裂管路。

3.2 純電動(dòng)多功能抑塵車灑水系統(tǒng)的噴灑操作

作業(yè)前，首先啟動(dòng)底盤電機(jī)，在車輛氣壓達(dá)到安全壓力后，踩下離合器并按下在駕駛室內(nèi)的操縱板上取力器開關(guān)，使取力器齒輪與變速箱中間軸齒輪嚙合，按下水路控制盒電源按鈕，操作相應(yīng)的水路控制閥，打開水路。作業(yè)結(jié)束時(shí)關(guān)閉取力器開關(guān)，使取力器齒輪與變速箱中間軸齒輪脫開，關(guān)閉水路控制閥開關(guān)，斷開水路。

沖洗作業(yè)時(shí)，分別打開駕駛室操縱板上左/右沖洗開關(guān)，控制左/右噴頭開關(guān)實(shí)現(xiàn)沖洗作業(yè)；后噴灑作業(yè)時(shí)，分別按開駕駛室操縱板上左/右噴灑開關(guān)，控制左/右噴灑頭開關(guān)實(shí)現(xiàn)噴灑作業(yè)；水炮噴灑作業(yè)時(shí)，需人為登上后操作平臺(tái)，控制水炮角度、開關(guān)。另外，作業(yè)時(shí)應(yīng)打開音樂(lè)發(fā)生器開關(guān)（位于水路控制閥開關(guān)上），警示周邊車輛、路上行人。

4 純電動(dòng)多功能抑塵車的監(jiān)視系統(tǒng)

純電動(dòng)多功能抑塵車的監(jiān)視系統(tǒng)包括駕駛室內(nèi)的顯示器及后部2個(gè)攝像頭，1個(gè)固定在車輛尾部監(jiān)視車輛后部道路、環(huán)境狀況，1個(gè)固定在霧炮上隨霧炮轉(zhuǎn)動(dòng)，監(jiān)視霧炮的工作狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從純電動(dòng)多功能抑塵車噴霧驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、原理、灑水系統(tǒng)等方面，展開對(duì)純電動(dòng)多功能抑塵車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綜合分析。純電動(dòng)多功能抑塵車的設(shè)計(jì)開發(fā)，能有效改善城市環(huán)境質(zhì)量，其噴霧抑塵系統(tǒng)和灑水系統(tǒng)是相互獨(dú)立的2套系統(tǒng)，可以單獨(dú)工作，也可同時(shí)工作；完善的配置使得車輛具備噴霧降塵、濕潤(rùn)空氣、路面灑水、沖洗、對(duì)樹木進(jìn)行噴洗和澆灌及應(yīng)急消防等功能；純電動(dòng)多功能抑塵車具有節(jié)能環(huán)保、無(wú)噪聲污染、零排放等優(yōu)點(diǎn)，有助于國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。