多功能排水搶險車研制探析

劉杰梅 ，曾文超 ，梁子威 ，唐欣怡 ，李志鵬

（1.湖南省應急排水搶險設(shè)備工程技術(shù)研究中心；2.長沙迪沃機械科技有限公司；3.長沙理工大學，湖南 長沙 410000）

1 前言

排水搶險作業(yè)往往面臨著復雜的作業(yè)環(huán)境帶來的諸多問題：道路受阻導致車輛無法到達作業(yè)地點、地形或建筑結(jié)構(gòu)導致排水泵組無法進入理想的作業(yè)點。人員攜帶電動、液壓破拆工具可以破除障礙，解決復雜作業(yè)環(huán)境帶來的問題，提高作業(yè)效率。在現(xiàn)有技術(shù)中，排水搶險車是拖車底盤裝載箱體的形式，通常排水設(shè)備是由底盤取力輸出驅(qū)動液壓負載或箱體內(nèi)裝載柴油發(fā)電機組驅(qū)動電動負載，能夠提供的動力源種類單一，無法滿足復雜場景下的綜合排水搶險作業(yè)。現(xiàn)有技術(shù)中，特別是專用裝置為柴油發(fā)電機組的輕卡二類底盤救險車箱內(nèi)布局不明確，柴油發(fā)電機組工作時底盤動力往往會閑置造成資源浪費，柴油發(fā)電機組作業(yè)過程中產(chǎn)生的熱煙氣如果因車輛設(shè)計導致的氣體排放方式不合理會影響車輛外觀及人員使用，為解決這些問題，特研制一種多功能排水搶險車。

2 整車參數(shù)要求

整車尺寸長×寬×高：5500×1950×2500（2680）（mm），總質(zhì)量≤4495kg。

3 總體設(shè)計

多功能排水搶險車，包括箱體，箱體安裝在汽車底盤頂部，箱體內(nèi)部安裝有用于將箱體內(nèi)部分隔成機組艙、排風散熱艙和排水設(shè)備艙的第一隔斷和第二隔斷，箱體右側(cè)安裝有排水電泵控制柜和機組總控柜，汽車底盤設(shè)置有一套用于向車載液壓動力站提供動力的動力源，車載液壓動力站安裝在箱體內(nèi)部，車載液壓動力站與汽車底盤取力器連接，車載液壓動力站的液壓接口和控制開關(guān)集成在箱體左側(cè)一內(nèi)嵌控制面板上，總體設(shè)計如圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)

4 研制關(guān)鍵技術(shù)

4.1 底盤選型

所需底盤車型既需滿足國家最新法律法規(guī)對于上藍牌的車型的要求，底盤載荷又需滿足所需排水配置的質(zhì)量要求，需在各個滿足上述要求的車型里挑選經(jīng)濟性高的產(chǎn)品。

4.2 底盤取力液壓動力站開發(fā)

通過自選底盤變速箱側(cè)取力器，并配備與之匹配的液壓元件，組成12kW的液壓動力站，因是公司第一次配置此種方式的動力站，最終可達功率和運行時間都需核算，并最終通過樣車測試才能形成最終實際數(shù)據(jù)。

4.3 車輛分區(qū)合理化布局設(shè)計技術(shù)

本車配備了高品質(zhì)的發(fā)電機組（康明斯＋斯坦福），外形尺寸相對于同功率其他品牌機組偏大的，在上裝箱體重量和尺寸的雙層限定下，并滿足發(fā)電機組的進排風要求，需合理布局箱內(nèi)配置。

4.4 泵及控制

整車除了配置2臺QW500電水泵及其水泵標配附件、1個1控2控制柜之外，電水泵配備變頻控制系統(tǒng)，可實時監(jiān)控各項運行參數(shù)，安全可靠，配有漏電保護裝置，遇有過流、過熱等隱患時，可快速停機保護，除此之外，整車底盤上還配置了底盤取力器＋液壓動力系統(tǒng)，用于驅(qū)動常用的液壓工具、渣漿泵、液壓水泵或者需要液壓驅(qū)動的設(shè)備，2套動力系統(tǒng)可以同時驅(qū)動所對應的負載，整車排水性能最大流量可達1300m3/h。

4.5 照明設(shè)備

升降照明燈及工程警燈組合設(shè)計安裝在駕駛室頂部，該燈燈桿裝載高度1.2m，配備2×150W的LED燈頭，且車身頂部側(cè)面和后面都設(shè)置有外場地燈車，為夜間工作提供足夠的照明需求，內(nèi)配置直流、交流照明系統(tǒng)，可為操作，檢修箱內(nèi)設(shè)備等提供照明。

4.6 排水搶險車抗傾覆計算

風壓計算：P=0.5ρcυ2

式中，P為單位面積上的風壓力，Pa；ρ為空氣密度，一般取1.2258kg/m3；c為風力系數(shù)(標志牌c=1.2，標志桿c=0.7，環(huán)拋天線c=1.6)；υ為風速，m/s(20m/s)。

P=0.5×1.2258×1.2×400 ≈ 588Pa

整車抗傾覆

風速20m/s時，整車抗傾覆計算如下：

整車風載受力分析

整車在20m/s的風速狀態(tài)下所受力F艙

F艙=P·S艙總1=588×13=7644N

式中，S為迎風面積。

整車風載力矩分析

M風=F車×H車=F艙×H風≈9479Nm

H風=1.24m（整車迎風面中心距地面高度）

整 車 總 重 量 為4495kg， 輪 距 B=1.586m，L傾=0.793m，則整車重力距MG：

M車=G車·L傾= 34932Nm＞M風

可見，整車重力距大于風載力矩，在風速20m/s狀態(tài)下整車不會產(chǎn)生傾覆,可靠性高。

4.7 設(shè)計創(chuàng)新性

與現(xiàn)有技術(shù)相比，設(shè)計有如下創(chuàng)新：（1）箱體由第一隔斷和第二隔斷分成機組艙、排風散熱艙、排水設(shè)備艙3個艙體，箱體布局明確；（2）柴油發(fā)電機組可提供較大功率的輸出，車載液壓動力站可提供額外的功率輸出，提高了車輛綜合作業(yè)能力；（3）第二隔斷通過采用弧形設(shè)計，從而便于引導熱風排出；（4）柴油發(fā)電機組的進、排風分別設(shè)置在箱體兩側(cè)，一側(cè)進一側(cè)出，且進氣側(cè)設(shè)置在整車控制系統(tǒng)側(cè)，此進、排風方向能提高操作人員的作業(yè)舒適感；（5）救險車能夠攜帶一臺大功率柴油發(fā)電機組及車載液壓動力站，能夠同時攜帶并使用電動及液壓排水設(shè)備，具有完善的控制系統(tǒng)，模塊化的車廂布局，保證排水設(shè)備穩(wěn)定運行。

5 樣車測試

樣車裝配完成后，項目小組及已組織生產(chǎn)部門相關(guān)人員分別對樣車的外觀、質(zhì)量、制造工藝、配置負載進行了測試。

5.1 樣車外觀、制造工藝檢測

根據(jù)《測試大綱》及《新產(chǎn)品項目驗收表》對比該項目以上描述的設(shè)計及實物狀態(tài)，該項目的外觀、質(zhì)量及制造工藝等基本滿足設(shè)計狀態(tài)，樣車上可整改的問題已經(jīng)整改完成，項目可進入下一階段。

5.2 水泵負載測試

2臺QW500-10水泵，運行時間：2h，測試結(jié)果：流量500m3/h，揚程9.74m,轉(zhuǎn)速3100r/min水泵負載測試合格。

5.3 車載動力液壓系統(tǒng)測試

（1）液壓工具測試。液壓圓盤鋸，運行：30min，測試結(jié)果：車載液壓動力系統(tǒng)可驅(qū)動工作壓力在20MP內(nèi)的液壓工具（功率5kW），達到設(shè)計狀態(tài)。

（2）渣漿泵測試。迪沃100ZJ-10（10kW），運行：30min，測試結(jié)果：因渣漿泵輸出介質(zhì)是清水，液壓系統(tǒng)壓力表顯示在8MP,實際負載輸出功率經(jīng)理論計算是6kW左右，流量100.23m3/h，揚程9.95m,車載液壓動力系統(tǒng)運行合格。

6 結(jié)語

所設(shè)計的整車各性能滿足設(shè)計要求，符合國家城市環(huán)保政策，水泵1個人可以抬動，布置方便，適應性強；上裝配備48kW康明斯＋斯坦福發(fā)電機組，發(fā)電機組可靠性高，市場接受率高；整車配備12kW底盤取力液壓動力站，除了排水、供水作業(yè)外，還可以驅(qū)動液壓工具、渣漿泵及液壓水泵，配置功能更加多樣化；整車可乘人員數(shù)量≤2人；底盤配置整體偏經(jīng)濟；救險排水車機動性能好，使用方便，可靠性高。