環衛車高壓清洗能力研究與運用

詹曉華

摘 要：在我國，帶高壓清洗能力的環衛車輛使用最頻繁，使用面最廣，但對高壓清洗能力的系統研究較為缺乏，為提高壓清洗能力，從路面情況、清洗能力因素建模、數值計算、清洗能力優化、清洗能力實驗方法和步驟等方面進行研究和闡述。

關鍵詞：環衛車；高壓清洗能力、清洗優化；清洗實驗

1 高壓清洗車的研究現狀

近年來我國水射流技術發展較為迅速，相關學術活動日益增多，水射流技術全國性討論會從1979年起，每兩年召開一次，至今已舉行了10余次，北京于1987年組織召開了第一屆環太平洋國際水射流技術會議，從那后中國學者幾乎參加了所以相關水射流技術會議。我國于1995年成立中國勞動保護科學技術學會水射流技術專業委員會，成為我國的水射流技術唯一專業學會，為該技術發展起到重要作用。

2 理論研究

2.1 水流清洗能力的影響因素建模

在路面清洗效果的影響參數中，最重要的參數包括清洗壓力p、速度v、靶距d、擴散角θ和噴嘴安裝角度α。擴散角主要由噴嘴決定的，當噴嘴被選定，擴散角即被確定。接下來主要研究影響清洗效果的其他參數如壓力、靶距、碰嘴的移動速度和碰嘴的安裝角度。

2.2 數值計算

在實際清洗路面時，清洗后區域和與過渡區域的邊界比較模糊、無規則，為便于區分，提出清洗率參數來評價路面清洗的效果。清洗率：清洗干凈的路面區域與水流總清洗路面區域面積的比值。

cr== （1）

式中，W是洗凈寬度，Sc是清洗干凈路面面積，L是選用路面長度，B是總清洗寬度。

清洗寬度是水流噴射路面所達到的水幕寬度，其表達式為：

B=2d×tan（） （2）

以清洗率作為評價參數，以洗凈面積和射流水幕寬度總面積的比值來評價路面清洗的效率，這樣避免過渡區域模糊帶來的不利因素，更能準確地反映路面清洗的效果。

2.3 清洗能力的全局優化分析

優化路面清洗參數的最終目標是在清洗率、生產率、能耗和水消耗等多個方面同時達到最優，是一個全局優化的問題。這里影響清洗效果的獨立參數為清洗壓力p、清洗靶距d、清洗移動速度v和噴嘴安裝角度α。主要的優化指標有：1）清洗率cr；2）生產率P。在評價環衛車對路面清洗優劣，還要考慮清洗效率的高低。高的清洗效率，在清洗迅速的同時，有效避免對公路車輛的影響，提高清洗車作業效率，降低使用成本。而清洗生產效率高低，用單位時間清洗的面積來表示：P=Bv （3）

總清洗寬度B可以表示為：B=2dtan（）·N （4）

其中，N為噴嘴數量。

3）能量消耗E。高壓水流克服覆層垃圾的吸附力達到路清潔所做的功，稱為能量消耗。能量消耗與清洗壓力、速度、靶距等因素相關。清洗參數設計對能耗有直接的影響，對清洗車輛運營產生直接經濟影響。能量消耗以能量效率來表示，定義為單位清洗面積所消耗的能量：E=p （5）

其中，cD為噴孔流量系數，D為噴嘴當量直徑，p為清洗壓力，ρw為水的密度。

4）水消耗Q。減少作業水耗量，可以達到節約水資源，降低清洗作業成本。水消耗量指單位清洗面積水量消耗值：

Q= （6）

以上四個形成一個多目標優化函數f：

f=w1+w2-w3-w4

wi=1，wi?0，i=1，…，4

其中，wi（i=1，2，3，4）為權重系數，X0（X=cr

0，P，E，Q）為極限值。

均上述分析，環衛車生產企業在實際生產調試和設計優化時，應遵從以下幾個方案：第一、根據車輛使用環境，確定車輛實際清洗寬度，作為設置清洗噴嘴實際個數的依據，噴嘴水幕重疊量為水幕寬度的1/5～1/4；第二、根據車輛使用環境，確定車輛正常作業車速，根據速度確定噴嘴移動速度，最優速度為5～15Km/h；第三、根據車輛使用環境，結合常見路面情況，確定水流噴射靶距，保證最優清洗靶距；第四、根據車輛使用環境及路面情況，確定噴嘴安裝角度，結合車速和靶距，最優角度30°～60°，選擇實際合適角度；第五、選擇相關參數后，根據清洗效率和能耗計算進行調整，最后確定能耗小，清洗效率高的相關參數作為最終設計參數。

3 實驗驗證

清洗車清洗實驗前，用涂料將路刷成白色，以備實驗時進行圖像采集和處理。再將泥沙、粉塵，小石子等覆層垃圾與水混合，將其均勻刷在實驗路面上，保證厚度為5mm，保持厚度均勻， 待覆層干燥后進行清洗實驗。為驗證清洗壓力、速度、清洗靶距和噴嘴的安裝角度對清洗效果的影響的重要性和獨立性，實驗時采用了分別改變不同清洗參數進行多組實驗的方法來記錄清洗參數與清洗效果的相關結果，并分析結果。通過上述理論分析，及參數理論計算和相關實驗方案及實際試驗結論可知：首先、路面介質路面路況，對清洗能力影響較大，不同路面對環衛車清洗的能力要求不一樣，要求環衛車要能根據路面情況進行適當可調整控制，比如水路系統壓力，噴嘴噴射角度等；其次、影響環衛車清洗能力的因素較多，其中水路系統壓力、噴嘴噴射水幕形狀、噴嘴移動速度，噴射角度等是影響清洗效率主要因素；最后、影響環衛車清洗能力的因素中，各因素是相互關聯，實際設計和試驗中要考慮綜合調整，通過試驗步驟進行調整達到理想優值。

4 結語

經過對清洗路面情況分析，結合清洗能力因素的建模和理論數值計算，簡明闡述了環衛車清洗能力的主要決定因素。同時對相關因素提出優化方案，明確相關實驗方法和步驟。通過分析，對實際車輛采取試驗，通過客戶試驗，相關理論得到驗證，該技術研究對洗掃車清洗能力提供參考和指導意義，給企業提供了理論依據和優化方式。

參考文獻：

[1] 郗華，張錫文，何楓，等.基于粒子圖像法的氣槍噴嘴除塵效率研究[J].流體力學實驗與測量，2000，14（2）：40-43.

[2] 郝鵬飛，張錫文，何楓，等.氣槍噴嘴高速射流的除水效率研究[J].應用力學學報，2001，18（2）：103-107.