小型純電動(dòng)清洗車的開發(fā)設(shè)計(jì)

謝宇明 李亮 張斌 邱聲

摘要：隨著新能源政策的推廣，純電動(dòng)清洗車廣泛地應(yīng)用在市政環(huán)衛(wèi)清洗作業(yè)中。小型純電動(dòng)清洗車在設(shè)計(jì)研究中，需綜合考慮整車的清洗性能、整車結(jié)構(gòu)尺寸、連續(xù)作業(yè)時(shí)間等。本文以市場上常見的一款純電動(dòng)清洗車為例，就產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)行一定分析和探討。

Abstract： With the promotion of new energy policies， pure electric cleaning vehicles are widely used in municipal sanitation cleaning operations. In the design and research of small pure electric washing vehicles， it is necessary to comprehensively consider the washing performance of the whole vehicle， the structural size of the whole vehicle， and the continuous operation time. This article takes a common pure electric cleaning vehicle in the market as an example， and conducts certain analysis and discussion on the development and design of the product.

關(guān)鍵詞：純電動(dòng);清洗車;開發(fā)設(shè)計(jì)

Key words： pure electric;washing car;development and design

中圖分類號(hào)：U463.82 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0212-02

0 ?引言

隨著藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的實(shí)施推進(jìn)，純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車越來越廣泛的應(yīng)用在市政環(huán)衛(wèi)作業(yè)中。相比傳統(tǒng)燃油環(huán)衛(wèi)車，純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車具有綠色環(huán)保、零排放等優(yōu)點(diǎn)，將極大的改善人居環(huán)境及提升城市管理形象。而作為環(huán)衛(wèi)設(shè)備中的主力車型，清洗車具有作業(yè)范圍廣、噪聲低、清洗作業(yè)效率高等特點(diǎn)。

根據(jù)城市精細(xì)化管理需求，深圳、上海等一些大型城市，已要求人行道、非機(jī)動(dòng)車道等路面實(shí)行機(jī)械化作業(yè)。小型純電動(dòng)清洗車產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，小型純電動(dòng)清洗車在開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，產(chǎn)品既要考慮在較小空間下布置一定量的水箱及其他作業(yè)裝置，也要考慮整車充滿電連續(xù)作業(yè)時(shí)間滿足一天需求。本文以市場上常見的一款純電動(dòng)清洗車為例，就產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)行一定分析和探討。

1 ?整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 整車設(shè)計(jì)原則

開發(fā)此款產(chǎn)品的目的滿足新能源政策需求，同時(shí)產(chǎn)品能在人行道、非機(jī)動(dòng)車道等路面進(jìn)行清洗作業(yè)。以市場及客戶需求為導(dǎo)向，考慮作業(yè)場景等因素，產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則如下：①底盤及上裝均采用純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，整車綠色環(huán)保;②產(chǎn)品尺寸及總重量確保能適應(yīng)輔道等場景作業(yè);③整車清洗能力強(qiáng);④整車電控系統(tǒng)可靠性高;⑤產(chǎn)品成本可控，產(chǎn)品性價(jià)比高。

1.2 整車結(jié)構(gòu)組成

整車由底盤、罩殼、高壓水路系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成，該車外形美觀、駕駛舒適、操作簡單、機(jī)動(dòng)靈活、噪聲小、可靠性高。

1.3 底盤選型設(shè)計(jì)

作為環(huán)衛(wèi)設(shè)備的核心部件，底盤的選型設(shè)計(jì)至關(guān)重要。底盤對(duì)整車的可靠性、整車駕駛作業(yè)性能等影響很大。考慮此產(chǎn)品作業(yè)在非機(jī)動(dòng)車道上，產(chǎn)品總尺寸及總重量不能過大，選用市場上成熟的3噸位純電動(dòng)底盤，其底盤性能及可靠性已通過實(shí)驗(yàn)測試。

1.4 高壓水路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高壓水路系統(tǒng)的性能決定了清洗車的清洗性能。高壓水路系統(tǒng)由高壓水泵、水過濾器、球閥、噴嘴等組成。

高壓水路系統(tǒng)的原理如圖3：水箱的清潔水經(jīng)過水過濾器進(jìn)入高壓水泵，出來的水流由手動(dòng)或氣控高壓球閥進(jìn)入各噴水機(jī)構(gòu)，最后由噴嘴噴出高壓水流，對(duì)地面等進(jìn)行高壓清洗。

1.4.1 水泵及電機(jī)選型

高壓水泵是實(shí)現(xiàn)高壓清洗必須的核心設(shè)備，它決定著清洗的效果，因此水泵選型非常重要。水泵選型主要從品牌、參數(shù)、通用性、經(jīng)濟(jì)性等四個(gè)方面考慮：

①品牌。經(jīng)過多年的使用驗(yàn)證，目前市場上選用的高壓水泵品牌主要有進(jìn)口意大利及國產(chǎn)等品牌。②參數(shù)。水泵選型合理性關(guān)鍵在于參數(shù)適用，既能保證清洗性能滿足又能確保性價(jià)比高。③通用性。通用性主要考慮各產(chǎn)品水泵的互換通用化，及安裝、外形尺寸等方面。④經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性主要考慮品牌價(jià)格、供貨周期、售后響應(yīng)等，前提是保證產(chǎn)品質(zhì)量可靠。水泵性能主要由水泵的流量和壓力兩個(gè)核心參數(shù)決定。目前市場面上小型清洗車高壓水泵工作流量范圍10-30 L/min，工作壓力8-15MPa。根據(jù)清洗效果要求，選取市場上一款通用高壓水泵，最大工作流量30 L/min，最大工作壓力15MPa。高壓水泵采用電機(jī)直連驅(qū)動(dòng)，高壓水泵所需電機(jī)輸出功率為：

=9kW

式中：N——高壓水泵所需電機(jī)輸出功率，kW;

P——高壓水泵最大工作壓力，MPa;

Q——高壓水泵最大輸出流量，

L/min;

η——總效率，η=η水泵×η聯(lián)軸器=0.83，其中η水泵=0.85，η聯(lián)軸器=0.98。

水泵電機(jī)采用直流永磁同步電機(jī)，持續(xù)穩(wěn)定功率為10KW，10kW>9kW，水泵電機(jī)可滿足水泵驅(qū)動(dòng)作業(yè)要求。

1.4.2 噴嘴選型

小型純電動(dòng)清洗車作業(yè)模式有前噴桿作業(yè)、手持噴槍作業(yè)等作業(yè)模式，選取2種典型工況（見圖4），對(duì)噴嘴選型進(jìn)行分析。

前噴桿需作業(yè)寬度達(dá)1.6m，作業(yè)壓力需達(dá)8MPa以上，對(duì)照噴嘴選型樣本，選取7個(gè)2號(hào)噴嘴。

手持噴槍工作壓力需達(dá)13 MPa，選取1個(gè)10號(hào)噴嘴。

1.5 水箱設(shè)計(jì)

水箱容積越大，加滿一箱水的作業(yè)時(shí)間就越長，作業(yè)效率越高。目前市場上水箱材質(zhì)常用不銹鋼或塑料。考慮成本及水箱防漏水，小噸位清洗車水箱材質(zhì)常用塑料，在水箱方案設(shè)計(jì)時(shí)，需提前對(duì)水箱的受力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析研究。

1.6 罩殼及造型設(shè)計(jì)

隨著城市精細(xì)化管理需求，客戶對(duì)產(chǎn)品的造型要求越來越高，環(huán)衛(wèi)產(chǎn)品在作業(yè)時(shí)，能成為城市的一道靚麗風(fēng)景線。但在提升產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)時(shí)，也需考慮產(chǎn)品的維護(hù)便利性。確保產(chǎn)品既美觀又維修方便。

2 ?產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用

整車產(chǎn)品性能如何，需要通過實(shí)際應(yīng)用來檢驗(yàn)。

圖5是純電動(dòng)清洗車用于清洗路面圖片作業(yè)效果對(duì)比，作業(yè)時(shí)工作壓力實(shí)測13MPa，與理論設(shè)計(jì)一致，作業(yè)后地面清潔干凈，能還原地面本色。

產(chǎn)品利用高壓充電樁充滿電后，能連續(xù)作業(yè)時(shí)間達(dá)8小時(shí)以上，滿足充滿電作業(yè)一天需求。

3 ?結(jié)論

本文以市場上常見的某款小型純電動(dòng)清洗車為例，分析探討了整車及關(guān)鍵零部件選型設(shè)計(jì)要求。對(duì)于純電動(dòng)清洗車產(chǎn)品而言，需重點(diǎn)關(guān)注清洗性能及連續(xù)作業(yè)時(shí)間。本款產(chǎn)品開發(fā)以客戶需求及國家新能源政策為指導(dǎo)，開發(fā)的產(chǎn)品性能優(yōu)良，目前已在深圳、上海等多地使用，助推我國環(huán)衛(wèi)作業(yè)邁入機(jī)械化、零排放時(shí)代。

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作者簡介：謝宇明（1988-），男，湖南長沙人，碩士，從事新能源汽車技術(shù)及智能環(huán)衛(wèi)機(jī)器人研究工作。