純電動多功能抑塵車結構設計與原理

李留勝，劉晉軍

（中國一拖集團有限公司特專車公司，河南 洛陽 471000）

隨著社會經濟的快速發展，生態環境不斷被破壞，霧霾天氣、沙塵天氣等現象日益增多。機動車尾氣排放、建筑施工、工業生產是產生霧霾的主要原因，霧霾天氣不僅影響能見度、影響交通，長期暴露于霧霾天氣中還會增加各種慢性心腦血管系統和呼吸系統的疾病，嚴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，改善人們的生活環境。

近年來，隨著環保意識的增強和技術水平的發展，純電動多功能抑塵車被研發出來，并廣泛地被投入到城市環境美化中。純電動多功能抑塵車能夠從源頭有效治理大氣污染，廣泛應用于路面灑水，治理道路、港口、廠礦、工地拆遷等環境的揚塵，也可用于道路兩旁樹木、綠化帶的灰塵沖洗，是改善城市生態環境的重要手段。

1 純電動多功能抑塵車的總體結構設計

純電動多功能抑塵車的工作原理是利用底盤高低壓取電接口進行取電，為上裝風機電機、離心泵電機、齒輪泵電機提供電能，通過電機驅動風機、離心泵、齒輪泵工作。

純電動多功能抑塵車的作業裝置分為灑水裝置與噴霧裝置，主要由純電動汽車底盤、罐體裝置、動力電池組、液壓動力裝置、噴霧裝置、灑水裝置、噴霧機安裝平臺、監視系統和電控系統等組成，如圖1所示。其中，液壓動力裝置由電機、齒輪泵、疊加閥、回轉液壓馬達、俯仰液壓缸等組成；噴霧裝置主要由離心泵電機、風機電機、立式多級離心泵、風筒、風機葉片、防護罩、環狀管、噴嘴、俯仰機構和回轉機構等組成；灑水裝置由底盤變速箱側取力裝置、噴灑裝置、沖洗裝置等組成。

圖1 純電動多功能抑塵車的總體結構示意圖

2 純電動多功能抑塵車噴霧系統結構與工作原理

2.1 純電動多功能抑塵車噴霧驅動系統

噴霧驅動系統是純電動多功能抑塵車的重要組成部分，風機電機將電能轉換成機械能驅動風機葉片旋轉，將風送出風筒；離心泵電機將電能轉化成機械能帶動立式多級離心泵給環狀管供水，由噴嘴噴出水霧。噴霧機的旋轉主要由液壓馬達、減速傳動箱、主動齒輪和傳動齒輪等旋轉機構構成，水平旋轉角度為±120°。噴霧機的俯仰由液壓動力單元驅動液壓缸活塞桿伸縮來完成噴霧機變換俯仰角度，調整噴射位置，俯仰角度為-10°～50°。為使噴霧裝置能保持穩定的工作性能，純電動多功能抑塵車在行駛過程中（專用裝置處于非工作狀態）應將噴霧機置于最低位置，噴霧機風筒朝正后方，然后關閉噴霧機，關閉氣動閥，使取力器處于非嚙合狀態。

2.2 純電動多功能抑塵車噴霧機結構與工作原理

噴霧機是純電動多功能抑塵車噴霧裝置的最重要組成部分，也是抑塵車實現其功能的最主要的總成部件，主要由風機電機、風筒、風機葉片、導葉、擴散筒、噴嘴、防護罩、俯仰機構、回轉機構等部件組成，如圖2所示，其中風機電機、風筒、擴散器、風機葉片等構成軸流風機。其工作原理為風機電機驅動風機葉片旋轉，風機葉片將風由風筒送出；立式多級離心泵給環狀管供高壓水，高壓水經過噴嘴后被霧化，霧化后的細小水滴顆粒被風筒送出的風拋射到遠方，形成水霧場，水霧與空氣中的粉塵顆粒結合，在重力作用下下沉，對空氣起到凈化作用，也可用于沖洗道路兩旁大樹、綠化帶的灰塵。

圖2 純電動多功能抑塵車噴霧機示意圖

噴霧機的主要構成部件為軸流風機，決定軸流風機性能的主要因素有風機翼型、葉輪外徑、外徑對輪轂直徑的比值以及葉輪轉速[1]。葉輪外徑和風機軸轉速決定圓周速度，直接影響到風機風壓。輪轂比與軸流風機的比轉數，也存在著一定的關系。通常情況下，輪轂比較大時，軸流風機的流動風速則會隨之增大；若輪轂比較小時，軸流風機的流動風速也會隨之減小[2]。葉輪葉片安裝角度直接影響旋繞速度的增量，也影響到風機風壓。通常情況下葉片可在10°～45°范圍內調整，葉片安裝角越大，風量和風壓越大，耗費的功率也越大。風機葉片一般采用扭曲機翼型葉片，葉片一般為鑄鋁合金或用高強樹脂制造，防止葉片高速運轉造成破損。

噴霧機的控制采用無線遙控，控制距離可達100m。駕駛室內安裝有噴霧機操作觸摸屏，可實現在觸摸屏上對噴霧機的操作控制。控制系統具有缺水報警及自動停機功能，保證噴霧機安全運行。

2.3 純電動多功能抑塵車噴霧裝置液壓動力單元

噴霧裝置液壓動力單元是一個液壓站，由油泵電機帶動齒輪泵工作，通過疊加閥輸出兩路控制回路。噴霧裝置需要實現左右旋轉和上下升降動作，可采用三位四通換向閥滿足換向要求，控制回轉馬達的換向閥中位機能為O型，因回轉慣性力較小，無需增加緩沖閥；變幅油缸要求能夠在升降過程中任意位置停留、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的溢流閥，噴霧裝置液壓動力單元原理圖如圖3所示。

圖3 噴霧裝置液壓動力單元原理圖

2.4 純電動多功能抑塵車立式多級離心泵的工作原理

立式多級離心泵具有整體結構緊湊、體積小、質量輕、噪聲低、節能效果顯著、檢修方便等特點。采用標準立式電機和快裝式機械密封，更換非常方便。泵的過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。當電機帶動軸上的葉輪高速旋轉時，充滿在葉輪內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，使壓力和速度同時增加，經過導殼的流道而被引向次一級的葉輪，逐次地流過所有的葉輪和導殼，進一步使液體的壓力能量增加。將每個葉輪逐級疊加之后，就獲得一定揚程。

2.5 純電動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合閘，并將其他電源開關和副配電箱電源開關全部合閘，將“本地-遙控-遠程”開關打至“遙控”位后使用無線遙控器操縱，主要用于調試及特定場合。

2.5.2 觸摸屏控制

在駕駛室內安裝有觸摸屏，便于駕駛人員操縱。觸摸屏控制界面主要分為6個界面：主界面、系統界面、運行調試界面、自動運行界面、參數顯示界面、故障報警頁界面。

3 純電動多功能抑塵車的灑水系統

3.1 純電動多功能抑塵車灑水系統的結構及工作原理

純電動多功能抑塵車的灑水系統主要由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構緊湊、外形新穎美觀、體積小、質量輕、使用壽命長、維護方便、效率高、自吸能力強，可靠性高等優點。自吸式灑水車泵的動力來自汽車驅動電機，動力的傳遞過程為：汽車驅動電機—汽車變速箱—取力器—傳動軸—自吸式灑水車泵。設置前沖裝置、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 純電動多功能抑塵車的灑水系統示意圖

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

沖洗、灑水、高壓水槍噴射等功能由來自汽車的驅動電機傳遞的動力驅動自吸式灑水車泵。泵啟動后，葉輪旋轉，葉輪進口處形成負壓，吸入管路中的氣體與泵內液體混合，通過壓出室進入氣液分離室。由于氣液的密度差，氣體從液體中分離出來，從出口管中排出，液體在氣液分離室中下沉，經多次循環，直到吸入管內的氣體被排凈而充滿液體，完成自吸過程，泵開始正常輸液。通過在駕駛室內操作氣動切斷閥控制沖水頭、灑水頭實現灑水、路面沖洗、噴灑等功能；由于使用高壓水槍時其噴射方向（上下左右）需要人員控制，故高壓水槍的開啟、關閉用不銹鋼球閥來控制。

沖洗、灑水的通斷由氣動切斷閥控制，其開關動作通過駕駛室內開關進行操作。前沖水頭位于汽車前保險杠下的左右兩側，松開沖水頭固定座，可全方位調整沖水方向。使用時壓緊固定座，使沖水頭固定，水流從水管流到沖水頭，從沖水口噴出；中沖水頭位于后軸的前側；后灑水頭位于汽車的尾部，灑水頭可以旋轉，用來調整灑水的方向，使用時旋緊手柄，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上，通過手動控制其開關、方向，噴出水柱、水霧，可沖洗、降塵和濕潤空氣。灑水系統設有放水裝置，確保車輛所儲存的水能放凈，防止寒冷天氣凍壞水泵、凍裂管路。

3.2 純電動多功能抑塵車灑水系統的噴灑操作

作業前，首先啟動底盤電機，在車輛氣壓達到安全壓力后，踩下離合器并按下在駕駛室內的操縱板上取力器開關，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，操作相應的水路控制閥，打開水路。作業結束時關閉取力器開關，使取力器齒輪與變速箱中間軸齒輪脫開，關閉水路控制閥開關，斷開水路。

沖洗作業時，分別打開駕駛室操縱板上左/右沖洗開關，控制左/右噴頭開關實現沖洗作業；后噴灑作業時，分別按開駕駛室操縱板上左/右噴灑開關，控制左/右噴灑頭開關實現噴灑作業；水炮噴灑作業時，需人為登上后操作平臺，控制水炮角度、開關。另外，作業時應打開音樂發生器開關（位于水路控制閥開關上），警示周邊車輛、路上行人。

4 純電動多功能抑塵車的監視系統

純電動多功能抑塵車的監視系統包括駕駛室內的顯示器及后部2個攝像頭，1個固定在車輛尾部監視車輛后部道路、環境狀況，1個固定在霧炮上隨霧炮轉動，監視霧炮的工作狀態。

5 結束語

本文從純電動多功能抑塵車噴霧驅動系統、原理、灑水系統等方面，展開對純電動多功能抑塵車結構設計的綜合分析。純電動多功能抑塵車的設計開發，能有效改善城市環境質量，其噴霧抑塵系統和灑水系統是相互獨立的2套系統，可以單獨工作，也可同時工作；完善的配置使得車輛具備噴霧降塵、濕潤空氣、路面灑水、沖洗、對樹木進行噴洗和澆灌及應急消防等功能；純電動多功能抑塵車具有節能環保、無噪聲污染、零排放等優點，有助于國家碳達峰、碳中和戰略目標的實現。