一種可避讓行人的灑水車雙模式作業噴灑裝置

摘要：傳統灑水車作業時為了覆蓋路面寬度，噴灑寬度遠超車身寬度，當作業中遇到車輛轉彎、道路較窄等情況，灑水過程中會很容易噴濺到周邊行人和非機動車輛上，對行人的人身安全和出行體驗造成不好影響。為降低甚至消除灑水車在作業中對周圍環境的不良影響，消除普通灑水車灑水裝置的弊端，提出了一種可避讓行人的灑水車雙模式作業噴灑裝置。該裝置包括雙模式作業前沖部分、雙模式作業后灑部分、雙模式作業控制部分等，通過對噴頭角度、噴射范圍等結構參數進行調整，經過現場試驗，灑水車能夠靈活迅速調整出水角度，灑水范圍可根據實際工況進行便捷調整，既能保證灑水效果，又能避免灑濺過往行人，使灑水車作業更加人性化。

關鍵詞：雙模式作業前沖；雙模式作業后灑；噴射范圍；人性化

中圖分類號：U469.6 收稿日期：2022-11-11

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.03.012

1 前言

灑水車作為城區保潔必不可少的一部分，為市民創造了美好的生活環境，被稱作城市美容師，同時它還可以用于綠化、消防等場合，給城市生活帶來諸多便利。但是在灑水過程中遇到行人時，由于它本身的強勁水流，如果不能及時關閉灑水口，難免會濺到行人，如果關閉灑水口，又會造成一段路面漏灑，大大降低灑水抑塵的效果，環衛部門遭到投訴的案例屢見不鮮。因此研發一種可避讓行人的灑水車雙模式作業噴灑裝置迫在眉睫。

張前［1］通過選擇適合的動力源、噴嘴、泵，添加傳感器、單片機等優化現有灑水車的噴灑系統，使之能自動檢測行人并自動減小水量，防止污水濺到行人身上，減少人工操作量，更智能化、人性化，更適合在城鎮使用。李紅燕［2］對灑水車當前操作系統下進行優化與改進，基于現代社會智能化的特點，可以自由切換模式，即自動模式或人工模式，既節約人力，又降低資源損耗，提高了人們對智能化的追求與研究。以上研究為智能灑水車的研究提供了多種策略，但在實際應用卻很難廣泛應用。

為了使灑水車更加人性化，以進一步提升居民的出行質量，避免不必要的摩擦產生，本文研發了一種可避讓行人的灑水車雙模式作業噴灑裝置，遇到行人時，可以迅速減小灑水寬度，不會灑濺路人；沒有行人時，可以迅速增大灑水寬度，使灑水作業更加人性化。

2 灑水車組成

灑水車基于汽車二類底盤上進行改裝，其主要組成部分包含罐體部分、動力部分、水路管網、噴灑部分、二類底盤及控制部分等。

2.1 罐體部分

罐體是灑水車的重要組成部分，采用橢圓柱進行設計，罐體的主體材料為碳素結構Q235B。罐體內設置防波板，增加罐體承載能力。罐口設計為直徑?600 mm的人孔以便維修保養進出罐體之用。

2.2 動力部分

灑水車采用取力器驅動低壓水泵，灑水車作業時取力器直接驅動水泵，改變行車速度改變低壓水泵的出水量。

灑水泵采用灑水車配套的專用水泵，屬于自吸式離心泵，有較強的自吸能力。泵體由吸入室、渦室、氣液分離室等組成。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，由于氣液的比重差，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排凈而充滿液體，完成自吸過程，泵開始正常輸液。

為了使灑水泵可靠工作應注意以下方面：

a. 泵安裝時吸入管路及輸出管路應有相應的支架，泵體本身不允許承受管路負荷。

b. 灑水泵工作前，泵內的液體存量必須高于泵軸，因此泵進口處必須接一個向上彎的彎管再接一個水平管和快速接頭，快速接頭中心線必須高于泵軸中心線300 mm，進口管路系統必須保證不漏氣，吸水管的吸入頭必須浸沒于水下，以免空氣吸入水管，出口管道與泵出口連接時必須保證直管長度≥200 mm 后再接彎管。

c. 應防止泵體內吸入固體雜物，為此吸入管路上安裝有過濾器，過濾器有效過濾面積為管截面的2～3 倍，過濾器應定期清洗。

灑水泵可起到吸水和加壓排水功能，自吸泵可將池塘的水直接吸入罐體內，也可直接從城市街道的消防栓上連接注水，吸入罐體內進行灑水作業。

按照QC/T29114 灑水車技術條件的要求，低壓灑水一般需滿足灑水寬度≥14 m，其灑水量為0.2～2 L/m2，灑水炮射程≥30 m，選用80QZB-60/90N 水泵可滿足此工況。該水泵參數如表1 所示。

2.3 水路部分

灑水車水路系統主要包括前沖、后灑、主管路等。主管路部分包含相應連接管道、彎頭、三通、法蘭等連接件，起連接前沖部分、后灑部分以及水泵部分的作用。

3 可避讓行人的灑水車雙模式作業噴灑裝置

可避讓行人的灑水車雙模式作業噴灑裝置主要包括雙模式作業前沖、雙模式作業后灑及雙模式作業控制部分等，使灑水裝置更加人性化［3］。

3.1 雙模式作業前沖部分

3.1.1 普通前沖部分

前沖由于位置低，因此更加靠近地面，當路面需要沖刷時，使用前噴頭。普通灑水車前沖組成部分如圖1所示。

普通灑水車作業模式前沖部分組成包含右前沖噴頭、右前氣動切斷閥、放水球閥、主管路、左前氣動切閥、左前沖噴頭等，通過控制右前氣動切斷閥及左前氣動切斷閥的通斷可以實現右沖洗和左沖洗。

3.1.2 氣動切斷閥類型

該切斷閥采用常閉式氣動控制，控制壓力為0.2～0.8 MPa，環境工作溫度為-5～90 ℃，適用介質為空氣、水、油、液化氣、輕動黏度液體。氣動切斷閥的結構如圖2 所示。

該切斷閥工作原理為氣口1 通高壓氣體時，氣口2通泄壓口時，切斷進水口與出水口之間的通道，由內部密封件保證可靠密封；當氣口2 通高壓氣體時，氣口1通泄壓口時，打開進水口與出水口之間的通道。

3.1.3 雙模式作業前沖部分

普通前沖噴頭噴水作業時，前沖噴頭角度由于無法在駕駛室內自動控制，其噴灑范圍無法調節，不能滿足有效避讓行人的要求，故本文提出雙模式作業前沖裝置，其結構如圖3 所示。

可避讓行人雙模式作業前沖部分組成包含右側電動前沖噴頭、右前氣動切斷閥、放水球閥、主管路、左前氣動切閥、右側電動前沖噴頭等。

雙模式作業前沖工作原理：雙模式作業前沖噴頭可實現自動化駕駛室內控制，通過控制右前氣動切斷閥及左前氣動切斷閥的通斷可以實現右沖洗和左沖洗，通過控制右側電動前沖噴頭及右側電動前沖噴頭可自動實現前噴頭角度調整，控制噴射距離，合理避讓行人。

電動前沖噴頭結構如圖4 所示。

電動前沖噴頭旋轉電機工作電壓為24 V，轉動最大角度及最小角度可通過旋轉座上調節螺釘根據噴射距離進行調節限制。正常作業時前沖工作模式如圖5 所示，前噴嘴離地高度較遠，灑水車進行前沖作業時，噴水范圍較大；當遇到行人和非機動車輛時，采用避讓行人模式，在駕駛室內通過按鈕調整前沖噴頭的高度，縮小前沖噴灑范圍，使其工作在最小灑水范圍，滿足合理避讓行人的要求如圖6 所示。

3.2 雙模式作業后灑部分

后噴頭比前噴頭的位置高一些，因此灑水面積比前噴頭要大，因此公路需要灑水施工時，可以采用噴灑面積大的后噴頭。使用后噴頭時，灑水寬度可以根據需要調整后噴頭的寬度，調整的關系為寬度越寬灑水的重疊性越少，灑的水越均勻。

3.2.1 普通后灑裝置

普通后灑裝置如圖7 所示，其由左切斷閥1.1、右切斷閥1.2、左后灑2.1、右后灑2.2 及連接管路組成。

3.2.2 后灑噴頭

后灑噴頭接入口徑為50 mm，內絲，噴口為弧形側縫。側縫高度為2 mm，底部螺栓可調節噴頭口方向，以控制灑水范圍，灑水噴頭是灑水車管路噴水裝置的主要部件之一，噴灑壓力大，是降塵、沖洗路面不可缺少的噴頭之一。

后灑噴頭結構如圖8 所示，其主要由上部接口1、下部噴嘴2 和可調螺釘3 組成。通過控制下部噴嘴噴灑口的開口尺寸，可控制噴灑水的寬度及噴射距離，調節可調螺栓可控制后灑噴頭的噴射范圍。

灑水車在市政道路上進行灑水作業時，普通后灑裝置一般通過左后方或右后方切斷閥1.1、1.2 啟動，左后灑2.1 和右后灑2.2 開始灑水，灑水范圍如圖9 所示。作業寬度較大，在灑水過程中遇到行人或非機動車通過時，需要操作者快速關閉后灑2.1、2.2 以避讓行人，但是會造成一段路面漏灑，大大降低灑水抑塵效果。另外現有的灑水車灑水面積固定，在遇到路面較寬或較窄時不能依據實時情況調節灑水面積，造成水資源浪費。

3.2.3 雙模式作業灑水裝置

為降低灑水車在后灑作業中對行人和車輛的影響，采用一種雙模式作業后灑水裝置，此雙模式作業裝置在普通后灑水裝置基礎上增加兩個后灑水口，其結構如圖10 所示。

當道路寬闊，正常作業時，啟動1.1 左外側切斷閥和1.4 右外側切斷閥，此時2.1 左外側后灑和2.4 右外側后灑進行灑水作業，可實現普通灑水范圍，灑水范圍大，作業效率高；當作業中遇到車輛轉彎、道路較窄、遇到行人或非機動車時關閉1.1 左外側切斷閥和1.4 右外側切斷閥，此時2.1 左外側后灑和2.4 右外側后灑停止灑水作業，為了避免造成一段路面漏灑，此時啟動1.2 左內側切斷閥1.3 右內側切斷閥，2.2 左內側后灑和2.3 右內側后灑開始灑水，灑水范圍如圖11 所示。在此灑水作業工況下，可實現灑水作業不間斷，達到路面降塵抑塵的目的，又可避免普通灑水的弊端。

由以上分析可知，后灑噴水范圍受到后灑噴頭布置的高度和寬度、噴頭開口弧度和高度，噴頭噴出水量和壓力等因素的影響。在噴頭噴水速度一定的情況下，根據平拋運動原理，若流速不變，其射出距離與距地高度的平方根成正比，調整后灑噴頭距地高度，能有效改變灑水寬度，但是后噴頭過高更容易噴濺行人，后噴頭過低又影響灑水車的行駛性能。本文研究后噴頭在指定合適高度下，改變其他參數來改變灑水范圍。

3.3 雙模式作業灑水裝置電氣控制

雙模式作業灑水裝置控制裝置布置在駕駛室內，為了避免駕駛員一邊開車、一邊控制噴水的復雜操作，消除道路安全隱患，在駕駛室內設置了一鍵操作切換按鈕，通過右手邊控制按鈕，可實普通灑水模式及避障行人灑水模式的便捷切換，并可實現普通灑水模式及避障行人模式的互鎖。當進行避障行人模式作業時，普通灑水模式自動切斷，避免因誤操作開啟寬灑水模式，影響行人及非機動車行駛。

3.4 試驗照片

通過對驅動電機轉速、灑水角度、位置及噴射范圍等參數理論分析和計算、樣機試驗及改進，最終確定相關參數設置，雙模式作業灑水裝置作業照片如圖12所示。

從圖12 可知灑水車正常作業模式下可實現寬范圍作業，在遇到行人或轉彎時迅速切換雙模式作業灑水模式，合理避讓行人，同時也可實現路面的降塵抑塵效果。

4 結語

該可避讓行人的灑水車雙模式作業噴灑裝置主要通過以下幾個方面實現了雙模式作業化設計：

a. 雙模式作業前沖部分采用電動前沖噴頭，方便快速切換工作模式，有效控制前沖噴灑范圍。

b. 改變普通后灑裝置，采用雙模式作業灑水裝置，有效控制后灑水范圍。

c. 駕駛員通過雙模式作業灑水裝置電氣控制，操作方向盤右手邊的按鈕，即可靈活迅速調整水壓和出水角度，使灑水范圍隨時變寬、變窄，收窄后的灑水幅度不超過車身寬度。

自動避讓行人的灑水車雙模式作業噴灑裝置在保證灑水效果的同時可避免灑濺過往行人，受到市民的一致稱贊，讓市民在享受美好環境的同時不必再擔心灑水車造成的干擾，進一步提升了城市居民的生活質量。

參考文獻：

［1］張前城市灑水車智能化噴灑系統［J］裝備制造技術，2015（2）：215-216.

［2］李紅燕對新型智能灑水車的研究探討［J］南方農機，2018，49（7）：140+143.

［3］石家莊煤礦機械有限責任公司等一種市政用灑水裝置［P］中國：CN215829342U.2022-02-05

作者簡介：

智寬，男，1986 年生，工程師，研究方向為環衛車輛。