18 t新能源灑水車的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用探析

孫滿平 張皓 尹業(yè) 李 強(qiáng)

摘要：對(duì)一種18 t新能源灑水車的主要優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，并對(duì)其從流體運(yùn)動(dòng)情況、模態(tài)及隨機(jī)振動(dòng)、流固耦合方面進(jìn)行了有限元分析，旨在加強(qiáng)對(duì)該車型進(jìn)行深入了解。

關(guān)鍵詞：新能源;灑水車;技術(shù)參數(shù)；結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U469? 收稿日期：2023-11-07

DOI：1019999/jcnki1004-0226202401009

1 前言

隨著城市人口的增加，道路清掃面積逐年增大，我國(guó)環(huán)衛(wèi)市場(chǎng)行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。為了鞏固和擴(kuò)大新能源汽車發(fā)展優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步優(yōu)化了產(chǎn)業(yè)布局，我國(guó)構(gòu)建了高質(zhì)量充電基礎(chǔ)設(shè)施體系，釋放了新能源汽車的消費(fèi)潛力。

作為一種常見(jiàn)的環(huán)衛(wèi)設(shè)備，新能源灑水車可以為人們創(chuàng)造一個(gè)更加清新、舒適的城市環(huán)境。為此，本文針對(duì)一種18 t新能源灑水車的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用進(jìn)行了探討。

2 新能源灑水車的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的燃油灑水車相比，新能源灑水車有以下三大優(yōu)點(diǎn)：

a.新能源灑水車的最大優(yōu)勢(shì)就是環(huán)保。傳統(tǒng)的柴油灑水車在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的尾氣排放，這些尾氣包含有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。而新能源灑水車則是采用電力或太陽(yáng)能作為驅(qū)動(dòng)能源，不會(huì)產(chǎn)生任何尾氣排放，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染。

b.新能源灑水車的使用也更為便捷高效。傳統(tǒng)的柴油灑水車需要加注燃油，并且還需要經(jīng)常進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，使用起來(lái)比較麻煩。而新能源灑水車則不需要加注燃油，只需要充電或利用太陽(yáng)能充電，使用成本更低。同時(shí)，它還具有自動(dòng)沖水功能，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)水壓和水量，使得清潔更加均勻，省去了人工調(diào)節(jié)的麻煩。此外，新能源灑水車采用智能控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)導(dǎo)航，操作更加簡(jiǎn)便，提高了工作效率。

c.在維護(hù)方面，新能源灑水車具有更多優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的柴油灑水車需要定期更換機(jī)油和濾清器，而新能源灑水車則不需要，減少了維護(hù)成本。同時(shí)，它的零部件也更加耐用，可以減少故障和維修次數(shù)，降低了維護(hù)成本。

除了以上優(yōu)勢(shì)，新能源灑水車還有著獨(dú)特的設(shè)計(jì)。它采用了智能節(jié)能控制系統(tǒng)，可以根據(jù)工作負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。同時(shí)，它還采用了先進(jìn)的噪音控制技術(shù)，噪音水平低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［1］，減少了城市噪音污染。此外，新能源灑水車還具有多功能性，可以根據(jù)不同需求配置不同的作業(yè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多種功能，例如清洗馬路、噴灑綠化帶等。

總的來(lái)說(shuō)，新能源灑水車不僅具有環(huán)保高效的特點(diǎn)，還具有使用方便、維護(hù)方便、獨(dú)特設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)。相比傳統(tǒng)的柴油灑水車，它更適合當(dāng)前社會(huì)的環(huán)保需求，也更加符合城市清潔的需要。因此，越來(lái)越多的城市開(kāi)始使用新能源灑水車，希望未來(lái)能有更多的城市加入到這一環(huán)保高效的行列中。

3 主要技術(shù)參數(shù)

本文以某種18 t新能源灑水車進(jìn)行分析，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

4 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新能源灑水車（圖1）主要由新能源底盤、水罐組成、低壓水路系統(tǒng)、高壓水路系統(tǒng)、副機(jī)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、附屬件等部分組成。行駛系統(tǒng)、高壓水路系統(tǒng)、低壓水路系統(tǒng)均采用獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)，上裝動(dòng)力與行駛系統(tǒng)完全解耦，實(shí)現(xiàn)智能化操作。新能源灑水車動(dòng)力傳輸方式如下：底盤電機(jī)→變速箱→行駛系統(tǒng)；上裝電機(jī)→低壓水泵→低壓水路；上裝電機(jī)→高壓水泵→高壓水路。

4.1 新能源底盤

由于國(guó)家政策的大力扶持和電池性能的快速迭代，新能源車越來(lái)越普及，很多主機(jī)廠都有多種新能源底盤可供選購(gòu)。新能源底盤的優(yōu)點(diǎn)主要如下：

a.電池組設(shè)計(jì)。主要依靠電力驅(qū)動(dòng)，因此電池組是非常重要的部分。電池組設(shè)計(jì)在底盤中，有助于降低車輛重心，提高車輛的穩(wěn)定性。

b.四輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)。采用四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)技術(shù)，即每個(gè)車輪都有一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以提供更好的車輛控制性能。

c.制動(dòng)能量回收技術(shù)。新能源汽車普遍運(yùn)用制動(dòng)能量回收技術(shù)，即將制動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在電池中，從而提高能源的利用效率。

d.輕量化設(shè)計(jì)。為了提高電池的續(xù)航里程，新能源汽車底盤通常會(huì)使用輕量化材料，如高強(qiáng)度鋼、鋁合金、碳纖維等，以降低車輛的整體重量。

e.空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。為了減少風(fēng)阻，提高能源效率，新能源汽車底盤會(huì)采用流線型設(shè)計(jì)，并盡可能減少車身的氣動(dòng)阻力。

為了適應(yīng)新能源灑水車的要求，建議采用純電動(dòng)、電池側(cè)掛方式（可降低重心、增加水罐容積、容易布置水罐等各零部件）布置的新能源底盤（圖2）。

4.2 水罐組成

為保證灑水車使用功能，水罐組成（圖3）主要包括頂部護(hù)欄、吊裝座、透明水位標(biāo)、加水管路、溢流管路、過(guò)濾網(wǎng)、防浪板、前后封板、過(guò)線管、底部支撐塊等零部件。罐體由四塊板縱向拼接而成；前后封板與罐體焊接，增加連接補(bǔ)強(qiáng)板保證對(duì)接質(zhì)量與強(qiáng)度；中間增加防浪板，以減輕灑水車行駛時(shí)水對(duì)前后封板組成的沖擊；罐體頂部設(shè)置兩個(gè)人孔蓋，以方便工作人員檢修及清掃；罐體頂部加裝護(hù)欄，用于保證工作人員在檢修及清掃過(guò)程中的安全；罐體底部焊接有墊板和支撐塊，用于與副車架連接（焊接）。

4.3 副車架

副車架（圖4）由縱梁、橫梁、加強(qiáng)塊、控制箱過(guò)渡支架等零部件焊接而成，主要起到連接水罐與底盤、承受水罐組成與水罐內(nèi)裝水重量的作用。

4.4 低壓水路系統(tǒng)及工作原理

低壓水路系統(tǒng)（圖5）采用“前置活動(dòng)噴嘴+中置柱狀對(duì)沖+后圓柱形灑水+后低壓水炮+后左右花灑”的布置模式，主要由低壓水泵進(jìn)水管路、低壓水泵電機(jī)組、低壓水泵出水管路、前沖管路、中部對(duì)沖管路、后灑水管路、后水炮管路等組成。該系統(tǒng)用于路面低壓沖洗、降塵灑水等。低壓水路系統(tǒng)工作原理如圖6所示。

4.5 高壓水路系統(tǒng)及工作原理圖

高壓水路系統(tǒng)（圖7）由上裝電機(jī)、高壓水泵、高壓泵進(jìn)水管路、高壓泵出水管路、卸荷水閥、下噴霧管路、左右角噴管路、前噴管路、高壓卷盤管路等組成，主要用于路面高壓沖洗、噴霧降塵、路沿沖洗等。高壓水路系統(tǒng)工作原理如圖8所示。

4.6 副機(jī)系統(tǒng)

副機(jī)系統(tǒng)（圖9）由電機(jī)控制器、散熱器、電動(dòng)水泵、冷卻管路、膨脹水箱等組成，主要起到控制、散熱、提供動(dòng)力等作用。

4.7 電氣、電路系統(tǒng)

整車采用“顯示屏+專用控制器+總線控制”，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)試模式、高低壓水路壓力監(jiān)測(cè)、水箱內(nèi)部實(shí)時(shí)水位監(jiān)測(cè)、故障顯示、簡(jiǎn)易故障處理方法提醒、各種作業(yè)工況的統(tǒng)計(jì)等，作業(yè)及維護(hù)體驗(yàn)更加友好。整車電氣系統(tǒng)工作原理如圖10所示。

電氣系統(tǒng)主要由繼電保險(xiǎn)盒、移動(dòng)控制器、綜合顯示操作盒、接近開(kāi)關(guān)、高壓水路壓力變送器、低壓水路壓力變送器、水位傳感器、水位開(kāi)關(guān)、燈具、音樂(lè)播放器、箭頭燈控制盒、高壓配電盒、繼電器盒、電源電路系統(tǒng)、控制器電路系統(tǒng)、顯示器電路系統(tǒng)、燈具電路系統(tǒng)及電機(jī)電路系統(tǒng)等組成。

電源電路系統(tǒng)主要由繼電保險(xiǎn)盒通過(guò)底盤電源取電，然后由繼電保險(xiǎn)盒給各個(gè)電氣元件提供動(dòng)力電源，同時(shí)具備短路保護(hù)性能，保護(hù)灑水車的電氣系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)等部件免受火災(zāi)短路等損害。

4.8 氣控系統(tǒng)

氣控系統(tǒng)主要由功能管路和吹凈管路等組成。新能源灑水車氣控系統(tǒng)從底盤氣路系統(tǒng)取氣源，經(jīng)過(guò)手拉閥、調(diào)壓過(guò)濾器，輸出到相應(yīng)的電磁氣閥組。氣路系統(tǒng)中的電磁氣閥均采用DC24V電源，通過(guò)控制電磁氣閥的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)氣路系統(tǒng)執(zhí)行元件（氣缸）的控制。氣控系統(tǒng)工作原理如圖11所示。

5 仿真分析

5.1 流體仿真分析

5.1.1 運(yùn)動(dòng)設(shè)置

根據(jù)GB 7258-2022《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》［2］，制動(dòng)距離和制動(dòng)穩(wěn)定型要求、制動(dòng)減速度和制動(dòng)穩(wěn)定性要求規(guī)定：其他汽車、乘用車列車在行駛速度為30 km/h，滿載制動(dòng)距離在10 m以內(nèi)，空載制動(dòng)距離在9 m以內(nèi)；滿載制動(dòng)的平均減速度不得小于5 m/s2，空載制動(dòng)的平均減速度至少在5.4 m/s2以上?？紤]到模擬極限情況，減速度應(yīng)取最大值，綜合業(yè)內(nèi)分析經(jīng)驗(yàn)，加減速度取值5.886 m/s2。

5.1.2 流體分析結(jié)果

水面在0 s、0.25 s、0.35 s、0.55 s時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)情況如圖12所示。

在0.55 s時(shí)刻的流體域壓力情況如圖13所示。

5.2 模態(tài)及隨機(jī)振動(dòng)分析

5.2.1 模態(tài)分析

模態(tài)分析的主要目的是計(jì)算罐體在上述預(yù)應(yīng)力載荷下的共振頻率以及振型和振幅，為后續(xù)分析做準(zhǔn)備。

5.2.2 隨機(jī)振動(dòng)分析結(jié)果

隨機(jī)振動(dòng)分析結(jié)果如圖14所示。

由分析結(jié)果表明，罐體在此路譜條件下行駛，隨機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度滿足要求。

5.3 流固耦合分析

5.3.1 流體壓力導(dǎo)入

將整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中流體的壓力導(dǎo)入到水罐內(nèi)壁面上，0.55 s時(shí)流體對(duì)罐體壁面整體壓力的最大值為0.072 MPa。水的沖擊對(duì)罐體造成的變形較小，罐體的變形幾乎不會(huì)對(duì)流體域造成影響，因此進(jìn)行單向耦合分析即可。

5.3.2 耦合分析結(jié)果

耦合分析結(jié)果如圖15所示。

罐體等效應(yīng)力隨時(shí)間變化而變化，在0～0.35 s內(nèi)，罐體的等效應(yīng)力較小。

0.35～0.55 s時(shí)罐體進(jìn)行右轉(zhuǎn)彎并爬坑，等效應(yīng)力激增，0.55 s時(shí)刻最大應(yīng)力達(dá)到了434 MPa，表明突然的反方向加速會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力的激增，此為最惡劣的極限工況。

5.3.3 流固耦合分析結(jié)論

a.新能源灑水車端頭封板和筒體連接處等效應(yīng)力基本低于100 MPa，不會(huì)出現(xiàn)裂紋漏水問(wèn)題。

b.防浪板上部缺口、人孔蓋框架處應(yīng)力大于287 MPa的地方，在短期工作一段時(shí)間后可能會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋，但因?yàn)椴惶幱诠摅w關(guān)鍵位置，即使出現(xiàn)疲勞受損，對(duì)罐體不會(huì)造成功能性影響，不會(huì)造成漏水問(wèn)題的發(fā)生。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷發(fā)展，新能源灑水車也將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。在未來(lái)，灑水車的智能化程度將不斷提高，通過(guò)加裝傳感器和智能控制系統(tǒng)，能夠自動(dòng)識(shí)別路況，適應(yīng)路面變化，實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行。此外，灑水車的清洗能力也將逐步增強(qiáng)，采用更加高效的清洗裝置，能夠更好地滿足人們的需求。灑水車的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大，產(chǎn)品性能和服務(wù)質(zhì)量也將不斷提升，為城市管理和環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 54-2006 灑水車[S].

[2]GB 7258-2022 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件[S].

作者簡(jiǎn)介：

孫滿平，男，1970年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閷Ｓ密囕v設(shè)計(jì)。