一種輕型洗掃車供氣裝置及其優化改進設計

摘要：洗掃車功能多樣，多種功能的運用常常需要水路閥組的切換來實現。其中，氣控閥組因其成本低、可靠性高等特點，成為眾多專用車廠商首選的控制方法。但對于多數輕型洗掃車來說，底盤無可直接使用的氣源，需要上裝提供氣源。因此研究一種洗掃車供氣裝置，并根據裝置的實際使用情況，對其進行優化改進，最終實現為環衛行業提供一種安全、可靠的供氣方案。

關鍵詞：氣控水閥；輕型洗掃車；供氣裝置；優化改進

中圖分類號：U462 收稿日期：2024-06-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.11.015

1 前言

洗掃車是在二類汽車底盤的基礎上通過加裝各種工作裝置改裝而成的，具有路面清洗、路面清掃、路緣和路緣石立面洗刷、噴霧降塵、定點沖洗等多種功能，有全洗掃、右洗掃、左洗掃等作業模式可供用戶選擇。適用于城市道路、公路、廣場、碼頭、隧道等場所的機械化作業。近年來，隨著人們對居住環境的要求越來越高，全國各省市加強了對背街小巷、非機動車道、輔道等道路較窄區域的專項整治工作，在這樣的背景下，輕型洗掃車應運而生，因其外形尺寸小，通過性強、高壓水流量大、壓力高、風機吸力強勁等特點對該類場所有很好的適用性，獲得了市場的青睞。

洗掃車各種作業模式的實現是通過對水路閥組的切換控制來實現的。氣控高壓水閥與電磁高壓水閥、油缸控制水閥相比，具有能源取之不盡、使用成本低、元器件經濟實用、可靠性高、排放無污染等優點。因此目前洗掃車水路閥組的切換大多采用氣體控制的方式。而壓縮空氣主要來源于底盤氣源，同時底盤氣源還有一個非常重要的功能就是冬季除水［1］。洗掃車在冬季使用時，由于夜間氣溫低，洗掃車工作結束，車輛處于放置狀態時，管路中的水無法排盡，會存留在管路中，該部分水結凍會對洗掃車的管路及水路元器件造成凍裂的風險。通過使用底盤壓縮空氣將管路里剩余水吹出來，可以有效地防止此類問題的發生。

但目前多數輕型底盤出于成本和空間的考慮，大多采用的是液壓制動而不是氣壓制動，這就造成采用此類底盤進行改裝的洗掃車沒有可直接使用的氣源。對于此類底盤，可以采用電控或液控的方式來實現水路水閥的切換，但這同樣將造成制造成本高、使用可靠性低的問題，且無法實現冬季氣吹除水的功能，給管路及元器件帶來凍裂的安全隱患。為了解決此類問題，提供了一種利用外裝直流氣泵和儲氣罐的供氣裝置，來實現對洗掃車水路的切換控制及冬季除水。

2 供氣裝置的組成及工作原理

供氣裝置由直流氣泵、儲氣罐及其輔件組成，輔件包括壓力開關、安全閥、排水閥、壓力表、單向閥等，如圖1所示。

供氣裝置工作原理：直流氣泵從洗掃車底盤電瓶取電，通過管路與儲氣罐連通，氣泵通過壓縮空氣獲得的高壓氣體，儲存到儲氣罐內，供洗掃車上裝工作裝置使用。

直流氣泵規格型號的選取要根據底盤電瓶的電壓、功率，上裝所需的氣體流量及壓力來綜合進行選擇，該裝置選用氣泵工作電壓為DC-12 V，工作電流為10 A，儲氣罐容積為5 L；氣泵并不是一直處于工作狀態的，氣泵通過連接繼電器、壓力開關實現對其工作狀態的控制。壓力開關具有壓力上限值和壓力下限值，當儲氣罐內壓力降低，低于壓力值下限時，繼電器得電，氣泵開始工作，當儲氣罐內壓力升高，高于壓力值上限時，氣泵停止工作，以此來保證儲氣罐內的氣壓保持在一定范圍內，實現對水閥的控制，該裝置選用的壓力開關壓力值分別為0.4 MPa、0.7 MPa。

氣泵與儲氣罐連通的管路也有一定的要求，氣泵通過不銹鋼包紗管與儲氣罐進行連接，包紗管能夠更好的散熱，防止溫度過高損傷管路；同時由于空氣經過壓縮進入儲氣罐內，氣體溫度會升高，待在罐內冷卻后會產生水，因此該裝置在使用一段時間后，會產生部分水分，存留在儲氣罐內，影響儲氣罐性能及高壓氣體的質量，因此儲氣罐還配備了排水閥，定期對氣進行排水。

同時為了提高該裝置的安全性，還配備了安全閥。當儲氣罐內壓力過高超過規定限值時，安全閥會自動打開，將罐內的部分高壓氣體排入大氣中，使罐內壓力降低，從而保證安全。安全閥的卸荷壓力應高于儲氣罐設定的最高壓力，同時低于儲氣罐的承受壓力，該裝置安全閥壓力定為1 MPa。

3 洗掃車模式切換及冬季除水

3.1 供氣裝置實驗數據記錄

表1給出了供氣裝置實驗數據記錄，其參數包括氣泵充氣時間（0～0.7 MPa）、氣泵充氣時間（0.4～0.7 MPa），以及從滿氣到充氣能切換水閥次數。

3.2 洗掃車模式切換

根據圖2所示的氣路系統原理，通往卸荷一路的閥門為常開型，其他閥門為常閉型。當任一常閉型閥門開啟時，通往卸荷的閥門會自動關閉。

因此當洗掃車底盤啟動，作業沒開始時，卸荷一路是開啟的，此時需要通高壓氣，保證水閥處于開啟狀態；當洗掃車啟動作業，電磁換向閥換向，卸荷閥關閉，高壓氣通過電磁換向閥排向大氣，同時噴桿一路的電磁閥換向，噴桿一路通入高壓氣控制水閥打開。當作業結束、倒車或切換模式時，此時電磁閥再換向，噴桿一路的高壓氣通過電磁閥排向大氣，而卸荷一路通入高壓氣，控制卸荷閥打開。供氣裝置通過電磁換向閥控制高壓氣進入閥組或排向大氣，實現不同水閥的啟閉，從而實現不同的作業模式的切換。

從以上過程中我們不難發現，洗掃車狀態每切換一次，水閥處高壓氣會通入/排向大氣一次［2］。當高壓氣頻繁消耗，使罐內壓力低于壓力開關的設定值時，氣泵開始工作，向罐內充氣。

通過表1供氣裝置實驗數據記錄表，可以看到供氣裝置從氣罐滿氣到氣壓降低到滿足再充氣條件時，水閥的切換次數為10次，也就是說洗掃車切換5次模式或啟停5次，氣泵就會進行一次充氣。

3.3 冬季除水

洗掃車利用車輛自身配備的高壓水路系統，實現對地面的沖洗，當作業結束后，管路、水閥等零件中會殘留水分，冬季車輛放置時，由于氣溫低，殘留在管路和水閥等洗掃車零部件中的水會結冰，導致零部件損壞。因此，多數洗掃車會配備冬季除水裝置。

當要進行冬季除水時，需將高壓氣體接入水路系統的管路中，因為洗掃車高壓管路比較長，分支比較多，因此殘留水無法單次除盡，需要對管路進行逐一清除。

該輕型洗掃車共有4條管路需要除水，經試驗，每條管路除水需儲氣罐滿氣吹2～3次才能將管路里的殘留水吹干凈。結合表1供氣裝置實驗數據記錄表中的實驗數據，洗掃車冬季除水總時間在30 min左右。

3.4 問題反饋

a.車輛經過長時間使用，上裝氣路系統氣密性降低，氣泵充氣效率降低，洗掃車放置一晚上，第二天上電工作時，需要等待儲氣罐充氣達到水閥切換壓力以后才可以工作。

b.如遇到紅綠燈較多路段或掉頭較多的路段，洗掃車工作裝置需要反復啟停時，水路高壓水閥會頻繁切換，導致用氣量加大，氣泵充氣次數較多，影響使用壽命。

c.冬季除水效率低，除水時間較長，氣泵短時間內頻繁使用，影響使用壽命，且儲氣罐一次放氣后需關閉手動球閥，待儲氣罐充滿后再打開手動球閥，自動化程度不高。

d.供氣裝置壓力開關出現故障，導致氣泵一直處于工作狀態，進而導致氣泵損壞。

4 供氣裝置的優化改進

根據車輛實際使用情況，對供氣裝置進行以下優化改進：

a.在儲氣罐取氣口后側增加電磁切斷閥（原來為快插接頭，不易操作），當車輛工作結束，車輛熄火斷電后，切斷閥自動閉合，切斷供氣裝置與上裝的連接，防止因為上裝管路及元件漏氣導致氣壓降低，最大限度地保存氣壓。

b.加大儲氣罐容積（5 L→10 L），提高壓力開關最高壓力值（0.4～0.7 MPa改為0.58～0.79 MPa），增加儲氣量，降低氣泵工作次數，增加使用壽命。

c.對氣泵重新選型，選擇充氣效率高，散熱效果好的氣泵，且在一定的氣壓下氣泵可以一直工作，提高冬季除水的效率。

d.冬季除水這一處管路增加流量開關，由程序自動控制，提高冬季除水時的自動化程序，無需工人一直操作。

e.電氣系統中增加延時繼電器，即從氣泵充氣開始計算，5 min后強制對氣泵斷電，終止充氣過程。當壓力開關因故障，導致氣泵無法斷電時，電控程序對其進行強制斷電，保護氣泵安全。

通過以上改進措施，提高了供氣裝置的效率，提高了使用壽命，同時降低了工人的勞動強度，大大提高了用戶的使用體驗。

該供氣裝置的實際應用場景如圖3所示。

5 結語

隨著人們對人居環境的要求越來越高，輕型洗掃車遍布在城市的各個角落，背街小巷、公園、步行街等都能見到它的身影。此供氣裝置的設計解決了輕型汽車底盤無直接可用氣源的難題，不僅實現了洗掃車各種功能的自由切換，也實現了冬季除水的功能，避免車輛冬季晚上放置凍壞現象，解決了用戶的后顧之憂，為環衛行業提供了一種安全、可靠的供氣方案。

參考文獻：

[1]顧青松.高可靠壓力開關檢測及控制電路技術應用[J/OL].機電工程技術，2017（S2）：203-204[2017-12-20]，2006.

[2]王剛，李景珣，陳蕊.高壓儲氣罐應力強度的分析與評定[J].產業與科技論壇，2017（4）：17-19.

作者簡介：

王偉，男，1988年生，工程師，研究方向為專用汽車。