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(xiàn)。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(shù)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(jù)裝置的實際使用情況，對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，最終實現(xiàn)為環(huán)衛(wèi)行業(yè)提供一種安全、可靠的供氣方案。

關(guān)鍵詞：氣控水閥；輕型洗掃車；供氣裝置；優(yōu)化改進(jìn)

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(chǔ)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(yè)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(yè)。近年來，隨著人們對居住環(huán)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(qū)域的專項整治工作，在這樣的背景下，輕型洗掃車應(yīng)運而生，因其外形尺寸小，通過性強、高壓水流量大、壓力高、風(fēng)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(yè)模式的實現(xiàn)是通過對水路閥組的切換控制來實現(xiàn)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(jīng)濟實用、可靠性高、排放無污染等優(yōu)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(jié)束，車輛處于放置狀態(tài)時，管路中的水無法排盡，會存留在管路中，該部分水結(jié)凍會對洗掃車的管路及水路元器件造成凍裂的風(fēng)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(fā)生。

但目前多數(shù)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(jìn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(guān)、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(nèi)，供洗掃車上裝工作裝置使用。

直流氣泵規(guī)格型號的選取要根據(jù)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(jìn)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(tài)的，氣泵通過連接繼電器、壓力開關(guān)實現(xiàn)對其工作狀態(tài)的控制。壓力開關(guān)具有壓力上限值和壓力下限值，當(dāng)儲氣罐內(nèi)壓力降低，低于壓力值下限時，繼電器得電，氣泵開始工作，當(dāng)儲氣罐內(nèi)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(nèi)的氣壓保持在一定范圍內(nèi)，實現(xiàn)對水閥的控制，該裝置選用的壓力開關(guān)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(jìn)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(jīng)過壓縮進(jìn)入儲氣罐內(nèi)，氣體溫度會升高，待在罐內(nèi)冷卻后會產(chǎn)生水，因此該裝置在使用一段時間后，會產(chǎn)生部分水分，存留在儲氣罐內(nèi)，影響儲氣罐性能及高壓氣體的質(zhì)量，因此儲氣罐還配備了排水閥，定期對氣進(jìn)行排水。

同時為了提高該裝置的安全性，還配備了安全閥。當(dāng)儲氣罐內(nèi)壓力過高超過規(guī)定限值時，安全閥會自動打開，將罐內(nèi)的部分高壓氣體排入大氣中，使罐內(nèi)壓力降低，從而保證安全。安全閥的卸荷壓力應(yīng)高于儲氣罐設(shè)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(shù)據(jù)記錄

表1給出了供氣裝置實驗數(shù)據(jù)記錄，其參數(shù)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(shù)。

3.2 洗掃車模式切換

根據(jù)圖2所示的氣路系統(tǒng)原理，通往卸荷一路的閥門為常開型，其他閥門為常閉型。當(dāng)任一常閉型閥門開啟時，通往卸荷的閥門會自動關(guān)閉。

因此當(dāng)洗掃車底盤啟動，作業(yè)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(tài)；當(dāng)洗掃車啟動作業(yè)，電磁換向閥換向，卸荷閥關(guān)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(dāng)作業(yè)結(jié)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(jìn)入閥組或排向大氣，實現(xiàn)不同水閥的啟閉，從而實現(xiàn)不同的作業(yè)模式的切換。

從以上過程中我們不難發(fā)現(xiàn)，洗掃車狀態(tài)每切換一次，水閥處高壓氣會通入/排向大氣一次［2］。當(dāng)高壓氣頻繁消耗，使罐內(nèi)壓力低于壓力開關(guān)的設(shè)定值時，氣泵開始工作，向罐內(nèi)充氣。

通過表1供氣裝置實驗數(shù)據(jù)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(shù)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(jìn)行一次充氣。

3.3 冬季除水

洗掃車?yán)密囕v自身配備的高壓水路系統(tǒng)，實現(xiàn)對地面的沖洗，當(dāng)作業(yè)結(jié)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(jié)冰，導(dǎo)致零部件損壞。因此，多數(shù)洗掃車會配備冬季除水裝置。

當(dāng)要進(jìn)行冬季除水時，需將高壓氣體接入水路系統(tǒng)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(jìn)行逐一清除。

該輕型洗掃車共有4條管路需要除水，經(jīng)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(jié)合表1供氣裝置實驗數(shù)據(jù)記錄表中的實驗數(shù)據(jù)，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(jīng)過長時間使用，上裝氣路系統(tǒng)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(dá)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(fù)啟停時，水路高壓水閥會頻繁切換，導(dǎo)致用氣量加大，氣泵充氣次數(shù)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(nèi)頻繁使用，影響使用壽命，且儲氣罐一次放氣后需關(guān)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(guān)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致氣泵一直處于工作狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致氣泵損壞。

4 供氣裝置的優(yōu)化改進(jìn)

根據(jù)車輛實際使用情況，對供氣裝置進(jìn)行以下優(yōu)化改進(jìn)：

a.在儲氣罐取氣口后側(cè)增加電磁切斷閥（原來為快插接頭，不易操作），當(dāng)車輛工作結(jié)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(dǎo)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(guān)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(shù)，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(guān)，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(tǒng)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(dāng)壓力開關(guān)因故障，導(dǎo)致氣泵無法斷電時，電控程序?qū)ζ溥M(jìn)行強制斷電，保護氣泵安全。

通過以上改進(jìn)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(yīng)用場景如圖3所示。

5 結(jié)語

隨著人們對人居環(huán)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(shè)計解決了輕型汽車底盤無直接可用氣源的難題，不僅實現(xiàn)了洗掃車各種功能的自由切換，也實現(xiàn)了冬季除水的功能，避免車輛冬季晚上放置凍壞現(xiàn)象，解決了用戶的后顧之憂，為環(huán)衛(wèi)行業(yè)提供了一種安全、可靠的供氣方案。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王剛，李景珣，陳蕊.高壓儲氣罐應(yīng)力強度的分析與評定[J].產(chǎn)業(yè)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。