洗扫车水印残留分析及解决方案

李铮

石家庄煤矿机械有限责任公司 河北石家庄 050000

洗扫车（见图 1）是采用二类底盘改装，加装副发动机、风机、高压水泵、清水箱、垃圾箱、左右扫盘、带喷水杆的宽吸嘴、低压冲洗系统、扫盘降尘系统、液压系统、专用装置电控系统和副车架等改装而成[1]。它具有路面清洗、路面清扫、路缘清洗、路缘和路缘石立面洗刷、低压冲洗、喷雾降尘等多种功能。洗扫模式清洗广场和路面，清洗效率高效果好，洗扫用洗净率在90%以上；还可清洗路面和路缘，洗刷路缘石立面；需要喷雾降尘时，可开启喷雾装置，进行喷雾降尘作业。

图1 洗扫车

洗扫车目前主要用于城市道路、高速公路、广场、机场、码头、隧道、桥梁、隔离墙壁、路缘和路缘石立面的机械化清洗、清扫、喷雾降尘等清洁作业。目前为了满足以克论净、避免二次扬尘等作业需求，该类车型是道路清扫的主力军。

1 洗扫车冲洗的工作原理

洗扫车在进行工作的过程中对路面的清洗依赖于三个喷杆，既左右和中间喷杆，每个喷杆上安装多个高压扇形喷嘴，工作时高压水通过喷嘴喷出，形成扇形的水帘，对地面进行打击，实现高压水射流清洗的效果[2]，中间喷杆喷嘴喷出的水帘向前倾斜约45°，让水帘靠近吸嘴底梁，保持5～10 mm距离，水帘不打击吸嘴并能方便地被吸嘴收集。相邻喷嘴喷出的水帘相互搭接，搭接量10～30 mm。喷出的水帘能组成长不少于2 200 mm的长水帘，长水帘应处于同一平面上。左右喷杆上的喷嘴喷出的水帘应向前倾斜约30°，相邻喷嘴喷出的水帘应相互搭接，搭接量20～40 mm。喷杆应与汽车前进方向呈约60～65°夹角，让外侧喷嘴喷出的水帘在内侧喷嘴喷出的水帘之前，确保能使垃圾和污水往吸嘴方向移动。如图2所示。

图2 洗扫车喷杆布置

扇形水帘与水帘之间的重合搭接，可以有效地避免清洗区域的遗漏，实现较好的清扫效果，如图3所示。但因为水帘搭接位置水量较大，水帘碰撞水花四散等原因，清扫效果与非搭接处存在一定的差别。非搭接处的水残留较少，一般清扫效果较好，而搭接处则会留下水印，若路面灰尘较多，残留的水印中还夹杂着一部分的灰尘，水分蒸发完后，路面会形成一条一条的泥印，严重影响清扫效果。因此，降低水印的宽度是提升洗扫车清扫效果的关键。清扫后的水印残留如图4所示。

图3 扇形水帘搭接

图4 洗扫车水印残留

2 减小水印的方案

2.1 提高水帘的稳定性，减小搭接宽度

水帘的稳定性在很大程度上影响着洗扫车搭接处的水印宽度，水帘不跳动、均匀地打击地面有利于控制水印残留，稳定的水帘搭接处发散面积小，且对地面的打击力更大。经过对洗扫车水路系统的研究发现，普遍采用的三缸柱塞水泵的工作特性导致高压水路系统压力总是脉动变化，致使喷嘴喷出水帘抖动且分布不均匀，如图5所示。

图5 水帘抖动、分布不均匀

为了解决上述问题，在高压水路中增加气体式蓄能器。泵流量周期变化使系统产生振动，装设蓄能器，可以大量吸收脉动压力和流量中的能量，在流量脉动的一个周期内，瞬时流量高于平均流量的部分被蓄能器吸收，低于平均流量部分由蓄能器补充，这就吸收了脉动中的能量，降低了脉动。其结构如图6所示。

图6 蓄能器工作原理

增加蓄能器后，高压水路中的压力明显稳定，喷嘴水帘更加均匀，搭接处发散减弱，如图7所示。

图7 改进后稳定水帘

若水帘存在抖动情况，为了保证水帘搭接，搭接的长度必须增大，过大的搭接长度必然会增大残留水印的宽度。通过蓄能器的安装，稳定了高压水帘，为减少搭接长度（见图8）创造了条件，搭接量可以靠近理论搭接量10～30 mm的下限，同时可以降低喷嘴数量，减少高压清洗的水用量。

图8 减小水帘搭接

2.2 非搭接处水印

非搭接处的水印是由于最外侧的水帘斜向喷出时有向外侧的分速度，一部分水向外侧流动导致。如图9所示。

图9 原喷杆安装示意图

假设扇形喷嘴水帘边线处流速为v，接触地面后，以此速度反弹，此过程能量损失忽略，反弹后的速度可分解为水平向外与竖直向上的分速度，而水平向外的分速度对水印的宽窄有直接影响。

式中：β为反弹速度与水平分速度夹角；v为反弹速度，m/s；v水平为水平方向分速度，m/s；β在0～90°范围，cosβ的数值随着夹角β的增大而减小。

式中：L为水印宽度，m。公式（1）代入公式（2）可得：

由公式（3）知，当速度与时间相同时，水印宽度随着夹角β的增大而减小。

根据上述结论，在喷杆安装架处增加斜垫块，通过调节来角β大小，改变水印宽度，安装示意如图10所示。

图10 拟改进安装示意图

3 试验效果对比

经过上述优化前后的水印对比如图11所示。

图11 改进前（上）和改进后（下）水印对比图

由图11可以看出，改进后水印有了明显的减小，清扫效果得到了较大的提升，对前面的分析内容进行了验证。

4 结语

洗扫车作业过程中有水的参与，水印残留不可避免，但要尽可能地降低水印对清扫效果产生的负面影响。通过增加蓄能器减少高压水路系统脉动，稳定水路系统压力，消除压力脉动，减小水帘搭接长度，可以直观有效地降低水印的宽度。改善最外侧无搭接水帘的喷射角度，降低水平分速度，可以减少水的外溢从而减小最外侧水印的效果。