纯电动多功能抑尘车结构设计与原理

李留胜，刘晋军

（中国一拖集团有限公司特专车公司，河南 洛阳 471000）

随着社会经济的快速发展，生态环境不断被破坏，雾霾天气、沙尘天气等现象日益增多。机动车尾气排放、建筑施工、工业生产是产生雾霾的主要原因，雾霾天气不仅影响能见度、影响交通，长期暴露于雾霾天气中还会增加各种慢性心脑血管系统和呼吸系统的疾病，严重影响人们的身体健康。所以急需防治大气污染，减少能源消耗，改善人们的生活环境。

近年来，随着环保意识的增强和技术水平的发展，纯电动多功能抑尘车被研发出来，并广泛地被投入到城市环境美化中。纯电动多功能抑尘车能够从源头有效治理大气污染，广泛应用于路面洒水，治理道路、港口、厂矿、工地拆迁等环境的扬尘，也可用于道路两旁树木、绿化带的灰尘冲洗，是改善城市生态环境的重要手段。

1 纯电动多功能抑尘车的总体结构设计

纯电动多功能抑尘车的工作原理是利用底盘高低压取电接口进行取电，为上装风机电机、离心泵电机、齿轮泵电机提供电能，通过电机驱动风机、离心泵、齿轮泵工作。

纯电动多功能抑尘车的作业装置分为洒水装置与喷雾装置，主要由纯电动汽车底盘、罐体装置、动力电池组、液压动力装置、喷雾装置、洒水装置、喷雾机安装平台、监视系统和电控系统等组成，如图1所示。其中，液压动力装置由电机、齿轮泵、叠加阀、回转液压马达、俯仰液压缸等组成；喷雾装置主要由离心泵电机、风机电机、立式多级离心泵、风筒、风机叶片、防护罩、环状管、喷嘴、俯仰机构和回转机构等组成；洒水装置由底盘变速箱侧取力装置、喷洒装置、冲洗装置等组成。

图1 纯电动多功能抑尘车的总体结构示意图

2 纯电动多功能抑尘车喷雾系统结构与工作原理

2.1 纯电动多功能抑尘车喷雾驱动系统

喷雾驱动系统是纯电动多功能抑尘车的重要组成部分，风机电机将电能转换成机械能驱动风机叶片旋转，将风送出风筒；离心泵电机将电能转化成机械能带动立式多级离心泵给环状管供水，由喷嘴喷出水雾。喷雾机的旋转主要由液压马达、减速传动箱、主动齿轮和传动齿轮等旋转机构构成，水平旋转角度为±120°。喷雾机的俯仰由液压动力单元驱动液压缸活塞杆伸缩来完成喷雾机变换俯仰角度，调整喷射位置，俯仰角度为-10°～50°。为使喷雾装置能保持稳定的工作性能，纯电动多功能抑尘车在行驶过程中（专用装置处于非工作状态）应将喷雾机置于最低位置，喷雾机风筒朝正后方，然后关闭喷雾机，关闭气动阀，使取力器处于非啮合状态。

2.2 纯电动多功能抑尘车喷雾机结构与工作原理

喷雾机是纯电动多功能抑尘车喷雾装置的最重要组成部分，也是抑尘车实现其功能的最主要的总成部件，主要由风机电机、风筒、风机叶片、导叶、扩散筒、喷嘴、防护罩、俯仰机构、回转机构等部件组成，如图2所示，其中风机电机、风筒、扩散器、风机叶片等构成轴流风机。其工作原理为风机电机驱动风机叶片旋转，风机叶片将风由风筒送出；立式多级离心泵给环状管供高压水，高压水经过喷嘴后被雾化，雾化后的细小水滴颗粒被风筒送出的风抛射到远方，形成水雾场，水雾与空气中的粉尘颗粒结合，在重力作用下下沉，对空气起到净化作用，也可用于冲洗道路两旁大树、绿化带的灰尘。

图2 纯电动多功能抑尘车喷雾机示意图

喷雾机的主要构成部件为轴流风机，决定轴流风机性能的主要因素有风机翼型、叶轮外径、外径对轮毂直径的比值以及叶轮转速[1]。叶轮外径和风机轴转速决定圆周速度，直接影响到风机风压。轮毂比与轴流风机的比转数，也存在着一定的关系。通常情况下，轮毂比较大时，轴流风机的流动风速则会随之增大；若轮毂比较小时，轴流风机的流动风速也会随之减小[2]。叶轮叶片安装角度直接影响旋绕速度的增量，也影响到风机风压。通常情况下叶片可在10°～45°范围内调整，叶片安装角越大，风量和风压越大，耗费的功率也越大。风机叶片一般采用扭曲机翼型叶片，叶片一般为铸铝合金或用高强树脂制造，防止叶片高速运转造成破损。

喷雾机的控制采用无线遥控，控制距离可达100m。驾驶室内安装有喷雾机操作触摸屏，可实现在触摸屏上对喷雾机的操作控制。控制系统具有缺水报警及自动停机功能，保证喷雾机安全运行。

2.3 纯电动多功能抑尘车喷雾装置液压动力单元

喷雾装置液压动力单元是一个液压站，由油泵电机带动齿轮泵工作，通过叠加阀输出两路控制回路。喷雾装置需要实现左右旋转和上下升降动作，可采用三位四通换向阀满足换向要求，控制回转马达的换向阀中位机能为O型，因回转惯性力较小，无需增加缓冲阀；变幅油缸要求能够在升降过程中任意位置停留、防止加速下落，因此需要平衡回路[3]，拟定采用单向平衡阀，换向阀中位机能为O型。另外增加起卸荷功能的二位二通常开阀和起安全保护的溢流阀，喷雾装置液压动力单元原理图如图3所示。

图3 喷雾装置液压动力单元原理图

2.4 纯电动多功能抑尘车立式多级离心泵的工作原理

立式多级离心泵具有整体结构紧凑、体积小、质量轻、噪声低、节能效果显著、检修方便等特点。采用标准立式电机和快装式机械密封，更换非常方便。泵的过流部分均采用不锈钢（304316）材料制成，可适用于轻度腐蚀性介质。当电机带动轴上的叶轮高速旋转时，充满在叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿着叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，使压力和速度同时增加，经过导壳的流道而被引向次一级的叶轮，逐次地流过所有的叶轮和导壳，进一步使液体的压力能量增加。将每个叶轮逐级叠加之后，就获得一定扬程。

2.5 纯电动多功能抑尘车后喷雾装置的操纵

2.5.1 遥控器操纵

打开主配电柜将总电源开关合闸，并将其他电源开关和副配电箱电源开关全部合闸，将“本地-遥控-远程”开关打至“遥控”位后使用无线遥控器操纵，主要用于调试及特定场合。

2.5.2 触摸屏控制

在驾驶室内安装有触摸屏，便于驾驶人员操纵。触摸屏控制界面主要分为6个界面：主界面、系统界面、运行调试界面、自动运行界面、参数显示界面、故障报警页界面。

3 纯电动多功能抑尘车的洒水系统

3.1 纯电动多功能抑尘车洒水系统的结构及工作原理

纯电动多功能抑尘车的洒水系统主要由QZB系列自吸式洒水车泵、阀门、洒水头、喷水头、冲水头、后喷枪及管道等组成，具有路面冲洗、洒水及绿化喷淋等功能。QZB系列自吸式洒水车泵具有结构紧凑、外形新颖美观、体积小、质量轻、使用寿命长、维护方便、效率高、自吸能力强，可靠性高等优点。自吸式洒水车泵的动力来自汽车驱动电机，动力的传递过程为：汽车驱动电机—汽车变速箱—取力器—传动轴—自吸式洒水车泵。设置前冲装置、中冲装置、后洒装置及手持高压水枪装置并配备消防专用接口，如图4所示。

图4 纯电动多功能抑尘车的洒水系统示意图

纯电动多功能抑尘车的罐体采用碳素结构钢板焊接而成，罐体的横截面呈方圆形，罐体内部设有横向防波板，以减轻车辆在行驶过程中液体对罐体的冲击造成的焊缝撕裂，罐体内表面涂防腐层，以避免所盛液体对罐体造成腐蚀。罐体下部焊有左右副梁，可增加水罐的纵向刚度，同时通过左右副梁上的支座，用U形螺栓和连接座将罐体固定在汽车底盘大梁上。罐体顶部设安装有人孔盖，方便观察罐内情况和进入罐体内进行维修。水罐的两侧装有工具箱，可存放胶管或工具。

冲洗、洒水、高压水枪喷射等功能由来自汽车的驱动电机传递的动力驱动自吸式洒水车泵。泵启动后，叶轮旋转，叶轮进口处形成负压，吸入管路中的气体与泵内液体混合，通过压出室进入气液分离室。由于气液的密度差，气体从液体中分离出来，从出口管中排出，液体在气液分离室中下沉，经多次循环，直到吸入管内的气体被排净而充满液体，完成自吸过程，泵开始正常输液。通过在驾驶室内操作气动切断阀控制冲水头、洒水头实现洒水、路面冲洗、喷洒等功能；由于使用高压水枪时其喷射方向（上下左右）需要人员控制，故高压水枪的开启、关闭用不锈钢球阀来控制。

冲洗、洒水的通断由气动切断阀控制，其开关动作通过驾驶室内开关进行操作。前冲水头位于汽车前保险杠下的左右两侧，松开冲水头固定座，可全方位调整冲水方向。使用时压紧固定座，使冲水头固定，水流从水管流到冲水头，从冲水口喷出；中冲水头位于后轴的前侧；后洒水头位于汽车的尾部，洒水头可以旋转，用来调整洒水的方向，使用时旋紧手柄，使洒水头固定，水流从洒水管流到洒水头，从洒水头喷出；高压水枪位于汽车尾部操作平台上，通过手动控制其开关、方向，喷出水柱、水雾，可冲洗、降尘和湿润空气。洒水系统设有放水装置，确保车辆所储存的水能放净，防止寒冷天气冻坏水泵、冻裂管路。

3.2 纯电动多功能抑尘车洒水系统的喷洒操作

作业前，首先启动底盘电机，在车辆气压达到安全压力后，踩下离合器并按下在驾驶室内的操纵板上取力器开关，使取力器齿轮与变速箱中间轴齿轮啮合，按下水路控制盒电源按钮，操作相应的水路控制阀，打开水路。作业结束时关闭取力器开关，使取力器齿轮与变速箱中间轴齿轮脱开，关闭水路控制阀开关，断开水路。

冲洗作业时，分别打开驾驶室操纵板上左/右冲洗开关，控制左/右喷头开关实现冲洗作业；后喷洒作业时，分别按开驾驶室操纵板上左/右喷洒开关，控制左/右喷洒头开关实现喷洒作业；水炮喷洒作业时，需人为登上后操作平台，控制水炮角度、开关。另外，作业时应打开音乐发生器开关（位于水路控制阀开关上），警示周边车辆、路上行人。

4 纯电动多功能抑尘车的监视系统

纯电动多功能抑尘车的监视系统包括驾驶室内的显示器及后部2个摄像头，1个固定在车辆尾部监视车辆后部道路、环境状况，1个固定在雾炮上随雾炮转动，监视雾炮的工作状态。

5 结束语

本文从纯电动多功能抑尘车喷雾驱动系统、原理、洒水系统等方面，展开对纯电动多功能抑尘车结构设计的综合分析。纯电动多功能抑尘车的设计开发，能有效改善城市环境质量，其喷雾抑尘系统和洒水系统是相互独立的2套系统，可以单独工作，也可同时工作；完善的配置使得车辆具备喷雾降尘、湿润空气、路面洒水、冲洗、对树木进行喷洗和浇灌及应急消防等功能；纯电动多功能抑尘车具有节能环保、无噪声污染、零排放等优点，有助于国家碳达峰、碳中和战略目标的实现。