环卫车高压清洗能力研究与运用

摘 要：在我国，带高压清洗能力的环卫车辆使用最频繁，使用面最广，但对高压清洗能力的系统研究较为缺乏，为提高压清洗能力，从路面情况、清洗能力因素建模、数值计算、清洗能力优化、清洗能力实验方法和步骤等方面进行研究和阐述。

关键词：环卫车；高压清洗能力、清洗优化；清洗实验

1 高压清洗车的研究现状

近年来我国水射流技术发展较为迅速，相关学术活动日益增多，水射流技术全国性讨论会从1979年起，每两年召开一次，至今已举行了10余次，北京于1987年组织召开了第一届环太平洋国际水射流技术会议，从那后中国学者几乎参加了所以相关水射流技术会议。我国于1995年成立中国劳动保护科学技术学会水射流技术专业委员会，成为我国的水射流技术唯一专业学会，为该技术发展起到重要作用。

2 理论研究

2.1 水流清洗能力的影响因素建模

在路面清洗效果的影响参数中，最重要的参数包括清洗压力p、速度v、靶距d、扩散角θ和喷嘴安装角度α。扩散角主要由喷嘴决定的，当喷嘴被选定，扩散角即被确定。接下来主要研究影响清洗效果的其他参数如压力、靶距、碰嘴的移动速度和碰嘴的安装角度。

2.2 数值计算

在实际清洗路面时，清洗后区域和与过渡区域的边界比较模糊、无规则，为便于区分，提出清洗率参数来评价路面清洗的效果。清洗率：清洗干净的路面区域与水流总清洗路面区域面积的比值。

cr== （1）

式中，W是洗净宽度，Sc是清洗干净路面面积，L是选用路面长度，B是总清洗宽度。

清洗宽度是水流喷射路面所达到的水幕宽度，其表达式为：

B=2d×tan（） （2）

以清洗率作为评价参数，以洗净面积和射流水幕宽度总面积的比值来评价路面清洗的效率，这样避免过渡区域模糊带来的不利因素，更能准确地反映路面清洗的效果。

2.3 清洗能力的全局优化分析

优化路面清洗参数的最终目标是在清洗率、生产率、能耗和水消耗等多个方面同时达到最优，是一个全局优化的问题。这里影响清洗效果的独立参数为清洗压力p、清洗靶距d、清洗移动速度v和喷嘴安装角度α。主要的优化指标有：1）清洗率cr；2）生产率P。在评价环卫车对路面清洗优劣，还要考虑清洗效率的高低。高的清洗效率，在清洗迅速的同时，有效避免对公路车辆的影响，提高清洗车作业效率，降低使用成本。而清洗生产效率高低，用单位时间清洗的面积来表示：P=Bv （3）

总清洗宽度B可以表示为：B=2dtan（）·N （4）

其中，N为喷嘴数量。

3）能量消耗E。高压水流克服覆层垃圾的吸附力达到路清洁所做的功，称为能量消耗。能量消耗与清洗压力、速度、靶距等因素相关。清洗参数设计对能耗有直接的影响，对清洗车辆运营产生直接经济影响。能量消耗以能量效率来表示，定义为单位清洗面积所消耗的能量：E=p （5）

其中，cD为喷孔流量系数，D为喷嘴当量直径，p为清洗压力，ρw为水的密度。

4）水消耗Q。减少作业水耗量，可以达到节约水资源，降低清洗作业成本。水消耗量指单位清洗面积水量消耗值：

Q= （6）

以上四个形成一个多目标优化函数f：

f=w1+w2-w3-w4

wi=1，wi⩾0，i=1，…，4

其中，wi（i=1，2，3，4）为权重系数，X0（X=cr

0，P，E，Q）为极限值。

均上述分析，环卫车生产企业在实际生产调试和设计优化时，应遵从以下几个方案：第一、根据车辆使用环境，确定车辆实际清洗宽度，作为设置清洗喷嘴实际个数的依据，喷嘴水幕重叠量为水幕宽度的1/5～1/4；第二、根据车辆使用环境，确定车辆正常作业车速，根据速度确定喷嘴移动速度，最优速度为5～15Km/h；第三、根據车辆使用环境，结合常见路面情况，确定水流喷射靶距，保证最优清洗靶距；第四、根据车辆使用环境及路面情况，确定喷嘴安装角度，结合车速和靶距，最优角度30°～60°，选择实际合适角度；第五、选择相关参数后，根据清洗效率和能耗计算进行调整，最后确定能耗小，清洗效率高的相关参数作为最终设计参数。

3 实验验证

清洗车清洗实验前，用涂料将路刷成白色，以备实验时进行图像采集和处理。再将泥沙、粉尘，小石子等覆层垃圾与水混合，将其均匀刷在实验路面上，保证厚度为5mm，保持厚度均匀， 待覆层干燥后进行清洗实验。为验证清洗压力、速度、清洗靶距和喷嘴的安装角度对清洗效果的影响的重要性和独立性，实验时采用了分别改变不同清洗参数进行多组实验的方法来记录清洗参数与清洗效果的相关结果，并分析结果。通过上述理论分析，及参数理论计算和相关实验方案及实际试验结论可知：首先、路面介质路面路况，对清洗能力影响较大，不同路面对环卫车清洗的能力要求不一样，要求环卫车要能根据路面情况进行适当可调整控制，比如水路系统压力，喷嘴喷射角度等；其次、影响环卫车清洗能力的因素较多，其中水路系统压力、喷嘴喷射水幕形状、喷嘴移动速度，喷射角度等是影响清洗效率主要因素；最后、影响环卫车清洗能力的因素中，各因素是相互关联，实际设计和试验中要考虑综合调整，通过试验步骤进行调整达到理想优值。

4 结语

经过对清洗路面情况分析，结合清洗能力因素的建模和理论数值计算，简明阐述了环卫车清洗能力的主要决定因素。同时对相关因素提出优化方案，明确相关实验方法和步骤。通过分析，对实际车辆采取试验，通过客户试验，相关理论得到验证，该技术研究对洗扫车清洗能力提供参考和指导意义，给企业提供了理论依据和优化方式。

参考文献：

[1] 郗华，张锡文，何枫，等.基于粒子图像法的气枪喷嘴除尘效率研究[J].流体力学实验与测量，2000，14（2）：40-43.

[2] 郝鹏飞，张锡文，何枫，等.气枪喷嘴高速射流的除水效率研究[J].应用力学学报，2001，18（2）：103-107.

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