18 t新能源洒水车的结构及应用探析

孙满平 张皓 尹业 李 强

摘要：对一种18 t新能源洒水车的主要优点、技术参数、结构进行了介绍，并对其从流体运动情况、模态及随机振动、流固耦合方面进行了有限元分析，旨在加强对该车型进行深入了解。

关键词：新能源;洒水车;技术参数；结构

中图分类号：U469  收稿日期：2023-11-07

DOI：1019999/jcnki1004-0226202401009

1 前言

随着城市人口的增加，道路清扫面积逐年增大，我国环卫市场行业规模不断扩大。为了巩固和扩大新能源汽车发展优势，进一步优化了产业布局，我国构建了高质量充电基础设施体系，释放了新能源汽车的消费潜力。

作为一种常见的环卫设备，新能源灑水车可以为人们创造一个更加清新、舒适的城市环境。为此，本文针对一种18 t新能源洒水车的结构及应用进行了探讨。

2 新能源洒水车的优点

与传统的燃油洒水车相比，新能源洒水车有以下三大优点：

a.新能源洒水车的最大优势就是环保。传统的柴油洒水车在工作过程中会产生大量的尾气排放，这些尾气包含有害物质，对环境造成严重污染。而新能源洒水车则是采用电力或太阳能作为驱动能源，不会产生任何尾气排放，大大减少了对环境的污染。

b.新能源洒水车的使用也更为便捷高效。传统的柴油洒水车需要加注燃油，并且还需要经常进行保养和维护，使用起来比较麻烦。而新能源洒水车则不需要加注燃油，只需要充电或利用太阳能充电，使用成本更低。同时，它还具有自动冲水功能，可以自动调节水压和水量，使得清洁更加均匀，省去了人工调节的麻烦。此外，新能源洒水车采用智能控制系统，可以实现远程控制和自动导航，操作更加简便，提高了工作效率。

c.在维护方面，新能源洒水车具有更多优势。传统的柴油洒水车需要定期更换机油和滤清器，而新能源洒水车则不需要，减少了维护成本。同时，它的零部件也更加耐用，可以减少故障和维修次数，降低了维护成本。

除了以上优势，新能源洒水车还有着独特的设计。它采用了智能节能控制系统，可以根据工作负荷自动调整发动机功率，实现节能减排。同时，它还采用了先进的噪音控制技术，噪音水平低于国家标准［1］，减少了城市噪音污染。此外，新能源洒水车还具有多功能性，可以根据不同需求配置不同的作业设备，实现多种功能，例如清洗马路、喷洒绿化带等。

总的来说，新能源洒水车不仅具有环保高效的特点，还具有使用方便、维护方便、独特设计等优势。相比传统的柴油洒水车，它更适合当前社会的环保需求，也更加符合城市清洁的需要。因此，越来越多的城市开始使用新能源洒水车，希望未来能有更多的城市加入到这一环保高效的行列中。

3 主要技术参数

本文以某种18 t新能源洒水车进行分析，主要技术参数如表1所示。

4 主要结构设计

新能源洒水车（图1）主要由新能源底盘、水罐组成、低压水路系统、高压水路系统、副机系统、电气系统、气控系统、附属件等部分组成。行驶系统、高压水路系统、低压水路系统均采用独立电机驱动，上装动力与行驶系统完全解耦，实现智能化操作。新能源洒水车动力传输方式如下：底盘电机→变速箱→行驶系统；上装电机→低压水泵→低压水路；上装电机→高压水泵→高压水路。

4.1 新能源底盘

由于国家政策的大力扶持和电池性能的快速迭代，新能源车越来越普及，很多主机厂都有多种新能源底盘可供选购。新能源底盘的优点主要如下：

a.电池组设计。主要依靠电力驱动，因此电池组是非常重要的部分。电池组设计在底盘中，有助于降低车辆重心，提高车辆的稳定性。

b.四轮驱动技术。采用四轮独立驱动技术，即每个车轮都有一个电动机驱动，以提供更好的车辆控制性能。

c.制动能量回收技术。新能源汽车普遍运用制动能量回收技术，即将制动时的能量转化为电能，储存在电池中，从而提高能源的利用效率。

d.轻量化设计。为了提高电池的续航里程，新能源汽车底盘通常会使用轻量化材料，如高强度钢、铝合金、碳纤维等，以降低车辆的整体重量。

e.空气动力学设计。为了减少风阻，提高能源效率，新能源汽车底盘会采用流线型设计，并尽可能减少车身的气动阻力。

为了适应新能源洒水车的要求，建议采用纯电动、电池侧挂方式（可降低重心、增加水罐容积、容易布置水罐等各零部件）布置的新能源底盘（图2）。

4.2 水罐组成

为保证洒水车使用功能，水罐组成（图3）主要包括顶部护栏、吊装座、透明水位标、加水管路、溢流管路、过滤网、防浪板、前后封板、过线管、底部支撑块等零部件。罐体由四块板纵向拼接而成；前后封板与罐体焊接，增加连接补强板保证对接质量与强度；中间增加防浪板，以减轻洒水车行驶时水对前后封板组成的冲击；罐体顶部设置两个人孔盖，以方便工作人员检修及清扫；罐体顶部加装护栏，用于保证工作人员在检修及清扫过程中的安全；罐体底部焊接有垫板和支撑块，用于与副车架连接（焊接）。

4.3 副车架

副车架（图4）由纵梁、横梁、加强块、控制箱过渡支架等零部件焊接而成，主要起到连接水罐与底盘、承受水罐组成与水罐内装水重量的作用。

4.4 低压水路系统及工作原理

低压水路系统（图5）采用“前置活动喷嘴+中置柱状对冲+后圆柱形洒水+后低压水炮+后左右花洒”的布置模式，主要由低压水泵进水管路、低压水泵电机组、低压水泵出水管路、前冲管路、中部对冲管路、后洒水管路、后水炮管路等组成。该系统用于路面低压冲洗、降尘洒水等。低压水路系统工作原理如图6所示。

4.5 高压水路系统及工作原理图

高压水路系统（图7）由上装电机、高压水泵、高压泵进水管路、高压泵出水管路、卸荷水阀、下喷雾管路、左右角喷管路、前喷管路、高压卷盘管路等组成，主要用于路面高压冲洗、喷雾降尘、路沿冲洗等。高压水路系统工作原理如图8所示。

4.6 副机系统

副机系统（图9）由电机控制器、散热器、电动水泵、冷却管路、膨胀水箱等组成，主要起到控制、散热、提供动力等作用。

4.7 电气、电路系统

整车采用“显示屏+专用控制器+总线控制”，可以实现调试模式、高低压水路压力监测、水箱内部实时水位监测、故障显示、简易故障处理方法提醒、各种作业工况的统计等，作业及维护体验更加友好。整车电气系统工作原理如图10所示。

电气系统主要由继电保险盒、移动控制器、综合显示操作盒、接近开关、高压水路压力变送器、低压水路压力变送器、水位传感器、水位开关、灯具、音乐播放器、箭头灯控制盒、高压配电盒、继电器盒、电源电路系统、控制器电路系统、显示器电路系统、灯具电路系统及电机电路系统等组成。

电源电路系统主要由继电保险盒通过底盘电源取电，然后由继电保险盒给各个电气元件提供动力电源，同时具备短路保护性能，保护洒水车的电气系统和发动机等部件免受火灾短路等损害。

4.8 气控系统

气控系统主要由功能管路和吹净管路等组成。新能源洒水车气控系统从底盘气路系统取气源，经过手拉阀、调压过滤器，输出到相应的电磁气阀组。气路系统中的电磁气阀均采用DC24V电源，通过控制电磁气阀的动作实现气路系统执行元件（气缸）的控制。气控系统工作原理如图11所示。

5 仿真分析

5.1 流体仿真分析

5.1.1 运动设置

根据GB 7258-2022《机动车运行安全技术条件》［2］，制动距离和制动稳定型要求、制动减速度和制动稳定性要求规定：其他汽车、乘用车列车在行驶速度为30 km/h，满载制动距离在10 m以内，空载制动距离在9 m以内；满载制动的平均减速度不得小于5 m/s2，空载制动的平均减速度至少在5.4 m/s2以上。考虑到模拟极限情况，减速度应取最大值，综合业内分析经验，加减速度取值5.886 m/s2。

5.1.2 流体分析结果

水面在0 s、0.25 s、0.35 s、0.55 s时刻的运动情况如图12所示。

在0.55 s时刻的流体域压力情况如图13所示。

5.2 模态及随机振动分析

5.2.1 模态分析

模态分析的主要目的是计算罐体在上述预应力载荷下的共振频率以及振型和振幅，为后续分析做准备。

5.2.2 随机振动分析结果

随机振动分析结果如图14所示。

由分析结果表明，罐体在此路谱条件下行驶，随机振动强度满足要求。

5.3 流固耦合分析

5.3.1 流体压力导入

将整个运动过程中流体的压力导入到水罐内壁面上，0.55 s时流体对罐体壁面整体压力的最大值为0.072 MPa。水的冲击对罐体造成的变形较小，罐体的变形几乎不会对流体域造成影响，因此进行单向耦合分析即可。

5.3.2 耦合分析结果

耦合分析结果如图15所示。

罐体等效应力随时间变化而变化，在0～0.35 s内，罐体的等效应力较小。

0.35～0.55 s时罐体进行右转弯并爬坑，等效应力激增，0.55 s时刻最大应力达到了434 MPa，表明突然的反方向加速会导致应力的激增，此为最恶劣的极限工况。

5.3.3 流固耦合分析结论

a.新能源洒水车端头封板和筒体连接处等效应力基本低于100 MPa，不会出现裂纹漏水问题。

b.防浪板上部缺口、人孔盖框架处应力大于287 MPa的地方，在短期工作一段时间后可能会出现疲劳裂纹，但因为不处于罐体关键位置，即使出现疲劳受损，对罐体不会造成功能性影响，不会造成漏水问题的发生。

6 结语

随着科技的不断发展，新能源洒水车也将迎来新的发展机遇。在未来，洒水车的智能化程度将不断提高，通过加装传感器和智能控制系统，能够自动识别路况，适应路面变化，实现智能化运行。此外，洒水车的清洗能力也将逐步增强，采用更加高效的清洗装置，能够更好地满足人们的需求。洒水车的应用领域将不断扩大，产品性能和服务质量也将不断提升，为城市管理和环境保护贡献力量。

参考文献：

[1]GB/T 54-2006 洒水车[S].

[2]GB 7258-2022 机动车运行安全技術条件[S].

作者简介：

孙满平，男，1970年生，高级工程师，研究方向为专用车辆设计。