基于水射流技术的隧道清洗车

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摘 要：隧道内部空间相对封闭，因此往往难以将隧道内的废气以及粉尘排出，并且还容易沉积到隧道内的壁上。为了改善这种情况，必须要对其进行清晰。在文中主要就对基于水射流技术的隧道清洗车设计进行介绍，隧道清洗提供支持。

关键词：隧道;隧道清洗;水射流技术

1 绪论

由于隧道内部空间相对封闭，很难有效的排出隧道内的废气和粉尘，发动机机油是由废气和灰尘混合在一起形成的，最后沉积在隧道内的壁上，随着时间的推移积累起来形成一些清晰的污渍。这些污渍会影响隧道的可视性，对驾驶者的安全构成威胁，并且影响隧道的清洁环境。因此为了解决隧道内废弃和粉尘以及污渍的问题，在现有的隧道清洗车技术的基础上设计一种新的高压水射流隧道清洗车。

2 隧道清洗车的结构设计

2.1 车辆选型

本设计的车辆选型为Man TGS系列重卡440马力6×2牵引车，车头高为3.4m，宽为2.5m，长2.2m，作为隧道清洗车的车载平台。

2.2 主要结构计算和设计

2.2.1 液压系统的总体设计

在高压水隧道清洗车液压系统中，水经过滤器进入高压水泵后被加压至23MPa，再经调压溢流阀后压力调整为21MPa，最后以极高的速度和能量从喷嘴喷出。由于高压水泵的增压器对水中的机械杂质很敏感，供给增压器中的低压水一般要经过两级过滤系统，第一级过滤精度d≤30μm，第二级d≤10μm，在这个阶段要对水做去离子和去矿物的处理，即软化处理去除水中的铁和钙，更利于机器零件的性能并延长喷嘴寿命[1]。

液压系统的合理设计直接关乎着能否高效稳定的完成清洗工作，因此其作用十分重要，液压系统示意图如图2.1所示。

下面对液压系统主要元件进行介绍：

（1）溢流阀：溢流阀起过载保护的作用，防止液压系统过载失效。

（2）液压泵：液压泵是液压系统的动力装置，将机械能转化为液压能。

（3）液压缸是液压系统的执行元件，将液压泵提供的液压能转化为机械能输出，广泛应用于需要直线运动和大扭矩，低转速来回摆动的工作机上，传动无间隙，运行平稳，主要分为活塞式，柱塞式，摆动式。

（4）电液比例换向阀：液压系统中电液比例换向阀是非常关键的元器件。

2.2.2 液压系统主要元件的分析和选型

选型步骤如下：

（1）选取供油压力。在本系统中，由于负荷值不大，参照同类设备的供油压力，故选择供油压力P=1Mpa。

（2）负载分析。液压系统的负载力来自高压水射流对喷射装置的反作用力、喷射装置加速时所需的加速力、喷射装置的部分重力和气缸移动时的摩擦力，其中气缸的摩擦力很小，可以忽略不计，因此主要考虑其他三种力。

3.2 隧道清洗车打击力的测试实验

3.2.1 实验设备

利用习舍的后混合磨料射流系统以及高压水打击力与磨料流量测试系统来进行打击力的数据收集。

3.3 实验方案与步骤

水射流打击力的大小与压力，流量以及靶距等因素有关，本次实验的方案是固定靶距10mm，通过改变后混合磨料系统的压强，使压强从10Mpa至100Mpa，来测试并收集水射流打击力的数值。

实验步骤分为：

（1）打开习舍电源和水阀;

（2）打开打击力测试系统，将打击力测试传感器放置于工作台上;

（3）打开高压水系统，开增压器调试压力，注意水喷嘴喷水时再进行调压;

（4）操作南京大地水刀后混合磨料系統控制台，使水喷嘴移动到打击力测试传感器正上方;

（5）增压器调试压强10MPa至100Mpa，用打击力测试传感器进行采集数据;

（6）采集数据结束后，关闭高压水系统，进行泄压;

（7）对收集数据进行分析。

3.4 实验结果与讨论

起始压强为10MPa，缓慢上升至100MPa保持一段时间后进行泄压。打击力随压强增大而增大，近似线性关系，在100MPa时达到动态平衡状态，打击力范围在12N到13N之间波动，缓慢泄压后打击力呈近似线性减少直至0N。

由实验数据可知，打击力与压力和流量都成正比，即水射流对垢物的打击力，实际上是由射流速度和动能来完成的。因此验证了打击力与压强和流量成正比的关系，也验证了高压水隧道清洗车的打击力符合清洗要求。

4 总结与展望

该设备可利用旋转喷头在隧道内进行高效的清洗，且更加安全、环保。采用高压细水雾喷头，实现快速灭火，且该种喷头耗水量小，对设备的损害程度低。采用多款不同原理的清洗喷头，以适应各种工作条件。

针对本设计，还有一些问题有待解决和提高。首先是电控设计的问题;其次是能否在进一步保证位姿调整装置的定位精度与射流系统的正常工作;是否可以加装一套喷头转换装置，实现在工作中实时装换喷头，已达到更换功能的目的。这些问题是本小组今后解决问题的方向。

参考文献：

[1]陈玉凡.高压水射流打击效率理论分析[J].清洗世界，2006（10）.

[2]王迪.高压水射流清洗的仿真研究及实验验证[D].哈尔滨工业大学，2014.

[3]鲁军波，陈杰.基于高压水射流分布特性的清洗参数选择[J].中国安全科学学报，2004（12）.

[4]郑威.地铁隧道清洗装备的研制[D].西南交通大学，2014.

[5]王正钦，管华，刘庭成.高压水射流清洗技术中的旋转喷头[J].清洗世界，2007（01）.

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