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摘要：针对洒水车满载作业时爬坡动力不足及取力器频繁损坏等系列问题，对其进行了原因分析和理论计算，最终通过对水压系统加装溢流阀，使水泵工作扬程满足额定扬程要求范围之内，车辆作业时取力器输出功率在水泵的额定功率要求范围之内，从而保证了车辆作业时出勤率。
关键词：洒水车 动力不足 取力器损坏 溢流阀 额定功率 出勤率
中图分类号：U469.6+91.07 文献标识码：A 文章编号：1004-0226（2016）04-0100-03
1 引言
近年来随着城镇一体化建设步伐加快，专用车辆遍及城镇的每个角落，特别是洒水车已在市政建设、环境绿化、公路养护、工程建设中发挥着举足轻重的作用。因洒水车作业持续时间长、使用频率高，故对洒水车上装专用装置的可靠性和系统的匹配性要求极高。个别改装厂在取力器、水泵选型及水压系统的设计等方面，存在着系统匹配不合理的现象，轻则导致车辆满载作业时爬坡动力不足，重则出现取力器频繁打齿、控制气缸损坏等一系列问题，从而影响车辆的出勤率。故此针对此类问题，本文通过对水压系统加装溢流阀，使水泵工作扬程、取力器输出功率控制在要求范围之内，有效解决了上述故障。
2 整车基本信息
2.1 整车参数
整车主要参数包括发动机功率、扭矩、取力器速比、水泵功率、扬程等。整车匹配主要以作业性质、使用工况为依据；以陕汽商用SX1161GPSGP4洒水车二类底盘为例，装配玉柴YCAE160-42发动机（如图1），额定功率为118kW；变速器所带取力器速比为1.02，输出扭矩400Nm；改装厂匹配水泵为80QZF-60/90，轴功率为22.5kW，扬程为90m（性能参数如表1）。
2.2 水泵性能参数及特性分析
水泵的性能参数主要包括流量、扬程、输入轴转速、轴功率、自吸高度、自吸时间等，其选用依据主要以满足洒水车的各项工作性能为目的。各厂家的选用标准不一，在此仅以威龙泵业的两种型号为例进行对比分析（如图2）。
3 故障车辆现场试验
车辆上装搭载10m3水罐，装载半罐水（折合吨位5t），开启2个喷头进行坡度作业试验时（坡度6°左右、作业长度35m左右，车辆分别挂1、2挡、转速在1600～2000r/min）均可以正常行走。
随即进行满载10t水试验，车辆开启2个喷头进行同路段、同坡度、同转速、同档位爬行试验，车辆行驶至半坡无法行走；回到起点开启4个喷头以同档位、同转速进行爬坡试验，车辆可以正常行走作业（如图3、4）。
4 整车匹配分析计算
4.1 水泵与发动机匹配关系
水泵的转速、扬程、功率均是重要的指标参数。水泵的流量与转速成正比，即Q1/Q2=N1/N2；水泵的扬程与转速的平方成正比，即H1/H2=N12/N22；水泵的功率与转速的立方成正比，即P1/P2=N13/N23。
4.2 爬坡时整车动力计算
以陕汽商用SX5161GPSGP4洒水车为例，装配玉柴YC4E160-42发动机、功率为118kW。变速器所带取力器速比为1.02。当车辆装载半罐水（折合吨位5t）及满载10m3水爬坡洒水时，发动机平均转速为1600～2000r/min（此转速区间为发动机输出扭矩最大值），发动机总功率特性如图5所示。
水泵的实际转速N=2=2000/1.02=1960r/min。
根据P1/P2=N13/N23（水泵输入轴额定功率P1=22.5kW，额定转速N1=1480r/min），则水泵输入轴实际功率为P2=52.3kw；考虑到取力器齿轮传动效率、轴承传动效率的影响，此时取力器功率按照最小52.3kW核算。根据国标GB7258-2012《机动车运行安全技术条件》中第4.6条要求，汽车的比功率必须大于等于5.0kW/t。
4.2.1 半载开启2个喷头爬坡时整车动力计算
车辆爬坡洒水作业时，总质量约为11.3t，根据发动机特征曲线输出功率为110kW，则车辆实际行驶功率约为110-52.3=57.7kW。比功率为57.7/11.3=5.11，车辆可正常行驶。
4.2.2 满载开启2个喷头爬坡时整车动力计算
车辆爬坡洒水作业时，总质量约为16.3t，根据发动机特征曲线输出功率为110kW，则车辆实际行驶功率约为110-52.3=57.7kW。比功率为57.14/16.3=3.5，导致车辆无法行驶（不计坡度动力损失，因实际动力小于计算动力）。
5 解决方案与措施
5.1 扬程
扬程是单位质量液体通过泵所获得的能量。泵的扬程包括吸程在内，近似为泵出口和入口压力差。
P=P2-P1式中，P为泵的压力（1MPa=10000kg/m2），MPa；P2为出口压力，MPa；P1为入口压力（约一个大气压0.001MPa，可忽略不计）。
水泵的输出扬程决定于负载，当水压系统喷洒水量较小时，输出扬程升高；反之，输出扬程减少。因洒水车使用水泵均为离心泵且水泵内部均无溢流阀。如果水压系统喷洒水量被无限制的减少，泵的扬程则会无限制的升高，直至水管或密封件、取力器、水泵零部件破坏为止。因此，在水泵的出口处应设置有溢流阀（安全阀），限制泵的最大工作扬程，保证系统正常工作。水泵铭牌上的扬程是指水泵允许使用的最大工作扬程，溢流阀实际压力应低于最大工作扬程。根据扬程公式：
H=P/ρ式中，H为扬程，m；ρ为水的密度，ρ=l000kg/m3。
5.2 加装溢流阀
水泵扬程与转速的平方成正比，即根据H1/H2=N12/N22公式，未加装溢流阀时（如图6）实际扬程为H2=159.12m，远远超出了水泵额定扬程90m的要求，从而导致车辆大量的功率损失。通过对水压系统加装系统额定压力的溢流阀（如图7），使实际扬程等同于额定扬程。实际扬程则不再以发动机转速的变化而无限制增大，即H2≤H1。同时，取力器提供给水泵的输出功率在水泵的额定功率范围之内，即取力器提供给水泵输出
6 结语
加装溢流阀后，车辆即使满载，也可以轻松爬坡作业；同时，对取力器起到过载保护的作用。从而使取力器的输出功率不会因发动机的转速变化和水压系统出水口的出水量大小变化而导致取力器功率无限增大，使之处在额定功率范围内工作。有效减少了取力器频繁损坏和解决了车辆作业时动力不足的问题。
收稿日期：2015-11-25
关键词：洒水车 动力不足 取力器损坏 溢流阀 额定功率 出勤率
中图分类号：U469.6+91.07 文献标识码：A 文章编号：1004-0226（2016）04-0100-03
1 引言
近年来随着城镇一体化建设步伐加快，专用车辆遍及城镇的每个角落，特别是洒水车已在市政建设、环境绿化、公路养护、工程建设中发挥着举足轻重的作用。因洒水车作业持续时间长、使用频率高，故对洒水车上装专用装置的可靠性和系统的匹配性要求极高。个别改装厂在取力器、水泵选型及水压系统的设计等方面，存在着系统匹配不合理的现象，轻则导致车辆满载作业时爬坡动力不足，重则出现取力器频繁打齿、控制气缸损坏等一系列问题，从而影响车辆的出勤率。故此针对此类问题，本文通过对水压系统加装溢流阀，使水泵工作扬程、取力器输出功率控制在要求范围之内，有效解决了上述故障。
2 整车基本信息
2.1 整车参数
整车主要参数包括发动机功率、扭矩、取力器速比、水泵功率、扬程等。整车匹配主要以作业性质、使用工况为依据；以陕汽商用SX1161GPSGP4洒水车二类底盘为例，装配玉柴YCAE160-42发动机（如图1），额定功率为118kW；变速器所带取力器速比为1.02，输出扭矩400Nm；改装厂匹配水泵为80QZF-60/90，轴功率为22.5kW，扬程为90m（性能参数如表1）。
2.2 水泵性能参数及特性分析
水泵的性能参数主要包括流量、扬程、输入轴转速、轴功率、自吸高度、自吸时间等，其选用依据主要以满足洒水车的各项工作性能为目的。各厂家的选用标准不一，在此仅以威龙泵业的两种型号为例进行对比分析（如图2）。
3 故障车辆现场试验
车辆上装搭载10m3水罐，装载半罐水（折合吨位5t），开启2个喷头进行坡度作业试验时（坡度6°左右、作业长度35m左右，车辆分别挂1、2挡、转速在1600～2000r/min）均可以正常行走。
随即进行满载10t水试验，车辆开启2个喷头进行同路段、同坡度、同转速、同档位爬行试验，车辆行驶至半坡无法行走；回到起点开启4个喷头以同档位、同转速进行爬坡试验，车辆可以正常行走作业（如图3、4）。
4 整车匹配分析计算
4.1 水泵与发动机匹配关系
水泵的转速、扬程、功率均是重要的指标参数。水泵的流量与转速成正比，即Q1/Q2=N1/N2；水泵的扬程与转速的平方成正比，即H1/H2=N12/N22；水泵的功率与转速的立方成正比，即P1/P2=N13/N23。
4.2 爬坡时整车动力计算
以陕汽商用SX5161GPSGP4洒水车为例，装配玉柴YC4E160-42发动机、功率为118kW。变速器所带取力器速比为1.02。当车辆装载半罐水（折合吨位5t）及满载10m3水爬坡洒水时，发动机平均转速为1600～2000r/min（此转速区间为发动机输出扭矩最大值），发动机总功率特性如图5所示。
水泵的实际转速N=2=2000/1.02=1960r/min。
根据P1/P2=N13/N23（水泵输入轴额定功率P1=22.5kW，额定转速N1=1480r/min），则水泵输入轴实际功率为P2=52.3kw；考虑到取力器齿轮传动效率、轴承传动效率的影响，此时取力器功率按照最小52.3kW核算。根据国标GB7258-2012《机动车运行安全技术条件》中第4.6条要求，汽车的比功率必须大于等于5.0kW/t。
4.2.1 半载开启2个喷头爬坡时整车动力计算
车辆爬坡洒水作业时，总质量约为11.3t，根据发动机特征曲线输出功率为110kW，则车辆实际行驶功率约为110-52.3=57.7kW。比功率为57.7/11.3=5.11，车辆可正常行驶。
4.2.2 满载开启2个喷头爬坡时整车动力计算
车辆爬坡洒水作业时，总质量约为16.3t，根据发动机特征曲线输出功率为110kW，则车辆实际行驶功率约为110-52.3=57.7kW。比功率为57.14/16.3=3.5，导致车辆无法行驶（不计坡度动力损失，因实际动力小于计算动力）。
5 解决方案与措施
5.1 扬程
扬程是单位质量液体通过泵所获得的能量。泵的扬程包括吸程在内，近似为泵出口和入口压力差。
P=P2-P1式中，P为泵的压力（1MPa=10000kg/m2），MPa；P2为出口压力，MPa；P1为入口压力（约一个大气压0.001MPa，可忽略不计）。
水泵的输出扬程决定于负载，当水压系统喷洒水量较小时，输出扬程升高；反之，输出扬程减少。因洒水车使用水泵均为离心泵且水泵内部均无溢流阀。如果水压系统喷洒水量被无限制的减少，泵的扬程则会无限制的升高，直至水管或密封件、取力器、水泵零部件破坏为止。因此，在水泵的出口处应设置有溢流阀（安全阀），限制泵的最大工作扬程，保证系统正常工作。水泵铭牌上的扬程是指水泵允许使用的最大工作扬程，溢流阀实际压力应低于最大工作扬程。根据扬程公式：
H=P/ρ式中，H为扬程，m；ρ为水的密度，ρ=l000kg/m3。
5.2 加装溢流阀
水泵扬程与转速的平方成正比，即根据H1/H2=N12/N22公式，未加装溢流阀时（如图6）实际扬程为H2=159.12m，远远超出了水泵额定扬程90m的要求，从而导致车辆大量的功率损失。通过对水压系统加装系统额定压力的溢流阀（如图7），使实际扬程等同于额定扬程。实际扬程则不再以发动机转速的变化而无限制增大，即H2≤H1。同时，取力器提供给水泵的输出功率在水泵的额定功率范围之内，即取力器提供给水泵输出
6 结语
加装溢流阀后，车辆即使满载，也可以轻松爬坡作业；同时，对取力器起到过载保护的作用。从而使取力器的输出功率不会因发动机的转速变化和水压系统出水口的出水量大小变化而导致取力器功率无限增大，使之处在额定功率范围内工作。有效减少了取力器频繁损坏和解决了车辆作业时动力不足的问题。
收稿日期：2015-11-25