车载车驱自吸泵车及其调速配速方法与流程

本发明涉及汽车行业的专用车技术领域，还涉及工业离心泵的自吸泵技术领域。

背景技术：

由于暴雨或其他原因的积水常常会给生产、生活带来不便或灾难，在出现突发积水或洪涝时，由于事发地通常没有固定的排水设施，因此需要机动设施进行快速排水、抢险作业。

目前国内、外现有的应急排涝车及移动泵站均为车载式或牵引式，车辆或底盘仅作为水泵等排水设备的移动载体，通常水泵工作所需动力由独立的发电机组设备供给。

车载式排涝泵车是将发电机组或柴油机组及驱动的水泵等设施固定在车的底盘上，四周及顶部封闭，其动力由车载发电机组或柴油机组提供，设备造价高，柴油机噪音大，操作复杂。

牵引式排涝泵车也称拖挂式排涝车，是将发电机组、水泵等专用装置固定在拖车上，四周及顶封闭起来。排涝车不能独自行走，需要其他牵引装置拖拽或运送。它的特点是不能独自行走，其他特点与车载式排涝泵车相同

本案申请人曾经开发了一种自驱式泵车，已申请实用新型专利，名称是《一种自驱式强自吸抗洪排涝车》，专利号为：zl201420515163.9，其特点是：泵的动力取自汽车发动机，发动机的动力通过变速箱、传动轴，接入取力器，取力器有一个输入轴与两个输出轴，其中一个输出轴正常连接后桥并驱动底盘正常行驶，另一输出轴连接并驱动泵，取力器上有离合装置。当汽车行驶时，连接泵的输出轴脱离；反之，连接泵的输出轴工作时，连接后桥的输出轴脱离。如图3所示，发动机91动力要经过变速箱92、取力器传动轴93输送给后取力器94，后取力器94的一根输出轴通过车驱动传动轴95连接后桥差速器96，另一根输出轴通过泵驱动传动轴97连接自吸泵98，上述取力器布置在发动机91、变速箱92、取力器传动轴93之后，称为后取力器94。这种通过后取力器94取力的方式，不但影响效率，还增加了传动轴的数量，共需要三根传动轴实现泵与车的驱动，且需更换汽车底盘原配传动轴。

水泵的力学特点要求其输入驱动动力要具备基本恒定的转速，这时其运行才平稳，在保证额定流量、额定扬程前提下，保证泵的效率最大化。一般情况下，泵的额定转速与异步电机相对应电，转速通常分别对应2级、4级、6级、8级等异步电机，与之相对应，水泵的额定转速一般设计在2900r/min、1480r/min、980r/min、740r/min左右，视异步电机实际转速而定。当需要调节水泵的流量、扬程时，要采用调节泵的出口阀开度，以实现调整扬程、流量，一般不改变泵的转速。如图1所示，水泵在其额定转速为nb时，其扬程、流量、效率为最佳匹配点。

由于汽车在路面正常行驶需要随时加速，随时停车，因此需要汽车的行驶速度可由0km/h到100km/h左右任意调整，这样汽车发动机的转速在0～6000r/min，变速箱低挡传动比一般为6左右，高速挡传动比一般为0.6～0.8，通过变速箱调速后传动轴的转速0～7000r/min左右。汽车的行驶速度或者说传动轴的转速是由驾驶员用油门和挡位随机调整的，很难定速，也不能定速行驶。

汽车本身特点及复杂的行驶路况决定，必须通过调整油门和变速箱换挡来只能改变传动轴的输出扭矩，调整车的行驶速度，保证车在低速时传动轴获得更大扭矩，高速时获得更大，以适应瞬间改变的行驶环境需要，尤其是快速启动、快速降速刹车，如图2所示。汽车发动机性能曲线上最大扭矩点对应的转速为nf。

由此可见，在现有技术条件下，要实现车载水泵在应急排涝时的机动性需求，用汽车发动机来驱动水泵时，如果用常规的汽车发动通过控制油门和变速箱挡位来驱动车载泵，很难实现发动机与泵的转速、扭矩匹配及传动效率最大化。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种车载车驱自吸泵车及其调速配速方法，解决现有技术无法实现发动机与泵的转速、扭矩匹配及传动效率最大化的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种车载车驱自吸泵车的结构，其特征在于，汽车的发动机的输出轴接前取力器，所述前取力器具有一个输入轴与两个输出轴，其中一个输出轴经汽车离合器连接汽车的变速箱然后连接车传动轴，另一输出轴经取力离合器再连接并驱动自吸泵；

其中，所述前取力器的两根输出轴之间的传动比i的取值范围为(nf/nb)*(1±5％)，所述nf为发动机的最大扭矩点，所述nb为自吸泵的额定转速。

所述的车载车驱自吸泵车的结构，其中，在前取力器的该另一输出轴上设置旋转编码器，旋转编码器经测速处理器连接泵转速显示器。

所述的车载车驱自吸泵车的结构，其中，所述泵转速显示器设置在汽车的驾驶室内。

所述的车载车驱自吸泵车的结构，其中，还设有手动油门，所述手动油门通过手动控制拉线能够控制油门踏板的位置，油门踏板上连接有位置传感器，位置传感器连接控制单元，控制单元连接调节电机，所述调节电机与汽车的节气门机构连接，通过所述调节电机能够控制所述节气门机构的开度。

所述的车载车驱自吸泵车的结构，其中，所述手动油门设有手动油门定位器，能够将手动油门锁死在任意位置。

所述的车载车驱自吸泵车的结构，其中，所述手动油门锁死在关闭位置时，手动控制拉线处于松弛状态。

所述的车载车驱自吸泵车的结构，其中，所述手动油门设置在汽车的驾驶室内。

一种车载车驱自吸泵车的调速配速方法，其特征在于，采用前述车载车驱自吸泵车的结构，所述调速配速方法是：

用旋转编码器测出自吸泵的转速，转速信号经测速处理器转换后输送到泵转速显示器，以供操作者随时观察；

用手动油门通过手动控制拉线控制油门踏板的位置，然后通过位置传感器对控制单元发出电信号，控制单元将信号处理后对调节电机发出信号，通过调节电机调整节气门机构的开度，进而调节从油箱经油泵进入汽车发动机的油量及风量，实现发动机的转速控制。

所述的车载车驱自吸泵车的调速配速方法，其中，当泵转速显示器读取的泵转速接近自吸泵的额定转速nb时，将手动油门的位置锁死。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：

首先前取力器具有变速功能，其传动比i的取值范围为(nf/nb)*(1±5％)，从而保证发动机以最大扭矩点nf与自吸泵的额定转速nb匹配，输入转速为泵的额定转速，进而保证泵的流量、扬程、效率等技术性能。

其次，用旋转编码器测出自吸泵的转速，转速信号经测速处理器转换后输送到泵转速显示器，可供操作者随时观察，从而直观且量化的了解自吸泵的运行工作情况，从中反映出自吸泵的负荷情况。

第三，用手动油门通过手动控制拉线控制油门踏板的位置，然后通过位置传感器对控制单元发出电信号，控制单元将信号处理后对调节电机发出信号，通过调节电机调整节气门机构的开度，进而调节从油箱经油泵进入汽车发动机的油量及风量，实现发动机的转速控制。操作者通过手动油门调整汽车发动机的转速，当泵转速显示器读取的泵转速接近自吸泵的额定转速nb时，通过手动油门定位器锁死手动油门的操作手柄的位置，以便保持汽车发动机的转速恒定，满足自吸泵的工作要求。

因此，本发明在油门控制方式上有所创新，当汽车行驶时，采用汽车传统的油门踏板控制发动机转速，当自吸泵工作时，用手动油门控制发动机转速。而且，本发明的手动油门与油门踏板各自工作，互不干扰。

第四，本发明采用前取力器取力，取力时不必经过变速箱与车传动轴，不但减少了中间传动环节，提高效率，还比后取力器方案减少了传动轴的数量，降低了成本，减少了故障点，同时大幅度节省泵的安装空间，便于车内携带更多管线等的排涝设施及工具。

第五，自吸泵在排涝作业启泵时，不必在入口管线设置底阀，启泵前不必向泵腔内注水，可将入口管线直接插入水中后直接启泵，不但操作方便快捷，效率高，还大幅降低了故障率，同时泵车也可停靠在远离积水的安全区域，不必深入水中。

附图说明

图1是水泵的扬程、流量、效率的最佳匹配点示意图。

图2是汽车发动机性能曲线示意图。

图3是现有技术的结构示意图。

图4是本发明提供的车载车驱自吸泵车的结构示意图。

图5是本发明提供的车载车驱自吸泵车的控制原理图。

附图标记说明：1-汽车；2-发动机；3-前取力器；4-变速箱；5-泵驱动轴；6-自吸泵；7-车传动轴；8-取力离合器；9-油箱；10-油泵；11-节气门机构；12-调节电机；13-控制单元(ecu)；14-旋转编码器；15-位置传感器；16-油门踏板；17-测速处理器；18-泵转速显示器；19-手动控制拉线；20-手动油门；21-手动油门定位器；22-汽车后轮组；23-汽车离合器；发动机91；变速箱92；取力器传动轴93；后取力器94；车驱动传动轴95；后桥差速器96；泵驱动传动轴97；自吸泵98。

具体实施方式

以下将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按真实比例绘制的。

如图4、图5所示，是本发明提供的车载车驱自吸泵车的结构，汽车1的发动机2的输出轴接前取力器3，所述前取力器3具有一个输入轴与两个输出轴，其中一个输出轴经汽车离合器23连接汽车1的变速箱4然后连接车传动轴7，另一输出轴经取力离合器8再经泵驱动轴5连接并驱动自吸泵6。

当汽车1正常行驶时，取力离合器8处于分离状态，自吸泵6不工作；当进行排水作业时，汽车离合器23分离后，变速箱4挂空挡，车传动轴7与汽车后轮组22不工作，汽车处于停车状态，此时取力离合器8处于合上状态，汽车发动机2通过前取力器3驱动自吸泵6。

本发明的前取力器3连接自吸泵6的输出轴的轴端设有变速齿轮，因而具有变速功能，能实现发动机2与自吸泵6的最佳匹配，具体为：将前取力器3的传动比i的取值范围为(nf/nb)*(1±5％)，从而保证发动机2以最大扭矩点与自吸泵6的额定转速匹配。

为实现发动机2与自吸泵6的额定转速匹配，本发明在前取力器3的该另一输出轴上设置旋转编码器14，旋转编码器14所测的转速信号经测速处理器17转换为电信号后输送到泵转速显示器18，供操作者随时直接观察泵的转速。

本发明的调速功能是这样实现的，手动油门20通过手动控制拉线19控制油门踏板16的位置，油门踏板16上连接有位置传感器15，位置传感器15对控制单元(ecu)13发出电信号，控制单元13将信号处理后对调节电机12发出信号，所述调节电机12与汽车1的节气门机构11连接，通过所述调节电机12能够控制所述节气门机构11的开度，进而调节从汽车1的油箱9经油泵10进入发动机2的油量及风量，实现发动机的转速控制。

本发明中的手动油门20的作用与油门踏板16相同，与油门踏板16各自工作，互不干扰。手动油门20上设有手动油门定位器21，能够将手动油门的操作手柄锁死在任意位置。当汽车正常行驶时，手动油门20的操作手柄锁死在“关闭”位置，手动控制拉线19处于松弛状态，对油门踏板16的工作不施加影响。当需要自吸泵6工作时，手动油门定位器21松开，手动油门20通过手动控制拉线19拉动油门踏板以及位置传感器15，实现调速。此时油门踏板16跟随手动控制拉线19运动，但不影响其运动。

本发明安装的时候，所述前取力器3安装在发动机2与变速箱4之间，连同发动机2与变速箱4共同安装在汽车底盘1上。取力离合器8安装在前取力器3内，离合器8内设有气缸，用于驱动取力离合器8动作。变速箱4通过车传动轴7与汽车底盘1上的汽车后轮组22连接。前取力器3通过泵驱动轴5与自吸泵6连接，以便驱动自吸泵6。

测速处理器17、泵转速显示器18置于汽车1的驾驶室内，泵转速显示器18通过数据线与测速处理器17相连，测速处理器17通过数据线与安装在前取力器3上的旋转编码器14相连接。

手动油门20也置于汽车1的驾驶室内，并安装有手动油门定位器21，手动油门20通过手动控制拉线19连接到位置传感器15上，位置传感器15通过数据线连接到控制单元13，再通过数据线连接调节电机12，油箱9、油泵10、节气门机构11、调节电机12、发动机2、前取力器3、变速箱4以及位置传感器15均安装在汽车底盘1上。

本发明的优点在于：

首先前取力器3具有变速功能，其传动比i的取值范围为(nf/nb)*(1±5％)，从而保证发动机2以最大扭矩点nf与自吸泵6的额定转速nb匹配，输入转速为泵的额定转速，进而保证泵的流量、扬程、效率等技术性能。

其次，用旋转编码器14测出自吸泵6的转速，转速信号经测速处理器17转换后输送到泵转速显示器18，可供操作者随时观察，从而直观且量化的了解自吸泵6的运行工作情况，从中反映出自吸泵6的负荷情况。

第三，用手动油门20通过手动控制拉线19控制油门踏板16的位置，然后通过位置传感器15对控制单元13发出电信号，控制单元13将信号处理后对调节电机12发出信号，通过调节电机12调整节气门机构11的开度，进而调节从油箱9经油泵10进入汽车发动机2的油量及风量，实现发动机2的转速控制。操作者通过手动油门20调整汽车发动机2的转速，当泵转速显示器18读取的泵转速接近自吸泵6的额定转速nb时，通过手动油门定位器21锁死手动油门20的操作手柄的位置，以便保持汽车发动机2的转速恒定，满足自吸泵6的工作要求。

因此，本发明在油门控制方式上有所创新，当汽车行驶时，采用汽车传统的油门踏板16控制发动机2转速，当自吸泵6工作时，用手动油门20控制发动机2转速。而且，本发明的手动油门20与油门踏板16各自工作，互不干扰。

第四，本发明采用前取力器3取力，取力时不必经过变速箱4与车传动轴7，不但减少了中间传动环节，提高效率，还比后取力器方案减少了传动轴的数量，降低了成本，减少了故障点，同时大幅度节省泵的安装空间，便于车内携带更多管线等的排涝设施及工具。

第五，自吸泵在排涝作业启泵时，不必在入口管线设置底阀，启泵前不必向泵腔内注水，可将入口管线直接插入水中后直接启泵，不但操作方便快捷，效率高，还大幅降低了故障率，同时泵车也可停靠在远离积水的安全区域，不必深入水中。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。