郭佳鵬，朱陽，黃振峰，曹晨強(qiáng)，馬瑩

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掃路車掃刷離地高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對比研究

郭佳鵬，朱陽，黃振峰，曹晨強(qiáng)，馬瑩

（陜西汽車控股集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

分析了目前市面上掃路車通用的掃刷離地高度調(diào)節(jié)方法的劣勢，提出基于兩種掃盤結(jié)構(gòu)的多種離地高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，介紹了通過機(jī)、電、液（氣）一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)原理，并進(jìn)行對比分析。

掃刷；離地高度；自適應(yīng)調(diào)節(jié)；機(jī)電液（氣）一體化

引言

隨著我國環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，環(huán)衛(wèi)廠家對產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)的投入持續(xù)加大，國產(chǎn)掃路車產(chǎn)品性能已大大提升，但在節(jié)能、降噪、可靠性、舒適性以及智能化、自動化等方面仍有很大提升空間。因此，需要加大研發(fā)力度，以新能源無人駕駛掃路車為終極目標(biāo)制定階段性攻關(guān)計劃，同時針對其主要部件如風(fēng)送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等進(jìn)行虛擬驗(yàn)證及試驗(yàn)研究，加強(qiáng)CFD分析、NVH分析等在掃路車上的應(yīng)用，以提高掃路車設(shè)計的理論水平。

掃路車掃刷是影響清掃性能的關(guān)鍵部件，也是作業(yè)易損件。隨著掃刷不斷磨損，為保證清掃效果，就需要調(diào)整掃盤離地高度。目前我國掃路車的掃刷高度調(diào)節(jié)裝置一般都是通過彈簧、鏈條手動調(diào)節(jié)，再結(jié)合螺桿進(jìn)行微調(diào)，這樣就需要消耗操作工人大量時間，且調(diào)節(jié)時最少要調(diào)一環(huán)，容易使掃刷受力不均，保證不了觸地壓力的一致性，也使得磨損較快，使用壽命較短。因此，研究掃刷離地高度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)很有必要。

1 掃路車常見的掃刷結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)方法

常規(guī)的浮動式掃盤結(jié)構(gòu)，包括掃盤10、馬達(dá)8、浮動式油缸4、掃盤離地高度調(diào)節(jié)裝置3、轉(zhuǎn)軸座1、連桿6、調(diào)節(jié)叉5、連接支架2、馬達(dá)座9等組成。掃盤10通過連桿傳動機(jī)構(gòu)連接在底盤車架上，馬達(dá)8作為驅(qū)動裝置帶動掃盤10進(jìn)行轉(zhuǎn)動來完成掃路作業(yè)。浮動式油缸4的活塞端球鉸于連桿6上，另一端浮動連接于固定車架端。調(diào)節(jié)叉5包括調(diào)節(jié)螺紋筒，正、反絲叉頭及鎖緊螺母組成，用以調(diào)節(jié)掃盤前傾角。連桿6一端連接在固定于連接支架2的轉(zhuǎn)軸座1上，另一端通過調(diào)節(jié)支架與馬達(dá)座9相連，馬達(dá)座9與連桿端支架連接處，由調(diào)節(jié)螺栓7來調(diào)節(jié)掃盤外傾角。掃盤離地高度調(diào)節(jié)裝置3由手動調(diào)節(jié)鏈條、浮動式彈簧及調(diào)節(jié)桿組成，調(diào)節(jié)裝置一端與固定車架端相連，一端連接在連桿6上。

圖1 傳統(tǒng)掃盤結(jié)構(gòu)

1、轉(zhuǎn)軸座；2、連接支架；3、高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置；4、浮動式油缸； 5、調(diào)節(jié)叉；6、連桿；7、調(diào)節(jié)螺栓；8、馬達(dá)；9、馬達(dá)座；10、掃盤

連接支架2上設(shè)置有內(nèi)外限位塊，整個連桿傳動機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)軸座1與連接支架相連，掃盤10的離地高度是由連接在連桿6上的浮動式油缸4和掃盤離地高度調(diào)節(jié)裝置3的綜合作用下，連桿6繞豎向轉(zhuǎn)軸的外擺量及橫向轉(zhuǎn)軸的上下擺動量決定的，在浮動油缸作用下，構(gòu)成多維一體運(yùn)動。油缸4完全伸長后，其浮動量及調(diào)節(jié)裝置3構(gòu)成了掃盤離地高度調(diào)節(jié)量。實(shí)現(xiàn)浮動式平衡后，隨著掃刷磨損，調(diào)節(jié)伸縮桿或鏈條，補(bǔ)償磨損量，提供合適的掃盤離地高度。另外，由調(diào)節(jié)螺紋筒，正、反絲叉頭及鎖緊螺母組成的調(diào)節(jié)叉5，用來調(diào)節(jié)掃盤前傾角。馬達(dá)座與連桿端支架連接處的調(diào)節(jié)螺栓7，用來調(diào)節(jié)掃盤外傾角。

2 掃路車掃刷離地高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法研究

2.1 基于掃刷磨損量檢測反饋的自適應(yīng)系統(tǒng)

為了適應(yīng)本系統(tǒng)，掃盤結(jié)構(gòu)與常規(guī)結(jié)構(gòu)類似，只是把常規(guī)結(jié)構(gòu)的掃盤離地高度調(diào)節(jié)叉以電動執(zhí)行器進(jìn)行替換，配以檢測反饋傳感器通過程序來自動控制。調(diào)節(jié)方法通過掃刷磨損量或者掃刷觸地壓力的科學(xué)檢測，反饋出掃盤離地高度調(diào)節(jié)量，以控制系統(tǒng)控制帶有電動推桿的調(diào)節(jié)裝置的伸縮量進(jìn)行精確調(diào)節(jié)、自動補(bǔ)償，輔以浮動式連接結(jié)構(gòu)，使掃盤的離地高度始終處于優(yōu)良狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)掃盤離地高度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。所述掃刷磨損量的檢測方法包括電位傳感或掃刷觸地壓力計算轉(zhuǎn)化或者液壓反饋等，以下介紹一種掃刷磨損量檢測方法。

如圖2所示，利用電阻絲磨損，電位傳感作為輸入量，電阻絲與掃盤毛刷刷絲等安裝要求。本檢測結(jié)構(gòu)包括201信號傳輸處理模塊、202電阻絲、203外絕緣保護(hù)套、204絕緣隔離物等組成，信號處理模塊201與電阻絲202相連，外絕緣保護(hù)套203、絕緣隔離物204，確保電阻絲保持絕緣狀態(tài)，通過磨損程度的不同，信號處理模塊201，向控制器反饋相應(yīng)的長度數(shù)據(jù)。

圖2 電位傳感檢測機(jī)構(gòu)

工作原理：外絕緣保護(hù)套203、絕緣隔離物204與電阻絲201組成如圖2所示的結(jié)構(gòu)，根據(jù)磨損程度的不同，整條電阻絲的電阻產(chǎn)生變化，信號傳輸處理模塊201根據(jù)電阻絲阻值的變化，經(jīng)過一定的處理，向控制器發(fā)送掃刷的長度數(shù)據(jù)。

如圖3所示，為本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)流程圖。當(dāng)步驟300開始工作后，進(jìn)入步驟301控制器接收掃刷目前的長度數(shù)據(jù)；進(jìn)入步驟302判斷掃刷是否需要更換，如需更換則進(jìn)入步驟305，做出警告，并提示更換掃刷；如不需要更換則進(jìn)入步驟303，判斷盤刷離地高度是否處于優(yōu)良，否則進(jìn)入步驟306調(diào)節(jié)掃盤高度后再次進(jìn)行循環(huán)判斷。若是則進(jìn)入步驟304進(jìn)行正常作業(yè)、持續(xù)判斷掃刷長度。

圖3 調(diào)節(jié)流程圖

本方法需要對樣件工作狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)標(biāo)定，以多次試驗(yàn)的結(jié)果作為判定基準(zhǔn)，來進(jìn)行反饋程序的升級。而且，掃盤旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的電阻絲磨損量檢測也是一個難點(diǎn)。

2.2 基于滑動變阻器檢測壓力的自適應(yīng)系統(tǒng)

圖4 滑動變阻器檢測觸地壓力機(jī)理

另一種基于壓力反饋的掃刷磨損量的檢測方法，可考慮應(yīng)用滑動變阻器檢測觸地壓力進(jìn)而程序自動控制掃刷離地高度。掃路車工作時，掃刷觸地后會有一定的壓力，當(dāng)掃刷磨損后，掃刷的觸地壓力發(fā)生變化，從而引起安裝在掃盤連接處的滑動變阻器阻值發(fā)生變化，根據(jù)阻值的變化，程序計算出需要調(diào)整的高度從而保證觸地壓力，這種檢測方法同樣需要進(jìn)行試驗(yàn)標(biāo)定，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果歸納出掃盤作業(yè)時離地高度與掃刷觸地壓力之間的關(guān)系。

2.3 一種新掃盤結(jié)構(gòu)及基于觸地壓力測試的自適應(yīng)系統(tǒng)

基于某新式掃路車研發(fā)項(xiàng)目，全新開發(fā)了一種氣動掃盤,該結(jié)構(gòu)如圖5。掃盤系統(tǒng)包括氣缸、掃刷支撐結(jié)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)及掃刷觸地壓力自適應(yīng)系統(tǒng)。該掃盤的安裝座、調(diào)整螺桿、轉(zhuǎn)臂、連接座二組成四連桿機(jī)構(gòu)，由氣缸推動實(shí)現(xiàn)掃盤系統(tǒng)的升降，并可通過調(diào)節(jié)螺桿調(diào)節(jié)掃刷的接地角度。掃刷觸地壓力自適應(yīng)系統(tǒng)包括梭閥、電磁換向閥、調(diào)壓閥、調(diào)速閥及氣源。通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)回路的變化實(shí)現(xiàn)掃盤系統(tǒng)的升降及自適應(yīng)調(diào)節(jié)，避免了不必要的人工調(diào)節(jié)，并有效降低了掃刷的磨損速度。

圖5 清掃裝置等軸測視圖

如圖6所示，所述控制系統(tǒng)包含兩個回路，回路一為經(jīng)由（51）氣源、（52）兩位五通電磁閥、（52）兩位五通電磁閥A口、（53）調(diào)速閥、（541）梭閥進(jìn)氣口一、(543)梭閥出口、（57）氣缸；回路二為經(jīng)由（51）氣源、（52）兩位五通電磁閥、（52）兩位五通電磁閥B口、（56）兩位兩通電磁閥、（55）調(diào)壓閥、（542）梭閥進(jìn)氣口二、（543）梭閥出口、（57）氣缸。

圖6 氣路控制系統(tǒng)原理圖

所述氣缸的有桿腔接口安裝消音器，與大氣接通。所述氣源一般為專用二類底盤的輔助儲氣筒。

當(dāng)（52）兩位五通電磁閥得電A口接通時，此時（541）梭閥進(jìn)氣口一的壓力大于（542）梭閥進(jìn)氣口二的壓力，回路一處于接通狀態(tài)，氣缸無桿腔進(jìn)氣，氣缸伸出，推動四連桿機(jī)構(gòu)上行，實(shí)現(xiàn)掃盤的提升，并可通過（53）調(diào)速閥調(diào)節(jié)舉升的速度。

當(dāng)（52）兩位五通電磁閥得電B口接通，（56）兩位兩通電磁閥未接通時，此時整個氣路處于切斷狀態(tài)，氣缸無進(jìn)氣，掃盤系統(tǒng)由自重作用向下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)掃盤下降。所述（56）兩位兩通電磁閥采用時間控制，現(xiàn)有方案為（52）兩位五通電磁閥得電B口接通2秒后(56）兩位兩通電磁閥接通。

當(dāng)（52）兩位五通電磁閥得電B口接通，（56）兩位兩通電磁閥接通時，此時（541）梭閥進(jìn)氣口一的壓力小于（542）梭閥進(jìn)氣口二的壓力，回路二處于接通狀態(tài)，氣缸無桿腔進(jìn)氣，對氣缸施加一個向上的力，此時掃盤重力=氣缸力豎向分力+掃盤旋轉(zhuǎn)向心力豎向分力+掃刷觸地壓力，通過（55）調(diào)壓閥調(diào)整系統(tǒng)壓力，從而調(diào)節(jié)掃盤的接地壓力。當(dāng)掃盤持續(xù)工作磨損時，接地壓力減小，掃盤重力＞氣缸力豎向分力+掃盤旋轉(zhuǎn)向心力豎向分力+掃刷觸地壓力，掃盤在重力作用下自動下降，重新找到新的平衡，實(shí)現(xiàn)掃刷的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

通過控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)掃盤的升降動作，可實(shí)現(xiàn)掃盤的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，并提供了一個反向力，從而減少了掃盤的磨損速度。

3 掃刷離地高度調(diào)節(jié)對比分析

綜合研究三種掃盤自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，理論上皆可行。方案1基于掃刷磨損量檢測反饋及方案2基于滑動變阻器檢測壓力的自適應(yīng)系統(tǒng)，理論上都是通過掃刷磨損補(bǔ)充量的檢測，針對反饋信息以控制系統(tǒng)輸出調(diào)節(jié)量，通過便于控制的電動執(zhí)行器推桿伸出來實(shí)現(xiàn)掃盤離地高度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。而方案3通過分析掃盤受力，根據(jù)平衡狀態(tài)下“掃盤重力=氣缸力豎向分力+掃盤旋轉(zhuǎn)向心力豎向分力+掃刷觸地壓力”公式，通過氣控系統(tǒng)內(nèi)部無極調(diào)節(jié)，來實(shí)現(xiàn)掃盤離地高度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，同時該結(jié)構(gòu)也有改進(jìn)空間，調(diào)整結(jié)構(gòu)使掃盤收起狀態(tài)下氣缸有桿端回收，則氣缸受力更佳。

4 結(jié)語

目前，掃路車掃盤自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)已獲得專利保護(hù)（專利號：CN 107100122 A）。由于自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的前端磨損量檢測實(shí)現(xiàn)的難度較大，樣件可靠性還有待驗(yàn)證，且樣件工作狀態(tài)還需進(jìn)行大量的試驗(yàn)標(biāo)定，目前還處于未大量推廣階段。但該技術(shù)的前瞻性及可實(shí)現(xiàn)性仍值得同行進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，以此來推動我國掃路車行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。

[1] 徐達(dá).專用汽車構(gòu)造與設(shè)計[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2] 耿興平,何黎娟.掃路車掃刷觸地壓力自控裝置的研究[J].專用汽車,2009（09）:61-62

The Comparative Study on the Self-adjustment Control System ofBrush Height off the Ground

Guo Jiapeng, Zhu Yang, Huang Zhenfeng, Cao Chenqiang, Ma Ying

( Technology Center, Shaanxi Automobile Holding Group Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

This paper analyzes the disadvantages of the general method to adjust the clearance height of road sweeper in the market at present, puts forward a variety of self-adjustment methods based on two kinds of floor clearance height struc -ture, introduces the structural principle of self-adjustment through the integration of machine, electricity and liquid (gas) technology, and conducts comparative analysis.

sweeper; ground clearance; self-adjustment; integration of machine; electricity and liquid (gas) technology

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1671-7988(2018)20-145-03

U469.6+91

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1671-7988(2018)20-145-03

U469.6+91

郭佳鵬，就職于陜西汽車控股集團(tuán)有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.053