程小建，黃磊，陳志，李文芳，李林，陳焱

（長(zhǎng)沙福田汽車(chē)科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

1 前言

清掃機(jī)構(gòu)是掃路車(chē)的重要組成部分，在掃路車(chē)作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)控制盤(pán)刷伸出、下降到與路面接觸并旋轉(zhuǎn)，將路面上的垃圾掃至吸嘴前面，以便于吸嘴吸入垃圾。為達(dá)到較好的清掃效果，作業(yè)時(shí)一般要求盤(pán)刷的觸地深度約15～25mm，此時(shí)清掃效果和盤(pán)刷的磨損率均處于較理想的狀態(tài)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上盤(pán)刷作業(yè)時(shí)觸地深度一般通過(guò)清掃機(jī)構(gòu)的提升油缸進(jìn)行控制，或附加鏈條限位，其掃盤(pán)下降位置由機(jī)構(gòu)所限定。由于盤(pán)刷在日常作業(yè)過(guò)程中磨損較快，盤(pán)刷與地面的觸地深度將減少，而導(dǎo)致路面清掃效果不佳。操作人員需根據(jù)盤(pán)刷磨損情況，頻繁手動(dòng)調(diào)節(jié)提升油缸最小安裝距或鏈條限位裝置，以降低掃盤(pán)下放高度，補(bǔ)償盤(pán)刷的磨損，維持足夠的盤(pán)刷觸地深度。為此，從保證勻均的盤(pán)刷觸地深度和簡(jiǎn)化設(shè)備維護(hù)角度考慮，有必要研制盤(pán)刷觸地深度自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)自適應(yīng)系統(tǒng)）。

2 自適應(yīng)系統(tǒng)的組成與工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

自適應(yīng)系統(tǒng)主要包括清掃機(jī)構(gòu)和液壓控制系統(tǒng)二部分，清掃機(jī)構(gòu)為常規(guī)結(jié)構(gòu)，與普通車(chē)型相同，如圖1所示；液壓控制系統(tǒng)為新型設(shè)計(jì)，是核心控制部件，主要包括提升油缸、換向閥、減壓溢流閥、梭閥、電磁球閥等元件，原理圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)組成圖

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

2.2 工作原理

自適應(yīng)系統(tǒng)采用力平衡控制方式，通過(guò)控制提升油缸的背壓來(lái)平衡清掃機(jī)構(gòu)的重力，以實(shí)現(xiàn)盤(pán)刷觸地壓力控制，從而間接控制盤(pán)刷觸地深度；它有2種工作模式：（1）提升模式：DT1得電，P口壓力油經(jīng)換向閥A口、梭閥、電磁球閥后，以系統(tǒng)壓力推動(dòng)提升油缸伸出，產(chǎn)生較大的推力F1，將清掃機(jī)構(gòu)舉起；當(dāng)清掃機(jī)構(gòu)提升到位后，DT1失電，提升油缸中的油液被電磁球閥閉鎖，油缸保持在伸出位置，使清掃機(jī)構(gòu)保持在提升位置，以便于車(chē)輛轉(zhuǎn)場(chǎng)行駛；（2）下降模式：DT2、DT3得電，P口壓力油經(jīng)換向閥B口到達(dá)B1口，再經(jīng)減壓溢流閥減壓后，從B2口經(jīng)梭閥、電磁球閥進(jìn)入油缸，產(chǎn)生一個(gè)較小的油缸推力F1’。減壓溢流閥的壓力設(shè)定使F1’不足以舉起清掃機(jī)構(gòu)，這樣在清掃機(jī)構(gòu)的重力作用下油缸強(qiáng)制回縮，油缸內(nèi)油液經(jīng)電磁球閥、梭閥、減壓溢流閥 T1口反向卸油，清掃機(jī)構(gòu)下降，直到掃刷與地面接觸，并建立起一定的觸地壓力F2，最終F1’、G、F2三者達(dá)到力平衡狀態(tài)。下降模式下的受力簡(jiǎn)圖如圖3所示，由于清掃機(jī)構(gòu)的重力G和油缸推力F1’恒定，且力臂L1、L2、L3變化不大，故盤(pán)刷觸地壓力F2也基本恒定。當(dāng)盤(pán)刷出現(xiàn)磨損后，F(xiàn)2降低，清掃機(jī)構(gòu)所受合力向下，清掃機(jī)構(gòu)下降；隨著清掃機(jī)構(gòu)下降，盤(pán)刷觸地深度增加，又使F2提高，最終維持F2動(dòng)態(tài)恒定，從而實(shí)現(xiàn)清掃機(jī)構(gòu)自適應(yīng)下降調(diào)節(jié)功能，并維持足夠的盤(pán)刷觸地深度。

圖3 下降模式盤(pán)刷觸地狀態(tài)受力簡(jiǎn)圖

3 多體仿真分析

為了深入研究自適應(yīng)系統(tǒng)的可行性，對(duì)某清掃機(jī)構(gòu)進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)仿真，分析清掃機(jī)構(gòu)下降過(guò)程中油缸受力情況、盤(pán)刷觸地壓力與盤(pán)刷磨損量之間的關(guān)系。進(jìn)行了兩類(lèi)分析：一是以油缸推力為常量，盤(pán)刷長(zhǎng)度為自變量，盤(pán)刷觸地壓力為因變量，曲線圖如圖4所示，油缸推力恒定為700N，盤(pán)刷初始長(zhǎng)度310mm，沒(méi)有磨損時(shí)盤(pán)刷觸地壓力約200N，隨著盤(pán)刷的磨損，觸地壓力逐漸減小，當(dāng)盤(pán)刷長(zhǎng)度磨損只剩107mm時(shí)，盤(pán)刷觸地壓力約102N；二是以盤(pán)刷觸地壓力為常量，盤(pán)刷長(zhǎng)度為自變量，油缸推力為因變量，曲線圖如圖5所示，盤(pán)刷觸地壓力恒定在 150N情況下，盤(pán)刷初始長(zhǎng)度310mm，沒(méi)有磨損時(shí)，油缸推力約750N，隨著盤(pán)刷的磨損，需要的油缸的推力逐漸減小，當(dāng)盤(pán)刷長(zhǎng)度磨損只剩下107mm，油缸推力約591N。

圖4 油缸推力恒定，掃刷觸地壓力曲線圖

圖5 掃刷觸壓壓力恒定，油缸推力曲線圖

4 試驗(yàn)與結(jié)論

在CAE仿真分析的基礎(chǔ)上，在我公司最新開(kāi)發(fā)BROCK掃路車(chē)上還進(jìn)行了樣車(chē)試驗(yàn)，確認(rèn)了自適應(yīng)系統(tǒng)的可行性：（1）通過(guò)調(diào)節(jié)減壓溢流閥的設(shè)定壓力可以調(diào)節(jié)盤(pán)刷作業(yè)時(shí)的觸地壓力和觸地間隙；（2）盤(pán)刷磨損后可自動(dòng)下降接地，無(wú)須人工調(diào)整，減少了維護(hù)工作；（3）盤(pán)刷觸地間隙較均勻，避免了過(guò)渡磨損的情況，其使用壽命相對(duì)常規(guī)車(chē)型提升了 1倍。

存在的問(wèn)題：由于盤(pán)刷為柔性件，作業(yè)時(shí)與路面接觸摩擦發(fā)熱變軟，存在非線性接觸力，且盤(pán)刷磨損過(guò)程中各力力臂存在變化，因此盤(pán)刷的觸地壓力和觸地深度略有變化，會(huì)影響清掃效果。作為一種改進(jìn)，減壓溢流閥可由手動(dòng)調(diào)節(jié)更改為電比例調(diào)節(jié)，通過(guò)程序控制，動(dòng)態(tài)調(diào)整油缸背壓和盤(pán)刷觸地壓力，以適應(yīng)不同污染程度的路面清掃。