一種具有自動調(diào)整功能的清掃車掃盤

山東五征集團有限公司 肖學芬 張西武

漢陽專用汽車研究所 王 斌

介紹了一種具有自動調(diào)整功能的清掃車掃盤。該掃盤能夠?qū)崟r反饋掃刷接地壓力，并通過控制系統(tǒng)自動調(diào)整油缸行程，從而使掃刷保持恒定的接地壓力，保證了清掃車具有較好的清掃效果。同時，該掃盤機構(gòu)外擺的力由氣缸與連桿提供，當掃盤遇到障礙物向內(nèi)移動時，沖擊力完全作用在連桿上，該機構(gòu)保護了氣缸及氣路組件免受沖擊和損壞。

背景技術(shù)

掃盤是影響掃路車或掃路機清潔能力的重要結(jié)構(gòu)，工作時，掃盤上的掃刷與地面存在接地壓力，接地壓力的大小直接影響清掃效果，并對掃刷的使用壽命產(chǎn)生很大影響。當掃刷接地壓力過大時，會增加能耗、加快掃刷磨損；當掃刷接地壓力過小時，會導(dǎo)致掃盤清掃能力降低，因此，掃刷接地壓力要保持合適才能正常工作。

為保證清掃車清掃效果，需要頻繁調(diào)整掃盤離地高度。目前的掃盤離地高度多用鏈條調(diào)整，如圖1、圖2所示，當掃刷磨損后，人工調(diào)整鏈條上的鏈環(huán)，這種頻繁調(diào)整不但費時費力，還對工作人員的工作經(jīng)驗有較高要求，很難保證掃刷接地壓力在確切合理范圍內(nèi)。

市場上有些清掃車的掃盤加入了氣缸、油缸或氣彈簧等結(jié)構(gòu)使掃盤實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

其基本原理大致均為：壓力傳感器檢測腔內(nèi)壓力，控制系統(tǒng)對比理論值和實測值之后，控制氣缸或油缸調(diào)整掃盤的離地高度，從而調(diào)整掃盤接地壓力。

但是該種結(jié)構(gòu)在掃盤實際工作過程中存在的問題是：路面狀況通常不是理想的水平狀態(tài)，總會一定程度高低不平，從而導(dǎo)致地面作用在油缸或氣缸軸向上的力的角度或大小或有很大變化，進一步的導(dǎo)致原本設(shè)定好的油缸或氣缸內(nèi)腔壓力不具有準確參考價值，最終無法準確適時調(diào)整掃盤刷與地面有合理的接地壓力。

市場上也有一些清掃車單獨使用氣缸推動掃盤外擺,如圖3、圖4所示，但當掃盤突然遇到障礙物時，比如清掃路沿石時掃盤受路沿石阻礙，圖5所示，掃盤向內(nèi)移動會對氣缸形成沖擊，引起氣路內(nèi)部氣壓增大，加速氣缸損壞，引起氣管快插接頭松動老化，造成上裝漏氣等。

圖1

圖2

新型清掃車掃盤技術(shù)

本文介紹一種清掃車掃盤，如圖6所示，該掃盤主要包括：機架、擺動桿、轉(zhuǎn)動座、復(fù)位彈簧、限位桿、連桿、氣缸、油缸、支撐彈簧、阻尼彈簧、力傳感器、滑動軸承、掃盤組件等。

圖3

獨有的機構(gòu)能夠?qū)崟r反饋掃刷接地壓力，并通過控制系統(tǒng)自動調(diào)整油缸行程，從而使掃刷保持恒定的接地壓力，保證了清掃車具有較好的清掃效果。同時，該掃盤機構(gòu)外擺的力由氣缸與連桿提供，當掃盤遇到障礙物向內(nèi)移動時，沖擊力完全作用在連桿上，該機構(gòu)保護了氣缸及氣路組件免受沖擊和損壞，延長了氣缸及組件的使用壽命。

力傳感器能實時檢測掃刷接地壓力大小，控制系統(tǒng)實時調(diào)整掃刷接地壓力，在對接地壓力的控制上比現(xiàn)有技術(shù)更穩(wěn)定，可靠性更高，工作時的清掃效果更好。

結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對文章前面提到的現(xiàn)有掃盤無法自動準確調(diào)整掃盤接地壓力或可靠性較低的問題，本文介紹一種可以自動調(diào)整接地壓力并具有較高可靠性的掃盤機構(gòu)。

如圖7、圖9所示，該清掃車掃盤包括支架（1）、氣缸（2）、連桿1（3），連桿2（4），轉(zhuǎn)動座（5），限位桿（6），復(fù)位彈簧（7），擺動架1（8），擺動臂（9）。

圖4

圖5

圖6

所述的支架（1）通過左側(cè)的法蘭盤與車架連接，支架（1）遠離法蘭盤處焊接有突出件，連桿1（3）的第一端鉸接在支架（1）的突出件上，鉸接點為B，氣缸（2）的輸出端與連桿1（3）的第二端鉸接點為M，用于驅(qū)動掃盤的外擺和收回，連桿1（3）的第三端和連桿2（4）的第一端鉸接點為A，連桿2（4）的第二端與轉(zhuǎn)動座（5）的鉸接點為C。轉(zhuǎn)動座（5）和擺動架1（8）通過復(fù)位彈簧（7）相連接，彈簧處于預(yù)拉伸狀態(tài)，限位桿（6）固定在擺動架1（8）上，當復(fù)位彈簧拉緊后，限位桿（6）的另一端壓緊在轉(zhuǎn)動座（5）上，擺動架1（8）和擺動臂（9）在水平面上位置相對固定。

圖7 本發(fā)明和實用新型掃盤外擺示意圖

圖8 本發(fā)明和實用新型掃盤避讓示意圖

圖9 本發(fā)明和實用新型掃盤避讓狀態(tài)連桿受力分析圖

掃盤處于工作狀態(tài)時，氣缸內(nèi)的缸桿收回，此時鉸接點A、B、C共線，連桿1（3）和連桿2（4）處于死點位置。

圖8所示為掃盤遇到障礙物時向內(nèi)避讓，其受力分析圖如圖9所示：掃盤受到的阻力為F1，作用在擺動臂（9）上，轉(zhuǎn)動座（5）受到復(fù)位彈簧（7）的拉力為F2，連桿2（4）上的拉力為F3，連桿1（3）上的壓力為F4，F(xiàn)3 = F4，此時連桿1（3）與氣缸的鉸接點M處不受力。

因此，掃盤遇到阻力時，連桿機構(gòu)承擔了全部分力，氣缸桿的受力為0，該結(jié)構(gòu)能夠保護氣缸及氣路組件免受沖擊。

當掃盤需要收回時，氣缸桿推動鉸接點M，連桿1（3）受到以鉸接點B為中心的逆時針方向轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩提供給連桿2（4）一個縱向推力，推動轉(zhuǎn)動座（5）和擺動架（8）逆時針方向旋轉(zhuǎn)，直至收回掃盤。

當清掃車的掃盤處于工作狀態(tài)時，其狀態(tài)如圖10所示：包括穩(wěn)定機構(gòu)（10），液壓馬達（11），掃盤組件（12），調(diào)節(jié)桿（13），舉升油缸（1 4）。

其中，擺動架1（8）、擺動臂（9）、調(diào)節(jié)桿（13）、擺動架2（101）共同組成平行四邊形機構(gòu)，舉升油缸（14）鉸接在擺動架1（8）的下部鉸耳上，當缸桿推動擺動臂（9）上下擺動時，掃盤組件的接地角度始終保持不變。

穩(wěn)定機構(gòu)如圖11所示，浮動板（102）用來固定掃盤組件，浮動板的兩端分別與兩個滑動軸承（106）固定，滑動軸承（106）沿導(dǎo)向軸（105）上下滑動，導(dǎo)向軸（105）的兩端分別固定在導(dǎo)向軸固定座（104）上，導(dǎo)向軸固定座（104）固定在擺動架2（101）上。因此，浮動板（102）可以相對于擺動架2（101）上下滑動。

浮動板（102）的中部焊接有突出件（1021），該突出件位于兩個導(dǎo)向軸固定座（104）的中間，突出件（1021）上下兩個平面分別有圓形凹槽，阻尼彈簧（107）的第一端位于突出件（1021）的上部凹槽內(nèi)，阻尼彈簧（107）的第二端位于力傳感器（103）凹槽內(nèi)，其勁度系數(shù)為K2，預(yù)壓緊力為F2，力傳感器（103）為中空型。

通過螺栓預(yù)壓緊在導(dǎo)向軸固定座（104）上，壓緊力為F1。支撐彈簧（108）的第一端位于突出件（1021）的下部凹槽內(nèi)，第二端位于支撐座（104）的凹槽內(nèi)，其勁度系數(shù)為K3，預(yù)壓緊力為F3。

圖10 本發(fā)明和實用 新型掃盤主視圖

圖11 本發(fā)明和實用新型掃 盤的穩(wěn)定機構(gòu)示意圖

圖12 本發(fā)明和實用新型浮動 板突出件受力示意圖

圖12所示，以浮動板突出件（1021）為對象進行受力分析，其中G是掃盤組件重力；F2為受到的阻尼彈簧的壓力，方向向下；F3為受到支撐彈簧壓力，方向向上；W為掃盤工作時的接地壓力，方向向上。

在阻尼彈簧和支撐彈簧共同作用下，浮動板處于平衡狀態(tài)：G + F2 = F3 + W，阻尼彈簧可以消除掃盤組件在垂直方向的跳動，同時也能保護力傳感器不受沖擊。此時力傳感器的壓力大小為F1 + F2。

當掃盤掃刷磨損一定值時，接地壓力減小，掃盤高度下降ΔX，支撐彈簧的支撐力為F′3=F3+ΔX×K3，阻尼彈簧的壓力為F′2=F2－ΔX×K2，浮動板重新處于平衡狀態(tài)：G+F′2=F′3W′，接地壓力變化量為 W－W′=ΔX×（K2+K3），此時力傳感器檢測到壓力大小為F1+F2－ΔX×K2，控制系統(tǒng)檢測到力傳感器變化量-ΔX×K2后，控制油缸的電磁閥得到動作信號，油缸桿收回，掃盤下落，接地壓力逐漸增大，系統(tǒng)根據(jù)一定時間內(nèi)力傳感器測得的平均值跟系統(tǒng)設(shè)定值做對比，直到接地壓力保持在指定值W，油缸停止動作，并鎖定缸桿。

當?shù)孛娓叨韧蝗辉龃髸r，接地壓力W′增大，阻尼彈簧（107）壓縮，力傳感器數(shù)值增大，控制系統(tǒng)向電磁閥發(fā)送信號，控制油缸桿伸長，掃盤離地高度增大，當接地壓力逐漸回落至指定值W，油缸停止動作，并鎖定缸桿。

掃盤工作過程中，在坑洼路面上振動、彈跳，容易對力傳感器的測量值造成影響，為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，防止油缸缸桿頻繁動作增加能耗，該結(jié)構(gòu)采用以下方法提高系統(tǒng)穩(wěn)定性：

一是控制系統(tǒng)取一個時間段內(nèi)測得的力傳感器平均值作為有效值，用來和系統(tǒng)設(shè)定值做對比；

二是設(shè)定傳感器有效閥值F，當力傳感器測得的一個時間段內(nèi)的平均值在F1+F2 ±ΔF范圍內(nèi)時，油缸不動作，超過該范圍則油缸做出相應(yīng)的動作。以上方法可有效消除振動、彈跳等不利因素對穩(wěn)定接地壓力的的影響。

該結(jié)構(gòu)通過在氣缸與轉(zhuǎn)動座之間增加連桿機構(gòu)，使得掃盤組件在避讓障礙物時的力完全作用到連桿上，該機構(gòu)保護了氣缸及其氣路組件免受沖擊。

掃盤組件可以沿導(dǎo)向軸滑動，掃刷接地壓力大小通過力傳感器測得，通過控制油缸行程來調(diào)整接地壓力大小。該結(jié)構(gòu)誤差小，實時性好，能夠自動維持掃盤接地壓力的恒定。

結(jié)語

通過分析清掃車工作過程掃盤受力狀況及實際使用中存在的問題，設(shè)計該可自動調(diào)整掃盤機構(gòu)。

該結(jié)構(gòu)巧妙的連桿機構(gòu)可以保護氣缸及組件免受硬性沖擊，延長氣缸及組件的使用壽命。力傳感器能實時檢測掃刷接地壓力大小，控制系統(tǒng)實時調(diào)整掃刷接地壓力，在對接地壓力的控制上比現(xiàn)有技術(shù)更穩(wěn)定，可靠性更高，工作時的清掃效果更好。