一種智能掃路盤刷觸地深度自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)＊

程小建，黃磊，陳志，李文芳，李林，陳焱

（長沙福田汽車科技有限公司，湖南 長沙 410100）

1 前言

清掃機構(gòu)是掃路車的重要組成部分，在掃路車作業(yè)過程中，通過控制盤刷伸出、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。為達到較好的清掃效果，作業(yè)時一般要求盤刷的觸地深度約15～25mm，此時清掃效果和盤刷的磨損率均處于較理想的狀態(tài)?，F(xiàn)在市場上盤刷作業(yè)時觸地深度一般通過清掃機構(gòu)的提升油缸進行控制，或附加鏈條限位，其掃盤下降位置由機構(gòu)所限定。由于盤刷在日常作業(yè)過程中磨損較快，盤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)盤刷磨損情況，頻繁手動調(diào)節(jié)提升油缸最小安裝距或鏈條限位裝置，以降低掃盤下放高度，補償盤刷的磨損，維持足夠的盤刷觸地深度。為此，從保證勻均的盤刷觸地深度和簡化設(shè)備維護角度考慮，有必要研制盤刷觸地深度自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（以下簡稱自適應(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)主要包括清掃機構(gòu)和液壓控制系統(tǒng)二部分，清掃機構(gòu)為常規(guī)結(jié)構(gòu)，與普通車型相同，如圖1所示；液壓控制系統(tǒng)為新型設(shè)計，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，通過控制提升油缸的背壓來平衡清掃機構(gòu)的重力，以實現(xiàn)盤刷觸地壓力控制，從而間接控制盤刷觸地深度；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)壓力推動提升油缸伸出，產(chǎn)生較大的推力F1，將清掃機構(gòu)舉起；當清掃機構(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，使清掃機構(gòu)保持在提升位置，以便于車輛轉(zhuǎn)場行駛；（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、電磁球閥進入油缸，產(chǎn)生一個較小的油缸推力F1’。減壓溢流閥的壓力設(shè)定使F1’不足以舉起清掃機構(gòu)，這樣在清掃機構(gòu)的重力作用下油缸強制回縮，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、F2三者達到力平衡狀態(tài)。下降模式下的受力簡圖如圖3所示，由于清掃機構(gòu)的重力G和油缸推力F1’恒定，且力臂L1、L2、L3變化不大，故盤刷觸地壓力F2也基本恒定。當盤刷出現(xiàn)磨損后，F(xiàn)2降低，清掃機構(gòu)所受合力向下，清掃機構(gòu)下降；隨著清掃機構(gòu)下降，盤刷觸地深度增加，又使F2提高，最終維持F2動態(tài)恒定，從而實現(xiàn)清掃機構(gòu)自適應(yīng)下降調(diào)節(jié)功能，并維持足夠的盤刷觸地深度。

圖3 下降模式盤刷觸地狀態(tài)受力簡圖

3 多體仿真分析

為了深入研究自適應(yīng)系統(tǒng)的可行性，對某清掃機構(gòu)進行多體動力學仿真，分析清掃機構(gòu)下降過程中油缸受力情況、盤刷觸地壓力與盤刷磨損量之間的關(guān)系。進行了兩類分析：一是以油缸推力為常量，盤刷長度為自變量，盤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，盤刷初始長度310mm，沒有磨損時盤刷觸地壓力約200N，隨著盤刷的磨損，觸地壓力逐漸減小，當盤刷長度磨損只剩107mm時，盤刷觸地壓力約102N；二是以盤刷觸地壓力為常量，盤刷長度為自變量，油缸推力為因變量，曲線圖如圖5所示，盤刷觸地壓力恒定在 150N情況下，盤刷初始長度310mm，沒有磨損時，油缸推力約750N，隨著盤刷的磨損，需要的油缸的推力逐漸減小，當盤刷長度磨損只剩下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 試驗與結(jié)論

在CAE仿真分析的基礎(chǔ)上，在我公司最新開發(fā)BROCK掃路車上還進行了樣車試驗，確認了自適應(yīng)系統(tǒng)的可行性：（1）通過調(diào)節(jié)減壓溢流閥的設(shè)定壓力可以調(diào)節(jié)盤刷作業(yè)時的觸地壓力和觸地間隙；（2）盤刷磨損后可自動下降接地，無須人工調(diào)整，減少了維護工作；（3）盤刷觸地間隙較均勻，避免了過渡磨損的情況，其使用壽命相對常規(guī)車型提升了 1倍。

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