一种智能扫路盘刷触地深度自适应调节系统＊

程小建，黄磊，陈志，李文芳，李林，陈焱

（长沙福田汽车科技有限公司，湖南 长沙 410100）

1 前言

清扫机构是扫路车的重要组成部分，在扫路车作业过程中，通过控制盘刷伸出、下降到与路面接触并旋转，将路面上的垃圾扫至吸嘴前面，以便于吸嘴吸入垃圾。为达到较好的清扫效果，作业时一般要求盘刷的触地深度约15～25mm，此时清扫效果和盘刷的磨损率均处于较理想的状态。现在市场上盘刷作业时触地深度一般通过清扫机构的提升油缸进行控制，或附加链条限位，其扫盘下降位置由机构所限定。由于盘刷在日常作业过程中磨损较快，盘刷与地面的触地深度将减少，而导致路面清扫效果不佳。操作人员需根据盘刷磨损情况，频繁手动调节提升油缸最小安装距或链条限位装置，以降低扫盘下放高度，补偿盘刷的磨损，维持足够的盘刷触地深度。为此，从保证匀均的盘刷触地深度和简化设备维护角度考虑，有必要研制盘刷触地深度自适应调节系统（以下简称自适应系统）。

2 自适应系统的组成与工作原理

2.1 系统组成

自适应系统主要包括清扫机构和液压控制系统二部分，清扫机构为常规结构，与普通车型相同，如图1所示；液压控制系统为新型设计，是核心控制部件，主要包括提升油缸、换向阀、减压溢流阀、梭阀、电磁球阀等元件，原理图如图2所示。

图1 系统组成图

图2 液压系统原理图

2.2 工作原理

自适应系统采用力平衡控制方式，通过控制提升油缸的背压来平衡清扫机构的重力，以实现盘刷触地压力控制，从而间接控制盘刷触地深度；它有2种工作模式：（1）提升模式：DT1得电，P口压力油经换向阀A口、梭阀、电磁球阀后，以系统压力推动提升油缸伸出，产生较大的推力F1，将清扫机构举起；当清扫机构提升到位后，DT1失电，提升油缸中的油液被电磁球阀闭锁，油缸保持在伸出位置，使清扫机构保持在提升位置，以便于车辆转场行驶；（2）下降模式：DT2、DT3得电，P口压力油经换向阀B口到达B1口，再经减压溢流阀减压后，从B2口经梭阀、电磁球阀进入油缸，产生一个较小的油缸推力F1’。减压溢流阀的压力设定使F1’不足以举起清扫机构，这样在清扫机构的重力作用下油缸强制回缩，油缸内油液经电磁球阀、梭阀、减压溢流阀 T1口反向卸油，清扫机构下降，直到扫刷与地面接触，并建立起一定的触地压力F2，最终F1’、G、F2三者达到力平衡状态。下降模式下的受力简图如图3所示，由于清扫机构的重力G和油缸推力F1’恒定，且力臂L1、L2、L3变化不大，故盘刷触地压力F2也基本恒定。当盘刷出现磨损后，F2降低，清扫机构所受合力向下，清扫机构下降；随着清扫机构下降，盘刷触地深度增加，又使F2提高，最终维持F2动态恒定，从而实现清扫机构自适应下降调节功能，并维持足够的盘刷触地深度。

图3 下降模式盘刷触地状态受力简图

3 多体仿真分析

为了深入研究自适应系统的可行性，对某清扫机构进行多体动力学仿真，分析清扫机构下降过程中油缸受力情况、盘刷触地压力与盘刷磨损量之间的关系。进行了两类分析：一是以油缸推力为常量，盘刷长度为自变量，盘刷触地压力为因变量，曲线图如图4所示，油缸推力恒定为700N，盘刷初始长度310mm，没有磨损时盘刷触地压力约200N，随着盘刷的磨损，触地压力逐渐减小，当盘刷长度磨损只剩107mm时，盘刷触地压力约102N；二是以盘刷触地压力为常量，盘刷长度为自变量，油缸推力为因变量，曲线图如图5所示，盘刷触地压力恒定在 150N情况下，盘刷初始长度310mm，没有磨损时，油缸推力约750N，随着盘刷的磨损，需要的油缸的推力逐渐减小，当盘刷长度磨损只剩下107mm，油缸推力约591N。

图4 油缸推力恒定，扫刷触地压力曲线图

图5 扫刷触压压力恒定，油缸推力曲线图

4 试验与结论

在CAE仿真分析的基础上，在我公司最新开发BROCK扫路车上还进行了样车试验，确认了自适应系统的可行性：（1）通过调节减压溢流阀的设定压力可以调节盘刷作业时的触地压力和触地间隙；（2）盘刷磨损后可自动下降接地，无须人工调整，减少了维护工作；（3）盘刷触地间隙较均匀，避免了过渡磨损的情况，其使用寿命相对常规车型提升了 1倍。

存在的问题：由于盘刷为柔性件，作业时与路面接触摩擦发热变软，存在非线性接触力，且盘刷磨损过程中各力力臂存在变化，因此盘刷的触地压力和触地深度略有变化，会影响清扫效果。作为一种改进，减压溢流阀可由手动调节更改为电比例调节，通过程序控制，动态调整油缸背压和盘刷触地压力，以适应不同污染程度的路面清扫。