一種具有自動調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整功能的清掃車掃盤。該掃盤能夠實時反饋掃刷接地壓力，并通過控制系統自動調整油缸行程，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，該掃盤機構外擺的力由氣缸與連桿提供，當掃盤遇到障礙物向內移動時，沖擊力完全作用在連桿上，該機構保護了氣缸及氣路組件免受沖擊和損壞。

背景技術

掃盤是影響掃路車或掃路機清潔能力的重要結構，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，需要頻繁調整掃盤離地高度。目前的掃盤離地高度多用鏈條調整，如圖1、圖2所示，當掃刷磨損后，人工調整鏈條上的鏈環，這種頻繁調整不但費時費力，還對工作人員的工作經驗有較高要求，很難保證掃刷接地壓力在確切合理范圍內。

市場上有些清掃車的掃盤加入了氣缸、油缸或氣彈簧等結構使掃盤實現自適應調節。

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

但是該種結構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，總會一定程度高低不平，從而導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，進一步的導致原本設定好的油缸或氣缸內腔壓力不具有準確參考價值，最終無法準確適時調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，掃盤向內移動會對氣缸形成沖擊，引起氣路內部氣壓增大，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

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、轉動座、復位彈簧、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

獨有的機構能夠實時反饋掃刷接地壓力，并通過控制系統自動調整油缸行程，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，該掃盤機構外擺的力由氣缸與連桿提供，當掃盤遇到障礙物向內移動時，沖擊力完全作用在連桿上，該機構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，控制系統實時調整掃刷接地壓力，在對接地壓力的控制上比現有技術更穩定，可靠性更高，工作時的清掃效果更好。

結構設計

針對文章前面提到的現有掃盤無法自動準確調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整接地壓力并具有較高可靠性的掃盤機構。

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），轉動座（5），限位桿（6），復位彈簧（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）的第二端與轉動座（5）的鉸接點為C。轉動座（5）和擺動架1（8）通過復位彈簧（7）相連接，彈簧處于預拉伸狀態，限位桿（6）固定在擺動架1（8）上，當復位彈簧拉緊后，限位桿（6）的另一端壓緊在轉動座（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 本發明和實用新型掃盤外擺示意圖

圖8 本發明和實用新型掃盤避讓示意圖

圖9 本發明和實用新型掃盤避讓狀態連桿受力分析圖

掃盤處于工作狀態時，氣缸內的缸桿收回，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，轉動座（5）受到復位彈簧（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，F3 = 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，連桿機構承擔了全部分力，氣缸桿的受力為0，該結構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矩，該轉矩提供給連桿2（4）一個縱向推力，推動轉動座（5）和擺動架（8）逆時針方向旋轉，直至收回掃盤。

當清掃車的掃盤處于工作狀態時，其狀態如圖10所示：包括穩定機構（10），液壓馬達（11），掃盤組件（12），調節桿（13），舉升油缸（1 4）。

其中，擺動架1（8）、擺動臂（9）、調節桿（13）、擺動架2（101）共同組成平行四邊形機構，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。

穩定機構如圖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）沿導向軸（105）上下滑動，導向軸（105）的兩端分別固定在導向軸固定座（104）上，導向軸固定座（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，阻尼彈簧（107）的第二端位于力傳感器（103）凹槽內，其勁度系數為K2，預壓緊力為F2，力傳感器（103）為中空型。

通過螺栓預壓緊在導向軸固定座（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，第二端位于支撐座（104）的凹槽內，其勁度系數為K3，預壓緊力為F3。

圖10 本發明和實用 新型掃盤主視圖

圖11 本發明和實用新型掃 盤的穩定機構示意圖

圖12 本發明和實用新型浮動 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：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：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，系統根據一定時間內力傳感器測得的平均值跟系統設定值做對比，直到接地壓力保持在指定值W，油缸停止動作，并鎖定缸桿。

當地面高度突然增大時，接地壓力W′增大，阻尼彈簧（107）壓縮，力傳感器數值增大，控制系統向電磁閥發送信號，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，為了提高系統穩定性，防止油缸缸桿頻繁動作增加能耗，該結構采用以下方法提高系統穩定性：

一是控制系統取一個時間段內測得的力傳感器平均值作為有效值，用來和系統設定值做對比；

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

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

掃盤組件可以沿導向軸滑動，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整接地壓力大小。該結構誤差小，實時性好，能夠自動維持掃盤接地壓力的恒定。

結語

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，設計該可自動調整掃盤機構。

該結構巧妙的連桿機構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，控制系統實時調整掃刷接地壓力，在對接地壓力的控制上比現有技術更穩定，可靠性更高，工作時的清掃效果更好。