陳泳松，郭丙鋒

（中國(guó)重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力專用汽車有限公司，廣西 柳州545112）

0 引言

每年在我國(guó)的北方地區(qū)，都會(huì)普遍降雪，尤其是近幾年，極端天氣頻現(xiàn)，時(shí)常出現(xiàn)大雪甚至暴雪，同時(shí)降雪區(qū)域開(kāi)始向南擴(kuò)散。越來(lái)越多的前置推雪鏟的除雪車作為應(yīng)急救援設(shè)備被用于機(jī)場(chǎng)及城市道路等各個(gè)地方的除雪作業(yè)。前置推雪鏟的除雪車通過(guò)推雪鏟機(jī)械性的鏟除積雪，高效、快捷。為了使設(shè)備能適應(yīng)更多的掃雪場(chǎng)景，前置的屬具需要具備有一定的避障能力，既需要使推鏟在遇到凸起時(shí)跳過(guò)障礙，也需要使推鏟遇到下坡及凹坑時(shí)能緊貼地表，保持足夠的除凈度。

目前，前置推雪鏟的避障方式主要有兩種，一種為機(jī)械式的彈簧控制，主要是讓推雪鏟的鏟具與連接架通過(guò)鉸接的方式安裝，使鏟具與連接架間在遇到障礙物時(shí)能夠通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)避讓障礙物，同時(shí)在鏟具背部使用彈簧與連接架連接，使得鏟具在避讓障礙物后自動(dòng)回位（如圖1所示）。這種方式的缺點(diǎn)是在作業(yè)時(shí)，前置推鏟的全部重量會(huì)通過(guò)鏟刃與地面的支撐達(dá)到平衡，容易導(dǎo)致推雪鏟作用在地面的力過(guò)大，從而在作業(yè)時(shí)損害路面。本文所設(shè)計(jì)的除雪車前置推雪鏟通過(guò)浮動(dòng)控制的方式使鏟刃與地面的接觸力可控，同時(shí)能使推鏟與地面的始終保持接觸狀態(tài)，保證設(shè)備的除雪除凈度，克服上述方案所不可避免的缺點(diǎn)[1]。

圖1 機(jī)械避障推鏟示意圖

1 結(jié)構(gòu)組成

除雪車前置推鏟結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要是將推鏟支架3通過(guò)液壓油缸2與連接架1相連接，控制鏟刃的離地高度。同時(shí)液壓油缸的上下面均有銷軸形式連接的定位板，用于控制鏟刃在需求運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)方向外的其他方向無(wú)法自由運(yùn)動(dòng)，使得整個(gè)推鏟能精準(zhǔn)調(diào)向。其中液壓油缸2安裝方式為有桿腔向上伸出，油缸受推雪鏟自重的影響，柱塞桿受到使之收回的力。

圖2 液壓控制避障推鏟示意圖

2 工作原理與液壓系統(tǒng)

2.1 工作原理

除雪車前置的推雪鏟的浮動(dòng)功能主要是通過(guò)液壓系統(tǒng)控制提升屬具的油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。具體是推雪鏟與連接架連接后，推雪鏟通過(guò)油缸的伸縮來(lái)控制鏟刃的垂直方向的運(yùn)動(dòng)。而推鏟自重使油缸的有桿腔受力，從而液壓桿有收回的趨勢(shì)。而該液壓系統(tǒng)則通過(guò)調(diào)節(jié)回路總的溢流閥壓力，使得油缸無(wú)桿腔的油壓提供的支撐力小于平衡自重所需要的力，但是壓力油能平衡一部分推鏟自重，使得推鏟與地面的接觸力很小，達(dá)到保護(hù)道面的作用。液壓缸的無(wú)桿腔提供了一個(gè)相對(duì)低的壓力能保證推鏟時(shí)刻能夠在自重的作用下向下運(yùn)動(dòng)而接觸地面。當(dāng)前端推鏟遇到下坡或者凹坑而產(chǎn)生懸空狀態(tài)時(shí)，在自重的作用下推鏟會(huì)隨即下行運(yùn)動(dòng)至地面，保持貼地狀態(tài)。而當(dāng)前端遇上坡或凸起障礙時(shí)，推鏟大部分的重力作用于推鏟的鏟面，提升推鏟的油缸則有富余的提升力使推鏟提升，從而達(dá)到避障的目的及推鏟，最終實(shí)現(xiàn)推鏟的浮動(dòng)作用[2]。

2.2 液壓系統(tǒng)

除雪車前置推鏟浮動(dòng)控制主要通過(guò)實(shí)時(shí)控制油缸受力端的壓力，油缸保持托舉推鏟的力實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)控制的目的。液壓系統(tǒng)如圖3所示。其中：1為液壓油箱；2為液壓泵，提供系統(tǒng)所需要的壓力油：3為常開(kāi)式液壓鎖，作為液壓系統(tǒng)的總閥，在電磁鐵不得電狀態(tài)下為打開(kāi)狀態(tài)，壓力油直接回液壓油箱1，使得系統(tǒng)無(wú)法建立高壓，系統(tǒng)輸出最小，節(jié)省能源：4為溢流閥，在總閥關(guān)閉時(shí)，設(shè)定系統(tǒng)最高壓力，保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)各液壓原件的。在非浮動(dòng)狀態(tài)下，通過(guò)控制換向閥7，同時(shí)換向閥7任何一組電磁閥得電時(shí)，液壓鎖11同時(shí)得電，從而控制液壓油缸的伸出或收回，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)推鏟的提升及放下操作。其中節(jié)流閥9、節(jié)流閥10起控制油路流量作用，用于控制液壓缸的動(dòng)作速度。在浮動(dòng)狀態(tài)開(kāi)啟下，換向閥位于中位，即為液壓鎖8及液壓鎖11開(kāi)啟，溢流閥6起作用，溢流閥6設(shè)置為一個(gè)壓力小于油缸由于受到前置推鏟自重所產(chǎn)生的壓力，使得推鏟即能因自重而下降，同時(shí)由于液壓系統(tǒng)產(chǎn)生部分將推鏟往上提升的力，推鏟實(shí)際作用到地面的力減小，從而有效保護(hù)作業(yè)所經(jīng)過(guò)的地面。因?yàn)橐缌鏖y6為壓力可調(diào)，所以該系統(tǒng)裝配在不同大小的推鏟或其他屬具上時(shí)可以根據(jù)屬具的重量調(diào)節(jié)溢流壓力，達(dá)到適當(dāng)調(diào)節(jié)屬具適當(dāng)接地的狀態(tài)。在浮動(dòng)開(kāi)啟時(shí)，屬具遇到凸起障礙或凹坑時(shí)，油缸由于兩側(cè)壓力變化，產(chǎn)生壓差，從而向壓力相對(duì)小的一側(cè)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到浮動(dòng)調(diào)節(jié)的作用[3]。

圖3 液壓原理圖

3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

試制樣車制造完成后，選擇在凹凸不平的路面進(jìn)行測(cè)試。以下是傳感器顯示的壓力測(cè)試結(jié)果[4]。

凸臺(tái)障礙測(cè)試：測(cè)試時(shí)，推雪鏟開(kāi)至浮動(dòng)動(dòng)能，使推雪鏟接地。同時(shí)在舉升油缸的舉升壓力腔安裝壓力傳感器，用于檢測(cè)浮動(dòng)動(dòng)能開(kāi)啟后舉升腔的壓力狀況。車輛以車速10 km/h的速度經(jīng)過(guò)100 mm凸起障礙路段時(shí)的壓油舉升油缸舉升壓力腔的壓力變化情況如圖4、5所示。

圖4 過(guò)不平路面時(shí)油缸舉升壓力腔的壓力變化情況

圖5 過(guò)有凹坑路面時(shí)油缸舉升壓力腔的壓力變化情況

結(jié)論：通過(guò)測(cè)試所的的傳感器數(shù)據(jù)可以看出，在推鏟遇到凸起障礙時(shí)，推鏟大部分重量承托于障礙，油缸的壓力腔壓力瞬間減小后恢復(fù)，油缸的支撐力未減小的情況下地面給推鏟的支撐力增加，此時(shí)推鏟根據(jù)地勢(shì)提升高度，使油缸壓力腔維持于系統(tǒng)設(shè)定值附近。同時(shí)當(dāng)推鏟遇到凹坑時(shí)，推鏟靠地面支撐的里減小或消失，此時(shí)油缸的力不足以支撐推鏟自重，所以推鏟會(huì)下降至與地面接觸位置，從而實(shí)現(xiàn)了推鏟的“貼地”功能，即浮動(dòng)功能，從而驗(yàn)證了該系統(tǒng)能達(dá)到設(shè)計(jì)所需要的功能。

4 主要性能特點(diǎn)

4.1 有效保護(hù)性

該液壓系統(tǒng)能使推鏟達(dá)到與地面保持相對(duì)穩(wěn)定的著地力，達(dá)到浮動(dòng)的功效；能有效得保護(hù)地面，同時(shí)也可以在遇到凸起的障礙時(shí)有效保護(hù)鏟刃不被突然的沖擊而導(dǎo)致破壞，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

4.2 較高的可靠性

同時(shí)該系統(tǒng)使用的液壓原件為簡(jiǎn)單的換向及調(diào)節(jié)原件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。所組成的液壓系統(tǒng)同樣簡(jiǎn)潔并且高效，可以有效減小故障率，并且該液壓系統(tǒng)為中壓液壓系統(tǒng)，元器件的替換方便、快捷。能保證設(shè)備有較高的保障性能。

5 結(jié)論

除雪車前置推鏟使用以上液壓系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)在作業(yè)時(shí)浮動(dòng)功能開(kāi)啟狀態(tài)后的保持與地面接觸力幾乎不變的浮動(dòng)狀態(tài)，能在設(shè)備除雪作業(yè)時(shí)有效保護(hù)地面。同時(shí)系統(tǒng)所使用的元器件常規(guī)且系統(tǒng)簡(jiǎn)單，能有效保證系統(tǒng)作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，提高作業(yè)效率。根據(jù)以上的測(cè)試情況可以知道，該系統(tǒng)方案能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。