電動掃地車執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣控制設(shè)計

1、小型自行式電動掃地車執(zhí)行機(jī)構(gòu)PCU控制器設(shè)計需求書一、項目概述1.1 自行式電動掃地車基本描述：（1） 動力源：鋰電池或免維護(hù)電池，直流，48V。兼容36V。（2）行走機(jī)構(gòu)：單電機(jī)鏈條傳動后輪驅(qū)動。（3）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：前單輪人力轉(zhuǎn)向，無轉(zhuǎn)向助力。（4）掃刷：可升降，每邊1組2個，總計4個，工作時速度恒定；掃刷由 直流電機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動掃刷，掃刷升降機(jī)構(gòu)由電推桿驅(qū)動，電推桿由直流電動機(jī) 驅(qū)動。（5）滾刷：1個，將掃刷掃入的垃圾滾卷、旋拋至垃圾箱，直流電動機(jī)經(jīng) 帶傳動驅(qū)動，工作時轉(zhuǎn)速恒定。滾刷升降機(jī)構(gòu)，一種方式是滾刷與后邊刷、集塵 器剛性連接，由邊刷電推桿驅(qū)動升降；一種是與集塵器剛性連接，獨立設(shè)置電推

2、缸驅(qū)動升降。（6）風(fēng)機(jī)：1個，吸塵，直接電動機(jī)直接驅(qū)動。（7）振塵機(jī)構(gòu)：采用振動的方式把濾網(wǎng)上吸附的垃圾剝離，掉入垃圾箱， 由直流電動機(jī)直接驅(qū)動偏心振動器。（8）垃圾箱上下車機(jī)構(gòu)：由2個液壓缸驅(qū)動，液壓油由1臺液壓齒輪泵提 供，三位四通電磁閥控制液壓缸。液壓齒輪泵由電動機(jī)直接驅(qū)動， 2臺液壓缸同 步由同步閥和剛性連接共同實現(xiàn)同步控制。（9）噴淋降塵機(jī)構(gòu)：由1臺直流電動機(jī)驅(qū)動離心泵供水噴淋，實現(xiàn)降塵。1.2. 項目實施的目的：項目實施的目的是為自行式電動掃地車控制系統(tǒng)設(shè)計提供技術(shù)參數(shù)要求和 設(shè)計要求，項目實施不涉及自行式電動掃地車的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其相關(guān)計算。1.3. 項目實施時間要求：本項目要求在6

3、月10日前完成“自行式電動掃地車電氣控制設(shè)計需求報告”。二、電動掃地車執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作描述2.1. 行走機(jī)構(gòu)1臺2.5kW、額定轉(zhuǎn)速1500r/min直流無刷電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩經(jīng)減速器后 （需要計算傳動比、行走力矩等滯后，才可確定是否需要減速器），通過鏈條傳動輸入驅(qū)動橋，經(jīng)主減速器、差速器、半軸，驅(qū)動車體行走。行走驅(qū)動電動機(jī)為 長時間工作制。行走機(jī)構(gòu)電動機(jī)采用無刷直流電動機(jī)， 有霍爾速度傳感器，需能夠方便地實 現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制和轉(zhuǎn)速控制。2.2. 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)前輪轉(zhuǎn)向。因車體較輕、行走速度較低，前輪又為小型單輪，可采用機(jī)械式 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，無需轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。2.3. 掃刷轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動電動機(jī)為直流有刷電動機(jī)，單

4、向旋轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速 1200r/min，額定功率 100W，長時間工作制。電動機(jī)應(yīng)帶有減速器（傳動比應(yīng)與掃刷額定轉(zhuǎn)速匹配） ， 減速器輸出軸直接驅(qū)動掃刷。掃刷在工作時需長間不間斷轉(zhuǎn)動， 4個掃刷分別采 用獨立直流電動機(jī)驅(qū)動。應(yīng)注意左側(cè)邊刷的兩個電動機(jī)與右側(cè)邊刷的兩個電動機(jī)轉(zhuǎn)向相反：俯視時， 右側(cè)兩個邊刷旋向為逆時針方向，左側(cè)兩個邊刷旋向為順時針方向。24滾刷機(jī)構(gòu)直流有刷電機(jī)，單向旋轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速 600r/min，額定功率800W，長時間工 作制。通過齒形帶或 V形帶與滾刷軸端連接（電動機(jī)軸端、滾刷軸端帶輪直徑 需要根據(jù)滾刷額定工作轉(zhuǎn)速確定）。2.5. 掃刷、滾刷、集料板升降機(jī)構(gòu)升降系統(tǒng)電推桿的電

5、動機(jī)須能方便地實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制和行程控制。（1 ）前邊刷升降機(jī)構(gòu)前邊刷是指車體前端左右兩側(cè)的兩個邊刷。左右兩個的兩個邊刷各由一臺電 推桿獨自直接驅(qū)動升降。電推桿電動機(jī)為直流有刷電機(jī)，需進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，額 定轉(zhuǎn)速3600r/min，額定功率36W。電推桿行程需要根據(jù)具體機(jī)構(gòu)及邊刷升降行 程計算確定。（2）后邊刷、滾刷、集料板升降機(jī)構(gòu)后邊刷是指車體后端左右兩側(cè)的兩個邊刷。 一種方式是集中升降機(jī)構(gòu)：后邊刷、滾刷、集料板通過機(jī)械結(jié)構(gòu)連接，同步升降。左右兩側(cè)各由1臺電推桿驅(qū)動。電推桿電動機(jī)為永磁有刷電機(jī)，需進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，額定轉(zhuǎn)速 3600r/min，額定功率36W。電推桿行程需要根據(jù)具體機(jī)構(gòu)及邊刷升降行

6、程計算 確定。需要注意的是，左右兩側(cè)兩個電推桿必須通過機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制實現(xiàn)同步升 降，防止左右不同步造成升降機(jī)構(gòu)卡死或滾刷轉(zhuǎn)軸傾斜。滾刷傾斜會導(dǎo)致清掃質(zhì) 量嚴(yán)重下降，升降機(jī)構(gòu)卡死會造成掃地車無法工作。 第二種方式是單獨驅(qū)動升降機(jī)構(gòu)：后邊刷升降機(jī)構(gòu)采用前邊刷升降方式，即兩個邊刷分別采用兩個獨立的電推 桿實現(xiàn)升降。電推桿電動機(jī)為永磁有刷電機(jī)，需進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，額定轉(zhuǎn)速 3600r/min，額定功率36W。電推桿行程需要根據(jù)具體機(jī)構(gòu)及邊刷升降行程計算 確定。而滾刷和集料板共同采用1臺或2臺電推桿實現(xiàn)升降（需根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)進(jìn) 行設(shè)計），電推桿電動機(jī)為永磁有刷電機(jī)，正反轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速3600r/min，額定

7、功率36W。電推桿行程需要根據(jù)具體機(jī)構(gòu)及邊刷升降行程計算確定。第二種升降系統(tǒng)的缺點是至少需要多 1臺電推桿。26風(fēng)機(jī)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、電動機(jī)組成。風(fēng)機(jī)驅(qū)動電動機(jī)為1臺直流有刷電機(jī)，單向 旋轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，額定功率800W，長時間工作制。電動機(jī)是否經(jīng)減 速器后再連接風(fēng)機(jī)，需要根據(jù)風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速確定。建議確定風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速后再確 定電動機(jī)轉(zhuǎn)速，避免再連接減速器；除非需要減速后提升轉(zhuǎn)矩。風(fēng)機(jī)電動機(jī)必須要防塵、防水、防爆電動機(jī)，防止電動機(jī)過早損壞或出現(xiàn)危 險。2.7. 振塵系統(tǒng)振塵系統(tǒng)由1臺永磁有刷電機(jī)驅(qū)動偏心振動發(fā)生器，電動機(jī)單向旋轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，額定功率100W，短時

8、工作制。建議振塵電動機(jī)直接購買偏心振動電動機(jī)，避免再設(shè)計偏心振動發(fā)生器。振塵電動機(jī)需要防塵、防水電動機(jī)。2.8. 噴淋降塵系統(tǒng)由1臺永磁有刷電機(jī)驅(qū)動離心式水泵，電動機(jī)單向旋轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速須與離心式水泵額定轉(zhuǎn)速匹配（這樣可直接與水泵連接，避免再增加減速器），額定功率30W，長時間工作制。水泵電動機(jī)需要防塵、防水電動機(jī)。2.9. 液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)動力元件由1臺串勵電機(jī)直流電動機(jī)驅(qū)動齒輪泵，電動機(jī)單向旋 轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速2800r/min，額定功率2200W，長時間工作制。建議確定液壓系統(tǒng)工作技術(shù)參數(shù)后選用齒輪泵，根據(jù)齒輪泵額定參數(shù)確定是 否需要加裝減速器。如果需要加裝減速器，可直接購買帶有減速器的直流電

9、動機(jī) （減速器可降速增矩）。液壓系統(tǒng)控制元件建議采用先導(dǎo)式三位四通自復(fù)位手動閥，更易控制液壓缸運動的平順性。三、電器執(zhí)行元件及其控制要求3.1.電源顯示車控鑰匙孔在OFF位置時，車控鑰匙插入鑰匙孔，為車輛啟動工作最好準(zhǔn) 備；當(dāng)鑰匙旋至ON位置時，為各執(zhí)行系統(tǒng)驅(qū)動電動機(jī)工作做好通電準(zhǔn)備。 當(dāng)車 控鑰匙在ON位置時，車控鑰匙不能拔出取下，只有車控鑰匙在OFF位置時，車控鑰匙才能拔出取下。車控鑰匙拔出取下時，全車斷電。此時，電池的正負(fù)極與全車截斷，防止漏 電或維修時電池?fù)p壞。設(shè)置電池電壓狀態(tài)顯示板，顯示電池電壓和充電狀態(tài)；設(shè)置電池電壓預(yù)警和 報警系統(tǒng)：當(dāng)電池電壓達(dá)到一定值時，預(yù)警指示燈（黃色頻閃）預(yù)

10、警；當(dāng)電池電 壓達(dá)到極限時，報警蜂鳴器報警，報警指示燈（紅色頻閃）報警。32行走系統(tǒng)控制要求（1）行走速度控制與顯示行走包括前進(jìn)和后退。 電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制行走驅(qū)動電動機(jī)為直流電動機(jī)，建議采用比例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行無差控制。 輸 入信號為調(diào)速電壓信號。 行走速度顯示驅(qū)動電動機(jī)帶有霍爾速度傳感器，控制系統(tǒng)根據(jù)霍爾速度傳感器反饋的電動 機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)機(jī)械傳動系統(tǒng)的傳動比，建立電動機(jī)與行走速度之間的數(shù)學(xué)模型， 通過控制器直接顯示車輛行走速度。（2）電動機(jī)啟動與正反轉(zhuǎn)控制檔桿推至前進(jìn)位或后退位時，直流電動機(jī)不能自行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，須由操作人 員通過加速踏板給定旋轉(zhuǎn)控制信號旋轉(zhuǎn)和加速。只有操作人員把剎車踏板踩到底，并

11、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器反饋轉(zhuǎn)速為零時， 控制 器才會相應(yīng)前進(jìn)后退檔位變化。允許車輛前進(jìn)會后退時，檔桿由前進(jìn)檔位或后退檔位推至空擋位， 但當(dāng)車輛 前進(jìn)時推到后退檔位時，控制器執(zhí)行空擋操作。（3）有源逆變反饋控制當(dāng)檔桿在前進(jìn)檔位時，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的速度反饋信號大于給定信號時，有源逆變控制回路開始工作，驅(qū)動電動機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，把車輛的慣性能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡?能，反饋輸送給蓄電池。因車輛回退時間相對于前進(jìn)時間過短，為避免有源逆變系統(tǒng)過于復(fù)雜，車輛 后退時，無需有源逆變。（4 ）行車制動由于電動掃地車整車質(zhì)量相對較小， 且行走速度較低，建議簡化行車制動系 統(tǒng)，采用一般機(jī)械拉線式盤剎（類似于摩托車行車制動系統(tǒng)） 。高級一

12、些的摩托 車行車制動也有手動液壓助力剎車。（5 ）駐車制動 一種形式是與行車制動并聯(lián)，手動拉桿控制。這樣可使制動系統(tǒng)簡化。 在驅(qū)動電機(jī)輸出端采用剎車帶作為駐車制動。帶式駐車制動器結(jié)構(gòu)簡單，駐車效果良好。33邊刷、滾刷、集料板控制系統(tǒng)（1）工作前的安全控制車控鑰匙旋至ON位置時，若邊刷、滾刷和集料板的4個升降電推桿任何一 個沒有處于上止點位，電推桿驅(qū)動電動機(jī)將立刻得電，驅(qū)動電推桿工作，提升邊 刷、滾刷和集料板上升至上止點位。 這種控制的目的是避免邊刷、 滾刷處于下止 點位且沒有旋轉(zhuǎn)工作時，車輛直接行走造成刷毛受損。（2 ）工作與行走控制按下工作按鈕，4個電推桿驅(qū)動電動機(jī)、4個邊刷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機(jī)、

13、1個 滾刷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機(jī)同時得電工作；當(dāng)電推桿下降至下止點（工作位置）時，電 推桿驅(qū)動電動機(jī)停止工作，同時鎖定 4個邊刷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機(jī)、1個滾刷旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動電動機(jī)保持得電工作狀態(tài)。工作按鈕按下的同時，駕駛室頂端工作燈、前后、左右兩側(cè)工作指示燈開始 得電，顯示掃地車處于工作狀態(tài)；建議頂燈采用旋轉(zhuǎn)式黃色旋轉(zhuǎn)燈，前后、左右 工作指示燈采用黃色頻閃指示燈；駕駛室設(shè)置掃地工作指示燈，與駕駛室外側(cè)工 作指示燈同步，建議采用紅色指示燈（最好不頻閃，防止干擾操作人員駕駛） 。按下停止按鈕，4個電推桿驅(qū)動電動機(jī)得電，驅(qū)動電推桿上升；此時， 1 個滾刷驅(qū)動電動機(jī)、4個邊刷驅(qū)動電動機(jī)不失電，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電推桿提升邊刷

14、、滾刷和集料板上升至上止點時，4個電推桿驅(qū)動電動機(jī)、4個邊刷驅(qū)動電動機(jī)、1個滾刷驅(qū)動電動機(jī)失電停止工作，并鎖定失電狀態(tài)；同 時，駕駛室頂端工作燈、前后、左右兩側(cè)工作指示燈失電，表示掃地車處于非工 作狀態(tài)。建議采用非工作狀態(tài)指示燈：與工作狀態(tài)指示燈聯(lián)鎖，即工作指示燈得電時， 非工作指示燈自動失電，當(dāng)工作指示燈失電時，非工作指示燈自動得電。非工作 指示燈建議采用綠色（最好不頻閃，防止干擾操作人員駕駛）。34風(fēng)機(jī)控制建議風(fēng)機(jī)單獨控制。在路面無塵狀態(tài)下，可不開風(fēng)機(jī)，節(jié)省電能。路面塵較大或清掃揚塵較大時，獨立控制風(fēng)機(jī)開啟。設(shè)置風(fēng)機(jī)工作指示燈：當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時，指示燈亮；否則指示燈熄滅。3.5. 水泵電機(jī)控制

15、 水泵電機(jī)工作控制建議水泵電機(jī)單獨控制。需要噴淋降塵時，單獨開啟水泵電機(jī)工作；不需要 噴淋降塵時，關(guān)閉水泵電機(jī)，可節(jié)省電能和水箱水源。設(shè)置水泵電動機(jī)工作指示燈：當(dāng)水泵電動機(jī)工作時，指示燈亮；否則指示燈 熄滅。 水箱水位顯示及水箱水位與水泵電動機(jī)互鎖控制水箱應(yīng)設(shè)置水位測定裝置，并能夠在駕駛室顯示水箱水位水箱水位測定裝置應(yīng)能夠鎖定水泵電動機(jī)的得電狀態(tài)， 即當(dāng)水位低于安全水 位時，水泵電動機(jī)無法啟動工作，防止水泵產(chǎn)生汽蝕。只有水箱水位高于安全水 位時，水泵電動機(jī)才能啟動工作。36振塵電機(jī)控制建議振塵電動機(jī)單獨控制，只有需要時才開啟。建議采用時間間歇自動控制：當(dāng)邊刷電動機(jī)和滾刷電動機(jī)得電后開始計時，

16、到設(shè)定或調(diào)定時間后，自動開始啟動振塵，工作一定時間后，自動停機(jī)，開始下 一周期計時。時間間歇自動控制自動振塵控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計有人工干預(yù)手動啟動振塵： 當(dāng)沒 有達(dá)到設(shè)定或調(diào)定時間，或車輛停止寫出垃圾前，人工手動啟動振塵電動機(jī)。人 工手動啟動電動機(jī)振塵應(yīng)是電動控制。該種方式要注意的問題是，當(dāng)邊刷和滾刷電動機(jī)失電后或人工手動啟動振塵 電動機(jī)并停止振塵后，計時一定要歸零，重新計時。設(shè)置振塵電動機(jī)工作指示燈：當(dāng)振塵電動機(jī)得電工作時，指示燈亮；否則指 示燈熄滅。3.7.液壓系統(tǒng)控制手動控制電動機(jī)啟動和停止，手動控制液壓缸收縮。兩位控制按鈕：啟動和停止。當(dāng)車控鑰匙處于ON位且車輛處于空擋位置 時，接通液壓泵電

17、動機(jī)控制按鈕開關(guān)，為啟動液壓泵做好電源準(zhǔn)備。當(dāng)車控鑰匙處于 OFF位或車輛檔桿不處于空檔位時，液壓泵電動機(jī)按鈕自 動歸位到停止位，防止誤操作或液壓泵始終處于工作工作狀態(tài)。 設(shè)置液壓泵電動 機(jī)工作指示燈：液壓泵電動機(jī)得電，指示燈亮；否則指示燈熄滅。建議液壓泵控制啟動控制系統(tǒng)與水泵電動機(jī)、 邊刷電動機(jī)、滾刷電動機(jī)、風(fēng) 機(jī)電動機(jī)進(jìn)行互鎖控制，防止裝卸垃圾箱時其他工作裝置誤動作， 以及其他工作 裝置工作時液壓泵電動機(jī)啟動。建議行車驅(qū)動電動機(jī)與液壓泵電動機(jī)不進(jìn)行互鎖控制，因裝卸垃圾箱時可能需要車位距離微調(diào)，一旦互鎖，則不能實現(xiàn)車位微調(diào)。三位四通自復(fù)位手動控制閥：先導(dǎo)式三位四通自復(fù)位手動控制閥， 手動向

18、前推動閥桿，液壓缸桿伸出，推動距離與液壓缸動作速度成正比，推力消失，閥 桿自動到零位，液壓缸停止不動；拉動液壓閥桿，液壓杠桿縮回，拉力消失，閥 桿自動到零位，液壓缸停止不動。38照明與轉(zhuǎn)向燈控制（組合開關(guān)進(jìn)行控制）應(yīng)設(shè)置行車照明燈、轉(zhuǎn)向指示燈、倒車燈和倒車警告音、室照明燈。行車照明燈：手動控制，可設(shè)置夜行指示和遠(yuǎn)近光控制。 注意需設(shè)置車后夜 行指示燈。轉(zhuǎn)向指示燈：手動控制，黃色頻閃；駕駛室控制板綠色頻閃指示燈指示轉(zhuǎn)彎 方向，蜂鳴器警示轉(zhuǎn)向指示燈亮。建議轉(zhuǎn)向指示燈與左右兩側(cè)工作指示燈不采用 一燈多用方式，優(yōu)點是掃地車工作轉(zhuǎn)向時也可向其他車輛表明要轉(zhuǎn)彎，避免工作時轉(zhuǎn)彎其他車輛無法辨別；缺點是多了一

19、組轉(zhuǎn)向指示燈。倒車燈和倒車警告音：手動控制。只有車控鑰匙在ON位置，且檔桿推至倒 車檔位時，倒車指示燈亮，同時倒車警告音響起。室照明燈：手動控制。當(dāng)車控鑰匙在 ON位時，手動控制室照明燈打開或關(guān) 閉。39工作照明燈可在車頂設(shè)置工作照明燈，在晚間工作時對前方工作區(qū)域強(qiáng)化照明， 手動開 關(guān)控制。建議工作照明燈在駕駛室設(shè)計有手動自鎖機(jī)械式控照明方向和照明俯仰角 控制手柄。四、硬件整體設(shè)計輸入4.1 .電機(jī)控制部分(1) 直流無刷驅(qū)動電機(jī)采用額定功率2500 W直流無刷電機(jī)，48V55A，峰值輸出48V100A。采用3管并 聯(lián)方案，采集兩相交流電流，一相直流電流進(jìn)行控制。采集母線電壓。采集霍爾信號。(2 )風(fēng)扇及滾刷電機(jī)采用額定功率800W直流有刷電