電動掃地車執(zhí)行機構(gòu)電氣控制設(shè)計

1、小型自行式電動掃地車執(zhí)行機構(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：鋰電池或免維護電池，直流，48V。兼容36V。（2）行走機構(gòu)：單電機鏈條傳動后輪驅(qū)動。（3）轉(zhuǎn)向機構(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，工作時速度恒定可調(diào)速；掃刷由直流電機經(jīng)減速器驅(qū)動掃刷，掃刷升降機構(gòu)由電推桿驅(qū)動，電推桿由直流電動機驅(qū)動。（5）滾刷：1個，將掃刷掃入的垃圾滾卷、旋拋至垃圾箱，直流電動機經(jīng)帶傳動驅(qū)動，工作時轉(zhuǎn)速恒定。滾刷升降機構(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)置電推缸驅(qū)動

2、升降。（6）風機：1個，吸塵，直接電動機直接驅(qū)動。（7）振塵機構(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，由直流電動機直接驅(qū)動偏心振動器。（8）垃圾箱上下車機構(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）噴淋降塵機構(gòu)：由1臺直流電動機驅(qū)動離心泵供水噴淋，實現(xiàn)降塵。1.2.項目實施的目的：推薦精選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月10日前完

3、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)行機構(gòu)動作描述2.1.行走機構(gòu)1臺2.5kW現(xiàn)有機型為1.2kw和2.5kw兩種、額定轉(zhuǎn)速1500r/min直流無刷電動機的轉(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)動電動機為長時間工作制。行走機構(gòu)電動機采用無刷直流電動機，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，可采用機械式轉(zhuǎn)向機構(gòu)，無需轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。2.3.掃刷轉(zhuǎn)動機構(gòu)驅(qū)動電動機為直流有刷電

4、動機，單向旋轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速1200r/min，額定功率100W，長時間工作制。電動機應帶有減速器（傳動比應與掃刷額定轉(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驅(qū)動。應注意左側(cè)邊刷的兩個電動機與右側(cè)邊刷的兩個電動機轉(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。推薦精選2.4.滾刷機構(gòu)直流有刷電機，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、集料板升降機構(gòu)升降系統(tǒng)電推桿的電動機

5、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。電推桿電動機為直流有刷電機，需進行正反轉(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構(gòu)：后邊刷、滾刷、集料板通過機械結(jié)構(gòu)連接，同步升降。左右兩側(cè)各由1臺電推桿驅(qū)動。電推桿電動機為永磁有刷電機，需進行正反轉(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)具體機構(gòu)及邊刷升降行程計算確定。需要

6、注意的是，左右兩側(cè)兩個電推桿必須通過機械結(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構(gòu)卡死或滾刷轉(zhuǎn)軸傾斜。滾刷傾斜會導致清掃質(zhì)量嚴重下降，升降機構(gòu)卡死會造成掃地車無法工作。第二種方式是單獨驅(qū)動升降機構(gòu)：后邊刷升降機構(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。電推桿電動機為永磁有刷電機，需進行正反轉(zhuǎn)控制，額定轉(zhuǎn)速推薦精選3600r/min，額定功率36W。電推桿行程需要根據(jù)具體機構(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)進行設(shè)計），電推桿電動機為永磁有刷電機，正反轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速3600r/min，額定功率36W。電推桿行程需

7、要根據(jù)具體機構(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。2.6.風機系統(tǒng)風機系統(tǒng)由風機、電動機組成。風機驅(qū)動電動機為1臺直流有刷電機，單向旋轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，額定功率800W，長時間工作制。電動機是否經(jīng)減速器后再連接風機，需要根據(jù)風機額定轉(zhuǎn)速確定。建議確定風機額定轉(zhuǎn)速后再確定電動機轉(zhuǎn)速，避免再連接減速器；除非需要減速后提升轉(zhuǎn)矩。風機電動機必須要防塵、防水、防爆電動機，防止電動機過早損壞或出現(xiàn)危險。2.7.振塵系統(tǒng)振塵系統(tǒng)由1臺永磁有刷電機驅(qū)動偏心振動發(fā)生器，電動機單向旋轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，額定功率100W，短時工作制。建議振塵電動機直接購買偏

8、心振動電動機，避免再設(shè)計偏心振動發(fā)生器。振塵電動機需要防塵、防水電動機。2.8.噴淋降塵系統(tǒng)由1臺永磁有刷電機驅(qū)動離心式水泵，電動機單向旋轉(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。水泵電動機需要防塵、防水電動機。推薦精選2.9.液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)動力元件由1臺串勵電機直流電動機驅(qū)動齒輪泵，電動機單向旋轉(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動機（減速器可降速增矩）。液壓系

9、統(tǒng)控制元件建議采用先導式三位四通自復位手動閥，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備；當鑰匙旋至ON位置時，為各執(zhí)行系統(tǒng)驅(qū)動電動機工作做好通電準備。當車控鑰匙在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，電池的正負極與全車截斷，防止漏電或維修時電池損壞。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)置電池電壓預警和報警系統(tǒng)：當電池電壓達到一定值時，預警指示燈（黃色頻閃）預警；當電池電壓達到極限時，報警蜂鳴器報警，報

10、警指示燈（紅色頻閃）報警。3.2.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和后退。電動機轉(zhuǎn)速控制推薦精選行走驅(qū)動電動機為直流電動機，建議采用比例積分調(diào)節(jié)器進行無差控制。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轉(zhuǎn)速，根據(jù)機械傳動系統(tǒng)的傳動比，建立電動機與行走速度之間的數(shù)學模型，通過控制器直接顯示車輛行走速度。（2）電動機啟動與正反轉(zhuǎn)控制檔桿推至前進位或后退位時，直流電動機不能自行正轉(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，并霍爾轉(zhuǎn)速傳感器反饋轉(zhuǎn)速為零時，控制器才會相應前進

11、后退檔位變化。允許車輛前進會后退時，檔桿由前進檔位或后退檔位推至空擋位，但當車輛前進時推到后退檔位時，控制器執(zhí)行空擋操作。（3）有源逆變反饋控制當檔桿在前進檔位時，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)動電動機變?yōu)榘l(fā)電機，把車輛的慣性能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽答佪斔徒o蓄電池。因車輛回退時間相對于前進時間過短，為避免有源逆變系統(tǒng)過于復雜，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)，采用一般機械拉線式盤剎（類似于摩托車行車制動系統(tǒng)）。高級一些的摩托車行車制動也有手動液壓助力剎車。（5）駐車制動推薦精選一種形

12、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。3.3.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、4個邊刷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機、1個滾刷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機同時得電工作；當電推桿下降至下止點（工作位置）時，電推

13、桿驅(qū)動電動機停止工作，同時鎖定4個邊刷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機、1個滾刷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機保持得電工作狀態(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；駕駛室內(nèi)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)動電動機得電，驅(qū)動電推桿上升；此時，1個滾刷驅(qū)動電動機、4個邊刷驅(qū)動電動機不失電，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。當電推桿提升邊刷、滾刷和集料板上升至上止點時，4個電推桿驅(qū)動電動機、4個邊刷驅(qū)動電動機、1個滾刷驅(qū)動電動機失電

14、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)。推薦精選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）。3.4.風機控制建議風機單獨控制。在路面無塵狀態(tài)下，可不開風機，節(jié)省電能。路面塵較大或清掃揚塵較大時，獨立控制風機開啟。設(shè)置風機工作指示燈：當風機工作時，指示燈亮；否則指示燈熄滅。3.5.水泵電機控制水泵電機工作控制建議水泵電機單獨控制。需要噴淋降塵時，單獨開啟水泵電機工作；不需要噴淋降塵時

15、，關(guān)閉水泵電機，可節(jié)省電能和水箱水源。設(shè)置水泵電動機工作指示燈：當水泵電動機工作時，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互鎖控制水箱應設(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能夠鎖定水泵電動機的得電狀態(tài)，即當水位低于安全水位時，水泵電動機無法啟動工作，防止水泵產(chǎn)生汽蝕。只有水箱水位高于安全水位時，水泵電動機才能啟動工作。3.6.振塵電機控制建議振塵電動機單獨控制，只有需要時才開啟。建議采用時間間歇自動控制：當邊刷電動機和滾刷電動機得電后開始計時，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，開始下一周期計時。推薦精選時間間歇自動

16、控制自動振塵控制系統(tǒng)應設(shè)計有人工干預手動啟動振塵：當沒有達到設(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。人工手動啟動電動機振塵應是電動控制。該種方式要注意的問題是，當邊刷和滾刷電動機失電后或人工手動啟動振塵電動機并停止振塵后，計時一定要歸零，重新計時。設(shè)置振塵電動機工作指示燈：當振塵電動機得電工作時，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。當車控鑰匙處于ON位且車輛處于空擋位置時，接通液壓泵電動機控制按鈕開關(guān)，為啟動液壓泵做好電源準備。當車控鑰匙處于OFF位或車輛檔桿不處于空檔位時，液壓泵電動機按鈕

17、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)置液壓泵電動機工作指示燈：液壓泵電動機得電，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、邊刷電動機、滾刷電動機、風機電動機進行互鎖控制，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啟動。建議行車驅(qū)動電動機與液壓泵電動機不進行互鎖控制，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)。三位四通自復位手動控制閥：先導式三位四通自復位手動控制閥，手動向前推動閥桿，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，

18、拉力消失，閥桿自動到零位，液壓缸停止不動。推薦精選3.8.照明與轉(zhuǎn)向燈控制（組合開關(guān)進行控制）應設(shè)置行車照明燈、轉(zhuǎn)向指示燈、倒車燈和倒車警告音、室內(nèi)照明燈。行車照明燈：手動控制，可設(shè)置夜行指示和遠近光控制。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

19、內(nèi)照明燈：手動控制。當車控鑰匙在ON位時，手動控制室內(nèi)照明燈打開或關(guān)閉。3.9.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)域強化照明，手動開關(guān)控制。建議工作照明燈在駕駛室內(nèi)設(shè)計有手動自鎖機械式控照明方向和照明俯仰角控制手柄。四、硬件整體設(shè)計輸入推薦精選4.1電機控制部分（1）直流無刷驅(qū)動電機采用額定功率2500 W直流無刷電機，48V55A，峰值輸出48V100A峰值200A。采用3管并聯(lián)方案，采集兩相交流電流，一相直流電流進行控制。采集母線電壓。采集霍爾信號。（2）風扇及滾刷電機采用額定功率800W直流有刷電機，48V20A，峰值輸出48V40A。采用單管方案控制，采集輸出電流進行保護