1 概述
由山西省交通科學(xué)研究院開發(fā)研制的HXC-300型高等級公路護(hù)欄清洗車，已經(jīng)在省內(nèi)多條高速公路得到推廣應(yīng)用，為提高高等級公路機(jī)械化養(yǎng)護(hù)的整體管理水平初步發(fā)揮了作用。該護(hù)欄清洗車的工作原理如圖1所示。滾刷是其主要的作業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由滾軸和刷毛組成，刷毛伸開時直徑為0.8m。滾刷通過轉(zhuǎn)臂、動架裝在底盤車前橫梁上。清洗作業(yè)時，使高速旋轉(zhuǎn)中的滾刷徐徐貼近護(hù)欄，讓刷毛對其產(chǎn)生一定的壓力，然后驅(qū)動底盤車勻速前行，利用刷毛的強(qiáng)摩擦和副設(shè)的高壓射水沖洗雙重作用，使附著在護(hù)欄板上的污垢和灰塵得到徹底清洗。
實(shí)踐表明，刷毛對護(hù)欄板具有最佳作業(yè)力矩時，滾刷的回轉(zhuǎn)中心到護(hù)欄板表面的垂直距離h大致等于刷毛旋轉(zhuǎn)伸開半徑的1/3~1/2，約180~200mm。h過大會使刷毛的壓力減小或者脫離護(hù)欄板表面，失去作業(yè)效能；h過小又會增大功耗，甚至出現(xiàn)機(jī)架損壞、擠壞護(hù)欄的事故。由此看來，在整個作業(yè)過程中準(zhǔn)確的控制h值，保持刷毛對護(hù)欄板表面的恒定壓力，對于保證安全生產(chǎn)和提高作業(yè)效率是至關(guān)重要的。
　　那么，如何才能有效控制h值呢？為解決這一技術(shù)難題，滾刷規(guī)避結(jié)構(gòu)（見圖1）就是在這種情況下，反復(fù)構(gòu)思和設(shè)計的特殊裝置。它的成功研制和應(yīng)用，不僅解決了上述技術(shù)難題，提高了整機(jī)的工作可靠性，而且也為護(hù)欄清洗車的進(jìn)一步改進(jìn)和推廣創(chuàng)造了有利條件。
　　2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析
考慮到清洗作業(yè)機(jī)構(gòu)的整機(jī)布置和安裝維修的方便性，滾刷規(guī)避機(jī)構(gòu)設(shè)置在轉(zhuǎn)臂和動架之間的位置上（圖1）。圖中給出的是滾刷在清洗車右側(cè)安裝的情形。根據(jù)需要，通過拔出和插入規(guī)避機(jī)構(gòu)的插銷，滾刷轉(zhuǎn)臂繞鉸接點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)到清洗車左側(cè)，并將規(guī)避機(jī)構(gòu)移位安裝到左側(cè)對應(yīng)位置。實(shí)質(zhì)上規(guī)避機(jī)構(gòu)的工作性質(zhì)很像一個類似于彈性體的裝置。當(dāng)其兩端受到因h值的改變所產(chǎn)生的附加外力作用時,它會將自動身長或縮短，通過轉(zhuǎn)臂的水平擺動，使h值迅速得到恢復(fù)，從而達(dá)到恒定滾刷對護(hù)欄板表面摩擦力的目的。
圖2給出了規(guī)避機(jī)構(gòu)在初始狀態(tài)（即h=180~200mm，滾刷對護(hù)欄板表面的正壓力合力等于設(shè)定值）時的受力情況。圖中桿件AO代表轉(zhuǎn)臂，BC代表規(guī)避機(jī)構(gòu)，P為護(hù)欄板對滾刷軸心的反作用力Q在轉(zhuǎn)臂垂直向上的分力，在數(shù)值上
P=Qsinβ (1)
β是系統(tǒng)平衡時轉(zhuǎn)臂AO與機(jī)架OC之間的夾角，在數(shù)值上

其中S為底盤車寬，S=2.0m；H為底盤外側(cè)距護(hù)欄般的垂直距離，約0.5mm（圖1）；AO=1.5m。
P′是以O(shè)為圓點(diǎn)施加在轉(zhuǎn)臂B點(diǎn)上與力P相平衡的力，
當(dāng)結(jié)構(gòu)確定后，BO為已知量，這里BO為0.7m。
F為力P′在規(guī)避機(jī)構(gòu)方向上的分力，在數(shù)值上
F=P′/sinα，即
F=P?AO/(BOsinα)=AO?Qsinβ/(BOsinα) (3)
式中α為規(guī)避機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)臂AO之間的夾角OBC，當(dāng)機(jī)構(gòu)確定后，α隨之已知。Q如前面提到，它是護(hù)欄板對滾刷軸心的反作用力，在數(shù)值上與滾刷對護(hù)欄板表面的正壓力合力相等；在初始狀態(tài)下，即當(dāng)h值等于刷毛旋轉(zhuǎn)伸開半徑1/3~1/2時，經(jīng)測定滾刷對護(hù)欄板表面的正壓力合力為150~200N，即Q=150~200N。
這里的F，就是初始狀態(tài)下作用于規(guī)避機(jī)構(gòu)而與力P相平衡的力，是設(shè)計規(guī)避機(jī)構(gòu)的重要依據(jù)。
　　根據(jù)以上給出的已知條件，可求得轉(zhuǎn)臂AO與即架OC之間的夾角β的值：

設(shè)定初始狀態(tài)下AO與BC間的夾角α=60°，則由式（3）可求得F的標(biāo)準(zhǔn)值：
F=AO?Qsinβ/(BOsinα)=1.5×20×0.475/(0.7×0.866)
　　3 規(guī)避機(jī)構(gòu)的工作原理
設(shè)定規(guī)避機(jī)構(gòu)在力F的作用下，處于初始狀態(tài)時的長度BC=l。規(guī)避機(jī)構(gòu)的工作性質(zhì)很像一個彈性體的作用，當(dāng)夾在其兩端的外力恒定時，其長度l亦保持不變；而一旦外力發(fā)生變化（增大或減?。r，它會迅速做出反應(yīng)，通過改變其長度使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。圖3所示的時規(guī)避機(jī)構(gòu)在遇到底盤車走偏引起h值的變化外，通過隨機(jī)調(diào)整自身長度，有效控制滾刷與護(hù)欄之間距離，從而確保最佳作業(yè)力矩的工作過程。
圖中AO為轉(zhuǎn)臂，BC為規(guī)避機(jī)構(gòu)。圖中A10、A2O以及B1C、B2C分別表示出規(guī)避機(jī)構(gòu)的兩個不同的工作循環(huán)：當(dāng)?shù)妆P車遠(yuǎn)離護(hù)欄板引起h值增大時，此時護(hù)欄板對滾刷軸心的反作用力Q立刻減小，與之相對應(yīng)由式（3）確定的力F值也會隨之減小。
　　規(guī)避機(jī)構(gòu)在其兩端的作用力F小于標(biāo)準(zhǔn)值（如計算所得235N）后，就會迅速即產(chǎn)生收縮，使其長度改變?yōu)閘-△l1，如圖中B1C所示。此時轉(zhuǎn)臂受規(guī)避機(jī)構(gòu)的拉動而回轉(zhuǎn)，達(dá)到A1O的位置。顯然這一作用的結(jié)果使h產(chǎn)生了負(fù)位移，向護(hù)欄板靠近了△h1，從而可以彌補(bǔ)因底盤車遠(yuǎn)離引起的增值，使Q值得以重新確立起來。這個工作循環(huán)可以簡稱為：h↑-Q↓-F↓-l↓-h↓至Q↑。
于此相反，當(dāng)?shù)妆P車靠進(jìn)護(hù)欄板時，立刻會引起h減小，則同樣在規(guī)避機(jī)構(gòu)的作用下，會出現(xiàn)如下的工作循環(huán)：由h↓-Q↑-F↑-l↑-h↑至Q↓恢復(fù)到設(shè)計值。
　　4 結(jié)束語
由于設(shè)置了具有隨動調(diào)整作用的規(guī)避結(jié)構(gòu)，使得有效控制滾刷與護(hù)欄板之間距離這一難度較大的控制問題得到了較好的解決，確保最佳作業(yè)力矩的設(shè)想也得到