新能源公交車(chē)電氣艙自動(dòng)化除塵技術(shù)的應(yīng)用研究

邵 強(qiáng)

（北京公共交通控股（集團(tuán)）有限公司， 北京 100161）

0 引言

在國(guó)家相關(guān)政策的推動(dòng)下，為護(hù)航首都藍(lán)天，北京公交集團(tuán)大力推進(jìn)新能源和清潔能源驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的發(fā)展，2018 年、2019 年新購(gòu)置車(chē)輛中， 電驅(qū)動(dòng)公交車(chē)占比達(dá)到九成。按照規(guī)劃，到2020 年，全部車(chē)輛將實(shí)現(xiàn)新能源和清潔能源，其中，全市電驅(qū)動(dòng)公交車(chē)將超過(guò)公交車(chē)保有量的50%，主城區(qū)、城市副中心公交車(chē)全部實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動(dòng)[1，2]。

由于目前電驅(qū)動(dòng)公交車(chē)已經(jīng)成為新能源公交車(chē)的主體，本文主要討論的是電動(dòng)車(chē)電氣艙除塵問(wèn)題，以下涉及“新能源公交車(chē)”主要針對(duì)“電動(dòng)公交車(chē)”。

新能源車(chē)的高壓部分“嚴(yán)禁用水清洗”給我司維保人員增加了極大的工作難度， 目前僅能由人工使用高壓氣槍進(jìn)行吹塵。這種在戶(hù)外進(jìn)行的粗放的生產(chǎn)方式，由于吹塵導(dǎo)致的粉塵彌漫對(duì)廠區(qū)周邊環(huán)境也造成嚴(yán)重影響，缺乏有效的勞動(dòng)保護(hù)也極大的影響員工的身體健康。 由于技術(shù)手段及專(zhuān)用設(shè)備的缺乏，除塵工作質(zhì)量難以保證。因此電氣艙除塵的問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響公交的安全、 環(huán)保的企業(yè)形象， 開(kāi)發(fā)一套專(zhuān)用的公交車(chē)自動(dòng)化除塵清潔設(shè)備變得非常必要。

1 電動(dòng)公交車(chē)除塵技術(shù)現(xiàn)狀及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化除塵關(guān)鍵問(wèn)題

由于技術(shù)方案的局限性， 目前尚未形成在行業(yè)內(nèi)達(dá)成共識(shí)的、可以全面推廣的關(guān)于電動(dòng)車(chē)除塵的解決辦法。當(dāng)然也因?yàn)橹暗倪@些有益的實(shí)踐， 讓我們?cè)俅蚊鞔_了實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)化除塵”的必要性，也明確了我們?cè)谶^(guò)程中要解決的問(wèn)題和痛點(diǎn)。

（1）如何形成一個(gè)密封的空間。 由于車(chē)輛結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（艙門(mén)的尺寸、開(kāi)合方式、方向、鉸鏈形式等），車(chē)型的復(fù)雜多樣性（一個(gè)公交往往具備多個(gè)車(chē)型），一個(gè)車(chē)型多個(gè)艙門(mén)的巨大差異（往往包括尾艙、側(cè)艙及底部電池艙等，差異較大），希望通過(guò)一個(gè)固定結(jié)構(gòu)與車(chē)體形成一個(gè)良好的密封性的確很難實(shí)現(xiàn)，同時(shí)需兼顧設(shè)備的耐用性、低成本將使得這一看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題難上加難。

（2）清潔方式要保證灰塵能夠被吹得起來(lái)。

（3）灰塵應(yīng)該能被收集。 由于車(chē)體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（開(kāi)放區(qū)域較多），如何通過(guò)改善密封性，同時(shí)加大吸塵器功率來(lái)解決這一問(wèn)題也是至關(guān)重要的。

（4）無(wú)人操作。 在密封的空間內(nèi)要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)艙復(fù)雜結(jié)構(gòu)的吹塵操作， 靠人工從一側(cè)或開(kāi)孔定點(diǎn)清除的方式很難實(shí)現(xiàn)。 只有選擇能夠自動(dòng)規(guī)劃軌跡的自動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)才有可能解決，同時(shí)需要考慮對(duì)于一些狹窄、角落甚至于背面如何覆蓋的問(wèn)題。

（5）生產(chǎn)效率問(wèn)題。除塵工作作為車(chē)輛每次保養(yǎng)的一個(gè)必要環(huán)節(jié)必須與整個(gè)生產(chǎn)流程銜接， 如果因?yàn)槌龎m工作對(duì)于場(chǎng)地條件及操作人員的技術(shù)有太多限制， 顯然將增加其融入整個(gè)保養(yǎng)流程的難度。 同時(shí)如果操作效率太低，每次耗費(fèi)太多的時(shí)間，及會(huì)增加勞動(dòng)強(qiáng)度，也會(huì)大大降低工人對(duì)新的生產(chǎn)方式的接受程度。

2 自動(dòng)化除塵技術(shù)方案

2.1 技術(shù)路線

結(jié)合車(chē)輛保養(yǎng)的流程，我們?cè)O(shè)計(jì)了完整的操作流程，以提高操作效率，詳見(jiàn)表1。

表1 操作流程

2.2 自動(dòng)化機(jī)器人與智能運(yùn)維系統(tǒng)

（1）復(fù)雜空間下六自由度機(jī)械臂的應(yīng)用。在公共交通行業(yè)，同類(lèi)產(chǎn)品大多采用固定設(shè)備進(jìn)行維保。尚沒(méi)有使用機(jī)械臂進(jìn)行狹小空間靈活處理的案例， 本項(xiàng)目使用機(jī)械臂解決了多角度及狹窄空間的維保難題， 機(jī)械臂的應(yīng)用為行業(yè)首創(chuàng)。

（2）移動(dòng)底盤(pán)及機(jī)器人導(dǎo)航。本課題采用的移動(dòng)方式為輪式機(jī)器人配合磁帶導(dǎo)航方式，相比于其他同類(lèi)產(chǎn)品，在后期升級(jí)維護(hù)方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。

（3）遠(yuǎn)程控制及與信息系統(tǒng)的互動(dòng)。 依據(jù)5G 建網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與網(wǎng)絡(luò)延遲低特性。 機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程操作與除塵數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，通過(guò)鏈接穩(wěn)定低延遲網(wǎng)絡(luò)通信，將設(shè)備操作面板控制信息實(shí)時(shí)與遠(yuǎn)程控制聯(lián)動(dòng)， 配合攝像頭遠(yuǎn)程無(wú)延遲觀看。 操作人員在遠(yuǎn)程操作室可實(shí)現(xiàn)控制移動(dòng)與除塵。

2.3 智能系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)

（1）環(huán)保負(fù)壓集塵系統(tǒng)。環(huán)保負(fù)壓集塵系統(tǒng)用于收集清潔維護(hù)過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵。 利用負(fù)壓風(fēng)機(jī)，收集揚(yáng)塵空氣，進(jìn)行過(guò)濾后再排放至城市大氣中，避免二次污染環(huán)境。本方案采用大功率工業(yè)集塵器，考慮到總體結(jié)構(gòu)尺寸，包括操作視線影響，采用定制的臥式結(jié)構(gòu)。過(guò)濾單元的濾筒橫插式安裝，可以有效減少機(jī)器的總體高度，特別適合空間受限制的區(qū)域使用； 濾筒采用東麗聚酯纖維防油防水濾材，具有抗油水及抗污功能，粉塵不宜粘附，清灰更容易，防止粉塵對(duì)濾筒的堵塞；濾筒對(duì)3μm 以上的粉塵過(guò)濾效率達(dá)99%以上。為保證良好的除塵效率，設(shè)備設(shè)計(jì)負(fù)壓1200Pa，風(fēng)量2100m3/h。

（2）吹塵執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 通過(guò)多次的選型比較，我們最終選擇了定制高速渦輪風(fēng)機(jī)的解決方案，風(fēng)量高達(dá)800m3/h，氣流速度高達(dá)20km/h。 在實(shí)際測(cè)試中具有效率高、 效果好、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。

（3）升降式車(chē)型適應(yīng)機(jī)構(gòu)。為了解決不同車(chē)型艙門(mén)高矮不同的問(wèn)題， 以及部分車(chē)型后艙具有上下兩個(gè)艙門(mén)的問(wèn)題。我們使用液壓剪叉式機(jī)械升降機(jī)構(gòu)，在處理較矮的艙門(mén)時(shí)，我們將剪叉液壓放低，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂在低處位置的自由移動(dòng)。當(dāng)艙門(mén)較高時(shí)，控制程序自動(dòng)升高機(jī)械臂到相應(yīng)的高度，來(lái)彌補(bǔ)機(jī)械臂在長(zhǎng)度上的不足，使機(jī)械臂能夠處理高處的灰塵清潔問(wèn)題。

3 自動(dòng)化除塵方案評(píng)估

3.1 課題目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

（1）清潔質(zhì)量。 由于高速風(fēng)機(jī)的引入，其大流量高風(fēng)速的特點(diǎn)對(duì)于機(jī)艙灰塵的清理效果較好， 特別是對(duì)于較遠(yuǎn)距離的機(jī)艙深處（超過(guò)1m 距離）也有明顯的吹除效果。同時(shí)避免了壓縮空氣吹塵帶來(lái)的灰塵粘附問(wèn)題。

（2）吸塵效果。 由于定制的集塵罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基本與車(chē)體形成相對(duì)的密封空間， 工業(yè)集塵器產(chǎn)生的負(fù)壓吸塵效果顯現(xiàn)， 從吹塵過(guò)程中揚(yáng)起的灰塵向后運(yùn)動(dòng)的軌跡及集灰盤(pán)中落入的灰塵數(shù)量來(lái)看，吸塵效果明顯，避免了單純吹塵灰塵回落帶來(lái)的二次污染問(wèn)題。

（3）車(chē)型兼容性的問(wèn)題大部分得到解決。通過(guò)集塵罩的軟硬結(jié)合的特別設(shè)計(jì)，及升降機(jī)構(gòu)的作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于對(duì)于主流車(chē)型大部分艙門(mén)的覆蓋， 能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)的密封空間。

（4）環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。整個(gè)除塵工作中沒(méi)有明顯的灰塵外溢現(xiàn)象， 使得除塵工作在沒(méi)有專(zhuān)用密封車(chē)間的情況下可以實(shí)現(xiàn)露天除塵操作。 同時(shí)顆粒物濃度的監(jiān)測(cè)與累計(jì)，將直接體現(xiàn)環(huán)保貢獻(xiàn)的價(jià)值。

（5）勞動(dòng)保護(hù)的目標(biāo)。 操作過(guò)程中，操作人員只需要將設(shè)備移動(dòng)到目標(biāo)艙門(mén)位置， 通過(guò)操作界面選擇目標(biāo)艙門(mén)吹塵軌跡，過(guò)程中操作人員與彌漫的灰塵完全隔離，是一種健康友好的生產(chǎn)方式。

（6）保養(yǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)字化目標(biāo)。 每次除塵操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成除塵日志，包含目標(biāo)車(chē)輛/目標(biāo)艙門(mén)/工作時(shí)間/顆粒物濃度等信息。 這些維保數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成并通過(guò)WIFI 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為未來(lái)維保大數(shù)據(jù)價(jià)值的挖掘提供了條件。

3.2 維保技術(shù)創(chuàng)新的貢獻(xiàn)

通過(guò)本方案的實(shí)施， 我們不單是探索了有效的公交車(chē)“除塵”的解決方案，更是開(kāi)創(chuàng)了“智能機(jī)器人”技術(shù)在維保智能化發(fā)展的先河，在企業(yè)內(nèi)部形成鼓勵(lì)全員創(chuàng)新、創(chuàng)造的氛圍，樹(shù)立了北京公交在同行業(yè)技術(shù)領(lǐng)先的地位。具體創(chuàng)新點(diǎn)包含：

（1）機(jī)械臂控制方法及除塵路徑規(guī)劃。

（2）密封集塵罩設(shè)計(jì)及多種艙門(mén)定位方案。

（3）不同清洗源的交替/組合工作。

（4）環(huán)保業(yè)績(jī)統(tǒng)計(jì)方法。

（5）維保場(chǎng)景下的自主行走機(jī)器人。

本項(xiàng)目的實(shí)施共申請(qǐng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)5 項(xiàng)， 其中發(fā)明專(zhuān)利2 項(xiàng)，實(shí)用新型專(zhuān)利3 項(xiàng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

按照我司目前近8000 臺(tái)電動(dòng)車(chē)每5000 公里一次保養(yǎng)計(jì)算， 該方案每年能夠有效避免7 萬(wàn)余次由于除塵導(dǎo)致的揚(yáng)塵對(duì)于環(huán)境的污染，為守護(hù)首都藍(lán)天做出貢獻(xiàn)。同時(shí)避免對(duì)于保修廠周邊市民生活環(huán)境的影響， 樹(shù)立公交企業(yè)“環(huán)境友好”的企業(yè)形象。

該方案真正實(shí)現(xiàn)了除塵工作的智能化/自動(dòng)化操作，讓員工從惡劣的操作環(huán)境中解放出來(lái)，避免了粉塵、油污對(duì)于員工的身體傷害。 營(yíng)造企業(yè)關(guān)愛(ài)員工、 員工認(rèn)同企業(yè)、員工尊重乘客、乘客認(rèn)可企業(yè)的文化氛圍。