邵 強

（北京公共交通控股（集團）有限公司， 北京 100161）

0 引言

在國家相關政策的推動下，為護航首都藍天，北京公交集團大力推進新能源和清潔能源驅動車輛的發(fā)展，2018 年、2019 年新購置車輛中， 電驅動公交車占比達到九成。按照規(guī)劃，到2020 年，全部車輛將實現(xiàn)新能源和清潔能源，其中，全市電驅動公交車將超過公交車保有量的50%，主城區(qū)、城市副中心公交車全部實現(xiàn)電驅動[1，2]。

由于目前電驅動公交車已經(jīng)成為新能源公交車的主體，本文主要討論的是電動車電氣艙除塵問題，以下涉及“新能源公交車”主要針對“電動公交車”。

新能源車的高壓部分“嚴禁用水清洗”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行吹塵。這種在戶外進行的粗放的生產(chǎn)方式，由于吹塵導致的粉塵彌漫對廠區(qū)周邊環(huán)境也造成嚴重影響，缺乏有效的勞動保護也極大的影響員工的身體健康。 由于技術手段及專用設備的缺乏，除塵工作質量難以保證。因此電氣艙除塵的問題已經(jīng)嚴重影響公交的安全、 環(huán)保的企業(yè)形象， 開發(fā)一套專用的公交車自動化除塵清潔設備變得非常必要。

1 電動公交車除塵技術現(xiàn)狀及實現(xiàn)自動化除塵關鍵問題

由于技術方案的局限性， 目前尚未形成在行業(yè)內達成共識的、可以全面推廣的關于電動車除塵的解決辦法。當然也因為之前的這些有益的實踐， 讓我們再次明確了實現(xiàn)“自動化除塵”的必要性，也明確了我們在過程中要解決的問題和痛點。

（1）如何形成一個密封的空間。 由于車輛結構的復雜性（艙門的尺寸、開合方式、方向、鉸鏈形式等），車型的復雜多樣性（一個公交往往具備多個車型），一個車型多個艙門的巨大差異（往往包括尾艙、側艙及底部電池艙等，差異較大），希望通過一個固定結構與車體形成一個良好的密封性的確很難實現(xiàn)，同時需兼顧設備的耐用性、低成本將使得這一看似簡單的問題難上加難。

（2）清潔方式要保證灰塵能夠被吹得起來。

（3）灰塵應該能被收集。 由于車體結構的復雜性（開放區(qū)域較多），如何通過改善密封性，同時加大吸塵器功率來解決這一問題也是至關重要的。

（4）無人操作。 在密封的空間內要實現(xiàn)對機艙復雜結構的吹塵操作， 靠人工從一側或開孔定點清除的方式很難實現(xiàn)。 只有選擇能夠自動規(guī)劃軌跡的自動運動機構才有可能解決，同時需要考慮對于一些狹窄、角落甚至于背面如何覆蓋的問題。

（5）生產(chǎn)效率問題。除塵工作作為車輛每次保養(yǎng)的一個必要環(huán)節(jié)必須與整個生產(chǎn)流程銜接， 如果因為除塵工作對于場地條件及操作人員的技術有太多限制， 顯然將增加其融入整個保養(yǎng)流程的難度。 同時如果操作效率太低，每次耗費太多的時間，及會增加勞動強度，也會大大降低工人對新的生產(chǎn)方式的接受程度。

2 自動化除塵技術方案

2.1 技術路線

結合車輛保養(yǎng)的流程，我們設計了完整的操作流程，以提高操作效率，詳見表1。

表1 操作流程

2.2 自動化機器人與智能運維系統(tǒng)

（1）復雜空間下六自由度機械臂的應用。在公共交通行業(yè)，同類產(chǎn)品大多采用固定設備進行維保。尚沒有使用機械臂進行狹小空間靈活處理的案例， 本項目使用機械臂解決了多角度及狹窄空間的維保難題， 機械臂的應用為行業(yè)首創(chuàng)。

（2）移動底盤及機器人導航。本課題采用的移動方式為輪式機器人配合磁帶導航方式，相比于其他同類產(chǎn)品，在后期升級維護方面具有極大的優(yōu)勢。

（3）遠程控制及與信息系統(tǒng)的互動。 依據(jù)5G 建網(wǎng)標準與網(wǎng)絡延遲低特性。 機器人可實現(xiàn)在遠程操作與除塵數(shù)據(jù)實時更新，通過鏈接穩(wěn)定低延遲網(wǎng)絡通信，將設備操作面板控制信息實時與遠程控制聯(lián)動， 配合攝像頭遠程無延遲觀看。 操作人員在遠程操作室可實現(xiàn)控制移動與除塵。

2.3 智能系統(tǒng)綜合設計

（1）環(huán)保負壓集塵系統(tǒng)。環(huán)保負壓集塵系統(tǒng)用于收集清潔維護過程中產(chǎn)生的揚塵。 利用負壓風機，收集揚塵空氣，進行過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，考慮到總體結構尺寸，包括操作視線影響，采用定制的臥式結構。過濾單元的濾筒橫插式安裝，可以有效減少機器的總體高度，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，防止粉塵對濾筒的堵塞；濾筒對3μm 以上的粉塵過濾效率達99%以上。為保證良好的除塵效率，設備設計負壓1200Pa，風量2100m3/h。

（2）吹塵執(zhí)行機構。 通過多次的選型比較，我們最終選擇了定制高速渦輪風機的解決方案，風量高達800m3/h，氣流速度高達20km/h。 在實際測試中具有效率高、 效果好、功耗低的優(yōu)點。

（3）升降式車型適應機構。為了解決不同車型艙門高矮不同的問題， 以及部分車型后艙具有上下兩個艙門的問題。我們使用液壓剪叉式機械升降機構，在處理較矮的艙門時，我們將剪叉液壓放低，實現(xiàn)機械臂在低處位置的自由移動。當艙門較高時，控制程序自動升高機械臂到相應的高度，來彌補機械臂在長度上的不足，使機械臂能夠處理高處的灰塵清潔問題。

3 自動化除塵方案評估

3.1 課題目標的實現(xiàn)

（1）清潔質量。 由于高速風機的引入，其大流量高風速的特點對于機艙灰塵的清理效果較好， 特別是對于較遠距離的機艙深處（超過1m 距離）也有明顯的吹除效果。同時避免了壓縮空氣吹塵帶來的灰塵粘附問題。

（2）吸塵效果。 由于定制的集塵罩結構設計，基本與車體形成相對的密封空間， 工業(yè)集塵器產(chǎn)生的負壓吸塵效果顯現(xiàn)， 從吹塵過程中揚起的灰塵向后運動的軌跡及集灰盤中落入的灰塵數(shù)量來看，吸塵效果明顯，避免了單純吹塵灰塵回落帶來的二次污染問題。

（3）車型兼容性的問題大部分得到解決。通過集塵罩的軟硬結合的特別設計，及升降機構的作用，實現(xiàn)了對于對于主流車型大部分艙門的覆蓋， 能夠實現(xiàn)相對的密封空間。

（4）環(huán)境保護的目標。整個除塵工作中沒有明顯的灰塵外溢現(xiàn)象， 使得除塵工作在沒有專用密封車間的情況下可以實現(xiàn)露天除塵操作。 同時顆粒物濃度的監(jiān)測與累計，將直接體現(xiàn)環(huán)保貢獻的價值。

（5）勞動保護的目標。 操作過程中，操作人員只需要將設備移動到目標艙門位置， 通過操作界面選擇目標艙門吹塵軌跡，過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。 每次除塵操作，系統(tǒng)自動生成除塵日志，包含目標車輛/目標艙門/工作時間/顆粒物濃度等信息。 這些維保數(shù)據(jù)的自動生成并通過WIFI 進行數(shù)據(jù)交互，為未來維保大數(shù)據(jù)價值的挖掘提供了條件。

3.2 維保技術創(chuàng)新的貢獻

通過本方案的實施， 我們不單是探索了有效的公交車“除塵”的解決方案，更是開創(chuàng)了“智能機器人”技術在維保智能化發(fā)展的先河，在企業(yè)內部形成鼓勵全員創(chuàng)新、創(chuàng)造的氛圍，樹立了北京公交在同行業(yè)技術領先的地位。具體創(chuàng)新點包含：

（1）機械臂控制方法及除塵路徑規(guī)劃。

（2）密封集塵罩設計及多種艙門定位方案。

（3）不同清洗源的交替/組合工作。

（4）環(huán)保業(yè)績統(tǒng)計方法。

（5）維保場景下的自主行走機器人。

本項目的實施共申請知識產(chǎn)權5 項， 其中發(fā)明專利2 項，實用新型專利3 項。

4 結束語

按照我司目前近8000 臺電動車每5000 公里一次保養(yǎng)計算， 該方案每年能夠有效避免7 萬余次由于除塵導致的揚塵對于環(huán)境的污染，為守護首都藍天做出貢獻。同時避免對于保修廠周邊市民生活環(huán)境的影響， 樹立公交企業(yè)“環(huán)境友好”的企業(yè)形象。

該方案真正實現(xiàn)了除塵工作的智能化/自動化操作，讓員工從惡劣的操作環(huán)境中解放出來，避免了粉塵、油污對于員工的身體傷害。 營造企業(yè)關愛員工、 員工認同企業(yè)、員工尊重乘客、乘客認可企業(yè)的文化氛圍。