压缩式垃圾车提高压实密度的液压技术研究

李伟涛何子燚

1. 深圳东风汽车有限公司 广东深圳 518000

2. 汉阳专用汽车研究所 湖北武汉 430056

压缩式垃圾车提高压实密度的液压技术研究

李伟涛1何子燚2

1. 深圳东风汽车有限公司 广东深圳 518000

2. 汉阳专用汽车研究所 湖北武汉 430056

针对国内后装压缩式垃圾车垃圾压实密度较小，压实度不高，压缩效果差的现状，从液压控制技术方面进行研究与分析，提出了优化滑板油缸安装角度的改进方案。改进后，垃圾压缩时滑板油缸对垃圾的压缩力大幅提高，同时垃圾还受到以前没有的推铲挤压力，实现“前压后挤”的双向强压缩作用，大大提高了垃圾的压实密度。改进方案提出的提高垃圾压实密度的新方法，为后装压缩式垃圾车的研发提供了技术借鉴。

后装压缩式垃圾车 垃圾压实密度 角度 前压后挤 液压技术

1 前言

目前国内后装压缩式垃圾车在装载垃圾过程中，大厢内推铲回程至终点（车厢前部），大厢内空间通过后部填装器装入垃圾，其压缩过程主要利用后部填装器内滑板油缸产生的压缩力实现。装入大厢内的垃圾仅受到单一力的作用而被压缩，且此压缩作用力有效分力不足，因此这类压缩式垃圾车虽然也具有一定压缩效果，但其压实密度较小，垃圾压缩效果较差，车辆使用效率低，同样的垃圾处理量，所需后装压缩式垃圾车数量较多，不利于节能减排，垃圾转运的成本也较高。

下面将从垃圾压实密度的影响因素、液压技术优化研究及分析、试验验证等方面介绍如何通过液压技术创新提高垃圾压实密度。

2 垃圾压实密度的影响因素

由后装压缩式垃圾车的功能及工作流程可知，垃圾受力分析如图1所示，垃圾压实后的密度取决于滑板油缸产生的压缩力F2，由公式：

式中，P为液压压力，S为滑板油缸面积，F1为滑板油缸产生的力，F2为垃圾压缩力。

图1 垃圾受力分析图

由式(1)、(2)可得：

可见，影响垃圾压实密度的因素主要有如下几个方面：

a. 液压压力大小。液压压力P越大，压缩力F2越大，垃圾压实密度越高。

b. 油缸直径大小。油缸直径越大，油缸面积S越大，压缩力F2越大，垃圾压实密度越高。

c. 滑板油缸的设计安装角度。角度α越小，油缸作用力F1在压缩方向的水平分力越大，压缩力F2越大，垃圾压实密度越高。

目前国内的垃圾车为了提高垃圾压实密度，主要从提高液压压力和增大滑板油缸直径方面入手，但液压压力越大，液压冲击越大、液压油温越高、液压成本越高且液压泄漏等故障会相应增多；而增大滑板油缸缸径则会使得整车自重增加，导致装载量减少、油缸成本上升从而整车成本提高。

由于液压压力提高和增大滑板油缸直径具有诸多弊端，所以只能适度提高压力、增大直径，但改进效果不明显。

下面从液压技术优化方面分析，在液压压力和滑板油缸直径不变的情况下，如何提高后装压缩式垃圾车的垃圾压实密度。

3 液压技术优化研究及分析

3.1 优化滑板油缸的设计安装角度

滑板油缸安装角度如图2所示，由图2及式(3)可知：

在液压压力P、油缸面积S不变的情况下，油缸作用力F1为固定值，适度减少滑板油缸的设计安装角度α，可以有效提高在压缩方向的水平分力F2，垃圾压实密度就越高，计算结果如表1所示。

图2 滑板油缸安装角度

表1 滑板油缸安装角度与垃圾压缩分力系数关系

综合角度与分力系数关系如图3所示。由图3及表1可知，在满足结构型式的前提下，尽可能减小滑板油缸的设计安装角度α，可以大幅提高垃圾压缩力F2，从而提高垃圾压实密度。

图3 角度与分力系数关系

3.2 “ 前压后挤” 液压控制技术

现有后装压缩式垃圾车压缩垃圾的液压控制原理如图4所示，垃圾装载压缩时，推铲置于车厢最前端的原点，垃圾从后部的填装器装入后，通过滑板油缸产生的压缩力F2进行压缩。对装入大厢内的垃圾来说，仅受到单一力的作用而压缩，只有“压缩”作用，虽然也具有压缩效果，但其压实密度较小，压实度不高。

图4 现有液压原理图

在液压压力P和滑板油缸直径不变的情况下，推铲无反作用力，可以考虑采用液压控制技术，使推铲产生反作用力，从而对垃圾产生“后挤”的良好效果。“前压后挤”液压原理如图5所示。

图5 “ 前压后挤”液压原理图

此液压控制技术是在压缩力F2不变的情况下，对推铲油缸进行有效的液压控制，在推铲油缸无杆腔接入挤压控制阀组，挤压控制阀组包含设定压力为P的顺序阀、可调节流口的节流阀，推铲油缸的有杆腔接入补油单向阀。

装载垃圾时，推铲由驾驶室控制停置在车厢后端，滑板油缸压缩垃圾，当液压压力P液达到顺序阀的开启压力P开时，推铲油缸无杆腔打开顺序阀经可调节流阀进行泄油，从而产生背压P1，推铲油缸产生了对垃圾的反作用力，即挤压力F3；这时推铲油缸慢速回程，推铲油缸有杆腔通过补油单向阀补油，避免产生真空。

式中，F3为推铲油缸产生的反作用力，即挤压力；P1为推铲油缸泄油背压，可通过节流阀调节大小；S0为推铲油缸的无杆腔作用面积。

式中，ρ为液压油的密度；Q为泄油流量；D为可调节流阀的开口直径大小。

由公式(4)、(5)得出：

由公式(3)可知，垃圾挤压力与可调节流阀开口大小D的平方成反比，节流阀开口D调得越小，挤压力F3就越大；节流阀开口D调得越大，挤压力F3就越小。理论上，挤压力F3可无限大，也就是推铲不随垃圾的压缩而回程，从而完全把垃圾压实。

3.3 优化滑板油缸角度与“前压后挤”作用的匹配

滑板油缸角度与“前压后挤”匹配如图6所示，推铲挤压力F3可通过节流阀进行调节，由于推铲还有结构摩擦阻力（一般为6 t），可得公式：

满足式(7)要求后，推铲就可以从后端通过“前压后挤”作用回程到前端，实现装满垃圾且提高垃圾压实密度的最佳效果。由式(7)得出：

图6 角度与前压后挤匹配

3.4 “ 前压后挤”液压原理及安装角度优化效果

压实密度由总压缩力F决定，由式(1)、(8)得出：

优化前：F前=F1cosα

优化后：F后=F2+F3= 2F1cosα﹣6

优化前后总压缩力对比如表2所示。

表2 优化前后总压缩力对比表

从表3可以看出，滑板油缸安装角度优化后，垃圾总压缩力显著提高，理论上，垃圾压实密度将得到有效提高，压缩效果有很好的提升。

4 试验验证

笔者试制优化前后的样车各一辆，对其进行垃圾的实际压缩装载比较，经过10轮装载验证后，其装载数据如表3所示。

从试验验证数据可以看出，优化前压实密度仅为0.57 t/m3，经过“前压后挤”液压原理及滑板油缸安装角度优化后，压实密度大幅提高到0.85 t/m3，优化效果得到了有效的验证。

5 结语

通过以上的液压技术分析与研究，可以看出，通过优化后装压缩式垃圾车滑板油缸设计安装角度，并创新实现推铲的后挤压缩，从单一“前压”变为“前压后挤”的垃圾压缩方式，有效提高了后装压缩式垃圾车的垃圾压实密度，垃圾压缩效果显著提升，提高了车辆有效利用率。

［1］ 晁智强,宁初明,韩寿松等.液压系统动态特性研究方法分析[J].液压气动与密封,2014.04:21-23.

表3 优化前后垃圾压实密度对比 单位：t/m3

图11 两方案举升油缸驱动力比较

表3 两方案最大驱动力比较表

由上述分析可知，采用长对角线方案时，需选用缸径为140 mm，杆径为70 mm的举升油缸；采用短对角线方案时，需选用缸径为80 mm，杆径为45 mm的举升油缸。可见，短对角线方案明显优于长对角线方案，应当确定短对角线方案为最优方案。

4 结语

经过对桥检车举升工况的设计研究和完全作业工况的动力学分析，提出一种四边形举升机构的新结构。相比原有结构，新结构驱动油缸所需的驱动力更少，整个结构上的载荷和应力也相应降低，且新结构没有增加额外的成本，只需将电控单元稍加改进即可。随后进行的结构分析表明，更换了新油缸布置方案后，四边形举升机构的安全系数得到了提高。该机构已在某公司生产的22 m桥梁检测车上安装使用，实际使用结果表明，该机构确实能减少臂架举升过程中的液压系统工作压力，并能降低由此带来的臂架抖动。

参考文献

[1] MSC. Software Corporation. ADAMS Optimization Guide [M], 1994.

收稿日期：2016-09-06

Hydraulic Technology Research of Rear Compression Garbage Trucks on Improving Compaction Density

LI Wei-tao et al

Regarding to the smaller compaction density, high compaction degree and poor performance of compaction effect of domestic rear compressed garbage truck, the improving solution of optimized slide cylinder installation angle was put forward. After improving, the compaction performance rapidly increased. At the same time the compressed strength increased and front pressure rear packed was completed, which highly improve the compaction density. The improving solution proposed a new compressed method, providing technical effect for rear compressed vehicle research.

rear compression garbage truck; garbage compaction density; angle; front pressure rear packed; hydraulic technology

U469.6+91.03

A

1004-0226(2016)12-0107-04

李伟涛，男，1974年生，工程师，现从事专用汽车产品研发及相关液压系统研发工作。

2016-10-24