一种自抓取压缩式垃圾车

孔德军 单龙

徐州徐工环境技术有限公司 江苏徐州 221004

1 前言

目前，压缩式垃圾车在生活垃圾收运过程中，至少需要司机及操作工共两名人员。作业过程中需要专人将垃圾桶移动到位，并钩挂好后，才能收集垃圾。如垃圾投放桶为1 000 L以上的自制铁桶时，还需要叉车辅助装料，垃圾桶现场作业如图1所示。

此种作业模式效率较低，成本较大。为改变这一现状，笔者特研发了一款自抓取压缩式垃圾车，其自动化程度高，可一键操作，提升了作业效率，降低了人力成本。

2 自抓取压缩式垃圾车的总体设计

图1 垃圾桶现场作业图

2.1 总体布局

自抓取压缩式垃圾车是在普通载货汽车底盘的基础上，加装生活垃圾收集专用设备的专用车辆。生活垃圾收集专用设备主要由后门、箱体、投料箱、压缩装置、收集装置、自卸装置和底盘等组成。其中，收集装置位于投料箱右侧外部，是一种自抓取式装置，能实现垃圾桶的自动抓取、自动倾料、自动放置等工作。压缩装置位于投料箱的内侧，能实现垃圾的自动压缩过程。自卸装置位于箱体前部，能实现垃圾的卸料。自抓取压缩式垃圾车总体布置如图2所示。

图2 自抓取压缩式垃圾车总体布置图

2.2 收集装置设计

在填料箱侧面，设计安装了收集装置，用于垃圾桶的抓取、提升、倾倒、归位。该收集装置由导轨总成、提升装置、挂桶装置、压桶装置、抱桶装置及推拉油缸等组成，收集装置如图3所示。

图3 收集装置机构示意图

收集装置机构工作原理为：作业车辆在接近垃圾桶行驶过程中，驾驶室内的监测平台实时检测收集装置与垃圾桶对中情况。车辆行驶到位后，驾驶员按下装载按钮，推拉油缸驱动导轨总成摆出，同时挂通装置根据监测数据自行调整对接高度，当挂桶装置与自制铁桶（或240 L标准垃圾桶）的距离到达标定值后（如图4），提升装置进行提升动作，通过挂通装置的挂扣或挂齿实现自制铁桶或240 L标准垃圾桶的挂桶，挂桶检测到位后，提升装置继续提升（如挂齿检测到位后，抱桶装置完成抱桶动作），压桶装置通过导轨总成的轨道实现自行压桶（如图5）。当挂桶装置被提升到导轨总成末端后，提升装置继续动作，实现挂桶装置的翻转动作，将自制铁桶内的生活垃圾倾倒到压缩腔内（如图6）。提升装置停留5 s后下行，完成脱桶及复位，以满足下一次作业。

图4 收集装置摆出示意图

图5 收集装置提桶示意图

图6 收集装置翻转示意图

2.3 压缩装置设计

压缩装置位于投料箱内部，包括推头、盖板Ⅰ、盖板Ⅱ和压缩油缸。两交叉的压缩油缸活塞杆与推头铰接，缸头与填料箱前板铰接。推头在压缩油缸的作用下可以往复运动，完成投料箱里生活垃圾的压缩。盖板Ⅰ位于推头上侧，盖板Ⅱ位于盖板Ⅰ上侧，防止有生活垃圾洒落到推头后部。压缩装置如图7所示。

图7 压缩装置示意图

2.4 液压系统设计

整车主要有以下几部分液压控制动作。

a.垃圾上料。推拉油缸将导轨总成摆出，提升油缸或抱桶油缸将自制铁桶（或240 L标准垃圾桶）固定于挂桶装置上，提升油缸将垃圾倒入填料腔内，如图8所示。

图8 上料模块液压原理图

b.垃圾压缩。压缩油缸驱动推头将垃圾从投料箱推入车箱内，当车箱内生活垃圾较少时，液压系统差动，推头快速前进。当车箱内生活垃圾较多，液压系统压力达到10 MPa时，取消差动，推头慢速前进，将垃圾压实，如图9所示。

图9 压缩模块液压原理图

c.垃圾卸料。后门油缸将后门锁钩打开，自卸油缸举升，将生活垃圾倾倒出车箱，如图10所示。

图10 卸料模块液压原理图

2.5 控制系统流程设计

所有动作过程，都采用逻辑保护自动控制，确保安全性。各动作控制流程如下：

a.垃圾上料控制流程。按下装载按钮后，导轨总成摆出，收集装置与自制铁桶（或240 L标准垃圾桶）接近到位后，挂桶装置动作，完成挂桶（抱桶）后，提升装置提升，提升到位后，将生活垃圾倒入投料箱。收集装置停留5 s后，提升装置下降脱桶后，收集装置归位。上料模块控制流程如图11所示。

图11 上料模块控制流程图

b.垃圾压缩控制流程。投料箱里垃圾达量后，按下压缩按钮，逻辑保护自测通过后，推头快速压缩，当压力达到设定数值时，推头慢速压缩。压缩力达到设定数值之后，推头复位。控制程序设有满箱和故障报警功能。压缩模块控制流程如图12所示。

图12 压缩模块控制流程图

c.垃圾卸料控制流程。按下卸料按钮，后门打开，自卸油缸举升箱体，卸完生活垃圾后，箱体复位，后门锁紧。卸料模块控制流程如图13所示。

图13 卸料模块控制流程图

3 液压油缸校核计算

液压缸安装距及行程，主要依据执行机构实际工作的最小及最大行程确定。

根据液压缸推力大小和选定的工作压力来计算液压缸内径，计算公式如下：

式中，D为液压缸内径，m；F为液压缸推力，N；P为选定的工作压力，MPa。

当活塞杆在稳定状态下，仅承受轴向载荷时，活塞杆直径直接按单拉压强度考虑，计算公式如下：

式中，d为活塞杆直径，m；[σ]为活塞杆材料的许用应力，MPa；当活塞杆为碳钢时，[σ]=100～120 MPa。

对于中高压液压系统，塑性材料缸体应按第四强度理论计算缸筒厚度，计算公式如下：

式中，δ为液压缸缸筒厚度，m；D为液压缸内径，m；Py为试验压力，工作压力P≤16 MPa时，Py=1.5P；工作压力P≥16 MPa时,Py=1.25P；[σ]为缸筒材料的许用应力，当缸筒为碳钢时，[σ]=100～120 MPa。

经计算，求得各油缸参数如表1所示。

4 安全性计算

若车辆不倾翻，需满足公式:

式中，M1为上装力矩，Nm；M2为底盘力矩，Nm；G1为上装的质量，N；G2为底盘的质量，N；L1为上装的力臂，m；L2为底盘的力臂，m。

通过计算可得，M2=103 176 Nm＞M1=27 301 Nm，可见车辆不会出现倾翻现象。

5 结语

样车已通过检测验证，各项性能参数均符合设计要求。目前，该车型已小批量投入市场，交予客户使用，使用情况良好。后期将继续关注该产品使用情况，进一步优化、提升产品性能，使该款产品能够更好地服务于生活垃圾清运工作。