一种滚筒式压缩垃圾车设计研究

朱 阳

（陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710200）

关键字：滚筒；螺旋机构；滚筒式压缩垃圾车

前言

随着我国大中城市半径的扩张、农村城镇化规模加大，城镇垃圾数量正在不断增加，据统计全国垃圾总量即将突破三亿吨，“垃圾围城”现象普遍，垃圾成了破坏环境、降低人民生活质量的祸首之一。随着人民日益增长的美好生活需要以及对生态环境的重视和政府对环境治理力度的加大，绿色宜居必将成为城市未来发展趋势。

各地对环卫车的需求呈增长态势，环卫市场需求前景广阔。垃圾车是环卫车的重要一类，销量占总体市场接近50%，同时也是市场竞争最充分的环卫车，市场需求必将推动垃圾收运类产品的技术升级，向电动化、智能化、清洁化、高效化、节能化方向发展。

滚筒式垃圾车是一种通过滚筒旋转收集生活废料和商业废料，并集滚筒压缩、自动上料、无泄漏、防臭灭菌、使用维修成本低等核心技术于一体的创新型垃圾收运车，如图1所示。

图1 滚筒式压缩垃圾车

1 国内垃圾收运车产品技术现状

目前我国垃圾车生产企业采用引进、消化和吸收国外垃圾车先进技术的方式，生产出了不同种类的垃圾车。经过几十年的技术经验积累，产品已经实现系列化。我国垃圾车的主要竞争者以中联重科和福龙马环卫为主，竞争态势日益集中。行业竞争激烈，技术同质化严重，市场缺乏创新型特色产品。现有产品均无法有效解决因污水泄漏造成的二次污染及垃圾运输过程中的臭气污染等问题[1]。

（1）自卸式垃圾车：附加值极低，销量大，结构简单，容易产生垃圾泄露造成二次污染，如图2所示。

图2 自卸式垃圾车

（2）压缩式垃圾车：装载量大，发展趋势好，垃圾车的主力车型，但技术同质化严重，产品特色不明显，产品密封问题仍无有效的解决方案，无除臭灭菌技术，产品运行及维修成本较高，如图3所示。

图3 压缩式垃圾车

（3）餐厨垃圾车：销量少，针对餐厨垃圾细分市场的专用车辆，符合餐厨垃圾集中无公害化处理政策导向，市场发展趋势好，如图4所示。

图4 餐厨垃圾车

2 滚筒式垃圾车发展史

滚筒式垃圾车诞生于1927年，经过了几十年年的产品技术改进，笔者认为可划分为5代，如图5到图9所示，产品全球年销量200台左右。

图5 1934年第一代

图6 1953年第二代

图7 1970年第三代

图8 1977年第四代

图9 2001年第5代

3 滚筒式垃圾车产品技术特点

滚筒式垃圾车由后门、滚筒、压缩螺旋、进料螺旋、滚圈及拖轮、齿圈传动系统、前部支撑及除臭灭菌等系统组成。通过与国内主销的压缩式垃圾车进行全方位的性能对比分析，滚筒式垃圾车主要产品特色优势如下：

（1）适用于有机垃圾的收集：滚筒搅拌的原理，使得滚筒成为有机垃圾收集的理想选择。有机垃圾的松散组合在滚筒内进行了均化处理，通过等速旋转对废料进行通风，减少运输过程中由于垃圾堆积造成的发酵、腐烂。

（2）易于排空：通过改变滚筒的旋转方向排空箱体，该过程对滚筒本身进行了自我清洁，无任何残余物，无须对难以接触的地方进行昂贵的清洁。罐体及叶片采用耐腐蚀钢材，使得异味无法形成，如图10所示。

图10 某厂家产品结构

（3）无泄漏：对于处理有机废料而造成的污水泄漏问题，在后部配备污水箱，防止污水渗漏造成的二次污染。滚筒嵌入至后门机构内，使得污水泄漏全部流入污水箱，如图11所示。

图11 密封结构

（4）运行维护成本低：现有压缩式垃圾车包含车厢、填料器、刮板、滑板、推铲机构等。由于刮板、滑板、推铲机构的运动部件较多，因此容易发生故障。为保障垃圾车可靠安全的作业，需要频繁地对垃圾车进行保养和维修，使得垃圾车使用成本大幅度提高。滚筒式垃圾车对比压缩垃圾车，滚筒式垃圾车省去了运动较多的刮板、推铲及滑板等三大运动机构，仅采用成熟的液压元件驱动及简单的齿圈传动，运动部件的减少，使得故障率更低、运行维护成本更低，如图12所示。

图12 液压系统

（5）操作简易：操作按钮主要有压实方向的滚筒旋转按钮ON（打开）和按钮OFF（关闭），后门按钮OPEN和CLOSED（打开和关闭），排出方向滚筒旋转按钮。与压缩垃圾车相比，滚筒垃圾车操作更简单实用。

（6）整车负载更合理：与25 T压缩式垃圾车对比，滚筒式垃圾车后悬仅1 630 mm，而压缩式垃圾车整车后悬达到2 900 mm，极短的后悬意味着较强的机动性，同时整车的轴荷分配更加合理。

（7）除臭灭菌：目前垃圾车普遍存在臭气污染及细菌传播等问题，滚筒式垃圾车前部通过离心风机系统的应用，有效解决了现有污染问题，符合未来产品的发展趋势。

4 滚筒式垃圾车方案设计

4.1 整车方案

考虑国内垃圾车的使用环境，综合考虑轴荷分配及市场使用情况，可选用6×2后桥提升+转向的底盘，如图13所示。有效弥补转弯半径不足的缺点，整车轴荷分配更加合理，整车经济性优势更加明显，具体参数见表1。

图13 整车方案布置图

表1 整车参数

4.2 液压系统方案

整车液压系统主要由液压油箱、变量柱塞泵、齿轮泵、集成控制阀组、滚筒马达、锁紧油缸、举升油缸、翻桶油缸等组成。整车液压系统分为两大子系统：滚筒驱动液压系统和其他执行油缸液压系统，两个子系统共用一个液压油箱。

滚筒驱动液压系统是典型的变量泵-定量马达闭式液压系统，具有结构紧凑，液压冲击和能耗小的特点，缺点是散热和过滤条件较开式系统差，成本较高。

其他执行油缸液压系统是常规的定量泵-控制阀-执行油缸开式液压系统。此液压系统特点：

（1）梭阀网络与插装阀组合应用使锁紧、举升动作和翻桶动作实现互锁功能。

（2）翻桶管路采用快速接头，实现快速切换不同规格和类型翻桶油缸、翻桶机构。

4.3 螺旋叶片

螺旋线具体形式如下几种：

（1）对数螺旋曲线：对数螺旋线又称等升角螺旋线或等螺旋角螺旋线，其螺距是变化的。对数螺旋叶片的螺距不相等，但是螺旋角相等。

（2）阿基米德螺旋线：阿基米德螺旋线又称等螺距螺旋线，其螺旋角是变化的。既做匀速转动又做等速直线运动而形成的轨迹。阿基米德螺旋叶片螺距相等，但是螺旋角不等。

（3）圆柱螺旋线：一个动点沿圆柱面的母线作匀速直线运动，同时该母线又绕圆柱面的轴线作匀速转动，点的这种复合运动的轨迹称为圆柱螺旋线。

（4）圆锥螺旋线：等螺距，螺旋角不相等。即具有阿基米德螺旋线特性的圆锥螺旋线。

根据查阅《机械设计手册》及《混凝土搅拌运输车拌简螺旋叶片的设计》[2]，本次螺旋线选用圆柱螺旋线。通过螺 旋线的螺旋原理可知，物料在滚筒罐体内沿搅拌叶片滑动的摩擦阻力是螺旋角的角度的增大而增大的，当摩擦力因螺旋角度的增大而到比较大时，物料便滑动缓慢，当到达极限时甚至会停止滑动造成物料堆积在叶片上不动，出料时造成出料速度慢、出料困难，无法出料。相反，当随着螺旋角逐渐减小时，到达极端情况时搅拌叶片与搅拌罐轴线形成平行状态，造成叶片对物料没有向轴向的推动作用，无法卸料。

通过以上分析，只有恰当大小搅拌叶片的螺旋角才能有助于滚筒进行搅拌和卸料的，螺旋角过大或过小都不利于进出料性能。螺旋角的选取目前没有完美的理论可以依据，大多是根据多年的实践经验以及实验分析所得。

5 结论

本文重点研究滚筒式压缩垃圾车的结构特点及原理，通过滚筒压缩、自动上料、无泄漏、防臭灭菌、使用维修成本低等核心技术攻关，有效解决现有产品二次污染及臭气污染等痛点问题。同时，后期为积极响应国家《蓝天保卫战》政策，可大力推广应用纯电动滚筒式压缩垃圾车，全面实现电动化、智能化、清洁化、高效化、节能化的创新型垃圾收运车辆。