餐厨垃圾车推板行程的动态智能控制方法及应用

李伟涛

关键词：餐厨垃圾车;推板行程;动态智能控制

1前言

采用推板进行装载压缩和卸载排料的餐厨垃圾车，餐厨垃圾进料口在罐体前部，推板在装载压缩垃圾作业时，必须推出适度的行程，以保证餐厨垃圾的移位和压缩，避免进料口垃圾的堆积并对垃圾进行一定程度的压缩，提高压缩比;当卸载排料作业时，推板推出全部行程，以确保完全卸载排料。推板通过作业行程状态的不同，实现装载和卸载的两种作用。

本文将从推板作业过程对后门油缸压力、后门应变力两种信号的随动影响进行分析，巧妙捕捉两个方面的有效信号，可靠地实现了推板作业行程的动态智能控制，并使其成为一种智能化推板，从而提高餐厨垃圾车的智能化水平。

2餐厨垃圾车结构组成及推板控制方式的缺点

2.1餐厨垃圾车结构组成

餐厨垃圾车是在二类底盘上配置专用装置，用于收集和转运餐厨垃圾的环卫用车，上装主要由装载机构（提桶架、密封盖、推板）、卸载机构（后门、推板）组成，其中推板是用于装载和卸载的双作用机构，其结构组成如图1～图2所示。

后门油缸有杆腔的油口内安装有压力传感器，用于实时反馈装载压缩垃圾过程中对后门油缸的压力值变化;后门环形密封条内嵌入了环形应变片，用于实时反馈装载压缩垃圾过程中对后门强度和密封性的应变力变化。

2.2推板控制方式的缺点

推板是用于装载和卸载的双作用机构，普遍采用定行程的控制方式，即装载压缩作业为固定的半行程作业，卸载排料作业为固定的全行程作业，装载与卸载采用转换开关人工切换，其控制方式存在如下缺点：

a.装载压缩垃圾过程中，推板固定的半行程作业，由于垃圾成分及数量的变化，对后门密封的作用力不同，非常容易造成后门强度下降，密封条的预紧力完全失效，造成后门污水渗漏，环保性能、后门可靠性下降等不良影响。

b.装载压缩垃圾过程中，推板固定的半行程作业，对垃圾成份不同及垃圾量多少不一的情况来说，不能提供最合适的压缩力，垃圾密度不均匀，出现每车装载重量相差较大的现象。

c.通过人工转换装载和卸载工作模式，操作复杂;且由于罐内垃圾量不可见，操作人员无法直观判断实时装载量多少，人性化和智能化程度不足。

3推板行程的动态智能控制方法及技术优势

3.1动态智能控制的双信号“捕捉”

餐厨垃圾车液压控制系统原理图如图3所示，液压动力源输出高压油后，三位四通电磁换向阀DT7/DT8切换液流方向，控制推板油缸驱动推板进行作业;三位四通电磁换向阀D5/DT6切换液流方向后经双向液压锁，对后门油缸实现开启和关闭的控制。

后门关闭瞬间，由于双向液压锁的保压性能，有杆腔有一定的初始密封压力。推板油缸驱动推板向后进行压缩垃圾作业时，压缩力的向后传递，对有杆腔的压力值P产生了规律性变化。

后门油缸有杆腔接入了压力传感器，把规律性变化的压力值及变化率由内置电路转换后，输出相应比例电流上和电流变化率为Ko如图4所示，其电流11变化率K从开始的大于0，过渡到K等于0，最后K又大于0。

当K值从大于0（后门刚性工作区），到K等于0（后门塑性变形工作区）.这段行程为后门强度和后门密封的工作区间。当第二次K直大于0的瞬间，将进入后门非工作区，此区间将造成后门强度下降和密封失效，直至后门变形和漏水。此瞬间点即为“第一信号捕捉点S”，此时推板動态行程Si=S。

如图5所示，一种内嵌式环形应变片与惠斯通电桥连接后，形成了应变力感应功能模块。当惠斯通电桥对角四个电阻相等时，输出电压U1为0，当环形应变片由于应力产生变形后，其电阻发生了变化，打破了原有四个电阻的平衡状态，开始输出相应的电压UI，应变力与输出电压UI有相应的比例关系。

环形应变片内嵌于后门密封条中，推板油缸驱动推板向后进行压缩垃圾作业时，压缩力的向后传递，应变片产生应变效应，相应输出了电压UI，如图4所示。当U1=Umax（后门刚性工作区）.到U1开始下降（后门塑性变形工作区），这段行程为后门强度和后门密封的工作区间。当U1=0瞬间，将进入后门非工作区，此区间将造成后门强度下降和密封失效，直至后门变形和漏水。此瞬间点即为“第二信号捕捉点S”，此时推板动态行程Si=S。

3.2动态智能控制方法的电气液压接线

推板作业行程中，对后门油缸有杆腔的压力和后门环形应变产生规律性的变化，控制系统将同时进行捕捉这两种变化，是动态智能控制系统的双保险信号。

控制系统的电气液压接线如图6所示，压力传感器接入于后门油缸的有杆腔;环形应变片内嵌于环形密封条，形成整体式感应，惠斯通电桥由系统提供+5 V电源，并与应变片对接连接，构成电阻平衡回路。

3.3动态智能控制策略分析

启动动态行程压缩作业模式，动态智能控制系统将自动启动，其动态行程Si的控制策略如图7所示，DT7（+）/DTO（+），电磁换向阀与溢流阀同时工作，推板油缸进油，推板开始推出。

推板推出压缩过程中，智能控制系统同时捕捉向后压缩过程中后门油缸和后门应变片的相关信号，即同时捕捉K和U1，当出现“第一信号捕捉点”或“第=信号捕捉点”瞬间，推板此时作业行程Si=S， S为本次作业的行程。一次作业时出现两信号出现的时间基本相同或相近，但不同作业的次数由于垃圾成分不同、罐内垃圾量每一次均不尽相同，每一次出现的时间将会不同，即每次作业行程将自动适应垃圾成份不同、罐内垃圾量，从而实现了推板对垃圾成分及垃圾量的自适应变行程作业功能。

双保险的双信号保证了动态行程始终处于后门刚性工作区和后门塑性变形工作区，避免了过大行程处于后门非工作区的工况，从而确保了推板在装载压缩作业过程中不会影响后门的强度，后门密封性能更好，完全实现了餐厨垃圾车的无渗漏作业。

双信号均以后门密封和后门压力为信号输出源，推板自适应变行程作业，使压缩餐厨垃圾的作用力每次均能因成分不同及垃圾量变化而变化，使垃圾压缩后在罐内更加均匀，压实密度更加一致，每车装载量将趋于相当。

当出现“第一信号捕点”或“第二信号捕捉点”瞬间，将结束本次动态行程作业，DT8（+）/DTO（+），电磁换向阀与溢流阀同时工作，推板油缸的有杆腔进油，推板回程复位。

3.4动态智能控制方法的技术优势

推板实施动态智能控制后，具有明显的技术优势，解决原来的技术缺点，推板每一次工作不再是固定的半行程或全行程，而是一种随工况而发生变化的自适应行程：

a.双信号确保实现推板行程的动态智能控制系统的可靠性和有效性。

b.以后门密封和后门油缸压力为信号输出源的自适应变行程作业，有效地保护了后门的强度，提高了作业的密封性能和环保性能。

c.自适应变行程作业，将使压缩餐厨垃圾的作用力随动变化，罐内垃圾分布均匀，垃圾密度更趋于相当。

4推板行程动态只能控制方法的应用

餐厨垃圾车运用推板行程的动态智能化控制方法提高了餐厨垃圾车的智能化水平，其应用的电气液压接线如图8所示，压力传感器和环形应变片的信号，通过转换电路、惠斯通电桥后，输入至PLC（可编程控制模块）;罐体后门的上部设置行程开关a，动态智能控制系统启动时，用于检测后门状态;罐体前部进料口左右位置设置行程开关b和c，推板动态行程结束时，用于检测推板的位置状态。

餐厨垃圾车运用推板行程的动态智能化控制方法，提高了餐厨垃圾车的智能化水平，其应用的电气液压接线如图8所示，压力传感器和环形应变片的信号通过转换电路、惠斯通电桥后，输入至PLC（可编程控制模块）;罐体后门的上部设置行程开关a，动态智能控制系统启动时，用于检测后门状态：罐体前部进料口左右位置设置行程开关b和c，推板动态行程结束时，用于检测推板的位置状态。

压力传感器、环形应变片、行程开关a、行程开关b、行程开关c的信号均作为PLC输入信号源接入，PLC通过接收到各种信号后按预设的控制策略运算后，輸出各种控制信号，实现各种控制功能。

压力传感器、环形应变片对应接入的信号为模拟信号11、U1.行程开关a、行程开关b、行程开关c对应接入的信号为数字信号14、13、12。可编程控制器PLC预设定的控制策略功能如图9所示。

推板动态行程开关开启，动态智能控制系统启动，将首先检测来自行程开关a的信号I4，如I4（+），表明后门处于开启打开状态，按控制策略要求，推板进行全行程Smax卸载排料作业模式;如14（-），表明后门处于关闭状态，按控制策略要求，推板进行动态行程压缩作业模式。此时推板具有自动识别工作模式的功能。

推板进入动态行程压缩作业模式后，根据垃圾成份及垃圾量的不同，自适应变行程工作，动态行程随垃圾成份及垃圾量不同而随动，当动态行程结束瞬间，同时检测来自行程开关b的信号13、行程开关c的信号12。12（+）13（+）时，说明推板行程已超过进料口，可以“正常装载”，I2（+）13（-）时，说明推板行程处于进料口之间，垃圾已接近满载，提示“预满”，12（-）I3（-）时，说明推板行程没有超过进料口，说明不能继续装载，提示“满载”。此时推板具有装载量提示的功能。

运用推板行程的动态智能化控制方法，餐厨垃圾车结合自动反馈的不同位置行程信息，可以自动识别“装载”“卸载”作业模式，并对装载量进行提示，功能更加丰富，智能化程度更高。

5试验验证

为了验证智能化推板的实际应用效果，笔者试制了一台总质量为18 t的餐厨余垃圾车，在各相关位置嵌入安装了环形应变片、压力传感器、行程开关、惠斯通电桥等硬件，并通过PLC按预设定的控制策略对推板实施动态智能控制。

试验样车进行了15天，每天装载4车餐厨垃圾的装载压缩作业（图10）和卸载排料作业（图11）。

试验结果表明智能化推板作业达到了预期效果：

a.成分不同（干水含量不同、混装垃圾）.罐内已存垃圾量不同，推板在其压缩过程中，其行程自动发生变化，且每车垃圾的净重相当，说明推板成功实现了自适应变行程的智能化作业，且智能化压缩作业使罐内垃圾更加均匀，密度更趋于一致，装载性能有了进一步提高。

b.15天共60车的作业过程中，后门密封程度保持完好，达到了无渗漏、无滴漏的效果，通过内嵌于密封条的环形应变片，动态监测密封条有效性，避免密封条失效。说明推板智能化作业对后门强度无影响，密封更加可靠。

c.通过一键动态智能操作推板，自动识别工作模式，减少了操作工人的操作强度，同时对装载量有了提示，装载量选择更加灵活。

6结语

基于双作用推板的餐厨垃圾车，通过双信号技术实现了推板作业行程的动态智能控制，丰富作业的功能，提高作业的性能，智能化的推板有效提升了餐厨垃圾车的技术水平：

a.对“压力”“应变”双信号的有效捕捉和利用，使推板作业行程的动态智能控制有了可靠的信号源，确保推板自适应变行程作业功能的实现。

b.具有自应性变行程作业功能的推板，在装载压缩垃圾时，对后门密封性更好，压缩垃圾密度更加均匀，装载性能得到了较大的提高。

c.动态行程智能控制的推板，结合自动反馈的不同位置行程信息，可以自动识别“装载”“卸载”作业模式，并对装载量进行提示，功能更加丰富，智能化程度更高。