孔德軍 單龍
徐州徐工環(huán)境技術(shù)有限公司 江蘇徐州 221004
目前,壓縮式垃圾車在生活垃圾收運(yùn)過程中,至少需要司機(jī)及操作工共兩名人員。作業(yè)過程中需要專人將垃圾桶移動(dòng)到位,并鉤掛好后,才能收集垃圾。如垃圾投放桶為1 000 L以上的自制鐵桶時(shí),還需要叉車輔助裝料,垃圾桶現(xiàn)場作業(yè)如圖1所示。
此種作業(yè)模式效率較低,成本較大。為改變這一現(xiàn)狀,筆者特研發(fā)了一款自抓取壓縮式垃圾車,其自動(dòng)化程度高,可一鍵操作,提升了作業(yè)效率,降低了人力成本。
圖1 垃圾桶現(xiàn)場作業(yè)圖
自抓取壓縮式垃圾車是在普通載貨汽車底盤的基礎(chǔ)上,加裝生活垃圾收集專用設(shè)備的專用車輛。生活垃圾收集專用設(shè)備主要由后門、箱體、投料箱、壓縮裝置、收集裝置、自卸裝置和底盤等組成。其中,收集裝置位于投料箱右側(cè)外部,是一種自抓取式裝置,能實(shí)現(xiàn)垃圾桶的自動(dòng)抓取、自動(dòng)傾料、自動(dòng)放置等工作。壓縮裝置位于投料箱的內(nèi)側(cè),能實(shí)現(xiàn)垃圾的自動(dòng)壓縮過程。自卸裝置位于箱體前部,能實(shí)現(xiàn)垃圾的卸料。自抓取壓縮式垃圾車總體布置如圖2所示。
圖2 自抓取壓縮式垃圾車總體布置圖
在填料箱側(cè)面,設(shè)計(jì)安裝了收集裝置,用于垃圾桶的抓取、提升、傾倒、歸位。該收集裝置由導(dǎo)軌總成、提升裝置、掛桶裝置、壓桶裝置、抱桶裝置及推拉油缸等組成,收集裝置如圖3所示。
圖3 收集裝置機(jī)構(gòu)示意圖
收集裝置機(jī)構(gòu)工作原理為:作業(yè)車輛在接近垃圾桶行駛過程中,駕駛室內(nèi)的監(jiān)測平臺(tái)實(shí)時(shí)檢測收集裝置與垃圾桶對中情況。車輛行駛到位后,駕駛員按下裝載按鈕,推拉油缸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌總成擺出,同時(shí)掛通裝置根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自行調(diào)整對接高度,當(dāng)掛桶裝置與自制鐵桶(或240 L標(biāo)準(zhǔn)垃圾桶)的距離到達(dá)標(biāo)定值后(如圖4),提升裝置進(jìn)行提升動(dòng)作,通過掛通裝置的掛扣或掛齒實(shí)現(xiàn)自制鐵桶或240 L標(biāo)準(zhǔn)垃圾桶的掛桶,掛桶檢測到位后,提升裝置繼續(xù)提升(如掛齒檢測到位后,抱桶裝置完成抱桶動(dòng)作),壓桶裝置通過導(dǎo)軌總成的軌道實(shí)現(xiàn)自行壓桶(如圖5)。當(dāng)掛桶裝置被提升到導(dǎo)軌總成末端后,提升裝置繼續(xù)動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)掛桶裝置的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作,將自制鐵桶內(nèi)的生活垃圾傾倒到壓縮腔內(nèi)(如圖6)。提升裝置停留5 s后下行,完成脫桶及復(fù)位,以滿足下一次作業(yè)。
圖4 收集裝置擺出示意圖
圖5 收集裝置提桶示意圖
圖6 收集裝置翻轉(zhuǎn)示意圖
壓縮裝置位于投料箱內(nèi)部,包括推頭、蓋板Ⅰ、蓋板Ⅱ和壓縮油缸。兩交叉的壓縮油缸活塞桿與推頭鉸接,缸頭與填料箱前板鉸接。推頭在壓縮油缸的作用下可以往復(fù)運(yùn)動(dòng),完成投料箱里生活垃圾的壓縮。蓋板Ⅰ位于推頭上側(cè),蓋板Ⅱ位于蓋板Ⅰ上側(cè),防止有生活垃圾灑落到推頭后部。壓縮裝置如圖7所示。
圖7 壓縮裝置示意圖
整車主要有以下幾部分液壓控制動(dòng)作。
a.垃圾上料。推拉油缸將導(dǎo)軌總成擺出,提升油缸或抱桶油缸將自制鐵桶(或240 L標(biāo)準(zhǔn)垃圾桶)固定于掛桶裝置上,提升油缸將垃圾倒入填料腔內(nèi),如圖8所示。
圖8 上料模塊液壓原理圖
b.垃圾壓縮。壓縮油缸驅(qū)動(dòng)推頭將垃圾從投料箱推入車箱內(nèi),當(dāng)車箱內(nèi)生活垃圾較少時(shí),液壓系統(tǒng)差動(dòng),推頭快速前進(jìn)。當(dāng)車箱內(nèi)生活垃圾較多,液壓系統(tǒng)壓力達(dá)到10 MPa時(shí),取消差動(dòng),推頭慢速前進(jìn),將垃圾壓實(shí),如圖9所示。
圖9 壓縮模塊液壓原理圖
c.垃圾卸料。后門油缸將后門鎖鉤打開,自卸油缸舉升,將生活垃圾傾倒出車箱,如圖10所示。
圖10 卸料模塊液壓原理圖
所有動(dòng)作過程,都采用邏輯保護(hù)自動(dòng)控制,確保安全性。各動(dòng)作控制流程如下:
a.垃圾上料控制流程。按下裝載按鈕后,導(dǎo)軌總成擺出,收集裝置與自制鐵桶(或240 L標(biāo)準(zhǔn)垃圾桶)接近到位后,掛桶裝置動(dòng)作,完成掛桶(抱桶)后,提升裝置提升,提升到位后,將生活垃圾倒入投料箱。收集裝置停留5 s后,提升裝置下降脫桶后,收集裝置歸位。上料模塊控制流程如圖11所示。
圖11 上料模塊控制流程圖
b.垃圾壓縮控制流程。投料箱里垃圾達(dá)量后,按下壓縮按鈕,邏輯保護(hù)自測通過后,推頭快速壓縮,當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí),推頭慢速壓縮。壓縮力達(dá)到設(shè)定數(shù)值之后,推頭復(fù)位??刂瞥绦蛟O(shè)有滿箱和故障報(bào)警功能。壓縮模塊控制流程如圖12所示。
圖12 壓縮模塊控制流程圖
c.垃圾卸料控制流程。按下卸料按鈕,后門打開,自卸油缸舉升箱體,卸完生活垃圾后,箱體復(fù)位,后門鎖緊。卸料模塊控制流程如圖13所示。
圖13 卸料模塊控制流程圖
液壓缸安裝距及行程,主要依據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最小及最大行程確定。
根據(jù)液壓缸推力大小和選定的工作壓力來計(jì)算液壓缸內(nèi)徑,計(jì)算公式如下:
式中,D為液壓缸內(nèi)徑,m;F為液壓缸推力,N;P為選定的工作壓力,MPa。
當(dāng)活塞桿在穩(wěn)定狀態(tài)下,僅承受軸向載荷時(shí),活塞桿直徑直接按單拉壓強(qiáng)度考慮,計(jì)算公式如下:
式中,d為活塞桿直徑,m;[σ]為活塞桿材料的許用應(yīng)力,MPa;當(dāng)活塞桿為碳鋼時(shí),[σ]=100~120 MPa。
對于中高壓液壓系統(tǒng),塑性材料缸體應(yīng)按第四強(qiáng)度理論計(jì)算缸筒厚度,計(jì)算公式如下:
式中,δ為液壓缸缸筒厚度,m;D為液壓缸內(nèi)徑,m;Py為試驗(yàn)壓力,工作壓力P≤16 MPa時(shí),Py=1.5P;工作壓力P≥16 MPa時(shí),Py=1.25P;[σ]為缸筒材料的許用應(yīng)力,當(dāng)缸筒為碳鋼時(shí),[σ]=100~120 MPa。
經(jīng)計(jì)算,求得各油缸參數(shù)如表1所示。
若車輛不傾翻,需滿足公式:
式中,M1為上裝力矩,Nm;M2為底盤力矩,Nm;G1為上裝的質(zhì)量,N;G2為底盤的質(zhì)量,N;L1為上裝的力臂,m;L2為底盤的力臂,m。
通過計(jì)算可得,M2=103 176 Nm>M1=27 301 Nm,可見車輛不會(huì)出現(xiàn)傾翻現(xiàn)象。
樣車已通過檢測驗(yàn)證,各項(xiàng)性能參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求。目前,該車型已小批量投入市場,交予客戶使用,使用情況良好。后期將繼續(xù)關(guān)注該產(chǎn)品使用情況,進(jìn)一步優(yōu)化、提升產(chǎn)品性能,使該款產(chǎn)品能夠更好地服務(wù)于生活垃圾清運(yùn)工作。