史曉敏，唐韻

（1.浙江海洋大學(xué)海洋工程裝備學(xué)院機械系；2.舟山新舟魚粉機械有限公司，浙江 舟山 316000）

餐廚垃圾是廚余垃圾和餐余垃圾的統(tǒng)稱。廚余垃圾是指在廚房加工食品過程中產(chǎn)生的菜根、菜葉等殘余物，而餐余垃圾是指在餐飲后的剩飯剩菜等。廚余垃圾主要成分是植物纖維、碳水化合物等，而餐余垃圾的主要成分包括蛋白質(zhì)、油脂、淀粉類等。此外，高鹽高油是餐余垃圾的顯著特點。每年我國城市產(chǎn)生的餐廚垃圾約6600萬噸。根據(jù)文獻(xiàn)，我國城鎮(zhèn)餐廚垃圾平均產(chǎn)生量約為0.1～0.12kg／（人·天）。液壓式垃圾壓縮機是餐廚垃圾處理的關(guān)鍵設(shè)備，餐廚垃圾壓縮、存儲依靠該設(shè)備完成，與傳統(tǒng)的垃圾堆積處理方式相比，該設(shè)備壓縮比高、壓縮速度快、效率高、能夠節(jié)約空間。目前使用的液壓式垃圾壓縮機，供油采用單泵方式，電磁換向閥采用三位四通Y型中位特性，壓縮作業(yè)中，垃圾壓縮不緊現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，還存在缸體抖動現(xiàn)象，在壓縮缸保壓時，壓力不穩(wěn)定也時有發(fā)生，本次設(shè)計的液壓系統(tǒng)采用三位四通電磁換向閥（O型中位特性），借助AMESIM分析軟件對所設(shè)計的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，在負(fù)載作用下，液壓缸的壓力、流量變化趨勢可以獲得，同時也分析了在大流量作用下，換向閥Y型中位特性對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響規(guī)律，從而使液壓控制系統(tǒng)得到了優(yōu)化。

1 液壓式垃圾壓縮機結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 壓縮機結(jié)構(gòu)

機構(gòu)壓縮部分主要由液壓缸、壓縮頭和垃圾儲運罐構(gòu)成，液壓缸和壓縮頭直接聯(lián)接，液壓缸固定在機架上，壓縮頭隨著活塞桿做水平運動。機構(gòu)液壓部分主要由液壓泵站、控制閥、液壓缸、管路組成，主要負(fù)責(zé)處理垃圾進(jìn)料口倉門的打開和垃圾的壓縮任務(wù)，是垃圾壓縮處理設(shè)備的核心動力組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 壓縮裝置結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

進(jìn)料系統(tǒng)采用前翻料裝置，垃圾壓縮采用水平液壓式移動機構(gòu)，儲運罐安裝在可卸式垃圾轉(zhuǎn)運車上，用以完成餐廚垃圾的轉(zhuǎn)運處理。

具體作業(yè)程序如下：（1）垃圾收集車將垃圾從前方倒入翻料斗內(nèi)；（2）翻料斗內(nèi)的垃圾裝滿時，限位傳感器被激發(fā)，翻料裝置將會自動翻起，將垃圾送入壓縮機儲運罐，壓縮頭將垃圾推至最左位；（3）壓縮頭反復(fù)數(shù)次推壓后，垃圾箱內(nèi)垃圾達(dá)到額定壓力時，壓力傳感器報警，操作人員立刻停止裝料作業(yè)，壓縮頭進(jìn)行大壓力壓實作業(yè)，直至壓力達(dá)到二級傳感器的設(shè)定值；（4）操作工開始儲運罐分離作業(yè)，儲運罐被分離后，位于轉(zhuǎn)運車上儲運罐將被轉(zhuǎn)運到下一個垃圾脫油作業(yè)環(huán)節(jié)。

2 壓縮機液壓回路的設(shè)計

2.1 壓縮油缸液壓油路的設(shè)計

壓縮油缸是壓縮機液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，壓縮油缸具有大載荷、伸縮操作次數(shù)多的特點，它的工作效果決定了垃圾塊的成型質(zhì)量。由于液壓缸的運動是隨外力增大而變化的，它的運動狀態(tài)屬于浮動狀態(tài)，宜采用O型中位特性的三位四通換向閥，因為在中位時帶負(fù)荷是這種換向閥的特點，兩端的壓力能夠得到有效的穩(wěn)定，另外，疊加式電控單向閥被設(shè)置在了進(jìn)、回油路上，在壓縮油缸保壓時，可以有效降低系統(tǒng)能量損耗。如圖2所示。

圖2 壓縮部分液壓回路的設(shè)計

壓縮油缸的工作過程如下：（1）通電的三位四通閥位于左位，此時，兩電控單向閥將失電；（2）液壓油進(jìn)入壓縮缸的活塞腔，壓縮頭在活塞桿的帶動下擠壓垃圾；（3）當(dāng)壓縮頭達(dá)到設(shè)定壓力時，三位四通閥將失電，并位于中位狀態(tài)，使壓力保持不變，設(shè)定10s為油缸的保壓時間；（4）然后，三位四通閥得電，并處于右位，此時兩個電控單向閥得電并導(dǎo)通，壓縮缸壓力腔回油，完成卸載。

2.2 卸載控制回路的設(shè)計

因為壓縮機系統(tǒng)短時間停機時不需要頻繁啟動，所以需設(shè)計壓力卸載回路，壓力卸載回路采用先導(dǎo)型溢流閥控制方式。如圖3所示，這種控制回路可以使泵的運轉(zhuǎn)輸出功率最小化，系統(tǒng)的熱量損耗得到降低，電機和液壓泵的使用壽命可以得到增加。

圖3 調(diào)壓回路

通過二位二通換向閥實現(xiàn)溢流閥的開啟，系統(tǒng)壓力不超過設(shè)定值得到有效保證。當(dāng)需要卸載時，二位二通換向閥處于開啟狀態(tài)，導(dǎo)通溢流閥遠(yuǎn)程控制口，液壓缸腔內(nèi)與油箱接通，壓縮頭完成卸載，這時溢流閥的作用是系統(tǒng)安全保護(hù)功能。

3 垃圾壓縮機液壓系統(tǒng)仿真分析

3.1 模型的構(gòu)建

壓縮液壓回路是垃圾壓縮機中最關(guān)鍵的部分，在壓縮過程中，當(dāng)油缸進(jìn)油壓力設(shè)定壓力是17MPa,當(dāng)壓力小于該值時，換向閥進(jìn)行開啟左位操作，液壓油進(jìn)入油缸內(nèi)，進(jìn)油路的電控單向閥關(guān)閉，回油路的電控單向閥開啟，使活塞桿帶動壓縮頭進(jìn)行垃圾壓縮作業(yè)。當(dāng)壓力大于該值時，換向閥處于中位狀態(tài)，系統(tǒng)保壓10s，10s保壓后，換向閥進(jìn)行右位開啟，進(jìn)油路的單向閥被開啟，回油路的單向閥被關(guān)閉。本分析模型將采用全程反饋控制模式，具有較高的自動化程度，壓縮時間大幅度地減少和壓縮效率大幅度提高。構(gòu)建的模型如圖4所示。

圖4 垃圾壓縮機壓縮回路的仿真模型

3.2 仿真參數(shù)的設(shè)置

系統(tǒng)中需進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的元件主要有液壓泵、電磁換向閥、液壓鎖、以及液壓缸等。各個元件有著不同的型號，適當(dāng)?shù)淖幽Ｐ托枰贿x擇，子模型參數(shù)需要被設(shè)置，系統(tǒng)主要參數(shù)的見表1。

表1 仿真主要參數(shù)的設(shè)置

3.3 仿真結(jié)果及分析

（1）壓縮油缸的仿真結(jié)果見圖5和圖6。

圖5 壓縮油缸進(jìn)口壓力變化情況

圖6 壓縮油缸進(jìn)口流量變化情況

（2）仿真結(jié)果分析。仿真結(jié)果表明，隨著壓縮力的增大，壓縮油缸壓力也增大，壓縮力的增大趨勢隨著水平位移的增大而變快，變化的趨勢與壓縮力理論曲線是符合的，當(dāng)油缸壓力達(dá)到設(shè)定的17MPa時，系統(tǒng)進(jìn)入保壓狀態(tài)，液壓缸流量由48L/min逐漸減少到0。保壓完成后，壓縮頭與已壓實的垃圾脫開，完成回程，如此過程反復(fù)操作，直至達(dá)到最終壓力值30MPa時，壓力再逐漸減少為2MPa左右，壓縮頭的伸出速度平均為16mm/s,回縮的速度為37mm/s。

4 結(jié)語

本文在分析了水平液壓式垃圾壓縮機的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了垃圾壓縮機的壓縮部分液壓回路的設(shè)計，確定了系統(tǒng)壓力、液壓泵、恒功率柱塞泵等部件的型號，然后借助AMESIM軟件，將油缸進(jìn)油壓力及泵的流量作為反饋信號，建立液壓系統(tǒng)的仿真模型，并重點對壓縮回路進(jìn)行了仿真，得出了壓縮油缸壓力、流量變化曲線，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)仿真曲線與理論曲線基本相符，仿真結(jié)果符合垃圾壓縮機的實際工作情況。