朱 陽(yáng)

（陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710200）

關(guān)鍵字：滾筒；螺旋機(jī)構(gòu)；滾筒式壓縮垃圾車

前言

隨著我國(guó)大中城市半徑的擴(kuò)張、農(nóng)村城鎮(zhèn)化規(guī)模加大，城鎮(zhèn)垃圾數(shù)量正在不斷增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)垃圾總量即將突破三億噸，“垃圾圍城”現(xiàn)象普遍，垃圾成了破壞環(huán)境、降低人民生活質(zhì)量的禍?zhǔn)字?。隨著人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視和政府對(duì)環(huán)境治理力度的加大，綠色宜居必將成為城市未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

各地對(duì)環(huán)衛(wèi)車的需求呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，環(huán)衛(wèi)市場(chǎng)需求前景廣闊。垃圾車是環(huán)衛(wèi)車的重要一類，銷量占總體市場(chǎng)接近50%，同時(shí)也是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)最充分的環(huán)衛(wèi)車，市場(chǎng)需求必將推動(dòng)垃圾收運(yùn)類產(chǎn)品的技術(shù)升級(jí)，向電動(dòng)化、智能化、清潔化、高效化、節(jié)能化方向發(fā)展。

滾筒式垃圾車是一種通過(guò)滾筒旋轉(zhuǎn)收集生活廢料和商業(yè)廢料，并集滾筒壓縮、自動(dòng)上料、無(wú)泄漏、防臭滅菌、使用維修成本低等核心技術(shù)于一體的創(chuàng)新型垃圾收運(yùn)車，如圖1所示。

圖1 滾筒式壓縮垃圾車

1 國(guó)內(nèi)垃圾收運(yùn)車產(chǎn)品技術(shù)現(xiàn)狀

目前我國(guó)垃圾車生產(chǎn)企業(yè)采用引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外垃圾車先進(jìn)技術(shù)的方式，生產(chǎn)出了不同種類的垃圾車。經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累，產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)系列化。我國(guó)垃圾車的主要競(jìng)爭(zhēng)者以中聯(lián)重科和福龍馬環(huán)衛(wèi)為主，競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)日益集中。行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，技術(shù)同質(zhì)化嚴(yán)重，市場(chǎng)缺乏創(chuàng)新型特色產(chǎn)品。現(xiàn)有產(chǎn)品均無(wú)法有效解決因污水泄漏造成的二次污染及垃圾運(yùn)輸過(guò)程中的臭氣污染等問(wèn)題[1]。

（1）自卸式垃圾車：附加值極低，銷量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易產(chǎn)生垃圾泄露造成二次污染，如圖2所示。

圖2 自卸式垃圾車

（2）壓縮式垃圾車：裝載量大，發(fā)展趨勢(shì)好，垃圾車的主力車型，但技術(shù)同質(zhì)化嚴(yán)重，產(chǎn)品特色不明顯，產(chǎn)品密封問(wèn)題仍無(wú)有效的解決方案，無(wú)除臭滅菌技術(shù)，產(chǎn)品運(yùn)行及維修成本較高，如圖3所示。

圖3 壓縮式垃圾車

（3）餐廚垃圾車：銷量少，針對(duì)餐廚垃圾細(xì)分市場(chǎng)的專用車輛，符合餐廚垃圾集中無(wú)公害化處理政策導(dǎo)向，市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)好，如圖4所示。

圖4 餐廚垃圾車

2 滾筒式垃圾車發(fā)展史

滾筒式垃圾車誕生于1927年，經(jīng)過(guò)了幾十年年的產(chǎn)品技術(shù)改進(jìn)，筆者認(rèn)為可劃分為5代，如圖5到圖9所示，產(chǎn)品全球年銷量200臺(tái)左右。

圖5 1934年第一代

圖6 1953年第二代

圖7 1970年第三代

圖8 1977年第四代

圖9 2001年第5代

3 滾筒式垃圾車產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)

滾筒式垃圾車由后門、滾筒、壓縮螺旋、進(jìn)料螺旋、滾圈及拖輪、齒圈傳動(dòng)系統(tǒng)、前部支撐及除臭滅菌等系統(tǒng)組成。通過(guò)與國(guó)內(nèi)主銷的壓縮式垃圾車進(jìn)行全方位的性能對(duì)比分析，滾筒式垃圾車主要產(chǎn)品特色優(yōu)勢(shì)如下：

（1）適用于有機(jī)垃圾的收集：滾筒攪拌的原理，使得滾筒成為有機(jī)垃圾收集的理想選擇。有機(jī)垃圾的松散組合在滾筒內(nèi)進(jìn)行了均化處理，通過(guò)等速旋轉(zhuǎn)對(duì)廢料進(jìn)行通風(fēng)，減少運(yùn)輸過(guò)程中由于垃圾堆積造成的發(fā)酵、腐爛。

（2）易于排空：通過(guò)改變滾筒的旋轉(zhuǎn)方向排空箱體，該過(guò)程對(duì)滾筒本身進(jìn)行了自我清潔，無(wú)任何殘余物，無(wú)須對(duì)難以接觸的地方進(jìn)行昂貴的清潔。罐體及葉片采用耐腐蝕鋼材，使得異味無(wú)法形成，如圖10所示。

圖10 某廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

（3）無(wú)泄漏：對(duì)于處理有機(jī)廢料而造成的污水泄漏問(wèn)題，在后部配備污水箱，防止污水滲漏造成的二次污染。滾筒嵌入至后門機(jī)構(gòu)內(nèi)，使得污水泄漏全部流入污水箱，如圖11所示。

圖11 密封結(jié)構(gòu)

（4）運(yùn)行維護(hù)成本低：現(xiàn)有壓縮式垃圾車包含車廂、填料器、刮板、滑板、推鏟機(jī)構(gòu)等。由于刮板、滑板、推鏟機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部件較多，因此容易發(fā)生故障。為保障垃圾車可靠安全的作業(yè)，需要頻繁地對(duì)垃圾車進(jìn)行保養(yǎng)和維修，使得垃圾車使用成本大幅度提高。滾筒式垃圾車對(duì)比壓縮垃圾車，滾筒式垃圾車省去了運(yùn)動(dòng)較多的刮板、推鏟及滑板等三大運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，僅采用成熟的液壓元件驅(qū)動(dòng)及簡(jiǎn)單的齒圈傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)部件的減少，使得故障率更低、運(yùn)行維護(hù)成本更低，如圖12所示。

圖12 液壓系統(tǒng)

（5）操作簡(jiǎn)易：操作按鈕主要有壓實(shí)方向的滾筒旋轉(zhuǎn)按鈕ON（打開(kāi)）和按鈕OFF（關(guān)閉），后門按鈕OPEN和CLOSED（打開(kāi)和關(guān)閉），排出方向滾筒旋轉(zhuǎn)按鈕。與壓縮垃圾車相比，滾筒垃圾車操作更簡(jiǎn)單實(shí)用。

（6）整車負(fù)載更合理：與25 T壓縮式垃圾車對(duì)比，滾筒式垃圾車后懸僅1 630 mm，而壓縮式垃圾車整車后懸達(dá)到2 900 mm，極短的后懸意味著較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，同時(shí)整車的軸荷分配更加合理。

（7）除臭滅菌：目前垃圾車普遍存在臭氣污染及細(xì)菌傳播等問(wèn)題，滾筒式垃圾車前部通過(guò)離心風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，有效解決了現(xiàn)有污染問(wèn)題，符合未來(lái)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。

4 滾筒式垃圾車方案設(shè)計(jì)

4.1 整車方案

考慮國(guó)內(nèi)垃圾車的使用環(huán)境，綜合考慮軸荷分配及市場(chǎng)使用情況，可選用6×2后橋提升+轉(zhuǎn)向的底盤，如圖13所示。有效彌補(bǔ)轉(zhuǎn)彎半徑不足的缺點(diǎn)，整車軸荷分配更加合理，整車經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)更加明顯，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

圖13 整車方案布置圖

表1 整車參數(shù)

4.2 液壓系統(tǒng)方案

整車液壓系統(tǒng)主要由液壓油箱、變量柱塞泵、齒輪泵、集成控制閥組、滾筒馬達(dá)、鎖緊油缸、舉升油缸、翻桶油缸等組成。整車液壓系統(tǒng)分為兩大子系統(tǒng)：滾筒驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)和其他執(zhí)行油缸液壓系統(tǒng)，兩個(gè)子系統(tǒng)共用一個(gè)液壓油箱。

滾筒驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)是典型的變量泵-定量馬達(dá)閉式液壓系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，液壓沖擊和能耗小的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是散熱和過(guò)濾條件較開(kāi)式系統(tǒng)差，成本較高。

其他執(zhí)行油缸液壓系統(tǒng)是常規(guī)的定量泵-控制閥-執(zhí)行油缸開(kāi)式液壓系統(tǒng)。此液壓系統(tǒng)特點(diǎn)：

（1）梭閥網(wǎng)絡(luò)與插裝閥組合應(yīng)用使鎖緊、舉升動(dòng)作和翻桶動(dòng)作實(shí)現(xiàn)互鎖功能。

（2）翻桶管路采用快速接頭，實(shí)現(xiàn)快速切換不同規(guī)格和類型翻桶油缸、翻桶機(jī)構(gòu)。

4.3 螺旋葉片

螺旋線具體形式如下幾種：

（1）對(duì)數(shù)螺旋曲線：對(duì)數(shù)螺旋線又稱等升角螺旋線或等螺旋角螺旋線，其螺距是變化的。對(duì)數(shù)螺旋葉片的螺距不相等，但是螺旋角相等。

（2）阿基米德螺旋線：阿基米德螺旋線又稱等螺距螺旋線，其螺旋角是變化的。既做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)又做等速直線運(yùn)動(dòng)而形成的軌跡。阿基米德螺旋葉片螺距相等，但是螺旋角不等。

（3）圓柱螺旋線：一個(gè)動(dòng)點(diǎn)沿圓柱面的母線作勻速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)該母線又繞圓柱面的軸線作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，點(diǎn)的這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為圓柱螺旋線。

（4）圓錐螺旋線：等螺距，螺旋角不相等。即具有阿基米德螺旋線特性的圓錐螺旋線。

根據(jù)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》及《混凝土攪拌運(yùn)輸車拌簡(jiǎn)螺旋葉片的設(shè)計(jì)》[2]，本次螺旋線選用圓柱螺旋線。通過(guò)螺 旋線的螺旋原理可知，物料在滾筒罐體內(nèi)沿?cái)嚢枞~片滑動(dòng)的摩擦阻力是螺旋角的角度的增大而增大的，當(dāng)摩擦力因螺旋角度的增大而到比較大時(shí)，物料便滑動(dòng)緩慢，當(dāng)?shù)竭_(dá)極限時(shí)甚至?xí)Ｖ够瑒?dòng)造成物料堆積在葉片上不動(dòng)，出料時(shí)造成出料速度慢、出料困難，無(wú)法出料。相反，當(dāng)隨著螺旋角逐漸減小時(shí)，到達(dá)極端情況時(shí)攪拌葉片與攪拌罐軸線形成平行狀態(tài)，造成葉片對(duì)物料沒(méi)有向軸向的推動(dòng)作用，無(wú)法卸料。

通過(guò)以上分析，只有恰當(dāng)大小攪拌葉片的螺旋角才能有助于滾筒進(jìn)行攪拌和卸料的，螺旋角過(guò)大或過(guò)小都不利于進(jìn)出料性能。螺旋角的選取目前沒(méi)有完美的理論可以依據(jù)，大多是根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)分析所得。

5 結(jié)論

本文重點(diǎn)研究滾筒式壓縮垃圾車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及原理，通過(guò)滾筒壓縮、自動(dòng)上料、無(wú)泄漏、防臭滅菌、使用維修成本低等核心技術(shù)攻關(guān)，有效解決現(xiàn)有產(chǎn)品二次污染及臭氣污染等痛點(diǎn)問(wèn)題。同時(shí)，后期為積極響應(yīng)國(guó)家《藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)》政策，可大力推廣應(yīng)用純電動(dòng)滾筒式壓縮垃圾車，全面實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化、智能化、清潔化、高效化、節(jié)能化的創(chuàng)新型垃圾收運(yùn)車輛。