壓縮式垃圾車提高壓實(shí)密度的液壓技術(shù)研究

李偉濤何子燚

1. 深圳東風(fēng)汽車有限公司 廣東深圳 518000

2. 漢陽專用汽車研究所 湖北武漢 430056

壓縮式垃圾車提高壓實(shí)密度的液壓技術(shù)研究

李偉濤1何子燚2

1. 深圳東風(fēng)汽車有限公司 廣東深圳 518000

2. 漢陽專用汽車研究所 湖北武漢 430056

針對國內(nèi)后裝壓縮式垃圾車?yán)鴫簩?shí)密度較小，壓實(shí)度不高，壓縮效果差的現(xiàn)狀，從液壓控制技術(shù)方面進(jìn)行研究與分析，提出了優(yōu)化滑板油缸安裝角度的改進(jìn)方案。改進(jìn)后，垃圾壓縮時(shí)滑板油缸對垃圾的壓縮力大幅提高，同時(shí)垃圾還受到以前沒有的推鏟擠壓力，實(shí)現(xiàn)“前壓后擠”的雙向強(qiáng)壓縮作用，大大提高了垃圾的壓實(shí)密度。改進(jìn)方案提出的提高垃圾壓實(shí)密度的新方法，為后裝壓縮式垃圾車的研發(fā)提供了技術(shù)借鑒。

后裝壓縮式垃圾車 垃圾壓實(shí)密度 角度 前壓后擠 液壓技術(shù)

1 前言

目前國內(nèi)后裝壓縮式垃圾車在裝載垃圾過程中，大廂內(nèi)推鏟回程至終點(diǎn)（車廂前部），大廂內(nèi)空間通過后部填裝器裝入垃圾，其壓縮過程主要利用后部填裝器內(nèi)滑板油缸產(chǎn)生的壓縮力實(shí)現(xiàn)。裝入大廂內(nèi)的垃圾僅受到單一力的作用而被壓縮，且此壓縮作用力有效分力不足，因此這類壓縮式垃圾車雖然也具有一定壓縮效果，但其壓實(shí)密度較小，垃圾壓縮效果較差，車輛使用效率低，同樣的垃圾處理量，所需后裝壓縮式垃圾車數(shù)量較多，不利于節(jié)能減排，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)的成本也較高。

下面將從垃圾壓實(shí)密度的影響因素、液壓技術(shù)優(yōu)化研究及分析、試驗(yàn)驗(yàn)證等方面介紹如何通過液壓技術(shù)創(chuàng)新提高垃圾壓實(shí)密度。

2 垃圾壓實(shí)密度的影響因素

由后裝壓縮式垃圾車的功能及工作流程可知，垃圾受力分析如圖1所示，垃圾壓實(shí)后的密度取決于滑板油缸產(chǎn)生的壓縮力F2，由公式：

式中，P為液壓壓力，S為滑板油缸面積，F(xiàn)1為滑板油缸產(chǎn)生的力，F(xiàn)2為垃圾壓縮力。

圖1 垃圾受力分析圖

由式(1)、(2)可得：

可見，影響垃圾壓實(shí)密度的因素主要有如下幾個(gè)方面：

a. 液壓壓力大小。液壓壓力P越大，壓縮力F2越大，垃圾壓實(shí)密度越高。

b. 油缸直徑大小。油缸直徑越大，油缸面積S越大，壓縮力F2越大，垃圾壓實(shí)密度越高。

c. 滑板油缸的設(shè)計(jì)安裝角度。角度α越小，油缸作用力F1在壓縮方向的水平分力越大，壓縮力F2越大，垃圾壓實(shí)密度越高。

目前國內(nèi)的垃圾車為了提高垃圾壓實(shí)密度，主要從提高液壓壓力和增大滑板油缸直徑方面入手，但液壓壓力越大，液壓沖擊越大、液壓油溫越高、液壓成本越高且液壓泄漏等故障會(huì)相應(yīng)增多；而增大滑板油缸缸徑則會(huì)使得整車自重增加，導(dǎo)致裝載量減少、油缸成本上升從而整車成本提高。

由于液壓壓力提高和增大滑板油缸直徑具有諸多弊端，所以只能適度提高壓力、增大直徑，但改進(jìn)效果不明顯。

下面從液壓技術(shù)優(yōu)化方面分析，在液壓壓力和滑板油缸直徑不變的情況下，如何提高后裝壓縮式垃圾車的垃圾壓實(shí)密度。

3 液壓技術(shù)優(yōu)化研究及分析

3.1 優(yōu)化滑板油缸的設(shè)計(jì)安裝角度

滑板油缸安裝角度如圖2所示，由圖2及式(3)可知：

在液壓壓力P、油缸面積S不變的情況下，油缸作用力F1為固定值，適度減少滑板油缸的設(shè)計(jì)安裝角度α，可以有效提高在壓縮方向的水平分力F2，垃圾壓實(shí)密度就越高，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

圖2 滑板油缸安裝角度

表1 滑板油缸安裝角度與垃圾壓縮分力系數(shù)關(guān)系

綜合角度與分力系數(shù)關(guān)系如圖3所示。由圖3及表1可知，在滿足結(jié)構(gòu)型式的前提下，盡可能減小滑板油缸的設(shè)計(jì)安裝角度α，可以大幅提高垃圾壓縮力F2，從而提高垃圾壓實(shí)密度。

圖3 角度與分力系數(shù)關(guān)系

3.2 “ 前壓后擠” 液壓控制技術(shù)

現(xiàn)有后裝壓縮式垃圾車壓縮垃圾的液壓控制原理如圖4所示，垃圾裝載壓縮時(shí)，推鏟置于車廂最前端的原點(diǎn)，垃圾從后部的填裝器裝入后，通過滑板油缸產(chǎn)生的壓縮力F2進(jìn)行壓縮。對裝入大廂內(nèi)的垃圾來說，僅受到單一力的作用而壓縮，只有“壓縮”作用，雖然也具有壓縮效果，但其壓實(shí)密度較小，壓實(shí)度不高。

圖4 現(xiàn)有液壓原理圖

在液壓壓力P和滑板油缸直徑不變的情況下，推鏟無反作用力，可以考慮采用液壓控制技術(shù)，使推鏟產(chǎn)生反作用力，從而對垃圾產(chǎn)生“后擠”的良好效果?！扒皦汉髷D”液壓原理如圖5所示。

圖5 “ 前壓后擠”液壓原理圖

此液壓控制技術(shù)是在壓縮力F2不變的情況下，對推鏟油缸進(jìn)行有效的液壓控制，在推鏟油缸無桿腔接入擠壓控制閥組，擠壓控制閥組包含設(shè)定壓力為P的順序閥、可調(diào)節(jié)流口的節(jié)流閥，推鏟油缸的有桿腔接入補(bǔ)油單向閥。

裝載垃圾時(shí)，推鏟由駕駛室控制停置在車廂后端，滑板油缸壓縮垃圾，當(dāng)液壓壓力P液達(dá)到順序閥的開啟壓力P開時(shí)，推鏟油缸無桿腔打開順序閥經(jīng)可調(diào)節(jié)流閥進(jìn)行泄油，從而產(chǎn)生背壓P1，推鏟油缸產(chǎn)生了對垃圾的反作用力，即擠壓力F3；這時(shí)推鏟油缸慢速回程，推鏟油缸有桿腔通過補(bǔ)油單向閥補(bǔ)油，避免產(chǎn)生真空。

式中，F(xiàn)3為推鏟油缸產(chǎn)生的反作用力，即擠壓力；P1為推鏟油缸泄油背壓，可通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)大?。籗0為推鏟油缸的無桿腔作用面積。

式中，ρ為液壓油的密度；Q為泄油流量；D為可調(diào)節(jié)流閥的開口直徑大小。

由公式(4)、(5)得出：

由公式(3)可知，垃圾擠壓力與可調(diào)節(jié)流閥開口大小D的平方成反比，節(jié)流閥開口D調(diào)得越小，擠壓力F3就越大；節(jié)流閥開口D調(diào)得越大，擠壓力F3就越小。理論上，擠壓力F3可無限大，也就是推鏟不隨垃圾的壓縮而回程，從而完全把垃圾壓實(shí)。

3.3 優(yōu)化滑板油缸角度與“前壓后擠”作用的匹配

滑板油缸角度與“前壓后擠”匹配如圖6所示，推鏟擠壓力F3可通過節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于推鏟還有結(jié)構(gòu)摩擦阻力（一般為6 t），可得公式：

滿足式(7)要求后，推鏟就可以從后端通過“前壓后擠”作用回程到前端，實(shí)現(xiàn)裝滿垃圾且提高垃圾壓實(shí)密度的最佳效果。由式(7)得出：

圖6 角度與前壓后擠匹配

3.4 “ 前壓后擠”液壓原理及安裝角度優(yōu)化效果

壓實(shí)密度由總壓縮力F決定，由式(1)、(8)得出：

優(yōu)化前：F前=F1cosα

優(yōu)化后：F后=F2+F3= 2F1cosα﹣6

優(yōu)化前后總壓縮力對比如表2所示。

表2 優(yōu)化前后總壓縮力對比表

從表3可以看出，滑板油缸安裝角度優(yōu)化后，垃圾總壓縮力顯著提高，理論上，垃圾壓實(shí)密度將得到有效提高，壓縮效果有很好的提升。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

筆者試制優(yōu)化前后的樣車各一輛，對其進(jìn)行垃圾的實(shí)際壓縮裝載比較，經(jīng)過10輪裝載驗(yàn)證后，其裝載數(shù)據(jù)如表3所示。

從試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化前壓實(shí)密度僅為0.57 t/m3，經(jīng)過“前壓后擠”液壓原理及滑板油缸安裝角度優(yōu)化后，壓實(shí)密度大幅提高到0.85 t/m3，優(yōu)化效果得到了有效的驗(yàn)證。

5 結(jié)語

通過以上的液壓技術(shù)分析與研究，可以看出，通過優(yōu)化后裝壓縮式垃圾車滑板油缸設(shè)計(jì)安裝角度，并創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)推鏟的后擠壓縮，從單一“前壓”變?yōu)椤扒皦汉髷D”的垃圾壓縮方式，有效提高了后裝壓縮式垃圾車的垃圾壓實(shí)密度，垃圾壓縮效果顯著提升，提高了車輛有效利用率。

［1］ 晁智強(qiáng),寧初明,韓壽松等.液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究方法分析[J].液壓氣動(dòng)與密封,2014.04:21-23.

表3 優(yōu)化前后垃圾壓實(shí)密度對比 單位：t/m3

圖11 兩方案舉升油缸驅(qū)動(dòng)力比較

表3 兩方案最大驅(qū)動(dòng)力比較表

由上述分析可知，采用長對角線方案時(shí)，需選用缸徑為140 mm，桿徑為70 mm的舉升油缸；采用短對角線方案時(shí)，需選用缸徑為80 mm，桿徑為45 mm的舉升油缸?？梢姡虒蔷€方案明顯優(yōu)于長對角線方案，應(yīng)當(dāng)確定短對角線方案為最優(yōu)方案。

4 結(jié)語

經(jīng)過對橋檢車舉升工況的設(shè)計(jì)研究和完全作業(yè)工況的動(dòng)力學(xué)分析，提出一種四邊形舉升機(jī)構(gòu)的新結(jié)構(gòu)。相比原有結(jié)構(gòu)，新結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)油缸所需的驅(qū)動(dòng)力更少，整個(gè)結(jié)構(gòu)上的載荷和應(yīng)力也相應(yīng)降低，且新結(jié)構(gòu)沒有增加額外的成本，只需將電控單元稍加改進(jìn)即可。隨后進(jìn)行的結(jié)構(gòu)分析表明，更換了新油缸布置方案后，四邊形舉升機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)得到了提高。該機(jī)構(gòu)已在某公司生產(chǎn)的22 m橋梁檢測車上安裝使用，實(shí)際使用結(jié)果表明，該機(jī)構(gòu)確實(shí)能減少臂架舉升過程中的液壓系統(tǒng)工作壓力，并能降低由此帶來的臂架抖動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1] MSC. Software Corporation. ADAMS Optimization Guide [M], 1994.

收稿日期：2016-09-06

Hydraulic Technology Research of Rear Compression Garbage Trucks on Improving Compaction Density

LI Wei-tao et al

Regarding to the smaller compaction density, high compaction degree and poor performance of compaction effect of domestic rear compressed garbage truck, the improving solution of optimized slide cylinder installation angle was put forward. After improving, the compaction performance rapidly increased. At the same time the compressed strength increased and front pressure rear packed was completed, which highly improve the compaction density. The improving solution proposed a new compressed method, providing technical effect for rear compressed vehicle research.

rear compression garbage truck; garbage compaction density; angle; front pressure rear packed; hydraulic technology

U469.6+91.03

A

1004-0226(2016)12-0107-04

李偉濤，男，1974年生，工程師，現(xiàn)從事專用汽車產(chǎn)品研發(fā)及相關(guān)液壓系統(tǒng)研發(fā)工作。

2016-10-24