純電動自裝卸垃圾車自動化與智能化

賀瑞瑞　張書堂　劉曉熙　楊浩宇　粱文甫　周春偉

摘要：本文主要介紹純電動自裝卸式垃圾車自動化與智能化。純電動自裝卸式垃圾車有掛筒提升機(jī)構(gòu)、推鏟壓縮裝置和后門開啟機(jī)構(gòu)三個專用部分組成。其中推鏟機(jī)構(gòu)既能實(shí)現(xiàn)垃圾壓縮也可以實(shí)現(xiàn)卸料功能。該車實(shí)現(xiàn)零污染、自動化程度高，推鏟、后門及掛筒機(jī)構(gòu)均安裝有檢測裝置，既能防止誤操作，又能在駕駛室液晶顯示屏直觀看到垃圾填裝量。并且利用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算實(shí)現(xiàn)數(shù)字環(huán)衛(wèi)。

關(guān)鍵詞：純電動；自裝卸；自動化；智能化

1純電動自裝卸式垃圾車發(fā)展概況

1.1純電動自裝卸式垃圾車研究背景

在能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)的壓力下，發(fā)展新能源汽車已被列入國家戰(zhàn)略。2014年《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》提出，以純電驅(qū)動為新能源汽車發(fā)展的主要戰(zhàn)略取向，把公共服務(wù)領(lǐng)域用車作為新能源汽車推廣應(yīng)用的突破口。環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)作為公共服務(wù)領(lǐng)域的一部分，各新能源汽車示范推廣城市政府也將購買使用電動環(huán)衛(wèi)車作為新能源汽車推廣應(yīng)用工作計(jì)劃的一部分。

從環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域推廣應(yīng)用的情況看，純電動環(huán)衛(wèi)車成為電動環(huán)衛(wèi)車中政府部門推廣使用的主要對象。純電動環(huán)衛(wèi)車具有技術(shù)相對成熟、充電方便、零排放、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，可大幅降低大氣污染物含量，減少作業(yè)時的擾民問題。純電動自裝卸式垃圾車主要用于城市小區(qū)和街道標(biāo)準(zhǔn)桶裝垃圾收集，運(yùn)輸距離較短而且固定，壓縮裝置可以增加裝載量，后門具有密封作用減少運(yùn)輸中二次污染。

1.2純電動自裝卸式垃圾車發(fā)展趨勢

截止到2015年底，工信部針對新能源汽車產(chǎn)業(yè)共發(fā)布了76批《節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程推薦車型目錄》公告，據(jù)統(tǒng)計(jì)，共有67個品牌、294款車型進(jìn)入工信部車型目錄，其中純電動自裝卸式垃圾車占六成。另一方面，因?yàn)檎叩耐七M(jìn)，以及政府采購的需要，純電動環(huán)衛(wèi)車市場一直是一個亮點(diǎn)，特別是垃圾收集轉(zhuǎn)運(yùn)車與路面保潔作業(yè)車所占比重很大?？窜囆凸?，可以探測到許多信息，這個市場需要什么類型的車，企業(yè)生產(chǎn)什么類型的車型，以及政府需要采購怎么樣的車，一目了然。過去，由于新能源汽車受到電池續(xù)航里程和充電設(shè)施影響，政府采購上多偏向于傳統(tǒng)車。隨著國家與地方各項(xiàng)政策出臺，以及續(xù)航里程的提升與充電設(shè)施的逐步完善，特別是車型款式越來越多，地方政府也開始把采購重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到純電動環(huán)衛(wèi)車上。純電動環(huán)衛(wèi)車也將要沿著輕量化、自動化和智能化方向發(fā)展。

2純電動自裝卸式垃圾車整體設(shè)計(jì)[1][2][3]

2.1純電動自裝卸式垃圾車整車

（1）整車液壓系統(tǒng)包括掛筒提升油缸，推鏟油缸和后門開啟油缸，液壓泵、油箱和閥集成小的液壓泵站，液壓泵由電壓380VAC電機(jī)帶動，而交流電機(jī)電壓通過電池包輸出電壓經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為380V AC。供交流電機(jī)使用。

（2）掛筒提升機(jī)構(gòu)通過液壓帶動機(jī)械翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)準(zhǔn)桶裝垃圾倒進(jìn)箱體。

（3）當(dāng)箱體垃圾較多時，推鏟油缸推動推鏟往后運(yùn)動，當(dāng)壓縮垃圾到一定壓縮比后，推鏟油缸自動返回原來位置可以繼續(xù)傾倒垃圾；箱體裝滿后將垃圾運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，后門開啟，推鏟油缸伸長全部行程，將垃圾推出車廂，然后自動返回。

（4）后門開啟機(jī)構(gòu)左右對稱，液壓缸推動開啟機(jī)構(gòu)，圍繞支撐塊旋轉(zhuǎn)將后門旋轉(zhuǎn)至箱體頂部。旋轉(zhuǎn)角度與水平夾角小于90°。壓縮垃圾過程中后門緊閉，傾倒垃圾時開啟。

（5）后門總成既要有足夠強(qiáng)度，壓縮垃圾時不至于導(dǎo)致變形，又要起到密封作用，防止污水流出造成二次污染。

（6）整車動力由底盤鋰離子電池包540V140AH提供，驅(qū)動電機(jī)采用永磁同步型，額定功率60kW。

3純電動自裝卸式垃圾車自動化

目前汽車自動化主要是依靠各類電器元件和液壓元件結(jié)合實(shí)現(xiàn)。純電動自裝卸式垃圾車也不例外。該車型自動化主要體現(xiàn)在壓縮功能自動化和卸料功能自動化和掛筒提升自動化。而自動化主要通過電液一體化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

3.1電氣原理圖（如圖2所示）

3.2液壓原理圖（如圖3所示）

3.3推鏟循環(huán)自動化

推鏟循環(huán)自動化主要體現(xiàn)在可通過一個按鍵操作，即可完成推鏟機(jī)構(gòu)推出和收回整個復(fù)雜的循環(huán)。不僅如此，控制器還可以自主判斷是壓縮功能還是卸料功能。因?yàn)楹箝T開啟機(jī)構(gòu)附近裝有傳感器，能夠準(zhǔn)確將后門處于開啟或者閉合狀態(tài)反饋給控制器和顯示器。當(dāng)檢測到后門開啟時卸料功能執(zhí)行，后門關(guān)閉時壓縮功能執(zhí)行。此外，推鏟機(jī)構(gòu)上還安裝有測量位置的傳感器，在執(zhí)行壓縮或卸料時，其在箱體中的位置可以直觀呈現(xiàn)在顯示器上。

3.3.1壓縮功能自動化

壓縮功能主要是將箱體內(nèi)現(xiàn)有的垃圾通過推鏟后門之間的擠壓進(jìn)行壓縮，以保留更多更大的可使用箱體容積。

推鏟油缸液壓系統(tǒng)的溢流壓力可以通過壓力繼電器調(diào)節(jié)，當(dāng)將垃圾壓縮到一定壓縮比時，壓力繼電器控制液壓閥溢流，避免因推鏟油缸壓力過大導(dǎo)致后門變形。此時，控制器會控制推鏟機(jī)構(gòu)保持該位置三秒，減少垃圾壓縮后的反彈量，之后會自動進(jìn)入下一個動作即推鏟油缸收回到原位，這是一個小的循環(huán)動作，有效的避免了因忘記回位推鏟而將垃圾傾倒至推鏟前面，致使垃圾無法清理。壓縮循環(huán)功能既可以用駕駛室外的操縱盒實(shí)現(xiàn)，也可以在駕駛室內(nèi)通過翹板開關(guān)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)垃圾在一個地方裝滿后需要到另外地方收集，操縱人員可以在行駛過程中實(shí)現(xiàn)壓縮，節(jié)約工作時間提高勞動效率。

3.3.2卸料功能自動化

后門開啟機(jī)構(gòu)附近裝有傳感器，后門處于開啟或者閉合狀態(tài)均可以準(zhǔn)確反饋給駕駛?cè)藛T。當(dāng)檢測到后門開啟時卸料功能才能執(zhí)行，當(dāng)推鏟機(jī)構(gòu)卸料完全伸出后，并不是向直接收回至初始位置，而是先收回一小段距離，再完全伸出，之后再收回至初始位置。即卸料功能中包含連續(xù)兩次卸料，盡可能的減少垃圾殘留。循環(huán)功能桶壓縮功能一樣既可以用駕駛室外的操縱盒實(shí)現(xiàn)，也可以在駕駛室內(nèi)通過翹板開關(guān)實(shí)現(xiàn)。推鏟油缸全行程伸出完成后可自動回位至推鏟初始位置。

3.3.3掛筒操作自動化

掛筒提升機(jī)構(gòu)上升或下降到旋轉(zhuǎn)位置時速度過快，為防止這種過快的速度導(dǎo)致摔桶現(xiàn)象，在此位置加裝傳感器，當(dāng)過快時控制器可控制液壓閥流量來減慢。另外，為了防止推鏟機(jī)構(gòu)推出時，操作掛桶傾倒垃圾，致使垃圾裝入推鏟機(jī)構(gòu)后面，卸料時無法卸除?？刂破骺赏ㄟ^傳感器檢測推鏟機(jī)構(gòu)位置，當(dāng)推鏟機(jī)構(gòu)未回到初始位置時，操作掛桶為無效操作，駕駛室外的操縱盒及駕駛室內(nèi)的顯示器均會做出相應(yīng)的警示。

3.4自裝卸式垃圾車智能化

3.4.1垃圾填裝量檢測及顯示

普通的純電動環(huán)衛(wèi)車儀表顯示SOC、瞬間電流、轉(zhuǎn)速等基本行車信息，而我公司自裝卸式垃圾車在普通儀表基礎(chǔ)上增加了一個液晶顯示屏，形象的顯示箱體內(nèi)垃圾填裝量，推鏟移動位置、后門開啟或關(guān)閉狀態(tài)，幫既能助操作人員準(zhǔn)確無誤的操作，又能實(shí)時了解垃圾箱填裝能力，及時調(diào)整收集垃圾車行車路線。

3.4.2數(shù)字智能化

“數(shù)字環(huán)衛(wèi)”解決方案立足于當(dāng)前先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)衛(wèi)業(yè)務(wù)與智慧技術(shù)的完美融合，高效解決環(huán)衛(wèi)業(yè)務(wù)存在管理難的種種問題。純電動自裝卸式垃圾車安裝有GPS定位系統(tǒng)和GIS地理信息技術(shù)，車輛運(yùn)行軌跡，及作業(yè)路況和是否故障均能夠與環(huán)衛(wèi)監(jiān)控中心實(shí)時連接。既可以促進(jìn)管理提升，規(guī)范化作業(yè)，提高服務(wù)效率，管理精細(xì)化，又能樹立現(xiàn)代化形象，保潔及時，清運(yùn)規(guī)范，創(chuàng)建美好環(huán)境。

4結(jié)束語

該純電動自裝卸式垃圾車采用接近開關(guān)加PLC編程控制系統(tǒng)，各液壓元件穩(wěn)定可靠能夠有效地實(shí)現(xiàn)整個垃圾裝卸過程的自動化控制。裝載質(zhì)量大，達(dá)到7立方米。純電驅(qū)動結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)零污染，使用成本低，效率高，集智能化與數(shù)字化為一體，取代燃油車輛是必然趨勢。