車廂可卸式垃圾車支承輪的機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)研究

李偉濤

深圳東風(fēng)汽車有限公司 廣東深圳 518000

1 前言

車廂可卸式垃圾車裝載箱體時(shí),為了保證車輛的質(zhì)量平衡，在車輛后部加裝有支承輪。當(dāng)裝載箱體時(shí),支承輪放下落地作為輔助支承點(diǎn)，保證車輛平衡；當(dāng)完成裝載箱體作業(yè)后，必須收縮復(fù)位，保證車輛行駛的安全可靠。目前，支承輪自動(dòng)化程度低，疏忽未操作、操作后復(fù)位動(dòng)作未執(zhí)行、復(fù)位動(dòng)作執(zhí)行效果無(wú)提醒等都將造成支承輪沒有收縮復(fù)位,在此情況下車輛行駛將不平穩(wěn)、易跑偏或側(cè)翻，嚴(yán)重影響車輛行駛的安全性及可靠性。

本文將從車廂可卸式垃圾車支承輪目前控制方式的缺點(diǎn)、電－氣－液的機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)運(yùn)用、試驗(yàn)驗(yàn)證等方面介紹如何通過(guò)機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)的創(chuàng)新來(lái)解決支承輪目前存在的問題,從而提高車廂可卸式垃圾車行駛的安全性及可靠性。

2 支承輪目前控制方式的缺點(diǎn)

2.1 車廂可卸式垃圾車支承輪收縮復(fù)位的必要性

車廂可卸式垃圾車（簡(jiǎn)稱勾臂車）是一種垃圾箱轉(zhuǎn)運(yùn)車。車箱與車體為可分離式，一輛垃圾車可配備多個(gè)車箱，能有效地提高車輛使用效率，節(jié)省車輛使用成本。

車廂可卸式垃圾車工作流程：卸空箱—箱體裝滿垃圾—裝重箱—行駛運(yùn)輸—垃圾場(chǎng)自卸垃圾—空箱。支承輪動(dòng)作示意如圖1所示。

圖1 支承輪動(dòng)作示意圖

裝重箱過(guò)程中，放下支承輪使車輛質(zhì)心平衡，防止車輛翹頭；裝重箱完畢后，支承輪必須收縮復(fù)位，否則車輛在行駛中，會(huì)撞擊和損壞低位支承輪及相關(guān)連接件，將造成車輛行駛中不平穩(wěn)，易跑偏或側(cè)翻，嚴(yán)重影響車輛行駛的安全性及可靠性。

2.2 支承輪目前控制方式的缺點(diǎn)

支承輪目前控制原理如圖2所示，為了司機(jī)操作方便，按鈕式氣控?fù)Q向閥S6R通常都安裝于駕駛室，司機(jī)操作后即開車行駛。當(dāng)裝載重箱完畢后,司機(jī)必須操作駕駛室內(nèi)按鈕式氣控?fù)Q向閥S6R的按鈕B，支承輪才執(zhí)行收縮復(fù)位，這樣就存在如下不足之處：

a.當(dāng)司機(jī)或操作人員疏忽，開車前未能操作按鈕B，則支承輪沒有執(zhí)行收縮復(fù)位到高位的動(dòng)作；

b.當(dāng)車輛裝載的箱體質(zhì)量G過(guò)大時(shí)，支承輪由于重力產(chǎn)生的摩擦力矩過(guò)大，這時(shí)司機(jī)雖然操作了按鈕B，但支承輪仍無(wú)法保證收縮復(fù)位到高位；

c.按鈕B處于駕駛室，支承輪處于車輛尾下部，司機(jī)或操作人員操作后，無(wú)法直觀確認(rèn)支承輪是否收縮復(fù)位成功，不能確保支承輪收縮復(fù)位到高位。

目前控制方式在以上三個(gè)方面的不足之處，都不能確保支承輪收縮復(fù)位到高位，當(dāng)車輛行駛時(shí)，有可能高速撞擊并損壞低位支承輪及相關(guān)連接件，繼而影響到車輛行駛的安全性及可靠性。

圖2 支承輪目前控制原理

3 支承輪的雙保險(xiǎn)機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)

3.1 支承輪的電－氣－液控制原理圖

支承輪的電－氣－液控制原理如圖3所示，巧妙利用了箱體下降到位這一動(dòng)作，自動(dòng)觸發(fā)行程氣閥S3R，控制氣壓實(shí)現(xiàn)支承輪收縮復(fù)位動(dòng)作的自動(dòng)執(zhí)行，而不用通過(guò)人工操作氣閥的按鈕B觸發(fā)；在支承輪動(dòng)作執(zhí)行完成后，利用支承輪在高位位置觸發(fā)電氣的指示燈HR和蜂鳴器HA工作，使操作人員二次確認(rèn)動(dòng)作完成，形成有效的雙保險(xiǎn)自動(dòng)控制。

電氣的控制，利用了支承輪收縮復(fù)位在高位位置狀態(tài)，觸發(fā)信號(hào)，使指示燈HR和蜂鳴器HA工作,實(shí)現(xiàn)了支承輪復(fù)位狀態(tài)的聲光提醒警示；氣壓的控制，利用了箱體下降動(dòng)作，觸發(fā)行程氣閥S3R，實(shí)現(xiàn)液壓的先導(dǎo)自動(dòng)控制；液壓的控制，利用氣壓的先導(dǎo)控制驅(qū)動(dòng)支承油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)支承輪自動(dòng)收縮復(fù)位；綜合電—?dú)狻旱幕ハ嗦?lián)合控制，保證了支承輪完全可靠的自動(dòng)收縮復(fù)位，并實(shí)現(xiàn)聲光提醒警示，形成了支承輪的雙保險(xiǎn)自動(dòng)化控制效果，保證了車廂可卸式垃圾車行駛的安全性和可靠性。

從圖2支承輪目前控制原理圖和圖3支承輪的電—?dú)狻嚎刂圃韴D對(duì)比可看出，電—?dú)狻旱穆?lián)合控制支承輪，保證了原來(lái)動(dòng)作的合理性和延續(xù)性，關(guān)鍵之處在于采用創(chuàng)新的思維，優(yōu)化了氣壓控制，引入了電氣控制，解決了人工操作的諸多弊端，實(shí)現(xiàn)了支承輪全自動(dòng)化，并通過(guò)聲光提醒警示，形成雙保險(xiǎn)的機(jī)械自動(dòng)化控制，確保支承輪動(dòng)作完全可靠。

圖3 支承輪的電—?dú)狻嚎刂圃韴D

3.2 雙保險(xiǎn)機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)的控制流程

雙保險(xiǎn)機(jī)械自動(dòng)化控制支承輪的控制流程如下：垃圾箱裝滿垃圾—勾起箱體—箱體放置車上并慢速下降到位—壓住行程氣閥S3R并觸發(fā)—行程氣閥S3R換向—?dú)鈮航?jīng)S3R進(jìn)入3ANC控制氣腔—?dú)饪負(fù)Q向閥3ANC換向—并聯(lián)氣壓經(jīng)3ANC進(jìn)入液壓閥HC16控制腔—液壓閥HC16換向—高壓油經(jīng)HC16進(jìn)入支承油缸有桿腔—油缸動(dòng)作—支承輪上升收縮復(fù)位到高位—支承輪高位碰到接近開關(guān)SQ—電氣指示綠燈高亮且蜂鳴器聲音提示；當(dāng)箱體沒有垃圾即空箱時(shí)，同樣可實(shí)現(xiàn)以上功能，保證了車輛在空箱狀態(tài)下的行駛安全性和可靠性。

從以上控制流程上可以看出，支承輪收縮復(fù)位不需人工觸發(fā)，避免了人工操作的疏忽，提高了自動(dòng)化程度，支承輪動(dòng)作收縮復(fù)位后，還同時(shí)實(shí)現(xiàn)了聲光提醒警示，確保支承輪收縮復(fù)位完全可靠，使司機(jī)在駕駛室內(nèi)也可以確認(rèn)后部支承輪收縮復(fù)位動(dòng)作是否完成。

這是電—?dú)狻鹤詣?dòng)化控制技術(shù)的聯(lián)合，互為利用觸發(fā)信號(hào)，箱體下降動(dòng)作，觸發(fā)氣壓控制流程，氣壓控制結(jié)果觸發(fā)液壓控制流程，液壓控制結(jié)果觸發(fā)電氣控制流程，最終達(dá)到自動(dòng)化控制的效果。

3.3 支承輪機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算和優(yōu)化研究

圖4 支承輪受力分析圖

支承輪受力分析見上圖4所示，計(jì)算支承油缸提升力F：

支承油缸有桿腔受力面積S：

支承輪提升力矩M：

由式(1)～(3)可得：

支承輪提升力矩：

支承輪阻力矩：

阻力：

式中，k為摩擦系數(shù)，G為后部質(zhì)量。

由式(5)、(6)可得：

支承輪阻力矩

為了確保支承輪在油缸作用下能完成收縮復(fù)位動(dòng)作，支承輪提升力矩M＞支承輪阻力矩m。

將式(4)、(7)代入上式，得出：

其中后部質(zhì)量G由重載箱質(zhì)量決定（以重載箱體質(zhì)量進(jìn)行核算設(shè)計(jì)，空載箱體自然也就滿足要求），一般取其最大質(zhì)量的后部支點(diǎn)質(zhì)量即可，由式(8)分析，為了確保支承輪上升收縮到位，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，直到滿足式(8)的條件：

a. 提高液壓壓力P、加大油缸直徑D、減小活塞桿直徑d，從而提高支承油缸的提升力F，有利于支承輪上升收縮復(fù)位；

b. 增加支承油缸下支點(diǎn)的距離H、加大支承油缸安裝角度B，從而增加油缸作用力臂，有利于支承輪上升收縮復(fù)位；

c. 減小支承輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力臂h，從而減小支承輪阻力矩，有利于支承輪上升收縮復(fù)位。

通過(guò)以上三個(gè)方面優(yōu)化后，使得支承輪提升力矩M大于支承輪阻力矩m，確保了支承輪收縮復(fù)位動(dòng)作的有效性。

3.4 雙保險(xiǎn)控制支承輪的機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)

通過(guò)以上電 — 氣 — 液自動(dòng)化聯(lián)合控制支承輪，并優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)(優(yōu)化液壓系統(tǒng)壓力、支承油缸直徑、支承油缸安裝角度及相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)力臂)，可以看出：

a.裝載箱體后，支承輪收縮復(fù)位不需人工操作，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制動(dòng)作，避免了人工操作的疏忽；

b.通過(guò)優(yōu)化相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)后，確保支承輪完全執(zhí)行收縮復(fù)位動(dòng)作，不存在因質(zhì)量過(guò)重而導(dǎo)致動(dòng)作失效的問題；

c.支承輪動(dòng)作完成后，通過(guò)聲光警示，便于司機(jī)直觀二次確認(rèn)支承輪收縮復(fù)位，形成雙保險(xiǎn)的自動(dòng)化控制。

雙保險(xiǎn)控制支承輪的機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)完全解決了支承輪目前控制技術(shù)存在的前述問題。在車輛行駛前，完全確保了支承輪收縮復(fù)位在高位，避免了車輛在行駛中撞擊損壞低位支承輪及相關(guān)連接件，造成車輛行駛中不平穩(wěn)、易跑偏或側(cè)翻等的安全和可靠性問題。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證研究效果，筆者采用同一臺(tái)車廂可卸式垃圾車分別為改進(jìn)前狀態(tài)和機(jī)械自動(dòng)化控制的改進(jìn)后狀態(tài)，并由同一名司機(jī)實(shí)際操作裝卸垃圾運(yùn)行各15天，每天裝卸垃圾3箱，跟蹤其使用情況，總結(jié)其支承輪收縮復(fù)位的可靠率，其記錄如表1所示，樣車試驗(yàn)如圖5所示。

圖5 實(shí)際樣車試驗(yàn)圖

表1 車廂可卸式垃圾車改進(jìn)前后對(duì)比記錄表

從試驗(yàn)驗(yàn)證記錄數(shù)據(jù)可以看出,改進(jìn)前的車廂可卸式垃圾車支承輪收縮復(fù)位到高位的動(dòng)作可靠率為95%，不能確保絕對(duì)的收縮復(fù)位動(dòng)作可靠，也就不能完全保證車輛在行駛過(guò)程中的安全可靠性。

通過(guò)雙保險(xiǎn)控制支承輪的機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)改進(jìn)后，從表1數(shù)據(jù)可以看出，支承輪收縮復(fù)位可靠率從原來(lái)的95%提高到100%。說(shuō)明采用機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)后，效果顯著，確保了絕對(duì)可靠地自動(dòng)收起支承輪復(fù)位，從而保證了車廂可卸式垃圾車行駛中的安全可靠，技術(shù)途徑得到了有效的驗(yàn)證。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上技術(shù)對(duì)比分析，筆者運(yùn)用電—?dú)狻旱臋C(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)，大大提高了支承輪自動(dòng)化程度，自動(dòng)執(zhí)行支承輪收縮復(fù)位，并通過(guò)指示燈及聲音進(jìn)行提示警示，二次確認(rèn)支承輪收縮復(fù)位?！半p保險(xiǎn)的機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)”完全解決了支承輪目前控制技術(shù)存在的缺點(diǎn)，保證了車廂可卸垃圾車行駛的安全性及可靠性，為車廂可卸式垃圾車的研發(fā)提供了技術(shù)途徑和借鑒：

a.電—?dú)狻鹤詣?dòng)化聯(lián)合控制支承輪收縮復(fù)位，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化功能，不需人工操作，避免了人為操作的疏忽；

b.通過(guò)優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)如支承輪油缸安裝角度、增大支承輪油缸直徑、增大壓力、相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)力臂等方式提高支承油缸提升力，避免操作后的無(wú)動(dòng)作故障現(xiàn)象；

c.支承輪收縮復(fù)位后，通過(guò)指示燈及聲音進(jìn)行提示警示，二次確認(rèn)支承輪動(dòng)作復(fù)位，形成雙保險(xiǎn)的自動(dòng)化控制，確保車廂可卸垃圾車行駛中的安全性及可靠性。