一種滾筒式壓縮垃圾車設(shè)計研究

朱 陽

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

關(guān)鍵字：滾筒；螺旋機構(gòu)；滾筒式壓縮垃圾車

前言

隨著我國大中城市半徑的擴張、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)計全國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)量的禍首之一。隨著人民日益增長的美好生活需要以及對生態(tài)環(huán)境的重視和政府對環(huán)境治理力度的加大，綠色宜居必將成為城市未來發(fā)展趨勢。

各地對環(huán)衛(wèi)車的需求呈增長態(tài)勢，環(huán)衛(wèi)市場需求前景廣闊。垃圾車是環(huán)衛(wèi)車的重要一類，銷量占總體市場接近50%，同時也是市場競爭最充分的環(huán)衛(wèi)車，市場需求必將推動垃圾收運類產(chǎn)品的技術(shù)升級，向電動化、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、自動上料、無泄漏、防臭滅菌、使用維修成本低等核心技術(shù)于一體的創(chuàng)新型垃圾收運車，如圖1所示。

圖1 滾筒式壓縮垃圾車

1 國內(nèi)垃圾收運車產(chǎn)品技術(shù)現(xiàn)狀

目前我國垃圾車生產(chǎn)企業(yè)采用引進、消化和吸收國外垃圾車先進技術(shù)的方式，生產(chǎn)出了不同種類的垃圾車。經(jīng)過幾十年的技術(shù)經(jīng)驗積累，產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)系列化。我國垃圾車的主要競爭者以中聯(lián)重科和福龍馬環(huán)衛(wèi)為主，競爭態(tài)勢日益集中。行業(yè)競爭激烈，技術(shù)同質(zhì)化嚴重，市場缺乏創(chuàng)新型特色產(chǎn)品?，F(xiàn)有產(chǎn)品均無法有效解決因污水泄漏造成的二次污染及垃圾運輸過程中的臭氣污染等問題[1]。

（1）自卸式垃圾車：附加值極低，銷量大，結(jié)構(gòu)簡單，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)展趨勢好，垃圾車的主力車型，但技術(shù)同質(zhì)化嚴重，產(chǎn)品特色不明顯，產(chǎn)品密封問題仍無有效的解決方案，無除臭滅菌技術(shù)，產(chǎn)品運行及維修成本較高，如圖3所示。

圖3 壓縮式垃圾車

（3）餐廚垃圾車：銷量少，針對餐廚垃圾細分市場的專用車輛，符合餐廚垃圾集中無公害化處理政策導(dǎo)向，市場發(fā)展趨勢好，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)過了幾十年年的產(chǎn)品技術(shù)改進，筆者認為可劃分為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

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

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

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

圖10 某廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

（3）無泄漏：對于處理有機廢料而造成的污水泄漏問題，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）運行維護成本低：現(xiàn)有壓縮式垃圾車包含車廂、填料器、刮板、滑板、推鏟機構(gòu)等。由于刮板、滑板、推鏟機構(gòu)的運動部件較多，因此容易發(fā)生故障。為保障垃圾車可靠安全的作業(yè)，需要頻繁地對垃圾車進行保養(yǎng)和維修，使得垃圾車使用成本大幅度提高。滾筒式垃圾車對比壓縮垃圾車，滾筒式垃圾車省去了運動較多的刮板、推鏟及滑板等三大運動機構(gòu)，僅采用成熟的液壓元件驅(qū)動及簡單的齒圈傳動，運動部件的減少，使得故障率更低、運行維護成本更低，如圖12所示。

圖12 液壓系統(tǒng)

（5）操作簡易：操作按鈕主要有壓實方向的滾筒旋轉(zhuǎn)按鈕ON（打開）和按鈕OFF（關(guān)閉），后門按鈕OPEN和CLOSED（打開和關(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單實用。

（6）整車負載更合理：與25 T壓縮式垃圾車對比，滾筒式垃圾車后懸僅1 630 mm，而壓縮式垃圾車整車后懸達到2 900 mm，極短的后懸意味著較強的機動性，同時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菌傳播等問題，滾筒式垃圾車前部通過離心風(fēng)機系統(tǒng)的應(yīng)用，有效解決了現(xiàn)有污染問題，符合未來產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。

4 滾筒式垃圾車方案設(shè)計

4.1 整車方案

考慮國內(nèi)垃圾車的使用環(huán)境，綜合考慮軸荷分配及市場使用情況，可選用6×2后橋提升+轉(zhuǎn)向的底盤，如圖13所示。有效彌補轉(zhuǎn)彎半徑不足的缺點，整車軸荷分配更加合理，整車經(jīng)濟性優(yōu)勢更加明顯，具體參數(shù)見表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、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)動液壓系統(tǒng)和其他執(zhí)行油缸液壓系統(tǒng)，兩個子系統(tǒng)共用一個液壓油箱。

滾筒驅(qū)動液壓系統(tǒng)是典型的變量泵-定量馬達閉式液壓系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，液壓沖擊和能耗小的特點，缺點是散熱和過濾條件較開式系統(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)行油缸開式液壓系統(tǒng)。此液壓系統(tǒng)特點：

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

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

4.3 螺旋葉片

螺旋線具體形式如下幾種：

（1）對數(shù)螺旋曲線：對數(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)動又做等速直線運動而形成的軌跡。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：一個動點沿圓柱面的母線作勻速直線運動，同時該母線又繞圓柱面的軸線作勻速轉(zhuǎn)動，點的這種復(fù)合運動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《機械設(shè)計手冊》及《混凝土攪拌運輸車拌簡螺旋葉片的設(shè)計》[2]，本次螺旋線選用圓柱螺旋線。通過螺 旋線的螺旋原理可知，物料在滾筒罐體內(nèi)沿攪拌葉片滑動的摩擦阻力是螺旋角的角度的增大而增大的，當摩擦力因螺旋角度的增大而到比較大時，物料便滑動緩慢，當?shù)竭_極限時甚至?xí)Ｖ够瑒釉斐晌锪隙逊e在葉片上不動，出料時造成出料速度慢、出料困難，無法出料。相反，當隨著螺旋角逐漸減小時，到達極端情況時攪拌葉片與攪拌罐軸線形成平行狀態(tài)，造成葉片對物料沒有向軸向的推動作用，無法卸料。

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

5 結(jié)論

本文重點研究滾筒式壓縮垃圾車的結(jié)構(gòu)特點及原理，通過滾筒壓縮、自動上料、無泄漏、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問題。同時，后期為積極響應(yīng)國家《藍天保衛(wèi)戰(zhàn)》政策，可大力推廣應(yīng)用純電動滾筒式壓縮垃圾車，全面實現(xiàn)電動化、智能化、清潔化、高效化、節(jié)能化的創(chuàng)新型垃圾收運車輛。