餐廚垃圾車推板行程的動態(tài)智能控制方法及應用

李偉濤

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾車;推板行程;動態(tài)智能控制

1前言

采用推板進行裝載壓縮和卸載排料的餐廚垃圾車，餐廚垃圾進料口在罐體前部，推板在裝載壓縮垃圾作業(yè)時，必須推出適度的行程，以保證餐廚垃圾的移位和壓縮，避免進料口垃圾的堆積并對垃圾進行一定程度的壓縮，提高壓縮比;當卸載排料作業(yè)時，推板推出全部行程，以確保完全卸載排料。推板通過作業(yè)行程狀態(tài)的不同，實現(xiàn)裝載和卸載的兩種作用。

本文將從推板作業(yè)過程對后門油缸壓力、后門應變力兩種信號的隨動影響進行分析，巧妙捕捉兩個方面的有效信號，可靠地實現(xiàn)了推板作業(yè)行程的動態(tài)智能控制，并使其成為一種智能化推板，從而提高餐廚垃圾車的智能化水平。

2餐廚垃圾車結(jié)構(gòu)組成及推板控制方式的缺點

2.1餐廚垃圾車結(jié)構(gòu)組成

餐廚垃圾車是在二類底盤上配置專用裝置，用于收集和轉(zhuǎn)運餐廚垃圾的環(huán)衛(wèi)用車，上裝主要由裝載機構(gòu)（提桶架、密封蓋、推板）、卸載機構(gòu)（后門、推板）組成，其中推板是用于裝載和卸載的雙作用機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)組成如圖1～圖2所示。

后門油缸有桿腔的油口內(nèi)安裝有壓力傳感器，用于實時反饋裝載壓縮垃圾過程中對后門油缸的壓力值變化;后門環(huán)形密封條內(nèi)嵌入了環(huán)形應變片，用于實時反饋裝載壓縮垃圾過程中對后門強度和密封性的應變力變化。

2.2推板控制方式的缺點

推板是用于裝載和卸載的雙作用機構(gòu)，普遍采用定行程的控制方式，即裝載壓縮作業(yè)為固定的半行程作業(yè)，卸載排料作業(yè)為固定的全行程作業(yè)，裝載與卸載采用轉(zhuǎn)換開關(guān)人工切換，其控制方式存在如下缺點：

a.裝載壓縮垃圾過程中，推板固定的半行程作業(yè)，由于垃圾成分及數(shù)量的變化，對后門密封的作用力不同，非常容易造成后門強度下降，密封條的預緊力完全失效，造成后門污水滲漏，環(huán)保性能、后門可靠性下降等不良影響。

b.裝載壓縮垃圾過程中，推板固定的半行程作業(yè)，對垃圾成份不同及垃圾量多少不一的情況來說，不能提供最合適的壓縮力，垃圾密度不均勻，出現(xiàn)每車裝載重量相差較大的現(xiàn)象。

c.通過人工轉(zhuǎn)換裝載和卸載工作模式，操作復雜;且由于罐內(nèi)垃圾量不可見，操作人員無法直觀判斷實時裝載量多少，人性化和智能化程度不足。

3推板行程的動態(tài)智能控制方法及技術(shù)優(yōu)勢

3.1動態(tài)智能控制的雙信號“捕捉”

餐廚垃圾車液壓控制系統(tǒng)原理圖如圖3所示，液壓動力源輸出高壓油后，三位四通電磁換向閥DT7/DT8切換液流方向，控制推板油缸驅(qū)動推板進行作業(yè);三位四通電磁換向閥D5/DT6切換液流方向后經(jīng)雙向液壓鎖，對后門油缸實現(xiàn)開啟和關(guān)閉的控制。

后門關(guān)閉瞬間，由于雙向液壓鎖的保壓性能，有桿腔有一定的初始密封壓力。推板油缸驅(qū)動推板向后進行壓縮垃圾作業(yè)時，壓縮力的向后傳遞，對有桿腔的壓力值P產(chǎn)生了規(guī)律性變化。

后門油缸有桿腔接入了壓力傳感器，把規(guī)律性變化的壓力值及變化率由內(nèi)置電路轉(zhuǎn)換后，輸出相應比例電流上和電流變化率為Ko如圖4所示，其電流11變化率K從開始的大于0，過渡到K等于0，最后K又大于0。

當K值從大于0（后門剛性工作區(qū)），到K等于0（后門塑性變形工作區(qū)）.這段行程為后門強度和后門密封的工作區(qū)間。當?shù)诙蜬直大于0的瞬間，將進入后門非工作區(qū)，此區(qū)間將造成后門強度下降和密封失效，直至后門變形和漏水。此瞬間點即為“第一信號捕捉點S”，此時推板動態(tài)行程Si=S。

如圖5所示，一種內(nèi)嵌式環(huán)形應變片與惠斯通電橋連接后，形成了應變力感應功能模塊。當惠斯通電橋?qū)撬膫€電阻相等時，輸出電壓U1為0，當環(huán)形應變片由于應力產(chǎn)生變形后，其電阻發(fā)生了變化，打破了原有四個電阻的平衡狀態(tài)，開始輸出相應的電壓UI，應變力與輸出電壓UI有相應的比例關(guān)系。

環(huán)形應變片內(nèi)嵌于后門密封條中，推板油缸驅(qū)動推板向后進行壓縮垃圾作業(yè)時，壓縮力的向后傳遞，應變片產(chǎn)生應變效應，相應輸出了電壓UI，如圖4所示。當U1=Umax（后門剛性工作區(qū)）.到U1開始下降（后門塑性變形工作區(qū)），這段行程為后門強度和后門密封的工作區(qū)間。當U1=0瞬間，將進入后門非工作區(qū)，此區(qū)間將造成后門強度下降和密封失效，直至后門變形和漏水。此瞬間點即為“第二信號捕捉點S”，此時推板動態(tài)行程Si=S。

3.2動態(tài)智能控制方法的電氣液壓接線

推板作業(yè)行程中，對后門油缸有桿腔的壓力和后門環(huán)形應變產(chǎn)生規(guī)律性的變化，控制系統(tǒng)將同時進行捕捉這兩種變化，是動態(tài)智能控制系統(tǒng)的雙保險信號。

控制系統(tǒng)的電氣液壓接線如圖6所示，壓力傳感器接入于后門油缸的有桿腔;環(huán)形應變片內(nèi)嵌于環(huán)形密封條，形成整體式感應，惠斯通電橋由系統(tǒng)提供+5 V電源，并與應變片對接連接，構(gòu)成電阻平衡回路。

3.3動態(tài)智能控制策略分析

啟動動態(tài)行程壓縮作業(yè)模式，動態(tài)智能控制系統(tǒng)將自動啟動，其動態(tài)行程Si的控制策略如圖7所示，DT7（+）/DTO（+），電磁換向閥與溢流閥同時工作，推板油缸進油，推板開始推出。

推板推出壓縮過程中，智能控制系統(tǒng)同時捕捉向后壓縮過程中后門油缸和后門應變片的相關(guān)信號，即同時捕捉K和U1，當出現(xiàn)“第一信號捕捉點”或“第=信號捕捉點”瞬間，推板此時作業(yè)行程Si=S， S為本次作業(yè)的行程。一次作業(yè)時出現(xiàn)兩信號出現(xiàn)的時間基本相同或相近，但不同作業(yè)的次數(shù)由于垃圾成分不同、罐內(nèi)垃圾量每一次均不盡相同，每一次出現(xiàn)的時間將會不同，即每次作業(yè)行程將自動適應垃圾成份不同、罐內(nèi)垃圾量，從而實現(xiàn)了推板對垃圾成分及垃圾量的自適應變行程作業(yè)功能。

雙保險的雙信號保證了動態(tài)行程始終處于后門剛性工作區(qū)和后門塑性變形工作區(qū)，避免了過大行程處于后門非工作區(qū)的工況，從而確保了推板在裝載壓縮作業(yè)過程中不會影響后門的強度，后門密封性能更好，完全實現(xiàn)了餐廚垃圾車的無滲漏作業(yè)。

雙信號均以后門密封和后門壓力為信號輸出源，推板自適應變行程作業(yè)，使壓縮餐廚垃圾的作用力每次均能因成分不同及垃圾量變化而變化，使垃圾壓縮后在罐內(nèi)更加均勻，壓實密度更加一致，每車裝載量將趨于相當。

當出現(xiàn)“第一信號捕點”或“第二信號捕捉點”瞬間，將結(jié)束本次動態(tài)行程作業(yè)，DT8（+）/DTO（+），電磁換向閥與溢流閥同時工作，推板油缸的有桿腔進油，推板回程復位。

3.4動態(tài)智能控制方法的技術(shù)優(yōu)勢

推板實施動態(tài)智能控制后，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，解決原來的技術(shù)缺點，推板每一次工作不再是固定的半行程或全行程，而是一種隨工況而發(fā)生變化的自適應行程：

a.雙信號確保實現(xiàn)推板行程的動態(tài)智能控制系統(tǒng)的可靠性和有效性。

b.以后門密封和后門油缸壓力為信號輸出源的自適應變行程作業(yè)，有效地保護了后門的強度，提高了作業(yè)的密封性能和環(huán)保性能。

c.自適應變行程作業(yè)，將使壓縮餐廚垃圾的作用力隨動變化，罐內(nèi)垃圾分布均勻，垃圾密度更趨于相當。

4推板行程動態(tài)只能控制方法的應用

餐廚垃圾車運用推板行程的動態(tài)智能化控制方法提高了餐廚垃圾車的智能化水平，其應用的電氣液壓接線如圖8所示，壓力傳感器和環(huán)形應變片的信號，通過轉(zhuǎn)換電路、惠斯通電橋后，輸入至PLC（可編程控制模塊）;罐體后門的上部設(shè)置行程開關(guān)a，動態(tài)智能控制系統(tǒng)啟動時，用于檢測后門狀態(tài);罐體前部進料口左右位置設(shè)置行程開關(guān)b和c，推板動態(tài)行程結(jié)束時，用于檢測推板的位置狀態(tài)。

餐廚垃圾車運用推板行程的動態(tài)智能化控制方法，提高了餐廚垃圾車的智能化水平，其應用的電氣液壓接線如圖8所示，壓力傳感器和環(huán)形應變片的信號通過轉(zhuǎn)換電路、惠斯通電橋后，輸入至PLC（可編程控制模塊）;罐體后門的上部設(shè)置行程開關(guān)a，動態(tài)智能控制系統(tǒng)啟動時，用于檢測后門狀態(tài)：罐體前部進料口左右位置設(shè)置行程開關(guān)b和c，推板動態(tài)行程結(jié)束時，用于檢測推板的位置狀態(tài)。

壓力傳感器、環(huán)形應變片、行程開關(guān)a、行程開關(guān)b、行程開關(guān)c的信號均作為PLC輸入信號源接入，PLC通過接收到各種信號后按預設(shè)的控制策略運算后，輸出各種控制信號，實現(xiàn)各種控制功能。

壓力傳感器、環(huán)形應變片對應接入的信號為模擬信號11、U1.行程開關(guān)a、行程開關(guān)b、行程開關(guān)c對應接入的信號為數(shù)字信號14、13、12?？删幊炭刂破鱌LC預設(shè)定的控制策略功能如圖9所示。

推板動態(tài)行程開關(guān)開啟，動態(tài)智能控制系統(tǒng)啟動，將首先檢測來自行程開關(guān)a的信號I4，如I4（+），表明后門處于開啟打開狀態(tài)，按控制策略要求，推板進行全行程Smax卸載排料作業(yè)模式;如14（-），表明后門處于關(guān)閉狀態(tài)，按控制策略要求，推板進行動態(tài)行程壓縮作業(yè)模式。此時推板具有自動識別工作模式的功能。

推板進入動態(tài)行程壓縮作業(yè)模式后，根據(jù)垃圾成份及垃圾量的不同，自適應變行程工作，動態(tài)行程隨垃圾成份及垃圾量不同而隨動，當動態(tài)行程結(jié)束瞬間，同時檢測來自行程開關(guān)b的信號13、行程開關(guān)c的信號12。12（+）13（+）時，說明推板行程已超過進料口，可以“正常裝載”，I2（+）13（-）時，說明推板行程處于進料口之間，垃圾已接近滿載，提示“預滿”，12（-）I3（-）時，說明推板行程沒有超過進料口，說明不能繼續(xù)裝載，提示“滿載”。此時推板具有裝載量提示的功能。

運用推板行程的動態(tài)智能化控制方法，餐廚垃圾車結(jié)合自動反饋的不同位置行程信息，可以自動識別“裝載”“卸載”作業(yè)模式，并對裝載量進行提示，功能更加豐富，智能化程度更高。

5試驗驗證

為了驗證智能化推板的實際應用效果，筆者試制了一臺總質(zhì)量為18 t的餐廚余垃圾車，在各相關(guān)位置嵌入安裝了環(huán)形應變片、壓力傳感器、行程開關(guān)、惠斯通電橋等硬件，并通過PLC按預設(shè)定的控制策略對推板實施動態(tài)智能控制。

試驗樣車進行了15天，每天裝載4車餐廚垃圾的裝載壓縮作業(yè)（圖10）和卸載排料作業(yè)（圖11）。

試驗結(jié)果表明智能化推板作業(yè)達到了預期效果：

a.成分不同（干水含量不同、混裝垃圾）.罐內(nèi)已存垃圾量不同，推板在其壓縮過程中，其行程自動發(fā)生變化，且每車垃圾的凈重相當，說明推板成功實現(xiàn)了自適應變行程的智能化作業(yè)，且智能化壓縮作業(yè)使罐內(nèi)垃圾更加均勻，密度更趨于一致，裝載性能有了進一步提高。

b.15天共60車的作業(yè)過程中，后門密封程度保持完好，達到了無滲漏、無滴漏的效果，通過內(nèi)嵌于密封條的環(huán)形應變片，動態(tài)監(jiān)測密封條有效性，避免密封條失效。說明推板智能化作業(yè)對后門強度無影響，密封更加可靠。

c.通過一鍵動態(tài)智能操作推板，自動識別工作模式，減少了操作工人的操作強度，同時對裝載量有了提示，裝載量選擇更加靈活。

6結(jié)語

基于雙作用推板的餐廚垃圾車，通過雙信號技術(shù)實現(xiàn)了推板作業(yè)行程的動態(tài)智能控制，豐富作業(yè)的功能，提高作業(yè)的性能，智能化的推板有效提升了餐廚垃圾車的技術(shù)水平：

a.對“壓力”“應變”雙信號的有效捕捉和利用，使推板作業(yè)行程的動態(tài)智能控制有了可靠的信號源，確保推板自適應變行程作業(yè)功能的實現(xiàn)。

b.具有自應性變行程作業(yè)功能的推板，在裝載壓縮垃圾時，對后門密封性更好，壓縮垃圾密度更加均勻，裝載性能得到了較大的提高。

c.動態(tài)行程智能控制的推板，結(jié)合自動反饋的不同位置行程信息，可以自動識別“裝載”“卸載”作業(yè)模式，并對裝載量進行提示，功能更加豐富，智能化程度更高。