壓縮式垃圾車提高壓實密度的液壓技術研究

李偉濤何子燚

1. 深圳東風汽車有限公司 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密度的液壓技術研究

李偉濤1何子燚2

1. 深圳東風汽車有限公司 廣東深圳 518000

2. 漢陽專用汽車研究所 湖北武漢 430056

針對國內后裝壓縮式垃圾車垃圾壓實密度較小，壓實度不高，壓縮效果差的現狀，從液壓控制技術方面進行研究與分析，提出了優化滑板油缸安裝角度的改進方案。改進后，垃圾壓縮時滑板油缸對垃圾的壓縮力大幅提高，同時垃圾還受到以前沒有的推鏟擠壓力，實現“前壓后擠”的雙向強壓縮作用，大大提高了垃圾的壓實密度。改進方案提出的提高垃圾壓實密度的新方法，為后裝壓縮式垃圾車的研發提供了技術借鑒。

后裝壓縮式垃圾車 垃圾壓實密度 角度 前壓后擠 液壓技術

1 前言

目前國內后裝壓縮式垃圾車在裝載垃圾過程中，大廂內推鏟回程至終點（車廂前部），大廂內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滑板油缸產生的壓縮力實現。裝入大廂內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量較多，不利于節能減排，垃圾轉運的成本也較高。

下面將從垃圾壓實密度的影響因素、液壓技術優化研究及分析、試驗驗證等方面介紹如何通過液壓技術創新提高垃圾壓實密度。

2 垃圾壓實密度的影響因素

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，垃圾壓實后的密度取決于滑板油缸產生的壓縮力F2，由公式：

式中，P為液壓壓力，S為滑板油缸面積，F1為滑板油缸產生的力，F2為垃圾壓縮力。

圖1 垃圾受力分析圖

由式(1)、(2)可得：

可見，影響垃圾壓實密度的因素主要有如下幾個方面：

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，垃圾壓實密度越高。

c. 滑板油缸的設計安裝角度。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，垃圾壓實密度越高。

目前國內的垃圾車為了提高垃圾壓實密度，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相應增多；而增大滑板油缸缸徑則會使得整車自重增加，導致裝載量減少、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，但改進效果不明顯。

下面從液壓技術優化方面分析，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密度。

3 液壓技術優化研究及分析

3.1 優化滑板油缸的設計安裝角度

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計安裝角度α，可以有效提高在壓縮方向的水平分力F2，垃圾壓實密度就越高，計算結果如表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關系

綜合角度與分力系數關系如圖3所示。由圖3及表1可知，在滿足結構型式的前提下，盡可能減小滑板油缸的設計安裝角度α，可以大幅提高垃圾壓縮力F2，從而提高垃圾壓實密度。

圖3 角度與分力系數關系

3.2 “ 前壓后擠” 液壓控制技術

現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，推鏟置于車廂最前端的原點，垃圾從后部的填裝器裝入后，通過滑板油缸產生的壓縮力F2進行壓縮。對裝入大廂內的垃圾來說，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，但其壓實密度較小，壓實度不高。

圖4 現有液壓原理圖

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，使推鏟產生反作用力，從而對垃圾產生“后擠”的良好效果。“前壓后擠”液壓原理如圖5所示。

圖5 “ 前壓后擠”液壓原理圖

此液壓控制技術是在壓縮力F2不變的情況下，對推鏟油缸進行有效的液壓控制，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定壓力為P的順序閥、可調節流口的節流閥，推鏟油缸的有桿腔接入補油單向閥。

裝載垃圾時，推鏟由駕駛室控制停置在車廂后端，滑板油缸壓縮垃圾，當液壓壓力P液達到順序閥的開啟壓力P開時，推鏟油缸無桿腔打開順序閥經可調節流閥進行泄油，從而產生背壓P1，推鏟油缸產生了對垃圾的反作用力，即擠壓力F3；這時推鏟油缸慢速回程，推鏟油缸有桿腔通過補油單向閥補油，避免產生真空。

式中，F3為推鏟油缸產生的反作用力，即擠壓力；P1為推鏟油缸泄油背壓，可通過節流閥調節大小；S0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為可調節流閥的開口直徑大小。

由公式(4)、(5)得出：

由公式(3)可知，垃圾擠壓力與可調節流閥開口大小D的平方成反比，節流閥開口D調得越小，擠壓力F3就越大；節流閥開口D調得越大，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。

3.3 優化滑板油缸角度與“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可通過節流閥進行調節，由于推鏟還有結構摩擦阻力（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，實現裝滿垃圾且提高垃圾壓實密度的最佳效果。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化效果

壓實密度由總壓縮力F決定，由式(1)、(8)得出：

優化前：F前=F1cosα

優化后：F后=F2+F3= 2F1cosα﹣6

優化前后總壓縮力對比如表2所示。

表2 優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化后，垃圾總壓縮力顯著提高，理論上，垃圾壓實密度將得到有效提高，壓縮效果有很好的提升。

4 試驗驗證

筆者試制優化前后的樣車各一輛，對其進行垃圾的實際壓縮裝載比較，經過10輪裝載驗證后，其裝載數據如表3所示。

從試驗驗證數據可以看出，優化前壓實密度僅為0.57 t/m3，經過“前壓后擠”液壓原理及滑板油缸安裝角度優化后，壓實密度大幅提高到0.85 t/m3，優化效果得到了有效的驗證。

5 結語

通過以上的液壓技術分析與研究，可以看出，通過優化后裝壓縮式垃圾車滑板油缸設計安裝角度，并創新實現推鏟的后擠壓縮，從單一“前壓”變為“前壓后擠”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,寧初明,韓壽松等.液壓系統動態特性研究方法分析[J].液壓氣動與密封,2014.04:21-23.

表3 優化前后垃圾壓實密度對比 單位：t/m3

圖11 兩方案舉升油缸驅動力比較

表3 兩方案最大驅動力比較表

由上述分析可知，采用長對角線方案時，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，需選用缸徑為80 mm，桿徑為45 mm的舉升油缸。可見，短對角線方案明顯優于長對角線方案，應當確定短對角線方案為最優方案。

4 結語

經過對橋檢車舉升工況的設計研究和完全作業工況的動力學分析，提出一種四邊形舉升機構的新結構。相比原有結構，新結構驅動油缸所需的驅動力更少，整個結構上的載荷和應力也相應降低，且新結構沒有增加額外的成本，只需將電控單元稍加改進即可。隨后進行的結構分析表明，更換了新油缸布置方案后，四邊形舉升機構的安全系數得到了提高。該機構已在某公司生產的22 m橋梁檢測車上安裝使用，實際使用結果表明，該機構確實能減少臂架舉升過程中的液壓系統工作壓力，并能降低由此帶來的臂架抖動。

參考文獻

[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，現從事專用汽車產品研發及相關液壓系統研發工作。

2016-10-24