車廂可卸式垃圾車支承輪的機械自動化控制技術研究

李偉濤

深圳東風汽車有限公司 廣東深圳 518000

1 前言

車廂可卸式垃圾車裝載箱體時,為了保證車輛的質量平衡，在車輛后部加裝有支承輪。當裝載箱體時,支承輪放下落地作為輔助支承點，保證車輛平衡；當完成裝載箱體作業后，必須收縮復位，保證車輛行駛的安全可靠。目前，支承輪自動化程度低，疏忽未操作、操作后復位動作未執行、復位動作執行效果無提醒等都將造成支承輪沒有收縮復位,在此情況下車輛行駛將不平穩、易跑偏或側翻，嚴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、電－氣－液的機械自動化控制技術運用、試驗驗證等方面介紹如何通過機械自動化控制技術的創新來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

2.1 車廂可卸式垃圾車支承輪收縮復位的必要性

車廂可卸式垃圾車（簡稱勾臂車）是一種垃圾箱轉運車。車箱與車體為可分離式，一輛垃圾車可配備多個車箱，能有效地提高車輛使用效率，節省車輛使用成本。

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

圖1 支承輪動作示意圖

裝重箱過程中，放下支承輪使車輛質心平衡，防止車輛翹頭；裝重箱完畢后，支承輪必須收縮復位，否則車輛在行駛中，會撞擊和損壞低位支承輪及相關連接件，將造成車輛行駛中不平穩，易跑偏或側翻，嚴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

支承輪目前控制原理如圖2所示，為了司機操作方便，按鈕式氣控換向閥S6R通常都安裝于駕駛室，司機操作后即開車行駛。當裝載重箱完畢后,司機必須操作駕駛室內按鈕式氣控換向閥S6R的按鈕B，支承輪才執行收縮復位，這樣就存在如下不足之處：

a.當司機或操作人員疏忽，開車前未能操作按鈕B，則支承輪沒有執行收縮復位到高位的動作；

b.當車輛裝載的箱體質量G過大時，支承輪由于重力產生的摩擦力矩過大，這時司機雖然操作了按鈕B，但支承輪仍無法保證收縮復位到高位；

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

目前控制方式在以上三個方面的不足之處，都不能確保支承輪收縮復位到高位，當車輛行駛時，有可能高速撞擊并損壞低位支承輪及相關連接件，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 支承輪的雙保險機械自動化控制技術

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作，自動觸發行程氣閥S3R，控制氣壓實現支承輪收縮復位動作的自動執行，而不用通過人工操作氣閥的按鈕B觸發；在支承輪動作執行完成后，利用支承輪在高位位置觸發電氣的指示燈HR和蜂鳴器HA工作，使操作人員二次確認動作完成，形成有效的雙保險自動控制。

電氣的控制，利用了支承輪收縮復位在高位位置狀態，觸發信號，使指示燈HR和蜂鳴器HA工作,實現了支承輪復位狀態的聲光提醒警示；氣壓的控制，利用了箱體下降動作，觸發行程氣閥S3R，實現液壓的先導自動控制；液壓的控制，利用氣壓的先導控制驅動支承油缸動作，實現支承輪自動收縮復位；綜合電—氣—液的互相聯合控制，保證了支承輪完全可靠的自動收縮復位，并實現聲光提醒警示，形成了支承輪的雙保險自動化控制效果，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—氣—液控制原理圖對比可看出，電—氣—液的聯合控制支承輪，保證了原來動作的合理性和延續性，關鍵之處在于采用創新的思維，優化了氣壓控制，引入了電氣控制，解決了人工操作的諸多弊端，實現了支承輪全自動化，并通過聲光提醒警示，形成雙保險的機械自動化控制，確保支承輪動作完全可靠。

圖3 支承輪的電—氣—液控制原理圖

3.2 雙保險機械自動化控制技術的控制流程

雙保險機械自動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—行程氣閥S3R換向—氣壓經S3R進入3ANC控制氣腔—氣控換向閥3ANC換向—并聯氣壓經3ANC進入液壓閥HC16控制腔—液壓閥HC16換向—高壓油經HC16進入支承油缸有桿腔—油缸動作—支承輪上升收縮復位到高位—支承輪高位碰到接近開關SQ—電氣指示綠燈高亮且蜂鳴器聲音提示；當箱體沒有垃圾即空箱時，同樣可實現以上功能，保證了車輛在空箱狀態下的行駛安全性和可靠性。

從以上控制流程上可以看出，支承輪收縮復位不需人工觸發，避免了人工操作的疏忽，提高了自動化程度，支承輪動作收縮復位后，還同時實現了聲光提醒警示，確保支承輪收縮復位完全可靠，使司機在駕駛室內也可以確認后部支承輪收縮復位動作是否完成。

這是電—氣—液自動化控制技術的聯合，互為利用觸發信號，箱體下降動作，觸發氣壓控制流程，氣壓控制結果觸發液壓控制流程，液壓控制結果觸發電氣控制流程，最終達到自動化控制的效果。

3.3 支承輪機械結構參數計算和優化研究

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，G為后部質量。

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位動作，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：

其中后部質量G由重載箱質量決定（以重載箱體質量進行核算設計，空載箱體自然也就滿足要求），一般取其最大質量的后部支點質量即可，由式(8)分析，為了確保支承輪上升收縮到位，可從以下幾個方面進行優化改進，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位；

b. 增加支承油缸下支點的距離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位；

c. 減小支承輪的轉動力臂h，從而減小支承輪阻力矩，有利于支承輪上升收縮復位。

通過以上三個方面優化后，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位動作的有效性。

3.4 雙保險控制支承輪的機械自動化控制技術實現

通過以上電 — 氣 — 液自動化聯合控制支承輪，并優化機械結構參數(優化液壓系統壓力、支承油缸直徑、支承油缸安裝角度及相關轉動力臂)，可以看出：

a.裝載箱體后，支承輪收縮復位不需人工操作，實現了自動化控制動作，避免了人工操作的疏忽；

b.通過優化相關機械結構參數后，確保支承輪完全執行收縮復位動作，不存在因質量過重而導致動作失效的問題；

c.支承輪動作完成后，通過聲光警示，便于司機直觀二次確認支承輪收縮復位，形成雙保險的自動化控制。

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

4 試驗驗證

為了驗證研究效果，筆者采用同一臺車廂可卸式垃圾車分別為改進前狀態和機械自動化控制的改進后狀態，并由同一名司機實際操作裝卸垃圾運行各15天，每天裝卸垃圾3箱，跟蹤其使用情況，總結其支承輪收縮復位的可靠率，其記錄如表1所示，樣車試驗如圖5所示。

圖5 實際樣車試驗圖

表1 車廂可卸式垃圾車改進前后對比記錄表

從試驗驗證記錄數據可以看出,改進前的車廂可卸式垃圾車支承輪收縮復位到高位的動作可靠率為95%，不能確保絕對的收縮復位動作可靠，也就不能完全保證車輛在行駛過程中的安全可靠性。

通過雙保險控制支承輪的機械自動化控制技術改進后，從表1數據可以看出，支承輪收縮復位可靠率從原來的95%提高到100%。說明采用機械自動化控制技術后，效果顯著，確保了絕對可靠地自動收起支承輪復位，從而保證了車廂可卸式垃圾車行駛中的安全可靠，技術途徑得到了有效的驗證。

5 結語

通過以上技術對比分析，筆者運用電—氣—液的機械自動化控制技術，大大提高了支承輪自動化程度，自動執行支承輪收縮復位，并通過指示燈及聲音進行提示警示，二次確認支承輪收縮復位。“雙保險的機械自動化控制技術”完全解決了支承輪目前控制技術存在的缺點，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提供了技術途徑和借鑒：

a.電—氣—液自動化聯合控制支承輪收縮復位，實現了全自動化功能，不需人工操作，避免了人為操作的疏忽；

b.通過優化機械結構參數如支承輪油缸安裝角度、增大支承輪油缸直徑、增大壓力、相關轉動力臂等方式提高支承油缸提升力，避免操作后的無動作故障現象；

c.支承輪收縮復位后，通過指示燈及聲音進行提示警示，二次確認支承輪動作復位，形成雙保險的自動化控制，確保車廂可卸垃圾車行駛中的安全性及可靠性。