后装压缩式垃圾车液压系统及控制系统设计.pdf

T E CHNI C F ORUM／ 技术 论坛l 2 0 1 1 ／ 0 4 后装压缩式垃圾车液压系统及控制系统设计 De s i g n on Hy dr a ul i c Sy e m an d Co nt r ol Sy em o f Re a r - l o ad Com pr e s s i on Re f u s e Co l l e c t or 黄有林’李 白光’苏文 明 HUANG You-l i n e t al 1 ． 长沙理工大学 2 ． 湖南高翔重工科技有限公司 湖南长沙 湖南湘潭 41 0004 4111 02 摘 要 压缩 式垃圾 车近 年来发展迅速 ，但制造水平参差不齐 ，通 过对某后装压缩式垃圾车 液压 系 统及控制系统的设计分析 ，介绍 了一种 高效率 、高可靠性、高智能化的大型压缩 式垃圾车 ，为压缩 式垃圾车的发展提供 了一种有效的途径。 关键词 压缩式垃圾车Z c l i o L o g ic 液压 系统 Ab s t r a c t I n r e c e n t y e a r s ，t h e c o m p r e s s i o n r e f us e c o l l e c t o r h a s d e v e l o p e d r a p i d l y ,b u t t he l e v e l o f ma n u f a c t u r i n g i s u n e v e n ．A c o mp r e s s i o n r e f us e c ol l e c t o r ，h i g h e ffi c i e n c y ，h i g h r e l i a b i l i t y a n d h i g h i n t e l l i g e n c e ， wa s i n t r o d u c e d i n t h i s a r t i c l e b a s i n g o n a n a l y s i s o f d e s i g n o f h y d r a u l i c s y s t e m a n d c o n t r o l s y s t e m o f t h e r e a r - l o a d c o mp r e s s i o n r e f us e c o l l e c t o r ．An e ffi c i e n t wa y wa s p r o v i d e d f o r t h e f u t u r e de v e l o p m e n t o ft h e c o mp r e s s i o n r e f us e c o l l e c t o r ． K e y wo r ds c o mp r e s s i o n r e f us e c o l l e c t o r ； Ze l i o L og i c ； h y d r a ul i c s ys t e m 中图分类号 U4 6 9 ． 6 9 1 ． 0 l 文献标识码 B文章编号 1 0 0 4 ． 0 2 2 6 2 0 1 1 0 4 - 0 0 6 0 0 3 1 引言 随着我国经济发展的腾飞，截止到2 0 0 9 年 ，我国城镇化率 已 经达到了4 6 ． 6 ％，2 0 1 0 年 中小城市绿皮书指出，我国的城镇化 率_ lJ 2 0 1 5 年将达 1J 5 2 ％， JJ 2 o 3 o 年将达到6 5 ％左右。随着城镇化率 的不断提高 ，城市人 口的不断增加 ，生活垃圾 围城的现象日益严 重，垃圾处理站离城市中心也越来越远 ，为了节省垃圾转运的成 本 ，提高效率 ，大型化、高压缩比、智能化、高效率、密闭化 的 压缩式垃圾车将成为今后发展的趋势。现介绍一款某公司生产的 后装压缩 式垃圾车 ，该车采用进 口液压元件 ，控制系统采用法国 生产的智能化 的、可承受大容量负载的Z e l i o L o g i c 逻辑控 制器 ， 可满足 垃圾 车的使 用需 求 “ 。某 后装压 缩 式垃圾 车如 图 1 所 示 。 2 基本结构 该后装压缩 式垃圾车主要由汽车二类底盘、车厢组件 、装填 机构、举升机构、卸料机构、液压系统、控制系统及操纵系统等 组成 ，如图2 所示。垃圾在汽车尾部由装填机构装人 ，装填机构将 垃圾碾碎、压缩后 ，挤入封闭的车厢 内；垃圾装满车厢后被运送 到垃圾处理站卸料 ，此时装填厢举起 ，车厢后部敞开 ，车厢内的 第 一 作 者 黄 有 林 ， 男 ， 1 9 8 5 年 生 ，硕士 研 究生 ，研 究 方向 筑路养路机械设计。 推卸料机构动作 ，推挤被压缩的垃圾 ，将其全部推出车外。 图1 后装 式压缩 垃圾 车 图2 后装式压 缩垃 圾车基 本结构 1 汽车二类底盘 2油箱组件 3 车厢组件4 卸料机构 5 装填机构6 后示廓灯 7 滑板组件8 刮板组件 b ． 滤 网的 选型 和 布置 是 个难 点 ，如 何 保证 污 水过 滤 充 分和 不 堵塞网眼是今后努力的方向 C ． 污水进入水路系统后易堵塞喷嘴 ，喷嘴不便于经常清洗。 这样不但会损坏相关部件 ，还会减弱污水循环的效能。 参考文献 [ 1 ] 赖富才． 污水循环技术在扫路车 中的应用f J ] 公路与汽运 ，2 0 0 8 1 1 1 3 9 1 4 0 ． [ 2 ] 张采银 管道疏通车污水循环系统Ⅲ ．专用汽车，2 0 0 5 0 6 ． 4 1 ，4 3 [ 3 ] 吴保 玉 ，过 学迅 ，杨 涛 等 一种 新型 联 合吸 污车 泥水 分 离 系统⋯ 专 用汽 车， 2 0 0 9 0 6 5 2 5 4 收稿 日期 2 0 1 1 0 1 0 6 3 液压系统设计 3 ． 1液压原 理分析 该 车 全部 采 用 进 口液 压 元件 ，其 核 心 元件 电磁 多 路 阀 是在 工 程机械用多路 阀的基础上改造而成的 ，它与传统的油路块集装式 电磁阀相比 ，具有密封性好、占地空 间小、耐颠簸性好的特点。 且该 电磁多路 阀加大了中位的卸荷通道 ，使 系统发热大为减少 ， 提 高了系统的稳定性和可靠性 ，延长 了系统 的使用寿命 “ 。液 压 原 理如 图3 所示 。 推板 油缸 举升油缸 刮板 油缸 滑板 油缸 P 推板回路 的无杆腔由单 向阀接通油箱 ，有杆腔接有背压阀 ， 实现了卸料机构和装填机构双向压缩 ，当推板推出后 ，换 向阀处 于 中位 ，推板不收回，由于在推板油缸有杆腔上接有背压 阀，于 是垃圾在装填过程 中就能够得到初步的压缩 。通过改变背压 阀的 压力还能够实现不同的压缩比。当推板油缸继续在外载荷推力作 用下 ，通过无杆腔的单 向阀补油 ，此时背压阀卸荷 ，逐步地将垃 圾高密度、均匀地被压实在车厢里直至装满车厢 ，避免出现在压 缩过程中中部被压得很实而前端垃圾却比较松散的情况。举升 回 路采用双 向液压锁和 回油节 流调速阀 ，将举升油缸回油路上的单 向节流调速阀作为背压阀 ，避免 出现填装机构下落时冲击振荡的 问题 ，同时还可以精确地控制填装机构下落的速度。 3 ． 2 主要液压元件及其辅件的选择 3 ． 2 ． 1液压换向阀 该车整个工作循环主要由四组油缸完成 ，因此可以采用4 个三 位四通换 向阀来实现动作。由于垃圾压缩车的工作环境恶劣，污 染严重 ，很难保证不 出现卡阀现象 。此时 ，只有通过提高换 向阀 的阀芯换 向力克服 卡阀或者是一旦卡阀立即采用手动操作 。经过 市场调研 ，选用进 口手 、气动两用的多路换向阀，能够较好地解 决卡阀的问题 。增加手控操作功能不仅可以排除 阀本身所引起的 障碍 ，还能够排除其它原因造成的故障 ，为安装、调试和维修工 作提供了极大的方便 ，也保证 了压缩式垃圾车高效率工作 。 3 _ 2 _ 2 执行 元件 根据对液压原理的分析及其动作分析 ，执行元件 只要往复运 动便可达到要求 ，因此执行元件选用双作用油缸 ，由于该压缩式 垃圾车吨位较大 ，安装尺寸和工作的行程差 别很大 ，推板油缸需 采 用 三级 油 缸 ，其 他 为 单级 油缸 。另 外 油缸 工 作 压 力 的选 定 也 较 为重要 ，若工作压 力低 ，则要求执行元件的容量大 ，即尺寸大、 质量重 ，系统所需流量也大 若压力高 ，则对元件的制造精度和 系统的使用维护要求也相应提高 ，并会使容积效率降低 。通过对 T E CHNI C F OR UM／ 技 术论 坛l 2 O l 1 ／ o 4 油缸的实际工况进行受力分析计算 出外负载 的大小 ，然后参考表 1 选取 适 当的 工作 压力 。 表1 工作 压力 的选取 3 _ 2 _ 3 油箱 油箱用于储存油液 ，以保证供给液压系统充分的工作油液 ， 同时还具有散热 ，使渗入油液 中的污物沉淀等作用 。因此油箱必 须要有足够的容积和散热面积 ，油箱容积的推荐数值如下低压 系 统 P 2 ． 5 MP a ， V 2 - 4 Q 中 压 系 统 P 6 - 3 MP a ， V 6 - 1 2 ，其 中 为 液压泵的流量，L ／ mi n 。根据公式计算可选定油箱容积为1 4 0 L 。 4 控制系统设计 4 ． 1控制 分析及 流程圈 对于不 同吨位的后装压缩式垃圾车 ，根据液压系统所需的压 力、流量 的不 同 ，通过计算便可 以确定 泵、阀、油缸 的规格大 小，然后再进行选型、设计和安装 。某后装压缩式垃圾车装载吨 位为2 5 t ，经过计算该车液压系统额定压力为2 5 MP a 。由于装填厢 举升 到 位 后必 须 适 当的 延 时再 返 回 ，以保证 厢 内的 垃圾 全 部 倾倒 干净 ，且推板 推出进行卸料时 ，必 须将 装填厢开启之后才 能进 行 ，否则无效 。故 根据作业流程 的动作 要求 ，列 出程序控 制流 程 ，如图4 所示。系统中通过采用接近开 关来检测各个动作的位 置 ，并且控制动作的衔接。如在填装循环中 ，刮板外摆 到位后接 近开 关导通 ，于是滑板接着下降。以此实现装填循环。如果垃圾 中有石块、金属等硬物出现超载 ，可能会影响压缩循环的进行 ， 于是可在程序 中设置 “ 设定时间到”这一条件语句 ，转而进行下 一 步动作 ，不再进行强行压缩而损坏液压元件 。在推卸垃圾时 ， 用接近开关来检测装填斗 的举升 ，如果没有举升到位 ，推板就不 能够推出卸料 。在装填厢举升之后再作一次压缩循环 ，从而将装 填厢 内可 能 剩余 的垃 圾清 理掉 。 图4 程 序控 制流 程图 4 ． 2 控制 系统 的选用 目前 ，大 多数 的 后装 压 缩 式垃 圾 车 采 用集 成 式 多路 电磁 阀配 合 电控 系 统 来 实现 顺 序控 制 ，通 过 电气 按钮 发 出启 停动 作 信 号 。 下转第6 3 页 圈 3 新 结构 箍带 由图4 、5 可以看出 ，箍带滚动轴与轨道周向面上发生滚动摩 擦 ，箍带防倾轴与轨 道端 面发生滚动摩擦 ，由于接触 面有 润滑 脂 ，且防倾轴 的尼龙套具有耐磨、自润滑的特性 ，因此磨损量会 大大减小 ，相对于搅拌车寿命来说 ，基本可以做到终生免维护 。 I l， ， L ‘ 一上， 一 一 ／ ，／ Pl q 4 滚 动轴结 构剖 面 TECHNI C FORUM／ 技 术 论 坛l 2 O l 1 ／ o 4 厂 一 一 - 1， ， 1 、 ． ． 卜． I／ 。 ／ ． { l l L L L r一 一 C 口 I l／／ I 一_ ／’l ／’ I 图5 防顿轴 结构 剖面 4 结语 从箍带新老结构对比和新结构 自身特点上看 ，新结构具有终 生免维护 ，能将润滑脂均匀涂抹在轨道和滚动轴上，减少简体转 动的阻力 ，箍带u型部件还具有不前倾、耐磨损的突出优点 。同 时滚 动轴周 向尺寸相对 于弧形钢带尺寸来说 ，可 以看作线性连 接 ，因此搅拌筒的跳动； 中 击力可以通过钢带局部变形大大缓解。 但 是 ，新 结构 的 缺 点 是成 本相 对 增 加 较 多 ， 因此在 实际 应 用 中也 可进行简化设计 ，仅实现滚动摩擦即可。 参考文献 [ 1 】张国忠 ，王 福良， 周淑文等 现代混凝土搅拌 运输车及应用 [M] 北京 中国建材工 业出版社， 2 0 0 6 ． 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 3 0 5 接 第6 1 页 电控方式分为两种 ，一种是用行程 开关检测油缸 的起点和终点 ， 到位后发送电信号给继电系统 ，用继电器来控制顺序动作 ；另一 种是用接近开关 ] I] P L C 编程控制 ，因为继 电器 电路之间的各种逻 辑关系需要通过硬件接线来实现 ，后者比前者更加可靠。 该垃圾压缩车控制系统采用接近开关JJ fl Z e l i o L o g i c 逻辑控制 器。Z e l i o L o g i c 逻辑控制器是一款介于P L C D 继电器之间的产品， 它既具有e L f i n 继电器的一些特点，并且还拥有超越P L C D 继电器 性能的一些优点。与P L C 相比 ，它的继电器输出容量高达8 A，能 够直接驱动负载。另外 ，其面板集成的屏幕和按键具有编程 、调 试、参数设定和人机界面的功能 ，还提供大量的软件定时器、计 数器 ；在软件编程方面，支持梯形图 fl F B D两种编程语言 ，便于 用户使用 。 4 ． 2 ． 1 Z e l i o L o g i c 逻辑控制器选型 根据流程控制图及人机工程学可 确定输人设备由举升斗升降按钮、刮板 内外摆按钮、滑板升降按钮、推板往返 按钮、自动档按钮、急停按钮组成，接 近开关输出设备为继电器、接触器、信 号灯。采用底盘电源2 4 V 直流电。 圈5 S R 2 B 1 2 1 B D 型逻辑控制器 根据上述分析选定 了某型号基本 逻辑 控制器 ，其采用8 4 路 AI 点输 人 ，4 点继 电器 输出 ，2 4 V直流 电源 ，带时钟和 显示面 板 。逻辑控制器如图5 所示 。 5 结束语 该 后 装压 缩 式 垃圾 车采 用接 近 开 关 D Z e l i o L o g i c 逻 辑 控 制 器 编程控制系统 ，各液压元件稳定可靠 ，能够有效地实现整个垃圾 装卸过程的 自动化控制 ，该垃圾压缩车装载重量达 1j 2 5 t ，这种高 效率 、高可靠性 、高智能化大型式压缩垃圾车 ，将是今后压缩式 垃圾 车 的发 展方 向 。 参 考文献 [ 1 】 丁继斌 X Z5 1 1 0 Z YS 型后装压缩 式垃 圾车装填机构设计研 究与动态演示 [ D ] 江 苏大学，2 0 0 4 1 2 1 4 ． [ 2 ] 韦 家拙， 谢 永和．压 缩式垃圾 车的液压系统 及电磁阀微 电脑控制系统 [ J 1 l 专用汽 车， 2 0 0l 3 3 1 3 2 [ 3 ] 陈奎生 液压与气动传动 『 M】 ． 武汉 武汉理工大学出版社， 2 0 0 4 [ 4 ] 皮晓 明，何 真伟． 后装 式压缩垃圾 车的液压 系统及P L c控制 系统设计 [ J ] ．机械 设 计与制造 ，2 0 0 6 8 1 2 3 1 2 4 ． [ 5 ] 于庆广． 可编程控制器原理及 系统[ M] ． 北京 清华大学 出版社， 2 0 0 4 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 2 ． 2 1