一款餐厨垃圾车的整车设计与布置

常宏涛，徐文亮，袁巧玲



一款餐厨垃圾车的整车设计与布置

常宏涛，徐文亮，袁巧玲

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

随着社会进程的加快，以及经济的迅猛发展，餐饮业的兴起已势不可挡，但由此引发的问题也渐渐出现在人们的视野内，如垃圾的产生，环境的污染等等。因此，餐饮行业的垃圾处理及转运环卫车亟待提出！餐厨垃圾车是处理餐厨垃圾收集和运输环节所必不可少的专用车辆。餐厨垃圾车就是将餐厨垃圾中的固体和液体分开来处理。它的罐体有两部分：上面的圆罐体主要用来盛放垃圾，下面的方罐体便用来收集垃圾中的水分，实现垃圾的固液分离，方便后续的进一步处理。

环卫车；餐厨垃圾车；环境保护；整车设计；分析计算

1 餐厨垃圾车的项目背景

随着社会进程的加快，以及经济的迅猛发展，餐饮业的兴起已势不可挡，但由此引发的问题也渐渐出现在人们的视野内，如垃圾的产生，环境的污染等等。同时随着习总书记“绿水青山就是金山银山”“两山”理论的提出，环境保护在国家层面被提升到前所未有的高度。因此，餐饮行业的垃圾处理及转运环卫车亟待提出！

餐饮业产生的垃圾我们称之为餐厨垃圾，这种垃圾成分复杂，含水量高，处理起来不像处理生活垃圾那么简单，虽然很多地方都在使用填埋的处理方法，但填埋会造成土壤资源的浪费，还会对环境造成二次污染。由此，需要有专门的餐厨垃圾处理方式。

2 餐厨垃圾车的项目思路

餐厨垃圾的处理分为单独收集和运输、集中处理、无害化和资源化几个部分。餐厨垃圾车是处理餐厨垃圾收集和运输环节所必不可少的专用车辆。餐厨垃圾车就是将餐厨垃圾中的固体和液体分开来处理。它的罐体有两部分：上面的圆罐体主要用来盛放垃圾，下面的方罐体便用来收集垃圾中的水分，实现垃圾的固液分离，方便后续的进一步处理。同时在车辆的右侧设有提桶机构，可以直接将120L，240L塑料桶或通用的标准桶中的餐厨垃圾倒入罐体，以推板推卸或向后倾倒为主要卸料方式，并有固液分离，密封排料和高压清洗等功能。

3 餐厨垃圾车的总体布置方案及主要设计参数

本款开发的餐厨垃圾车采用轩德X9底盘改装而成。主要由底盘、箱体、翻桶机构、液压系统、电控操作系统、高压清洗系统、加热系统、密封排料系统等组成。罐体截面为圆弧形，强度高，有效容积大；卸料方式为推板卸料，推板不仅具有卸料功能，同时也可以压榨餐厨垃圾中的水分；后门采用液压开启和锁紧，以保证箱体的密封性能；操作采用电控操作，方便可靠。

3.1 设计开发的主要设计参数

表1

3.2 设计开发的餐厨垃圾车外形结构组成及三维模型布置

餐厨垃圾车结构组成及整车布置见图1：

图1 餐厨垃圾车整车三维模型布置图

1 垃圾箱；2 后门；3 排料机构；4 翻桶机构；5 倒料口；6 液压系统（翻桶油缸）；7 电气操作系统；8 加热系统；9 清洗系统；10 轩德底盘

4 餐厨垃圾车的整车设计计算分析及主要功能部件构成

4.1 餐厨垃圾车整车轴荷计算

根据轩德底盘前后桥载核要求特点，对餐厨垃圾车上装设计时优先对其整车进行轴荷分布计算并以此来指导上装布置。

车辆经过改装后，在满载状态下，前轴荷占总质量的比例需满足表2 中的分布要求。

表2 专用车设计前桥许用载荷分布安全范围区间表

4.1.1轴核校核计算

列举：4×2、6×4车型餐厨垃圾车计算模型。

若底盘整备质量为M，整备质量时的前轴荷为F1，整备质量时的后轴荷为F2，货物的质量及质心位置见图2、图3。

理论上认为，中后桥的承载相近。

图2

图3

当要详细计算前Ⅰ、Ⅱ轴的轴荷时，采用以下的计算方法。将整车简化成图4所示的模型。

图4

各轴轴荷分别为：

根据力的平衡条件有：

对后板簧中心取矩有：

假设车架为刚体，有变形协调方程：

利用数值计算的方法（如高斯消元法），可求出（X1,X2, X3），进而求出（F1,F2,F3）。

4.1.2坡道上的轴荷校核计算

车辆在坡道上行驶时，垂直轴荷不仅会减轻，而且还会发生转移，其受力分析如图5所示。

图5

对后轮与地面接触中心取矩：

对前轮与地面接触中心取矩：

联立（1）、（2）求解，得出坡道上的轴荷为：

即通过上述数学模型建立，完成对餐厨垃圾车（4×2/6×4）车型的轴核分布的校核，进而指导上装布置（见图6）。

4.2 餐厨垃圾车的主要功能部件构成

4.2.1关键功能部件——餐厨垃圾箱

餐厨垃圾箱主要由箱体、后门、推板、污水箱组成。

垃圾厢的结构组成见下图7和内部结构组成见下图8：

图7 垃圾箱结构图

图8 垃圾箱内部结构组成

1后门；2污水箱；3箱体；4推板轨道；5倒料口；6倒料口密封盖；7推板；8推板油缸座

箱体内设有推板和轨道，推板沿轨道在箱体内运动，从而将垃圾推出，也可以对垃圾进行轻微压缩，以压榨出垃圾中的水分； 污水箱设于箱体底部，并设有过滤网过滤垃圾；污水箱内设有加热管道，可有效防止污水中的油脂凝固而附着在箱壁，导致无法排出；后门与箱体之间用密封条进行密封，并设置锁紧油缸进行锁紧，以保证门和箱体之间的密封；倒料口设于箱体右侧顶部，通过翻桶机构使垃圾桶进行倾倒垃圾；倒料口设有密封盖，通过液压油缸进行开启和关闭，可有效防止运输时垃圾的外溢和气味的飘散；箱体内壁、推板、后门内壁及污水箱做防腐处理，有效延长垃圾箱的使用寿命。

4.2.2关键功能部件——翻桶机构

图9 翻桶机构

1 轨道；2 链条；3 举升油缸；4 翻转架；5挂桶架

翻桶机构设置于箱体的右侧前端，为上方卸料（见图9）。可以兼容120L、240L的标准塑料垃圾桶。翻桶机构采用链条传动，油缸推动链轮上下运动，通过链条带动翻桶加上下运动和翻转运动。整个机构运行平稳、可靠，并在上翻时设有减速机构，以确保桶在倾倒垃圾时，平稳缓慢，保证垃圾不外撒。翻桶机构与垃圾箱的装配采用螺栓连接。

4.2.3关键功能部件——加热系统

因餐厨垃圾中含有大量的水分、动植物油等，当温度较低时，其中的动物油脂容易凝固，导致在排放时无法排出。故需要配备加热系统。（见图10）

图10 液压系统原理图

本加热系统为车外独立系统，加热器选用专业厂家生产的车载燃油加热器。燃油从底盘油箱吸取，导热介质为汽车用防冻液。

4.2.4关键功能部件——液压系统

本款设计车型的液压系统全部采用派克公司的配件，在国内同行业中处于领先水平。液压系统工作压力14MPa，系统由四部分回路组成（见图11）提升装载运动回路、后门开合回路、上盖开合回路和推板卸料回路。液压系统的作用是用于实现后门的开启、关闭、锁紧，上盖的开启、关闭，餐厨垃圾的装载以及垃圾的卸料。

图11 电气系统原理图

本款餐厨垃圾车液压系统中，相较主流产品有以下明显优势：

（1）在后门开合回路中，加装了平衡阀以及顺序阀，使两支油缸举升力均匀一致，并保持两支油缸的运动同步，可使运动状态停止于任何位置而不会下沉，同时加入后门锁紧油缸，保证操作的顺序动作，使运动安全可靠。

（2）在推板卸料回路中，加装了叠加溢流阀，使卸料过程更加平稳，增加箱体密封的使用时间。

（3）在提升装载运动回路中，加装了叠加电磁流量阀，使提升装载过程中，当垃圾桶接近上盖口时，提升速度降低，使装载过程平稳，有效的防止餐厨垃圾在倾倒过程中洒在外面，污染环境。

4.2.5关键功能部件——电气控制系统

本款餐厨垃圾车选用4个摇杆开关，共八个操作，分别为装载、水泵、推板回、推板返、上盖开、上盖关、后门开、后门关。

4.2.6关键功能部件——清洗系统

本款餐厨车设计有清水清洗装置（见图13），清水水箱可装载200L，可方便的在收集和运输厨余垃圾过程中对车辆进行冲洗，减少异味带来的环境污染。

图12 加热系统循环原理图

图13 清洗系统原理图

5 开发总结

餐厨垃圾车的快速崛起，是环卫车产品不断细分的集中体现。随着社会和科技的不断进步，专用车行业发生了日新月异的变化。餐厨垃圾车作为环卫车家族的一员，今后将不断趋于精细化、模块化、智能化、高效化和集成化。

图14 餐厨垃圾车实车

随着国家将生态文明作为“十三五”国家战略的提出，防止污染，保护环境等一系列政策的制定和执行力度将会不断加强。保护环境、绿色文明是我们汽车设计人员应有之义。随着时代的发展，我们坚信：餐厨垃圾车及其环卫车在不久的将来将会越来越深受市场青睐。

[1] 冯晋祥.专用汽车设计[M].人民交通出版社.

[2] 陈家瑞.汽车构造[M].机械工业出版社.2009.

[3] 卞学良.专用汽车结构与设计[M].机械工业出版社.2008.

[4] 闻邦椿.机械设计手册[M].机械工业出版社2010.

Design and layout of a kitchen garbage truck

Chang Hongtao, Xu Wenliang, Yuan Qiaoling

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. LTD., Shaanxi Xi'an 710200 )

With the acceleration of social process and the rapid development of economy, the rise of catering industry is irresistible, but the problems caused by it gradually appear in people's vision, such as the generation of garbage, environmental pollution and so on. Therefore, garbage disposal and transshipment of sanitation vehicles in catering industry need to be put forward urgently. The kitchen garbage truck is an indispensable special vehicle for the collection and transportation of kitchen garbage. Kitchen garbage truck is to separate solid and liquid from kitchen garbage. Its tank body has two parts: the upper round tank is mainly used to hold garbage, and the lower square tank is used to collect moisture in garbage, so as to realize solid-liquid separation of garbage and facilitate further treatment.

sanitation vehicle; kitchen garbage truck; environmental protection; vehicle design; analysis and calculation

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.025

U462.1

A

1671-7988(2019)10-69-04

U462.1

A

1671-7988(2019)10-69-04

常宏涛，汽车设计工程师，就职于陕西重型汽车有限公司。