压缩式垃圾车压填循环动作的智能化改进

林亮

福建龙马环卫装备股份有限公司 福建龙岩 364000

1 前言

随着城镇化建设加速推进，城市规模不断扩大，城市人口不断增加，随之而来的是生活垃圾的不断增加。压缩式垃圾车因其可将垃圾进行预压缩、装载量大，且垃圾箱密封，不会造成运输过程的二次污染等优点而被越来越多的环卫部门所选用。但是由于我国各地居民生活习惯等不同会造成垃圾车在装载时可能会碰到各种各样的垃圾，当单次垃圾的倒入量较多时，而有些垃圾的质地较硬甚至可能有不合要求的垃圾（建筑垃圾等）倒入填料器中，可能会使现有的压填循环动作出现停滞等异常情况，如果系统长时间处于大压力状态就可能会增加系统的故障率，降低设备的使用寿命。

2 压缩式垃圾车的装载工作原理

压缩式垃圾车通过提升装置将装于垃圾筒中的垃圾倒入填料器，其主要的工作过程是通过刮板及滑板的配合动作进行压填循环，将倒入的垃圾不断刮入车箱内，直至垃圾装满车箱。

3 改进前压填循环过程

压填循环过程为：刮板旋起，检测到旋起到位信号后，滑板开始下行；检测到下行到位信号后，刮板开始压下；检测到压下到位信号后，滑板开始上行；最后上行检测到上行到位信号后动作结束，即完成一次的压填循环。改进前工作流程如图1所示。

4 压填循环可能碰到的问题

现在生活垃圾的处理量不断加大，垃圾桶的容积也越来越大，这样对垃圾车的装载能力提出了更高的要求。若单次垃圾量倒入较多或有些垃圾质地较硬甚至有不合要求的垃圾混入其中时，正常的压填循环动作可能会出现异常，根据收集到的信息，异常情况最多的就是出现动作停滞，长期这种情况则给垃圾的正常压装带来一系列的问题。

由压填循环的工作原理可知：压填循环是顺序执行的，当接收到触发信号进入压填循环后，其每一个阶段的动作开始执行时，都是由相应位置的到位信号来结束原动作，同时该到位信号去触发下一个动作顺序执行；所以当一次处理量过多或有硬物卡滞在压填作业区时，某一动作不能顺利地执行下去，其未能接收到相应的到位信号，则该动作将长时间维持，并且下一个动作也不可能会被执行，压填循环则处于停滞状态；也因为该动作不够智能，其无法进行相应处理或及时报警，会造成以下情况：

a. 可能会让操作人员误以为设备产生了故障，停止设备运行，停止装载垃圾，暂停垃圾车的使用，从而影响正常的垃圾收集，这样就大大地降低了环卫部门的工作效率；

b. 更为严重的后果是因为动作停滞但其仍在继续运行，但是动作不能到位，则系统的压力将立即增大，增大至系统最大压力，并且一直处于最大压力状态。当系统长时间处于大压力状态可能给液压系统带来更多的隐患（如阀体漏油，管路漏油，密封损坏等）；

c. 同时控制液压油路工作的电磁阀线圈长时间得电，会造成线圈发热，这样会降低线圈的使用寿命，久之容易形成线圈的局部短路，工作电流变大，损坏电气元件造成电气故障；

d. 同时因为结构件长时间受力也可能会造成结构的变形等现象。

通过对以上问题的分析可以知道，在发生动作停滞时，其液压系统的压力就会随之加大，并且处于大压力状态；而在每个动作（每个阶段）的开始及结束都有相应的信号进行控制及进行指示，但是在动作的过程中并没有加入任何的检测信号来检测其动作的状态，所以才会产生动作的停滞等失控状态；目前只有通过操作者观察和凭借经验判断压填循环的动作状况，但是因为每个操作者的经验不同，有时并不能够很好地判断压填循环是处于停滞状态还是处于故障状态，导致设备长期不正常运行；也可能因为未能及时发现问题而导致设备发生故障。因此需要改进现有的压填动作，进行智能化处理，以便在发生停滞时，系统能够自动地进行相应处理来保护设备。

5 改进后的压填循环工作流程

在压填循环发生停滞时最明显的现象除了动作的停滞外，还有一个明显的现象就是系统压力的增大。压缩循环异常情况时压力情况如图2所示。

考虑增加对动作压力的检测，根据压力的变化情况对系统作出控制。因此在原有液压系统的基础上增加一个压力传感器来进行信号反馈，将压力的设定值设置为某一压力值（如18 MPa），如在压填循环某一过程达到设定压力时，压力传感器给控制器一个信号；考虑到压缩式垃圾车的工作原理，需要对垃圾进行压缩，需有一定的保压，因此在正常使用的过程中系统压力也可能达到设定压力。

为了排除保压或其他小阻力情况，在控制器接收到压力信号时，还将对接收到的压力信号进行进一步的过滤，即在达到设定压力后，通过对压力信号的持续时间进行计时。一般情况下保压或碰到有点阻力时，其压力也可能达到设定，但随着动作的进行，有功压力持续增大，则会冲破该阻力，之后压力会减小至设定值以下，所以其压力持续时长也会比设定检测时长短，其压力曲线会呈现短时间尖脉冲形状；而在异常情况下，虽然有功压力持续增加，但无法冲破异常阻力，其压力持续时间则会无限增长，如图2。

图2 压缩循环异常情况时压力情况

所以当压力信号持续时间够长时，可以判断此时为压填循环停滞状态；考虑到系统的保压及设备的保护，考虑对时间也进行一定的限制，如将压力信号持续时间超过5 s时认定为“停滞状态”。当然这一检测过程需要通过实际多次的调试寻找到适合的保压时间，压力设定值及压力检测时长，在保护设备的前提下保证动作可靠执行。

当然并不是压填循环的每一步动作长时间未到位都可以叫停滞状态。如“刮板旋起”动作其为压填循环的准备动作，其长时间未到位则表示出现位置传感器等故障，需要进行检修，此时应该进行智能报警，提示操作人员。故对压填循环进行以下改进。

5.1 对不同的动作进行不同的检测

如“刮板旋起”动作因其无垃圾压缩过程，所以只进行动作计时以检测是否出现未到位故障；而循环的其余动作都具有垃圾压缩的过程，则进行动作过程压力检测和压力计时检测，以判断是否出现 “停滞状态”。

5.2 对不同情况进行不同处理

a.如检测到“刮板旋起”动作超时时，若其不存在垃圾阻挡等情况，最有可能就是位置传感器故障，所以直接进行报警以提醒操作人员进行检修；

b.若循环的其余动作出现动作压力超时时，因其可能为垃圾过多造成不到位，也可能因位置传感器故障造成不到位，所以首先对其进行动作返回并重新执行确认，如在规定的次数内动作仍无法到位，则系统停止动作并进行报警以提醒操作人员进行检修。

同时，系统在程序设计时根据报警所发生的动作不同阶段，提供智能报警。比如滑板上行过程中，上行到位传感器损坏，滑板卡滞在中间不动作，系统检测到异常，此时报警装置发出语音报警（如提示：滑板上行动作异常，请确认物料情况或检查滑板上位传感器！）或其他通过警示灯不同频率闪烁等，提醒操作人员进行停车维修。

相对原有动作呆板的顺序执行，在动作的过程中加入了压力和时间监控。首先对动作进行压力检测，当动作过程中压力达到设定压力时，并持续一定时间动作仍无法到位，且该超时未达到预设次数，则首先停止当前动作并执行动作返回（将刮板旋起，然后再将滑板上行复位）；其次进行再循环以确认动作情况，如果循环可以顺利的进行，则说明垃圾情况正常，只是单次垃圾量较多而已。但如果在第二次（次数可根据实际情况设定）的循环时还碰到压力超时的情况，则说明垃圾情况不符合要求，继续动作可能会对设备产生损坏，这时系统将停止循环，同时进行报警以提示操作者，同时机构也可进行返回动作（刮板旋起，滑板上行）以方便操作者对垃圾的情况进行观察，排除。

5.3 改进后工作流程

所以结合以上优化，改进后的压缩循环是：

首先执行刮板旋起动作，如在规定的时间内检测到旋起到位信号，则进行下一动作，滑板开始下行；如在规定的时间内未检测到旋起到位信号，则系统停止循环并开始报警。

当滑板开始下行后，系统进行动作过程压力及压力持续时间检测，如在达到设定值前检测到下行到位信号，则进行下一动作，刮板开始压下；如未检测到下行到位信号，而压力达到设定值且压力持续时间也达到设定值，则系统对该异常情况进行再确认，如首次发生则进行返回动作（将刮板旋起，然后再将滑板上行复位）后再进行滑板下行。如再次在该动作发生异常则停止动作进行报警。

图3 改进后工作流程

当刮板开始压下后，系统同样进行动作过程压力及压力持续时间检测，如在达到设定值前检测到压下到位信号，则进行下一动作，滑板开始上行；如未检测到压下到位信号，而压力达到设定值且压力持续时间也达到设定值，则系统对该异常情况进行再确认，如首次发生则进行返回动作（将刮板旋起，然后再将滑板上行复位）后再进行滑板下行及之后动作。如再次在该动作发生异常则停止动作进行报警。

当滑板开始上行后，系统同样进行动作过程压力及压力持续时间检测，如在达到设定值前检测到上行到位信号，则循环结束；如未检测到上行到位信号，则压力达到设定值且压力持续时间也达到设定值，则系统对该异常情况进行再确认，如首次发生则进行返回动作（将刮板旋起，然后再将滑板上行复位，如此时滑板上行也达到异常情况，则停止动作进行报警）后再进行滑板下行及之后动作。如再次在该动作发生异常则停止动作进行报警。

改进后的循环流程图3所示。

6 结语

改进后的压填循环通过对压力的检测以及相应的判断，可智能地采取相应的保护动作以更好地保护设备，使其动作更加合理；自动化程度高，避免了操作人员的误判，使整个系统的工作更加可靠，降低设备的故障率；同时也一定程序上延长了垃圾车的使用寿命，提高了环卫部门的工作效率。