新形勢下環衛車輛的特點及其技術路線

葉堅堯 董苗

上海開平環境建設發展有限公司 上海 200023

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1 環境衛生管理模式改革的新形勢

各級政府一項非常重要的工作就是對于城市衛生管理，現有模式是由政府的環境管理部門（如環保局、城管局、市容委等）主導生活垃圾的收集、轉運、處理，負責對環衛車輛統一進行招標、采購，負責對環衛車輛的管理運營、維護、保養，對環境衛生效果負責并自我監督，即政府部門是“運動員”也是“裁判員”。

隨著城市化進程的不斷深入，生活垃圾量呈幾何級增長，這種由政府主導的管理模式弊端日益突現，如生活垃圾收運效率低下，環衛車輛維護更新投入大導致財政負擔重，環境衛生效果不佳，環境衛生管理存在職責交叉推諉扯皮等。

環境衛生管理模式改革勢在必行，新的管理模式即環衛收集、轉運交由環衛服務企業來運營，政府以購買服務方式與環衛服務企業形成合作與客戶關系，即環境衛生管理模式市場化：

a.政府部門：從宏觀上制定環衛車輛的標準要求，對環境衛生起監督管理職責，即“裁判員”作用。

b.環衛服務企業：與政府形成服務關系，自行采購、管理運營、維護、保養環衛車輛，達到政府部門要求的環境標準，受政府部門監督，并從政府獲取報酬，企業化自負盈虧，即“運動員”作用。

c.環衛車輛生產企業：研發制造符合政府部門、環衛服務企業要求的環衛車輛,即為“運動員”提供運動所需的硬件設備。

環境衛生管理市場化是改革的新形勢，充分解決了原模式的弊端，據不完全統計，從開始實施環境衛生管理市場化以來，全國較大規模的環衛服務企業已達500多家，如廣東的環衛收運管理模式已全部實現市場化，全國其它省份也已全面逐步實施環境衛生管理市場化運作的模式。

2 新形勢下環衛車輛的特點

環境衛生管理市場化的新形勢下，政府部門、環衛服務企業、環衛車輛生產企業三者形成互為客戶的關系，相互合作、監督、制約。對環衛車輛生產企業來說，其研發生產的環衛車輛需適應環境衛生管理的新模式。從環衛車輛技術的發展趨勢來看，技術先進的環衛車輛將向集成化方向發展。即：從一般的機械化向裝備技術集成方向發展，這是集成化的技術基礎；從單一功能的設備向裝備系統集成方向發展，這是集成化的形態體現[1]。

新形勢下環衛車輛的技術發展呈現出以下特點：

a.高效化作業功能：環衛車輛的高效化作業功能是指對生活垃圾的收集、轉運過程效率高，即單車作業時垃圾“裝載多、裝得快”，高效作業功能可以在同等條件下，所需車輛數量更少、環衛作業人員更少，盡可能減少環衛服務企業的車輛投入成本和人員投入成本，這是適應環衛服務企業自負盈虧的需求。

b.收運作業過程更加節能：環衛車輛的作業更加節能，即降低垃圾收集、轉運過程中每噸垃圾的耗油值，每噸垃圾收運的耗油越低，環衛車輛的使用成本就越低，這也是適應環衛服務企業自負盈虧的需求。

c.環衛車輛網絡管理功能：單車作業無法實現其車輛的位置、裝載程度、車輛狀態、運行數據等監控及調度，通過環衛車輛網絡平臺，可以實現從單機版向網絡版的管理。通過平臺或手機終端實現了垃圾轉運物流、設備狀態監管、汽車定位路線監管。提高了車輛的管理效率，保證了環衛車輛的有效可靠運行，降低環衛車輛的無效或停工時長，降低了運行成本，這也是適應環衛服務企業自負盈虧的需求。

d.環衛車輛純電動化：隨著國家對環保要求的提高，燃油型環衛車輛除排放要求由國Ⅴ提高到國Ⅵ外，還在大力推行環衛車輛的純電動化，如深圳市已要求新購環衛車輛全部純電動化，這是適應政府部門監督和環境宏觀管理的要求。

e.更高的作業環保性：這是適應政府部門監督和環境管理標準的要求，車輛作業時，必須更加環保。環保化作業包括作業噪聲和污水外滲兩方面，盡可能減少對市民和環境的影響。

f.環衛車輛特殊鎖車功能：環境衛生管理市場化改革正逐步深入，參差不齊的環衛服務企業較多，購置車輛時分期付款購車情況多，各種原因造成逾期未還款相對突出，環衛車輛特殊鎖車功能也就應運而生，這是適應環衛車輛生產企業自身的要求。

3 環衛車輛的技術路線

為了更好地滿足新形勢下環衛車輛的上述六個特點，各個環衛車輛生產企業均加大了研發投入，通過不同的技術路線來實現的最佳效果，以下針對六個特點介紹了其實現的技術路線。

3.1 環衛作業更加高效

環衛車輛高效化作業，使作業過程中垃圾“裝載多、裝得快”,在收運垃圾量同等條件下所需車輛數量更少、環衛作業人員更少，環衛服務企業車輛投入成本和人員投入成本更低。

一般技術路線是采用滑板正向壓縮垃圾，這種單向壓縮的控制方式，垃圾壓實密度低，同等車廂容積下裝載量少。圖1是某款壓縮式垃圾車控制原理圖，采用了反向壓縮與正向壓縮相結合的雙作用壓縮模式，使得壓縮垃圾過程中，垃圾受了兩個方向的壓縮力，大大提高壓縮密度，“裝載量多”（提高裝載量的25%左右）。

如圖2所示，為了提高裝載速度，專用裝置的液壓控制系統采用了雙泵運行模式，其中泵A提供翻轉進料運行控制，泵B提供壓縮機構刮板滑板的運行控制。泵A與泵B單獨運行，且提高了泵A（排量40 mL/r）、泵B（排量80 mL/r）排量，一方面實現了翻轉進料與垃圾壓縮的同時作業，翻轉進料、壓縮垃圾速度更快，大大提高裝載速度，垃圾“裝載快”；另一方面，提高了控制系統壓力（20 MPa），有利于垃圾的強力壓縮，垃圾“裝載多”。

圖2 雙泵控制進料與壓縮原理圖

單桶作業進料速度慢，圖3是雙桶進料示意圖，圖4是雙桶翻轉架結構圖，翻轉進料架上設置桶1工作位和桶2工作位，可單桶進料，也可實現雙桶進料，雙桶進料可以比單桶進料提高一倍的進料速度，有利于保證垃圾“裝載快”。

圖3 雙桶進料示意圖

圖4 雙桶進料結構圖

通過正反向雙作用壓縮方式，提高系統工作壓力，使垃圾壓實密度更高，相同車廂容積下垃圾“裝載多”；通過雙泵運行、雙桶進料模式、提高泵工作排量，使垃圾作業速度更快，垃圾“裝載快”。

3.2 環衛作業更加節能

環衛車輛收運每噸垃圾耗油值越低，環衛車輛的使用運行成本就越低。如圖5所示為一種環衛車輛作業工作時發動機轉速隨動變化（變頻）的控制原理。

圖5 變頻控制原理

環衛裝置工作時，發動機轉速固定不變，機構在輕載快進和重載工進作業的工況下，發動機輸出功率無法充分利用，無用耗油狀態突出。運用圖5所示變頻控制原理，通過壓力變速器信號實時檢測壓力狀態變化，自動識別作業工況，反饋信號至專用裝置PLC，PLC運算后得出發動機轉速最佳值，與發動機電控單元交互后，發出ni指令，發動機按動態ni要求進行調速，實現了作業過程發動機隨動變頻，確保以最佳轉速工作，油耗更低，減少了無用耗油的狀態。實現發動機轉速變頻控制后，大大降低了收運每噸垃圾耗油值。

據試驗，某款壓縮式垃圾車原噸垃圾油耗為1.8 L，實現發動機轉速變頻控制后，噸垃圾油耗為1.3 L，降低27%。

3.3 網絡管理的智慧環衛

圖6是環衛車輛網絡管理平臺組成示意圖，前端把垃圾量狀態（作業人員手機APP）、車輛運行狀態（車聯網模塊）、車輛位置路線信息（車載T-BOX）等通過5G網絡實時上傳至云平臺服務器，實時監控管理，通過垃圾轉運物流系統、設備狀態監管系統、汽車定位路線系統三個系統的高度融合，實施垃圾轉運物流、設備狀態監管、汽車定位路線監管。但是由于國內環衛工人現狀年齡普遍偏大，在打造智能管理系統時也要考慮到工人的實際情況，若環衛工人不能完全接受先進智能管理系統，也可采用智能呼叫的形式完成資源分配，最大程度實現合理配置環衛資源[2]。

圖6 網絡管理平臺組成示意圖

圖7是監管平臺界面示意圖，可以選擇不同的時間段和標段地區與工作網絡來查詢整體作業情況；可以查詢出在崗人數、路網覆蓋率、有效在崗時間及人均在崗時間；可以查看所有車輛，在線車輛與非在線車輛，還可以根據車牌號模糊查詢出具體的車輛；實時監控車輛的詳細信息以及車輛報警信息，選中具體的車輛時可以在地圖上查看車輛的具體位置，點擊車輛圖標會顯示車輛具體信息，也可以查看該車輛的軌跡回放，詳細信息及通訊記錄。

圖7 監管平臺界面示意圖

可以看出，通過環衛作業監管平臺，實現了環衛車輛從單機版向網絡版的管理。車輛的位置、裝載程度、車輛狀態、運行數據等實時呈現，提高了車輛的管理效率，保證了環衛車輛的有效可靠運行，降低環衛車輛的無效或停工時長，降低了運行成本。

圖8所示是一款應用廣泛的車聯網模塊，通過此模塊，把環衛車輛的作業動態、裝載量、工作壓、發動機工作轉速值、故障信息等綜合信息上傳至云平臺，還可以實現車輛的動態動作仿真，是環衛車輛由單機向網絡管理的關鍵部件。

圖8 車聯網模塊

3.4 環衛車輛純電動化

為了治理大氣污染，實踐綠水青山就是金山銀山的理念，燃油型環衛車輛除排放要求由國Ⅴ提高到國Ⅵ外隨著國家政策的引導以及終端市場需求的釋放[3]，大力推行環衛車輛的純電動化，環衛車輛純電動化有底盤純電動技術路線及上裝技術路線。

如圖9純電動環衛車輛動力驅動示意圖，所示純電動底盤的動力電池組，采用鉛酸電池類，故障率高、電池壽命短，更多地采用鋰電類電池，故障率低而且壽命更長，動力強勁，更加適合環衛車輛的工況，為了提高電池電量密度，減小電池體積，逐步向刀片電池技術方向發展。

圖9 純動力環衛車動力驅動示意圖

專用裝置——動力驅動裝置一般依據底盤電池電壓和上裝功率需求大小，動力驅動電機采用異步電機（價格低、技術成熟穩定但體積偏大、噪音偏高）或同步電機（價格高、故障略高但體積小、低噪聲），當采用同步電機作驅動電機時，依據功率大小，還需采用風冷或水冷裝置，以降低電機溫度，一般超過15 kW采用水冷效果更佳。

3.5 環衛作業環保性能提升

環衛車輛的環保性能包括作業噪聲和污水外滲外漏兩方面，需提高兩方面性能，盡可能減少對市民和環境的影響。

圖10所示為壓縮式垃圾車柔性作業控制原理圖，翻轉進料與壓縮機構（刮板、滑板）是作業頻次最高的作業機構，通過減壓節流、溢流節流相結合實施負載反饋，動態控制電磁比例多路閥的工作閥口大小，使刮板、滑板動作及翻轉架進料沖擊大大減小，達到動作速度快且動作柔和，有效降低了作業噪聲。

圖10 柔性作業控制原理圖

圖11是某廠家采用的船式存污水防漏技術，該車為高位上料船型裝載，下部轉載部位為船型裝載倉無泄漏風險。圖12是某廠家采用的車廂預存式防漏技術，該車為高位上料推板卸料，內部裝載倉內后部設計成高于前部的坡度，此設計增加了一定垃圾滲濾液的儲存空間，此兩種技術均是采用了廂內貯藏污水的方式，避免污水外滲外漏，對此類方式而言，必須做好廂體的完全密封性能和其它因素影響（如行車對污水的震動震蕩），以達到防止污水二次污染的最佳效果。

圖11 船式存污水防漏

圖12 車廂預存式防漏

3.6 鎖車功能應用

如圖13所示為一種鎖車功能的控制策略，此種控制策略可以在手機終端APP，通過5G網絡與圖14所示的鎖車物聯網模塊實現遠程信，由鎖車物聯網模塊發出控制信號操控專用裝置PLC：一方面對環衛作業動作功能進行限制，如只能手動作業，無法自動作業等，或對工作壓力進行限制，如只能裝載到一小半裝載量；另一方面，專用裝置PLC還與底盤T-BOX實施聯合控制，對整車速度進行限制，如只能行駛在低速狀態，或對發動扭矩進行限定，整車爬坡能力大大下降。當然這種控制策略可以實現上裝功能完全癱瘓或底盤根本無法行駛，這需根據需求而定。

圖13 鎖車控制策略

圖14 鎖車物聯網模塊

為了防止用戶故意拆除鎖車物聯網模塊，以達到手機終端APP無法實現遠程操控鎖車功能，鎖車物聯網模塊采用了激活信號與專用裝置PLC進行定時通信，如拆除鎖車物聯網模塊，在設置的規定時間內專用裝置PLC沒有接收到來自鎖車物聯網模塊的激活信號，將自動實施鎖車，避免此情況的發生。

4 結語

通過對環境衛生管理模式市場化改革的新形勢分析，可以看出，環境衛生管理由政府部門、環衛服務企業、環衛車輛生產企業三者共同實施，三方各負其責。從三方職能和利益角度出發，對環衛車輛的技術特點，提出了比原來更高的要求（如環保性能、高效性能）或提出新的要求（如節能指標、網絡智慧管理功能、純電動化、特殊鎖車功能）。

筆者從環衛車輛的技術特點出發，闡述了具體實施的技術路線。不同型式的環衛車輛，由于其結構型式不同，采取的技術路線不盡相同，可以選擇性的運用前述技術路線，達到較好的技術效果。充分滿足了政府部門、環衛服務企業的要求，同時提升了環衛車輛生產企業的產品技術水平和產品的競爭力，為環衛車輛的發展方向提供了技術借鑒。