餐廚垃圾車推板行程的動(dòng)態(tài)智能控制方法及應(yīng)用

李偉濤

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾車;推板行程;動(dòng)態(tài)智能控制

1前言

采用推板進(jìn)行裝載壓縮和卸載排料的餐廚垃圾車，餐廚垃圾進(jìn)料口在罐體前部，推板在裝載壓縮垃圾作業(yè)時(shí)，必須推出適度的行程，以保證餐廚垃圾的移位和壓縮，避免進(jìn)料口垃圾的堆積并對垃圾進(jìn)行一定程度的壓縮，提高壓縮比;當(dāng)卸載排料作業(yè)時(shí)，推板推出全部行程，以確保完全卸載排料。推板通過作業(yè)行程狀態(tài)的不同，實(shí)現(xiàn)裝載和卸載的兩種作用。

本文將從推板作業(yè)過程對后門油缸壓力、后門應(yīng)變力兩種信號(hào)的隨動(dòng)影響進(jìn)行分析，巧妙捕捉兩個(gè)方面的有效信號(hào)，可靠地實(shí)現(xiàn)了推板作業(yè)行程的動(dòng)態(tài)智能控制，并使其成為一種智能化推板，從而提高餐廚垃圾車的智能化水平。

2餐廚垃圾車結(jié)構(gòu)組成及推板控制方式的缺點(diǎn)

2.1餐廚垃圾車結(jié)構(gòu)組成

餐廚垃圾車是在二類底盤上配置專用裝置，用于收集和轉(zhuǎn)運(yùn)餐廚垃圾的環(huán)衛(wèi)用車，上裝主要由裝載機(jī)構(gòu)（提桶架、密封蓋、推板）、卸載機(jī)構(gòu)（后門、推板）組成，其中推板是用于裝載和卸載的雙作用機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)組成如圖1～圖2所示。

后門油缸有桿腔的油口內(nèi)安裝有壓力傳感器，用于實(shí)時(shí)反饋裝載壓縮垃圾過程中對后門油缸的壓力值變化;后門環(huán)形密封條內(nèi)嵌入了環(huán)形應(yīng)變片，用于實(shí)時(shí)反饋裝載壓縮垃圾過程中對后門強(qiáng)度和密封性的應(yīng)變力變化。

2.2推板控制方式的缺點(diǎn)

推板是用于裝載和卸載的雙作用機(jī)構(gòu)，普遍采用定行程的控制方式，即裝載壓縮作業(yè)為固定的半行程作業(yè)，卸載排料作業(yè)為固定的全行程作業(yè)，裝載與卸載采用轉(zhuǎn)換開關(guān)人工切換，其控制方式存在如下缺點(diǎn)：

a.裝載壓縮垃圾過程中，推板固定的半行程作業(yè)，由于垃圾成分及數(shù)量的變化，對后門密封的作用力不同，非常容易造成后門強(qiáng)度下降，密封條的預(yù)緊力完全失效，造成后門污水滲漏，環(huán)保性能、后門可靠性下降等不良影響。

b.裝載壓縮垃圾過程中，推板固定的半行程作業(yè)，對垃圾成份不同及垃圾量多少不一的情況來說，不能提供最合適的壓縮力，垃圾密度不均勻，出現(xiàn)每車裝載重量相差較大的現(xiàn)象。

c.通過人工轉(zhuǎn)換裝載和卸載工作模式，操作復(fù)雜;且由于罐內(nèi)垃圾量不可見，操作人員無法直觀判斷實(shí)時(shí)裝載量多少，人性化和智能化程度不足。

3推板行程的動(dòng)態(tài)智能控制方法及技術(shù)優(yōu)勢

3.1動(dòng)態(tài)智能控制的雙信號(hào)“捕捉”

餐廚垃圾車液壓控制系統(tǒng)原理圖如圖3所示，液壓動(dòng)力源輸出高壓油后，三位四通電磁換向閥DT7/DT8切換液流方向，控制推板油缸驅(qū)動(dòng)推板進(jìn)行作業(yè);三位四通電磁換向閥D5/DT6切換液流方向后經(jīng)雙向液壓鎖，對后門油缸實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉的控制。

后門關(guān)閉瞬間，由于雙向液壓鎖的保壓性能，有桿腔有一定的初始密封壓力。推板油缸驅(qū)動(dòng)推板向后進(jìn)行壓縮垃圾作業(yè)時(shí)，壓縮力的向后傳遞，對有桿腔的壓力值P產(chǎn)生了規(guī)律性變化。

后門油缸有桿腔接入了壓力傳感器，把規(guī)律性變化的壓力值及變化率由內(nèi)置電路轉(zhuǎn)換后，輸出相應(yīng)比例電流上和電流變化率為Ko如圖4所示，其電流11變化率K從開始的大于0，過渡到K等于0，最后K又大于0。

當(dāng)K值從大于0（后門剛性工作區(qū)），到K等于0（后門塑性變形工作區(qū)）.這段行程為后門強(qiáng)度和后門密封的工作區(qū)間。當(dāng)?shù)诙蜬直大于0的瞬間，將進(jìn)入后門非工作區(qū)，此區(qū)間將造成后門強(qiáng)度下降和密封失效，直至后門變形和漏水。此瞬間點(diǎn)即為“第一信號(hào)捕捉點(diǎn)S”，此時(shí)推板動(dòng)態(tài)行程Si=S。

如圖5所示，一種內(nèi)嵌式環(huán)形應(yīng)變片與惠斯通電橋連接后，形成了應(yīng)變力感應(yīng)功能模塊。當(dāng)惠斯通電橋?qū)撬膫€(gè)電阻相等時(shí)，輸出電壓U1為0，當(dāng)環(huán)形應(yīng)變片由于應(yīng)力產(chǎn)生變形后，其電阻發(fā)生了變化，打破了原有四個(gè)電阻的平衡狀態(tài)，開始輸出相應(yīng)的電壓UI，應(yīng)變力與輸出電壓UI有相應(yīng)的比例關(guān)系。

環(huán)形應(yīng)變片內(nèi)嵌于后門密封條中，推板油缸驅(qū)動(dòng)推板向后進(jìn)行壓縮垃圾作業(yè)時(shí)，壓縮力的向后傳遞，應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變效應(yīng)，相應(yīng)輸出了電壓UI，如圖4所示。當(dāng)U1=Umax（后門剛性工作區(qū)）.到U1開始下降（后門塑性變形工作區(qū)），這段行程為后門強(qiáng)度和后門密封的工作區(qū)間。當(dāng)U1=0瞬間，將進(jìn)入后門非工作區(qū)，此區(qū)間將造成后門強(qiáng)度下降和密封失效，直至后門變形和漏水。此瞬間點(diǎn)即為“第二信號(hào)捕捉點(diǎn)S”，此時(shí)推板動(dòng)態(tài)行程Si=S。

3.2動(dòng)態(tài)智能控制方法的電氣液壓接線

推板作業(yè)行程中，對后門油缸有桿腔的壓力和后門環(huán)形應(yīng)變產(chǎn)生規(guī)律性的變化，控制系統(tǒng)將同時(shí)進(jìn)行捕捉這兩種變化，是動(dòng)態(tài)智能控制系統(tǒng)的雙保險(xiǎn)信號(hào)。

控制系統(tǒng)的電氣液壓接線如圖6所示，壓力傳感器接入于后門油缸的有桿腔;環(huán)形應(yīng)變片內(nèi)嵌于環(huán)形密封條，形成整體式感應(yīng)，惠斯通電橋由系統(tǒng)提供+5 V電源，并與應(yīng)變片對接連接，構(gòu)成電阻平衡回路。

3.3動(dòng)態(tài)智能控制策略分析

啟動(dòng)動(dòng)態(tài)行程壓縮作業(yè)模式，動(dòng)態(tài)智能控制系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)，其動(dòng)態(tài)行程Si的控制策略如圖7所示，DT7（+）/DTO（+），電磁換向閥與溢流閥同時(shí)工作，推板油缸進(jìn)油，推板開始推出。

推板推出壓縮過程中，智能控制系統(tǒng)同時(shí)捕捉向后壓縮過程中后門油缸和后門應(yīng)變片的相關(guān)信號(hào)，即同時(shí)捕捉K和U1，當(dāng)出現(xiàn)“第一信號(hào)捕捉點(diǎn)”或“第=信號(hào)捕捉點(diǎn)”瞬間，推板此時(shí)作業(yè)行程Si=S， S為本次作業(yè)的行程。一次作業(yè)時(shí)出現(xiàn)兩信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間基本相同或相近，但不同作業(yè)的次數(shù)由于垃圾成分不同、罐內(nèi)垃圾量每一次均不盡相同，每一次出現(xiàn)的時(shí)間將會(huì)不同，即每次作業(yè)行程將自動(dòng)適應(yīng)垃圾成份不同、罐內(nèi)垃圾量，從而實(shí)現(xiàn)了推板對垃圾成分及垃圾量的自適應(yīng)變行程作業(yè)功能。

雙保險(xiǎn)的雙信號(hào)保證了動(dòng)態(tài)行程始終處于后門剛性工作區(qū)和后門塑性變形工作區(qū)，避免了過大行程處于后門非工作區(qū)的工況，從而確保了推板在裝載壓縮作業(yè)過程中不會(huì)影響后門的強(qiáng)度，后門密封性能更好，完全實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾車的無滲漏作業(yè)。

雙信號(hào)均以后門密封和后門壓力為信號(hào)輸出源，推板自適應(yīng)變行程作業(yè)，使壓縮餐廚垃圾的作用力每次均能因成分不同及垃圾量變化而變化，使垃圾壓縮后在罐內(nèi)更加均勻，壓實(shí)密度更加一致，每車裝載量將趨于相當(dāng)。

當(dāng)出現(xiàn)“第一信號(hào)捕點(diǎn)”或“第二信號(hào)捕捉點(diǎn)”瞬間，將結(jié)束本次動(dòng)態(tài)行程作業(yè)，DT8（+）/DTO（+），電磁換向閥與溢流閥同時(shí)工作，推板油缸的有桿腔進(jìn)油，推板回程復(fù)位。

3.4動(dòng)態(tài)智能控制方法的技術(shù)優(yōu)勢

推板實(shí)施動(dòng)態(tài)智能控制后，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，解決原來的技術(shù)缺點(diǎn)，推板每一次工作不再是固定的半行程或全行程，而是一種隨工況而發(fā)生變化的自適應(yīng)行程：

a.雙信號(hào)確保實(shí)現(xiàn)推板行程的動(dòng)態(tài)智能控制系統(tǒng)的可靠性和有效性。

b.以后門密封和后門油缸壓力為信號(hào)輸出源的自適應(yīng)變行程作業(yè)，有效地保護(hù)了后門的強(qiáng)度，提高了作業(yè)的密封性能和環(huán)保性能。

c.自適應(yīng)變行程作業(yè)，將使壓縮餐廚垃圾的作用力隨動(dòng)變化，罐內(nèi)垃圾分布均勻，垃圾密度更趨于相當(dāng)。

4推板行程動(dòng)態(tài)只能控制方法的應(yīng)用

餐廚垃圾車運(yùn)用推板行程的動(dòng)態(tài)智能化控制方法提高了餐廚垃圾車的智能化水平，其應(yīng)用的電氣液壓接線如圖8所示，壓力傳感器和環(huán)形應(yīng)變片的信號(hào)，通過轉(zhuǎn)換電路、惠斯通電橋后，輸入至PLC（可編程控制模塊）;罐體后門的上部設(shè)置行程開關(guān)a，動(dòng)態(tài)智能控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，用于檢測后門狀態(tài);罐體前部進(jìn)料口左右位置設(shè)置行程開關(guān)b和c，推板動(dòng)態(tài)行程結(jié)束時(shí)，用于檢測推板的位置狀態(tài)。

餐廚垃圾車運(yùn)用推板行程的動(dòng)態(tài)智能化控制方法，提高了餐廚垃圾車的智能化水平，其應(yīng)用的電氣液壓接線如圖8所示，壓力傳感器和環(huán)形應(yīng)變片的信號(hào)通過轉(zhuǎn)換電路、惠斯通電橋后，輸入至PLC（可編程控制模塊）;罐體后門的上部設(shè)置行程開關(guān)a，動(dòng)態(tài)智能控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，用于檢測后門狀態(tài)：罐體前部進(jìn)料口左右位置設(shè)置行程開關(guān)b和c，推板動(dòng)態(tài)行程結(jié)束時(shí)，用于檢測推板的位置狀態(tài)。

壓力傳感器、環(huán)形應(yīng)變片、行程開關(guān)a、行程開關(guān)b、行程開關(guān)c的信號(hào)均作為PLC輸入信號(hào)源接入，PLC通過接收到各種信號(hào)后按預(yù)設(shè)的控制策略運(yùn)算后，輸出各種控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各種控制功能。

壓力傳感器、環(huán)形應(yīng)變片對應(yīng)接入的信號(hào)為模擬信號(hào)11、U1.行程開關(guān)a、行程開關(guān)b、行程開關(guān)c對應(yīng)接入的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)14、13、12。可編程控制器PLC預(yù)設(shè)定的控制策略功能如圖9所示。

推板動(dòng)態(tài)行程開關(guān)開啟，動(dòng)態(tài)智能控制系統(tǒng)啟動(dòng)，將首先檢測來自行程開關(guān)a的信號(hào)I4，如I4（+），表明后門處于開啟打開狀態(tài)，按控制策略要求，推板進(jìn)行全行程Smax卸載排料作業(yè)模式;如14（-），表明后門處于關(guān)閉狀態(tài)，按控制策略要求，推板進(jìn)行動(dòng)態(tài)行程壓縮作業(yè)模式。此時(shí)推板具有自動(dòng)識(shí)別工作模式的功能。

推板進(jìn)入動(dòng)態(tài)行程壓縮作業(yè)模式后，根據(jù)垃圾成份及垃圾量的不同，自適應(yīng)變行程工作，動(dòng)態(tài)行程隨垃圾成份及垃圾量不同而隨動(dòng)，當(dāng)動(dòng)態(tài)行程結(jié)束瞬間，同時(shí)檢測來自行程開關(guān)b的信號(hào)13、行程開關(guān)c的信號(hào)12。12（+）13（+）時(shí)，說明推板行程已超過進(jìn)料口，可以“正常裝載”，I2（+）13（-）時(shí)，說明推板行程處于進(jìn)料口之間，垃圾已接近滿載，提示“預(yù)滿”，12（-）I3（-）時(shí)，說明推板行程沒有超過進(jìn)料口，說明不能繼續(xù)裝載，提示“滿載”。此時(shí)推板具有裝載量提示的功能。

運(yùn)用推板行程的動(dòng)態(tài)智能化控制方法，餐廚垃圾車結(jié)合自動(dòng)反饋的不同位置行程信息，可以自動(dòng)識(shí)別“裝載”“卸載”作業(yè)模式，并對裝載量進(jìn)行提示，功能更加豐富，智能化程度更高。

5試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證智能化推板的實(shí)際應(yīng)用效果，筆者試制了一臺(tái)總質(zhì)量為18 t的餐廚余垃圾車，在各相關(guān)位置嵌入安裝了環(huán)形應(yīng)變片、壓力傳感器、行程開關(guān)、惠斯通電橋等硬件，并通過PLC按預(yù)設(shè)定的控制策略對推板實(shí)施動(dòng)態(tài)智能控制。

試驗(yàn)樣車進(jìn)行了15天，每天裝載4車餐廚垃圾的裝載壓縮作業(yè)（圖10）和卸載排料作業(yè)（圖11）。

試驗(yàn)結(jié)果表明智能化推板作業(yè)達(dá)到了預(yù)期效果：

a.成分不同（干水含量不同、混裝垃圾）.罐內(nèi)已存垃圾量不同，推板在其壓縮過程中，其行程自動(dòng)發(fā)生變化，且每車?yán)膬糁叵喈?dāng)，說明推板成功實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)變行程的智能化作業(yè)，且智能化壓縮作業(yè)使罐內(nèi)垃圾更加均勻，密度更趨于一致，裝載性能有了進(jìn)一步提高。

b.15天共60車的作業(yè)過程中，后門密封程度保持完好，達(dá)到了無滲漏、無滴漏的效果，通過內(nèi)嵌于密封條的環(huán)形應(yīng)變片，動(dòng)態(tài)監(jiān)測密封條有效性，避免密封條失效。說明推板智能化作業(yè)對后門強(qiáng)度無影響，密封更加可靠。

c.通過一鍵動(dòng)態(tài)智能操作推板，自動(dòng)識(shí)別工作模式，減少了操作工人的操作強(qiáng)度，同時(shí)對裝載量有了提示，裝載量選擇更加靈活。

6結(jié)語

基于雙作用推板的餐廚垃圾車，通過雙信號(hào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了推板作業(yè)行程的動(dòng)態(tài)智能控制，豐富作業(yè)的功能，提高作業(yè)的性能，智能化的推板有效提升了餐廚垃圾車的技術(shù)水平：

a.對“壓力”“應(yīng)變”雙信號(hào)的有效捕捉和利用，使推板作業(yè)行程的動(dòng)態(tài)智能控制有了可靠的信號(hào)源，確保推板自適應(yīng)變行程作業(yè)功能的實(shí)現(xiàn)。

b.具有自應(yīng)性變行程作業(yè)功能的推板，在裝載壓縮垃圾時(shí)，對后門密封性更好，壓縮垃圾密度更加均勻，裝載性能得到了較大的提高。

c.動(dòng)態(tài)行程智能控制的推板，結(jié)合自動(dòng)反饋的不同位置行程信息，可以自動(dòng)識(shí)別“裝載”“卸載”作業(yè)模式，并對裝載量進(jìn)行提示，功能更加豐富，智能化程度更高。