壓縮式垃圾?專?裝置新型?適應系統的研發及應?

?闖　李兵

摘要：在底盤發動機動?平臺基礎上，運?底盤發動機ECU（電?控制單元）與專?裝置PLC（可編輯控制器）之間的聯合控制，通過壓?變送器作為兩者聯絡通訊的橋梁紐帶，實現了壓縮式垃圾?專?裝置的新型?適應系統。新型?適應系統具有“所供即所需”的?適應特性，提?了壓縮式垃圾?的效率，降低了油耗，系統硬件簡單，可靠性好，為壓縮式垃圾?及其他同類?況專?汽?的控制系統提供了?種控制?法的借鑒。

關鍵詞：壓縮式垃圾?;專?裝置;?適應系統

中圖分類號：U469.6+91 收稿?期：2022-05-09

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.013

1 前?

壓縮式垃圾?專?裝置在作業時，各個機構的執?油缸所需流量由于機構的不同而不同，同?機構的執?油缸由于作業過程的?況變化導致所需流量也會發?變化。?前液壓系統較多地采?定量系統，不能很好地適應這種流量特性變化，還有?部份液壓系統采?變量泵系統，系統復雜、成本?，流量變化響應速度慢，均不能達到理想效果。

本?從控制底盤發動機轉速的?度，構建?種新型的流量?適應系統出發，介紹了如何實現專?裝置的流量特性與發動機轉速控制特性之間最佳靈活匹配?法，使?適應的變量系統更加簡單、實?、效果好，為提?壓縮式垃圾?的控制?平提供了?種新的技術路徑。

2 專?裝置結構組成及現有控制系統的缺點

2.1 專?裝置結構組成

壓縮式垃圾?專?裝置結構主要由進料壓縮機構（刮板、滑板）和卸料機構（填裝器、推板）組成，如圖1～圖2所?，各機構均由對應的油缸進?驅動，實現各個機構的作業功能。

進料壓縮機構是作業頻次最?的機構，在進料壓縮時隨著壓縮垃圾量的增加，機構作??會慢慢加?，油缸的壓?隨之增加，其機構速度將發?改變，液壓系統流量隨著垃圾壓縮量的增加而隨之變化;卸料機構作業頻次不?，卸料作業?次，機構?作?次，而且?況不會發?變化，但填裝器作業和推板作業是不同機構，固定的?況下，其兩者的流量需求也是不同的。

2.2 現有控制系統的缺點

現有的壓縮式垃圾?液壓控制系統，較多采?定量系統，即不論機構不同和機構作業的?況不同，液壓系統均輸出相同流量到各執?油缸;還有的液壓系統采?變量泵系統，通過改變液壓泵的排量來改變液壓系統的流量。這兩種系統的技術路線存在明顯的技術短板。

a.定量系統不能很好地適應各個機構和?況的流量需求變化，流量輸出值不可避免地存在“供過于求”與“供不應求”兩種情況。供過于求是過多流量由?壓溢流產?熱量，油溫?，效率低，油耗?;供不應求是機構油缸得不到流量滿?而速度變慢，作業效率降低。

b.變量泵系統的泵排量改變與負載反饋結合的閉式系統，系統復雜，硬件多，造成故障率?、排除故障困難，而且成本較?。

c.變量泵系統的流量調整通過液壓負載反饋來實現，其響應速度?電?反饋?式慢，還存在短時間的“供過于求”與“供不應求”流量?盾現象，?定程度上降低了效率，增加了油耗。

3 新型?適應系統的研發與技術優勢

3.1 液壓?路控制系統原理

壓縮式垃圾?的液壓?路控制系統原理如圖3所?，控制?式是電?—?路—液壓—機構四級控制，即電?信號控制?路系統，?路系統作為液壓系統的先導控制來控制液壓系統，液壓系統的執?油缸驅動相應機構，如刮板、滑板等。

?路系統采?了集裝電磁?閥―對應控制?控?控多換向閥，?控?控多路換向閥―對應控制機構執?油缸，路路對應控制;油泵采?定量泵（排量為W），由發動機通過變速箱進?驅動，發動機經換算后的轉速為n ，油泵i輸出流量為Q =W×n ，流量隨發動機轉速變化而變化，輸i i出壓?P ，P 由油缸負載決定，隨負載變化而變化，但最?i i不超過溢流閥設定壓?P ;油泵出口并聯嵌?壓?變送max器，把輸出壓?P 變送為相應的電?模擬信號實時反饋?專?裝置的PLC（可編輯控制器）。

執?動作與電磁換通電狀態對應表如表1所?，在發動機驅動油泵輸出流量Q 和壓?P 狀態下，DT1/DT2通電i i控制刮板動作，DT3/DT4通電控制滑板動作，DT5/DT6通電控制填裝器動作，DT7/DT8通電控制推板動作，均不通電狀態下，系統卸荷。

3.2 ?適應系統的?作特性

機構不同，其作業的?況不同，流量需求不盡相同，同?機構作業過程?況發?變化，流量需求也隨之變化。對不同機構的流量需求特性和同?機構作業過程的流量需求特性進?分析和預設定，?適應流量系統將按照機構流量需求特性的設定?作曲線進?精準供油，達到“所供即所需”的?的，這就是?適應系統的?作特性和依據。

圖4為填裝器?作曲線圖，填裝器?作頻率低，?次卸料作業，?作?次。填裝器舉升和下降過程中，壓?P 隨運動軌跡變化而變化;流量保證穩定不變，作業平穩i性好，舉升油缸直徑小，流量需求小，在整個作業過程中，發動機?作轉速設定并保持在n 狀態（n ?般設定較低， 1 1如750 r/min），即流量供給值Q =W×n ，保持恒流?作。這1 1個流量曲線即為?適應系統的?作特性，只要填裝器?作，即激活發動機轉速快速調整在n 狀態，保證流量供給1值滿?流量曲線。

推板?作曲線圖如圖5所?，推板和填裝器?樣，?作頻率低，?次卸料作業，?作?次。推板推出和回程過程中，壓?P 隨運動軌跡變化而變化;流量保證穩定不變，有i利于作業安全性和平穩性，推板油缸直徑?，流量需求?，在整個作業過程中，發動機?作轉速設定并保持在n 狀態2（n ?般設定較?，如1 300 r/min），即流量供給值Q =W×n ， 2 2 2保持恒流?作。這個流量曲線即為?適應系統的?作特性，只要推板?作，即激活發動機轉速快速調整在n 狀態， 2保證流量供給值滿?流量曲線。E0DB8472-9D99-425D-A44F-BFD1BB5DEA8C

進料壓縮機構?作曲線圖如圖6所?，進料壓縮機構作業頻次最?，在進料壓縮過程中隨著壓縮垃圾量的增加，機構作??產?變化，壓縮過程壓?P 隨之變化。如上i圖5各個動作?作壓?曲線所?，即進料壓縮過程中，其?況不斷發?變化，這種變化反饋在壓?變化P 的?作壓?i曲線中。

達到液壓系統的最?效率和油耗最低效果，其液壓功率保持恒定是最佳?案，即恒功率系統，設定液壓系統的恒定功率值為K：

（1）

（2）

式中，K為系統恒功率值，W;P 為系統輸出壓?，M P a; iQ 為系統輸出流量，L/min;W為油泵排量，mL/r;n 為發動i i機轉速，r/min。

由式（1）、式（2）可得：

（ 3）

（4）

在各個動作的?作壓?變化P 曲線和設定的恒功率i值K條件下，依式（3）可以得出流量需求特性的?作曲線，如圖6?作流量曲線所?，這個曲線即為?適應系統的?作特性;由圖6的?作流量曲線和依式（2）和式（4）可以得出實時相應的發動機隨動轉速n 值。

在整個進料壓縮過程中，激活發動機轉速快速跟隨調整在n 狀態，保證油泵流量供給值滿??作流量曲線，即i可滿?在恒功率狀態下，P 與n 的?作特性跟隨作業，即流i i量供給值Q 隨著?況變化的壓?變化P 而變化，并始終保i i持恒功率狀態，從而實現了流量“所供即所需”的?適應精準供給，不會產?多余流量經溢流閥?壓溢流而產?熱量，避免了這部分的??功率，達到提?系統效率及降低油耗的?的。

3.3 新型?適應系統的實現

從3.2?適應的?作特性分析可以得知，機構不同，流量需求不同，如填裝器?作時，流量需求是發動機轉速為n 狀態的恒定流量Q =W×n ，推板?作時， 流量需求是發動1 1 1機轉速為n 狀態的恒定流量Q =W×n ;同?機構，?作過2 1 2程中?況發?變化，其流量需求也會變化，如進料壓縮機構?作時，流量需求是恒功率基礎上發動機?適應轉速為n 產?的?適應流量Q =W×n 。

在底盤發動機動?平臺基礎上，構建新型的?適應系統，其接線圖如圖7所?，專?裝置PLC（可編輯控制器）由基本模塊、2個數字量模塊、1個模擬量模塊組成。輸?來?油泵輸出口并聯的壓?變送器實時壓?P 模擬信號、各開i關啟動時觸發的數字量信號;輸出模擬量信號Sj、數字量信號S1、S2?發動機電?控制單元ECU，使發動機轉速分別?我調整在n 、n 、n 下?作;輸出數字量信號S3-S10分別i 1 2驅動DT1-DT8電磁鐵，實現各個機構動作。

依照圖4～圖6機構的?作曲線圖，轉化為軟件算法程序導?PLC的運算中?。當填裝器開關觸發時，填裝器開關信號輸?PLC，PLC按圖4?作曲線算法輸出S1、S7、S8，S1信號進?ECU，觸發ECU使發動機按n 轉速?作，同時1S7、S8驅動電磁鐵DT5、DT6，執?填裝器?作;當推板開關觸發時，推板開關信號輸?PLC，PLC按圖5?作曲線算法輸出S2、S9、S10，S2信號進?ECU，觸發ECU使發動機按n 轉速?作，同時S9、S10驅動電磁鐵DT7、DT8，執?推2板?作;當裝載開關觸發時，裝載開關信號輸?P L C，PLC按圖6?作曲線算法輸出Sj、S3、S4、S5、S6，Sj信號進?ECU，觸發ECU使發動機按n 轉速?作，同時S3、S4、S5、iS6驅動電磁鐵DT1、DT2、DT3、DT4，執?進料壓縮?作，?作過程中壓?變送器實時反饋?況變化P ，隨動?適應i調整轉速n ，得到最佳流量值。

可以看出，運?底盤發動機ECU（電?控制單元）與專?裝置PLC（可編輯控制器）之間的聯合控制，通過壓?變送器作為兩者聯絡通訊的橋梁紐帶，得以實現了壓縮式垃圾?專?裝置的新型?適應系統。新型?適應系統具有“所供即所需”的精準?適應特性，提?了壓縮式垃圾?的效率，降低了油耗。

3.4 新型?適應系統技術優勢

新型?適應系統是?種新型控制?法構建的液壓變量系統，在硬件上，充分運?底盤發動機ECU（電?控制單元）與專?裝置PLC（可編輯控制器）之間的聯合控制，通過壓?變送器作為兩者聯絡通訊的橋梁紐帶;在軟件程序上，分析各個動作所需要的流量、壓?及相者最優隨動關系，從而把兩者?作曲線最優隨動關系以運算程序寫?PLC運算輸出信號，觸發ECU對發動機轉速進??適應調整從而實現?適應的變量系統。新型的?適應系統具有突出的技術優勢。

a.與傳統的變量系統相?，新型的?適應系統充分利?了底盤現有發動機ECU、專?裝置PLC，結合軟件程序運算得以實現?適應變量功能，硬件和接線?式簡單，成本?常低，系統運?可靠性好。

b.與傳統的變量系統相?，新型的?適應系統不僅流量輸出具有“所供即所需”的特性，而且流量?適應響應速度?常快，有效保證了?多余的流量輸出，效率提?顯著，油耗顯著減少。

c.專?汽?專?裝置運?的平臺為?類底盤，現階段底盤發動機轉速均由ECU進?控制。各類具有相似?況的專?汽?均可應?此新型的控制?法進?發動機轉速的?我控制與調節，所以新型?適應系統的控制?法拓展應?性?常好，?泛應?于各類專?汽?的控制系統。

4 新型?適應系統的試驗及應?

4.1 ?適應系統的測試和試驗

新型?適應系統是?種全新的?適應變量系統，其變量控制是通過專?裝置PLC與發動機ECU的聯合來實現，其關鍵技術指標在于發動機是否能按照設定的?作曲線進??適應調整轉速，同時能否降低專?裝置的油溫及油耗。

為了測試發動機轉速的?適應性、油溫、油耗指標等實際效果，筆者采?兩輛總質量為18 t的壓縮式垃圾?作為試驗樣?，導?新型?適應系統的試驗?為1號?（測試?），??適應系統的試驗?為2號?（對照?），如圖8所?。E0DB8472-9D99-425D-A44F-BFD1BB5DEA8C

兩輛試驗樣?，在同?地點同?時間同時進?裝載卸載作業測試，以排除環境溫度對油溫的影響，測試數據?表2。

從表2可以看出，導?新型?適應系統的1號?在填裝器和推板?作時，其發動機?作轉速均能?動激活?適應功能，按設定的?作轉速（n =750，n =1 300 r/min）?作;壓1 2縮作業時發動機?作轉速?動激活?適應功能，根據負載量的變化而?動變化在n =900～1 500 r/min之間?作。2號i?所有動作均只能在?種狀態1 500 r/min下?作。這說明新型?適應系統的?適應功能得到了實現。

從表2還可以看出，導?新型?適應系統的1號?，?2號?的溫升降低了11℃;1號??2號?的噸垃圾油耗減少了0.5 L/t。這說明新型?適應系統能減少系統發熱，提?整?效率，降低油耗，達到了理想的效果。

4.2 拓展應?

新型?適應系統通過PLC與ECU的聯合控制，嵌?壓?變送器作為兩者的通訊紐帶，實現了液壓系統的?適應變量系統，這是?種專?汽?專?裝置變量的新型控制?法，可以?泛應?于其它專?汽?。

如圖9所?的餐廚垃圾?，其提升進料裝置與后?卸料裝置，不同的?況和不同的動作應?上述的控制?法，在軟件程序中寫?不同算法及?作曲線對應關系的?適應程序，使各個動作按照算法設定的?適應條件進?發動機轉速的?動調整與適應，即能達到節能與提?效率的效果。

5 結語

壓縮式垃圾?作業?況不斷發?變化，新型?適應系統智能地識別相關變化，通過PLC預設的?作曲線，觸發ECU?動調整發動機轉速，提供相應的液壓系統流量，達到?我匹配的?的。新型的?適應控制?法和?式，提升了壓縮式垃圾?的控制技術?平。

實現?式上，利?底盤現有發動機的ECU和專?裝置的PLC，通過壓?變送器進?聯絡通訊，在軟件程序上實現了?適應系統功能，系統的硬件簡單，成本低，可靠性好。

實現效果上，壓縮垃圾?專?裝置通過?適應系統，使液壓系統的流量輸出具有“所供即所需”的特性，?多余的流量?壓溢流而發熱，提?了效率，降低了油耗。

?適應系統的控制?法和?式，可以應?于具有相似?況的其他專?汽?，如餐廚垃圾?、?裝卸式垃圾?、洗掃?等，拓展應??泛。

參考?獻：

[1] 張陽，張安.發動機油?控制?法研究[J].商?汽?，2012（12）：71-72.

[2] ?曉明，何真偉.后裝式壓縮垃圾?的液壓系統及PLC控制系統設計[J].機械設計與制造，2006（8）：123-124.

作者簡介：?闖，男，1980年?，?程師，研究?向為專?汽?設計。E0DB8472-9D99-425D-A44F-BFD1BB5DEA8C