移動式垃圾壓縮設備智能稱重實現(xiàn)方法*

范曉波, 郭文衛(wèi)

(1.立達(中國)紡織儀器有限公司, 江蘇 常州 213125; 2.梅特勒-托利多(常州)測量技術(shù)有限公司,江蘇 常州 213125)

移動式垃圾壓縮設備智能稱重實現(xiàn)方法*

范曉波1, 郭文衛(wèi)2

(1.立達(中國)紡織儀器有限公司, 江蘇 常州 213125; 2.梅特勒-托利多(常州)測量技術(shù)有限公司,江蘇 常州 213125)

研制一種安裝在移動垃圾壓縮設備上的稱重裝置，實現(xiàn)了在作業(yè)過程中對垃圾斗中垃圾質(zhì)量的稱量。通過力學分析，闡明稱重實現(xiàn)原理。采用液壓壓力傳感器對偏載進行偏載補償。通過實驗驗證，取得了較理想的精度。

垃圾壓縮設備；稱重；角差

1 引 言

面對數(shù)量不斷增長的城市生活垃圾，世界各地很多地方都采取對居民實行垃圾收費的政策。在我國，許多大城市也陸續(xù)出臺了相應的城市生活垃圾管理條例，對于城市居民和單位所排放垃圾將進行收費管理。垃圾收費有兩個目的：①解決垃圾處理的部分費用；②以金錢杠桿，養(yǎng)成居民少產(chǎn)生垃圾的習慣。

目前，較為合理的方式是按照每戶/單位產(chǎn)生的垃圾重量收費。然而，現(xiàn)在各大城市對于垃圾計量管理的方式大多停留在垃圾清運車過地磅稱重的方式，多個小區(qū)垃圾互混，精細化程度不高。筆者所述的安裝在小區(qū)垃圾壓縮裝置的稱重系統(tǒng)，能較為精確的實現(xiàn)小區(qū)垃圾信息的標識，計量，存儲，傳輸。使得環(huán)衛(wèi)部門垃圾信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)智能化，網(wǎng)絡化。

2 移動式垃圾壓縮設備

移動式垃圾壓縮設備是一種節(jié)能、環(huán)保的城市生活垃圾壓縮處理成套設備，如圖1所示。該轉(zhuǎn)運站壓縮機與轉(zhuǎn)運箱體合二為一，在收集、壓縮及轉(zhuǎn)運垃圾過程中不分離，從而實現(xiàn)設備高密封性，解決了收運過程臭氣、污水撒漏等二次污染問題。

移動式垃圾壓縮設備通常安裝在小區(qū)的垃圾收集中轉(zhuǎn)站內(nèi)。作業(yè)時，垃圾被倒人垃圾斗內(nèi)，垃圾斗在提升機構(gòu)的作用下被提升至一定高度后，將垃圾翻落到壓縮室中，垃圾壓縮室內(nèi)的壓頭將垃圾推壓入垃圾壓縮廂內(nèi)。移動式垃圾壓縮設備常需與拉臂運輸車配套使用，以提高垃圾的轉(zhuǎn)運效率[1],如圖2所示。

圖1 移動式垃圾壓縮設備 圖2 移動式垃圾壓縮設備及拉臂運輸車

3 移動式壓縮設備提升機構(gòu)力學分析

3.1 靜態(tài)稱重的力學實現(xiàn)

為實現(xiàn)對垃圾斗中垃圾重量的稱重，需要對現(xiàn)有的移動式壓縮設備提升機構(gòu)進行改造。一方面要考慮改造后能實現(xiàn)方便地垃圾稱量的主要功能且保證滿足用戶的精度要求，另一方面要考慮改造的難易程度和成本?；谏鲜鰞牲c，本文采用替換圖3中黑色支座加裝橋式傳感器，且在液壓油缸進口和出口加裝液壓壓力傳感器的方法。

圖3 稱重實現(xiàn)示意圖

移動式垃圾壓縮設備提升機構(gòu)如圖4所示。為簡化計算作如下假設：①拉桿為輕質(zhì)桿，忽略其重力；②設轉(zhuǎn)動軸O點處因摩擦力引起的附加力矩為MOf為常數(shù)。

圖4 提升機構(gòu)簡圖1.壓縮車箱體 2.液壓缸 3.動臂 4.拉桿 5. 料斗

設料斗質(zhì)量為Gh，垃圾質(zhì)量為Gm，垃圾與料斗的總質(zhì)量為G。以料斗和其中垃圾作為一個整體進行靜力學分析，如圖5所示。

圖5 料斗靜力學分析

由∑MO=0,有GLG=F45cosα

由∑FX=0, 有Fl′=F45cosα

由∑FY=0,有Fl=G-F45sinα=G(1-LGsinα/L4)+MOfsinα/L4

令：MOfsinα/L4=C1，則：Fl=G(1-LGsinα/L4)+C1

表明當動臂水平且拉桿與水平方向夾角α=0時，傳感器垂直方向受力Fl=G+C1,即傳感器垂直方向所受壓力與物料重量呈一次線性關(guān)系，物料重心位置到轉(zhuǎn)動軸O的距離LG對Fl不產(chǎn)生影響 。

3.2 偏載補償

然而對于大多數(shù)移動式垃圾壓縮車提料機構(gòu)，當動臂水平時，拉桿與水平方向的夾角α不為零，此時物料重心將對稱重數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響。

為解決物料偏載問題，引入一組液壓傳感器器對物料偏載引起的重心變化進行補償。其方法是在油缸的進油管和出油管處分別加裝液壓壓力傳感器。

以動臂為參考對象進行受力分析，如圖6所示。

圖6 動臂靜力學分析

由∑FY=0，有F2sinβ=G3-FEY

由∑ME=0,有F2L2=G3L3+FlLC+MEf

即：F2=(LC/L2)Fl+(G3L3+MEf)/L2

令：LC/L2=K2，G3L3+MEf=C2,有F2=K2Fl+C2。

油缸采用單活塞桿雙作用油缸，當提料機構(gòu)上升時，無桿腔進油 此時的產(chǎn)生推力[2]：

設置已知重量的標定物G0,如圖7所示。通常取G0=0.5Gm。

令K1=d2/D2-1,d,D可根據(jù)油缸參數(shù)查得。

當提料機構(gòu)上升時，有：

圖7 標定物位置狀態(tài)

將標定物前置，標定橋式傳感器讀數(shù)Fl=G0,記錄此時液壓油缸進油壓力當量值：p1u，液壓油缸出油壓力當量值為p2u。

將標定物后置，讀取橋式傳感器讀數(shù)G0′，記錄此時液壓油缸進油壓力當量值為p1u′，液壓油缸出油壓力當量值為p2u′。

聯(lián)立方程：

傳感器讀數(shù)兩次的差值：

ΔFl=πD2[(p1u′-p1u)+K1(p2u′-p2u)]/4K2

因此標定物后置時，傳感器讀數(shù)的準確值：

Flc=G0′-πD2[(p1u′-p1u)+K1(p2u′-

p2u)]/4K2

當提料機構(gòu)下降時，有桿腔進油，此時產(chǎn)生的推力為：

設置已知重量的標定物：G0,通常取G0=0.5Gm。

令K1=d2/D2-1,d,D可根據(jù)油缸參數(shù)查得。

將標定物前置，標定橋式傳感器讀數(shù)Fl=G0,記錄此時液壓油缸進油壓力當量值為p1d，液壓油缸出油壓力當量值為p2d。

將標定物后置，讀取橋式傳感器讀數(shù)G0′，記錄此時液壓油缸進油壓力當量值為p1d′，液壓油缸出油壓力當量值為p2d′。

聯(lián)立方程：

傳感器讀數(shù)兩次的差值：

ΔFl=πD2[-K1(p1u′-p1u)-(p2u′-p2u)]/4K2

因此標定物后置時，傳感器讀數(shù)的準確值為：

Flc=G0′-πD2[-K1(p1u′-p1u)-

(p2u′-p2u)]/4K2

為保證稱重精度，實際操作過程中，采用上升過程中在大臂水平位置自動停止2 s，稱重系統(tǒng)讀取滿斗讀數(shù)。完成垃圾投料后，下降過程中在大臂水平位置自動停止2 s，稱重系統(tǒng)讀取空斗讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差即為一次投料周期投放的垃圾重量。

4 結(jié) 語

在對后裝式移動式垃圾壓縮設備結(jié)構(gòu)及力學分析的基礎上，提出了通過在水平位置采集相應動臂舉升液壓缸壓力值來計算垃圾斗中垃圾質(zhì)量的自動稱重方法，實現(xiàn)了物料重心偏移的計量補償。本裝置研制完成后，安裝在揚州海沃機械有限公司生產(chǎn)的后裝式移動式垃圾壓縮車上進行試驗，運行結(jié)果表明移動式垃圾壓縮機智能稱重綜合系統(tǒng)誤差控制在±2%范圍以內(nèi)，能夠滿足環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)對垃圾稱重精度的基本要求。

[1] 劉和平.液壓與氣壓傳動[M].上海：上海交通大學出版社,2011.

[2] 于 英，王 敏.移動式垃圾壓縮機智能稱重裝置的研制[J].工程機械,2009(6):46-53.

Weighing Method for Mobile Waste Compacting Device

FAN Xiao-bo1， GUO Wen-wei2

(1.Rieter(China)TextileInstrumentsCo.,Ltd,ChangzhouJiangsu213125，China；2.Mettler-Toledo(Changzhou)MeasurementTechnologyCo.，Ltd,ChangzhouJiangsu213125，China.)

A kind of weighing scale which is installed in the waste compacting device is intended to realize weighing garbage hopper function in the process of operation. The weighing realization principle is illustrated by force analysis. Hydraulic sensors are adopted to fix the position difference. Thus, satisfactory accuracy is reached through weighing experiments.

waste compacting device; weighing; position difference

2013-11-27

范曉波(1977-)，男，江蘇常州人，工程師，主要從事機械設計與開發(fā)，計算機輔助工程方面的研究工作。

TP311

A

1007-4414(2014)01-0082-03