一款餐廚垃圾車的整車設(shè)計與布置

常宏濤，徐文亮，袁巧玲

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一款餐廚垃圾車的整車設(shè)計與布置

常宏濤，徐文亮，袁巧玲

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

隨著社會進(jìn)程的加快，以及經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，餐飲業(yè)的興起已勢不可擋，但由此引發(fā)的問題也漸漸出現(xiàn)在人們的視野內(nèi)，如垃圾的產(chǎn)生，環(huán)境的污染等等。因此，餐飲行業(yè)的垃圾處理及轉(zhuǎn)運環(huán)衛(wèi)車亟待提出！餐廚垃圾車是處理餐廚垃圾收集和運輸環(huán)節(jié)所必不可少的專用車輛。餐廚垃圾車就是將餐廚垃圾中的固體和液體分開來處理。它的罐體有兩部分：上面的圓罐體主要用來盛放垃圾，下面的方罐體便用來收集垃圾中的水分，實現(xiàn)垃圾的固液分離，方便后續(xù)的進(jìn)一步處理。

環(huán)衛(wèi)車；餐廚垃圾車；環(huán)境保護(hù)；整車設(shè)計；分析計算

1 餐廚垃圾車的項目背景

隨著社會進(jìn)程的加快，以及經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，餐飲業(yè)的興起已勢不可擋，但由此引發(fā)的問題也漸漸出現(xiàn)在人們的視野內(nèi)，如垃圾的產(chǎn)生，環(huán)境的污染等等。同時隨著習(xí)總書記“綠水青山就是金山銀山”“兩山”理論的提出，環(huán)境保護(hù)在國家層面被提升到前所未有的高度。因此，餐飲行業(yè)的垃圾處理及轉(zhuǎn)運環(huán)衛(wèi)車亟待提出！

餐飲業(yè)產(chǎn)生的垃圾我們稱之為餐廚垃圾，這種垃圾成分復(fù)雜，含水量高，處理起來不像處理生活垃圾那么簡單，雖然很多地方都在使用填埋的處理方法，但填埋會造成土壤資源的浪費，還會對環(huán)境造成二次污染。由此，需要有專門的餐廚垃圾處理方式。

2 餐廚垃圾車的項目思路

餐廚垃圾的處理分為單獨收集和運輸、集中處理、無害化和資源化幾個部分。餐廚垃圾車是處理餐廚垃圾收集和運輸環(huán)節(jié)所必不可少的專用車輛。餐廚垃圾車就是將餐廚垃圾中的固體和液體分開來處理。它的罐體有兩部分：上面的圓罐體主要用來盛放垃圾，下面的方罐體便用來收集垃圾中的水分，實現(xiàn)垃圾的固液分離，方便后續(xù)的進(jìn)一步處理。同時在車輛的右側(cè)設(shè)有提桶機構(gòu)，可以直接將120L，240L塑料桶或通用的標(biāo)準(zhǔn)桶中的餐廚垃圾倒入罐體，以推板推卸或向后傾倒為主要卸料方式，并有固液分離，密封排料和高壓清洗等功能。

3 餐廚垃圾車的總體布置方案及主要設(shè)計參數(shù)

本款開發(fā)的餐廚垃圾車采用軒德X9底盤改裝而成。主要由底盤、箱體、翻桶機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電控操作系統(tǒng)、高壓清洗系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、密封排料系統(tǒng)等組成。罐體截面為圓弧形，強度高，有效容積大；卸料方式為推板卸料，推板不僅具有卸料功能，同時也可以壓榨餐廚垃圾中的水分；后門采用液壓開啟和鎖緊，以保證箱體的密封性能；操作采用電控操作，方便可靠。

3.1 設(shè)計開發(fā)的主要設(shè)計參數(shù)

表1

3.2 設(shè)計開發(fā)的餐廚垃圾車外形結(jié)構(gòu)組成及三維模型布置

餐廚垃圾車結(jié)構(gòu)組成及整車布置見圖1：

圖1 餐廚垃圾車整車三維模型布置圖

1 垃圾箱；2 后門；3 排料機構(gòu)；4 翻桶機構(gòu)；5 倒料口；6 液壓系統(tǒng)（翻桶油缸）；7 電氣操作系統(tǒng)；8 加熱系統(tǒng)；9 清洗系統(tǒng)；10 軒德底盤

4 餐廚垃圾車的整車設(shè)計計算分析及主要功能部件構(gòu)成

4.1 餐廚垃圾車整車軸荷計算

根據(jù)軒德底盤前后橋載核要求特點，對餐廚垃圾車上裝設(shè)計時優(yōu)先對其整車進(jìn)行軸荷分布計算并以此來指導(dǎo)上裝布置。

車輛經(jīng)過改裝后，在滿載狀態(tài)下，前軸荷占總質(zhì)量的比例需滿足表2 中的分布要求。

表2 專用車設(shè)計前橋許用載荷分布安全范圍區(qū)間表

4.1.1軸核校核計算

列舉：4×2、6×4車型餐廚垃圾車計算模型。

若底盤整備質(zhì)量為M，整備質(zhì)量時的前軸荷為F1，整備質(zhì)量時的后軸荷為F2，貨物的質(zhì)量及質(zhì)心位置見圖2、圖3。

理論上認(rèn)為，中后橋的承載相近。

圖2

圖3

當(dāng)要詳細(xì)計算前Ⅰ、Ⅱ軸的軸荷時，采用以下的計算方法。將整車簡化成圖4所示的模型。

圖4

各軸軸荷分別為：

根據(jù)力的平衡條件有：

對后板簧中心取矩有：

假設(shè)車架為剛體，有變形協(xié)調(diào)方程：

利用數(shù)值計算的方法（如高斯消元法），可求出（X1,X2, X3），進(jìn)而求出（F1,F2,F3）。

4.1.2坡道上的軸荷校核計算

車輛在坡道上行駛時，垂直軸荷不僅會減輕，而且還會發(fā)生轉(zhuǎn)移，其受力分析如圖5所示。

圖5

對后輪與地面接觸中心取矩：

對前輪與地面接觸中心取矩：

聯(lián)立（1）、（2）求解，得出坡道上的軸荷為：

即通過上述數(shù)學(xué)模型建立，完成對餐廚垃圾車（4×2/6×4）車型的軸核分布的校核，進(jìn)而指導(dǎo)上裝布置（見圖6）。

4.2 餐廚垃圾車的主要功能部件構(gòu)成

4.2.1關(guān)鍵功能部件——餐廚垃圾箱

餐廚垃圾箱主要由箱體、后門、推板、污水箱組成。

垃圾廂的結(jié)構(gòu)組成見下圖7和內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成見下圖8：

圖7 垃圾箱結(jié)構(gòu)圖

圖8 垃圾箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成

1后門；2污水箱；3箱體；4推板軌道；5倒料口；6倒料口密封蓋；7推板；8推板油缸座

箱體內(nèi)設(shè)有推板和軌道，推板沿軌道在箱體內(nèi)運動，從而將垃圾推出，也可以對垃圾進(jìn)行輕微壓縮，以壓榨出垃圾中的水分； 污水箱設(shè)于箱體底部，并設(shè)有過濾網(wǎng)過濾垃圾；污水箱內(nèi)設(shè)有加熱管道，可有效防止污水中的油脂凝固而附著在箱壁，導(dǎo)致無法排出；后門與箱體之間用密封條進(jìn)行密封，并設(shè)置鎖緊油缸進(jìn)行鎖緊，以保證門和箱體之間的密封；倒料口設(shè)于箱體右側(cè)頂部，通過翻桶機構(gòu)使垃圾桶進(jìn)行傾倒垃圾；倒料口設(shè)有密封蓋，通過液壓油缸進(jìn)行開啟和關(guān)閉，可有效防止運輸時垃圾的外溢和氣味的飄散；箱體內(nèi)壁、推板、后門內(nèi)壁及污水箱做防腐處理，有效延長垃圾箱的使用壽命。

4.2.2關(guān)鍵功能部件——翻桶機構(gòu)

圖9 翻桶機構(gòu)

1 軌道；2 鏈條；3 舉升油缸；4 翻轉(zhuǎn)架；5掛桶架

翻桶機構(gòu)設(shè)置于箱體的右側(cè)前端，為上方卸料（見圖9）?？梢约嫒?20L、240L的標(biāo)準(zhǔn)塑料垃圾桶。翻桶機構(gòu)采用鏈條傳動，油缸推動鏈輪上下運動，通過鏈條帶動翻桶加上下運動和翻轉(zhuǎn)運動。整個機構(gòu)運行平穩(wěn)、可靠，并在上翻時設(shè)有減速機構(gòu)，以確保桶在傾倒垃圾時，平穩(wěn)緩慢，保證垃圾不外撒。翻桶機構(gòu)與垃圾箱的裝配采用螺栓連接。

4.2.3關(guān)鍵功能部件——加熱系統(tǒng)

因餐廚垃圾中含有大量的水分、動植物油等，當(dāng)溫度較低時，其中的動物油脂容易凝固，導(dǎo)致在排放時無法排出。故需要配備加熱系統(tǒng)。（見圖10）

圖10 液壓系統(tǒng)原理圖

本加熱系統(tǒng)為車外獨立系統(tǒng)，加熱器選用專業(yè)廠家生產(chǎn)的車載燃油加熱器。燃油從底盤油箱吸取，導(dǎo)熱介質(zhì)為汽車用防凍液。

4.2.4關(guān)鍵功能部件——液壓系統(tǒng)

本款設(shè)計車型的液壓系統(tǒng)全部采用派克公司的配件，在國內(nèi)同行業(yè)中處于領(lǐng)先水平。液壓系統(tǒng)工作壓力14MPa，系統(tǒng)由四部分回路組成（見圖11）提升裝載運動回路、后門開合回路、上蓋開合回路和推板卸料回路。液壓系統(tǒng)的作用是用于實現(xiàn)后門的開啟、關(guān)閉、鎖緊，上蓋的開啟、關(guān)閉，餐廚垃圾的裝載以及垃圾的卸料。

圖11 電氣系統(tǒng)原理圖

本款餐廚垃圾車液壓系統(tǒng)中，相較主流產(chǎn)品有以下明顯優(yōu)勢：

（1）在后門開合回路中，加裝了平衡閥以及順序閥，使兩支油缸舉升力均勻一致，并保持兩支油缸的運動同步，可使運動狀態(tài)停止于任何位置而不會下沉，同時加入后門鎖緊油缸，保證操作的順序動作，使運動安全可靠。

（2）在推板卸料回路中，加裝了疊加溢流閥，使卸料過程更加平穩(wěn)，增加箱體密封的使用時間。

（3）在提升裝載運動回路中，加裝了疊加電磁流量閥，使提升裝載過程中，當(dāng)垃圾桶接近上蓋口時，提升速度降低，使裝載過程平穩(wěn)，有效的防止餐廚垃圾在傾倒過程中灑在外面，污染環(huán)境。

4.2.5關(guān)鍵功能部件——電氣控制系統(tǒng)

本款餐廚垃圾車選用4個搖桿開關(guān)，共八個操作，分別為裝載、水泵、推板回、推板返、上蓋開、上蓋關(guān)、后門開、后門關(guān)。

4.2.6關(guān)鍵功能部件——清洗系統(tǒng)

本款餐廚車設(shè)計有清水清洗裝置（見圖13），清水水箱可裝載200L，可方便的在收集和運輸廚余垃圾過程中對車輛進(jìn)行沖洗，減少異味帶來的環(huán)境污染。

圖12 加熱系統(tǒng)循環(huán)原理圖

圖13 清洗系統(tǒng)原理圖

5 開發(fā)總結(jié)

餐廚垃圾車的快速崛起，是環(huán)衛(wèi)車產(chǎn)品不斷細(xì)分的集中體現(xiàn)。隨著社會和科技的不斷進(jìn)步，專用車行業(yè)發(fā)生了日新月異的變化。餐廚垃圾車作為環(huán)衛(wèi)車家族的一員，今后將不斷趨于精細(xì)化、模塊化、智能化、高效化和集成化。

圖14 餐廚垃圾車實車

隨著國家將生態(tài)文明作為“十三五”國家戰(zhàn)略的提出，防止污染，保護(hù)環(huán)境等一系列政策的制定和執(zhí)行力度將會不斷加強。保護(hù)環(huán)境、綠色文明是我們汽車設(shè)計人員應(yīng)有之義。隨著時代的發(fā)展，我們堅信：餐廚垃圾車及其環(huán)衛(wèi)車在不久的將來將會越來越深受市場青睞。

[1] 馮晉祥.專用汽車設(shè)計[M].人民交通出版社.

[2] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].機械工業(yè)出版社.2009.

[3] 卞學(xué)良.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社.2008.

[4] 聞邦椿.機械設(shè)計手冊[M].機械工業(yè)出版社2010.

Design and layout of a kitchen garbage truck

Chang Hongtao, Xu Wenliang, Yuan Qiaoling

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. LTD., Shaanxi Xi'an 710200 )

With the acceleration of social process and the rapid development of economy, the rise of catering industry is irresistible, but the problems caused by it gradually appear in people's vision, such as the generation of garbage, environmental pollution and so on. Therefore, garbage disposal and transshipment of sanitation vehicles in catering industry need to be put forward urgently. The kitchen garbage truck is an indispensable special vehicle for the collection and transportation of kitchen garbage. Kitchen garbage truck is to separate solid and liquid from kitchen garbage. Its tank body has two parts: the upper round tank is mainly used to hold garbage, and the lower square tank is used to collect moisture in garbage, so as to realize solid-liquid separation of garbage and facilitate further treatment.

sanitation vehicle; kitchen garbage truck; environmental protection; vehicle design; analysis and calculation

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.025

U462.1

A

1671-7988(2019)10-69-04

U462.1

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1671-7988(2019)10-69-04

常宏濤，汽車設(shè)計工程師，就職于陜西重型汽車有限公司。