移动式垃圾压缩设备智能称重实现方法*

范晓波, 郭文卫

(1.立达(中国)纺织仪器有限公司, 江苏 常州 213125; 2.梅特勒-托利多(常州)测量技术有限公司,江苏 常州 213125)

移动式垃圾压缩设备智能称重实现方法*

范晓波1, 郭文卫2

(1.立达(中国)纺织仪器有限公司, 江苏 常州 213125; 2.梅特勒-托利多(常州)测量技术有限公司,江苏 常州 213125)

研制一种安装在移动垃圾压缩设备上的称重装置，实现了在作业过程中对垃圾斗中垃圾质量的称量。通过力学分析，阐明称重实现原理。采用液压压力传感器对偏载进行偏载补偿。通过实验验证，取得了较理想的精度。

垃圾压缩设备；称重；角差

1 引 言

面对数量不断增长的城市生活垃圾，世界各地很多地方都采取对居民实行垃圾收费的政策。在我国，许多大城市也陆续出台了相应的城市生活垃圾管理条例，对于城市居民和单位所排放垃圾将进行收费管理。垃圾收费有两个目的：①解决垃圾处理的部分费用；②以金钱杠杆，养成居民少产生垃圾的习惯。

目前，较为合理的方式是按照每户/单位产生的垃圾重量收费。然而，现在各大城市对于垃圾计量管理的方式大多停留在垃圾清运车过地磅称重的方式，多个小区垃圾互混，精细化程度不高。笔者所述的安装在小区垃圾压缩装置的称重系统，能较为精确的实现小区垃圾信息的标识，计量，存储，传输。使得环卫部门垃圾信息管理系统实现智能化，网络化。

2 移动式垃圾压缩设备

移动式垃圾压缩设备是一种节能、环保的城市生活垃圾压缩处理成套设备，如图1所示。该转运站压缩机与转运箱体合二为一，在收集、压缩及转运垃圾过程中不分离，从而实现设备高密封性，解决了收运过程臭气、污水撒漏等二次污染问题。

移动式垃圾压缩设备通常安装在小区的垃圾收集中转站内。作业时，垃圾被倒人垃圾斗内，垃圾斗在提升机构的作用下被提升至一定高度后，将垃圾翻落到压缩室中，垃圾压缩室内的压头将垃圾推压入垃圾压缩厢内。移动式垃圾压缩设备常需与拉臂运输车配套使用，以提高垃圾的转运效率[1],如图2所示。

图1 移动式垃圾压缩设备 图2 移动式垃圾压缩设备及拉臂运输车

3 移动式压缩设备提升机构力学分析

3.1 静态称重的力学实现

为实现对垃圾斗中垃圾重量的称重，需要对现有的移动式压缩设备提升机构进行改造。一方面要考虑改造后能实现方便地垃圾称量的主要功能且保证满足用户的精度要求，另一方面要考虑改造的难易程度和成本。基于上述两点，本文采用替换图3中黑色支座加装桥式传感器，且在液压油缸进口和出口加装液压压力传感器的方法。

图3 称重实现示意图

移动式垃圾压缩设备提升机构如图4所示。为简化计算作如下假设：①拉杆为轻质杆，忽略其重力；②设转动轴O点处因摩擦力引起的附加力矩为MOf为常数。

图4 提升机构简图1.压缩车箱体 2.液压缸 3.动臂 4.拉杆 5. 料斗

设料斗质量为Gh，垃圾质量为Gm，垃圾与料斗的总质量为G。以料斗和其中垃圾作为一个整体进行静力学分析，如图5所示。

图5 料斗静力学分析

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，则：Fl=G(1-LGsinα/L4)+C1

表明当动臂水平且拉杆与水平方向夹角α=0时，传感器垂直方向受力Fl=G+C1,即传感器垂直方向所受压力与物料重量呈一次线性关系，物料重心位置到转动轴O的距离LG对Fl不产生影响 。

3.2 偏载补偿

然而对于大多数移动式垃圾压缩车提料机构，当动臂水平时，拉杆与水平方向的夹角α不为零，此时物料重心将对称重数据产生较大影响。

为解决物料偏载问题，引入一组液压传感器器对物料偏载引起的重心变化进行补偿。其方法是在油缸的进油管和出油管处分别加装液压压力传感器。

以动臂为参考对象进行受力分析，如图6所示。

图6 动臂静力学分析

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。

油缸采用单活塞杆双作用油缸，当提料机构上升时，无杆腔进油 此时的产生推力[2]：

设置已知重量的标定物G0,如图7所示。通常取G0=0.5Gm。

令K1=d2/D2-1,d,D可根据油缸参数查得。

当提料机构上升时，有：

图7 标定物位置状态

将标定物前置，标定桥式传感器读数Fl=G0,记录此时液压油缸进油压力当量值：p1u，液压油缸出油压力当量值为p2u。

将标定物后置，读取桥式传感器读数G0′，记录此时液压油缸进油压力当量值为p1u′，液压油缸出油压力当量值为p2u′。

联立方程：

传感器读数两次的差值：

ΔFl=πD2[(p1u′-p1u)+K1(p2u′-p2u)]/4K2

因此标定物后置时，传感器读数的准确值：

Flc=G0′-πD2[(p1u′-p1u)+K1(p2u′-

p2u)]/4K2

当提料机构下降时，有杆腔进油，此时产生的推力为：

设置已知重量的标定物：G0,通常取G0=0.5Gm。

令K1=d2/D2-1,d,D可根据油缸参数查得。

将标定物前置，标定桥式传感器读数Fl=G0,记录此时液压油缸进油压力当量值为p1d，液压油缸出油压力当量值为p2d。

将标定物后置，读取桥式传感器读数G0′，记录此时液压油缸进油压力当量值为p1d′，液压油缸出油压力当量值为p2d′。

联立方程：

传感器读数两次的差值：

ΔFl=πD2[-K1(p1u′-p1u)-(p2u′-p2u)]/4K2

因此标定物后置时，传感器读数的准确值为：

Flc=G0′-πD2[-K1(p1u′-p1u)-

(p2u′-p2u)]/4K2

为保证称重精度，实际操作过程中，采用上升过程中在大臂水平位置自动停止2 s，称重系统读取满斗读数。完成垃圾投料后，下降过程中在大臂水平位置自动停止2 s，称重系统读取空斗读数。两次读数之差即为一次投料周期投放的垃圾重量。

4 结 语

在对后装式移动式垃圾压缩设备结构及力学分析的基础上，提出了通过在水平位置采集相应动臂举升液压缸压力值来计算垃圾斗中垃圾质量的自动称重方法，实现了物料重心偏移的计量补偿。本装置研制完成后，安装在扬州海沃机械有限公司生产的后装式移动式垃圾压缩车上进行试验，运行结果表明移动式垃圾压缩机智能称重综合系统误差控制在±2%范围以内，能够满足环卫系统对垃圾称重精度的基本要求。

[1] 刘和平.液压与气压传动[M].上海：上海交通大学出版社,2011.

[2] 于 英，王 敏.移动式垃圾压缩机智能称重装置的研制[J].工程机械,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

范晓波(1977-)，男，江苏常州人，工程师，主要从事机械设计与开发，计算机辅助工程方面的研究工作。

TP311

A

1007-4414(2014)01-0082-03