一種垃圾車(chē)裝載量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

自裝卸式壓縮垃圾車(chē)是環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域較為常用的一種專(zhuān)用車(chē)輛，整車(chē)自行上料、壓縮和卸料，具有操作方便、省力的優(yōu)點(diǎn)。

由于垃圾的成分復(fù)雜，密度、硬度、尺寸各不相同，可壓縮的比例相差甚遠(yuǎn)。在裝載過(guò)程中，若垃圾的可壓縮比例小，垃圾箱的容積會(huì)首先填滿；若密度大，垃圾箱的裝載質(zhì)量會(huì)首先填滿。由此，在車(chē)輛的實(shí)際運(yùn)用中，往往需要同時(shí)監(jiān)測(cè)質(zhì)量和體積兩個(gè)數(shù)據(jù)。然而，在現(xiàn)有的自裝卸式壓縮垃圾車(chē)技術(shù)中，垃圾箱的裝載質(zhì)量通過(guò)整車(chē)稱(chēng)重實(shí)現(xiàn)，由于成本昂貴，經(jīng)濟(jì)性差，中小型車(chē)輛較少采用；另外，垃圾箱的裝載體積通過(guò)行程開(kāi)關(guān)的通斷判斷是否裝滿，其功能單一，不能實(shí)時(shí)獲取剩余的容積數(shù)據(jù)，不利于建立數(shù)據(jù)供后臺(tái)分析管理。

因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有低成本、模塊化、便于安裝，可實(shí)時(shí)讀取裝載質(zhì)量和體積的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)于中小型環(huán)衛(wèi)車(chē)輛十分具有應(yīng)用價(jià)值。

1  總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自裝卸式壓縮垃圾車(chē)主要包括三部分作業(yè)機(jī)構(gòu)，即裝料機(jī)構(gòu)、擠壓機(jī)構(gòu)和卸料機(jī)構(gòu)，其機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)一般由PLC和液壓系統(tǒng)的油缸動(dòng)作協(xié)同執(zhí)行。

1.1  現(xiàn)有的裝載量檢測(cè)方法分析

垃圾車(chē)的裝載質(zhì)量一般通過(guò)整車(chē)稱(chēng)重的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。其原理為在上裝的箱體與車(chē)架的連接處安裝一組壓力傳感器，或者在車(chē)輛的懸架上布置位移傳感器。前者利用壓力傳感器的應(yīng)變變形量來(lái)計(jì)算裝載質(zhì)量，后者利用位移傳感器采集車(chē)輪與車(chē)架的位移量來(lái)計(jì)算裝載質(zhì)量，兩者都需要復(fù)雜的算法來(lái)消除車(chē)架彈性變形的影響。而且，車(chē)輛在行駛過(guò)程中，振動(dòng)和沖擊載荷大，傳感器自身需要具備較高防護(hù)能力。因而，上述方法的實(shí)際運(yùn)用成本昂貴，一般在大型的車(chē)輛上較多采用。

垃圾車(chē)的裝載體積一般通過(guò)檢測(cè)卸料推鏟位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)有的中小型垃圾車(chē)中，一般只在推鏟的行程末端安裝行程開(kāi)關(guān)以檢測(cè)垃圾箱是否裝滿，功能單一，省略了過(guò)程監(jiān)測(cè)，也不能實(shí)時(shí)獲取剩余的容積數(shù)據(jù)，不利于建立數(shù)據(jù)供后臺(tái)分析管理。

1.2  本設(shè)計(jì)中裝載量檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。壓力傳感器安裝在垃圾桶的提升機(jī)構(gòu)上，用于測(cè)量裝載的每桶垃圾質(zhì)量；位移傳感器安裝在卸料推鏟上，用于測(cè)量卸料推鏟的位移；控制模塊安裝在駕駛室內(nèi)，用于運(yùn)算并實(shí)時(shí)顯示整車(chē)裝載垃圾的質(zhì)量和體積，其具備輸入輸出和通訊的功能，用于初始化質(zhì)量和體積的標(biāo)定、實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和報(bào)警輸出，以及與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。

在本設(shè)計(jì)中，垃圾的總質(zhì)量計(jì)算通過(guò)累加每桶垃圾質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。其原理為在垃圾桶的提升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)油缸上安裝油壓傳感器，通過(guò)探測(cè)垃圾桶的上升和下降時(shí)的壓力變化，由單片機(jī)的算法計(jì)算出每桶垃圾的質(zhì)量。由于采用檢測(cè)油壓變化計(jì)算總質(zhì)量，只在垃圾上料時(shí)計(jì)算質(zhì)量，傳感器的防護(hù)要求低，且單片機(jī)的算法成熟，其成本低廉，安裝布置安裝簡(jiǎn)單。

在本設(shè)計(jì)中，垃圾的總體積通過(guò)檢測(cè)卸料推鏟位移來(lái)實(shí)現(xiàn)。其原理為采用拉線式位移傳感器，因箱體橫截面不變，通過(guò)檢測(cè)卸料推鏟位移量變化可計(jì)算出體積。由于采用位移傳感器，可以連續(xù)過(guò)程監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)獲取剩余的容積數(shù)據(jù)，方便建立數(shù)據(jù)供后臺(tái)分析管理。 

1.垃圾桶提升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)   2.滑板式擠壓機(jī)構(gòu)   3.推鏟式卸料機(jī)構(gòu)

4.壓力傳感器    5.位移傳感器    6.控制模塊。

圖1  自裝卸式壓縮垃圾車(chē)結(jié)構(gòu)

2  監(jiān)測(cè)裝置的控制方法設(shè)計(jì)

基于上述原理，監(jiān)測(cè)控制方法的實(shí)現(xiàn)由控制模塊完成，其控制方法流程如圖2所示。控制模塊包含兩個(gè)主要的功能單元，即單片機(jī)運(yùn)算單元和人機(jī)界面單元，完成運(yùn)算并實(shí)時(shí)顯示整車(chē)裝載量，其具備輸入輸出和通訊的功能，用于初始化質(zhì)量和體積的標(biāo)定、實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和報(bào)警輸出，以及與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。

在監(jiān)測(cè)裝置的硬件布置安裝完畢后，監(jiān)測(cè)裝置按照以下步驟運(yùn)行：

S1——標(biāo)定質(zhì)量。在垃圾桶內(nèi)分別放置砝碼20kg、40kg、60kg、80kg、100kg，垃圾桶提升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分別動(dòng)作一次，控制模塊依次記錄壓力壓力傳感器的變化曲線，控制模塊的單片機(jī)通過(guò)算法獲取壓力傳感器的信號(hào)與垃圾桶裝置質(zhì)量的映射關(guān)系。

S2——標(biāo)定體積。推鏟式卸料機(jī)構(gòu)的推鏟從箱體的頭部移動(dòng)到尾部，控制模塊6的單片機(jī)通過(guò)算法獲取位移傳感器的信號(hào)與體積的映射關(guān)系。

S3——參數(shù)預(yù)設(shè)。即預(yù)設(shè)裝載總質(zhì)量和體積的限額。

S4——工作模式。監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行標(biāo)定和設(shè)置完畢，系統(tǒng)自檢“標(biāo)定和設(shè)置”通過(guò)后，監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)入工作模式?？刂颇K實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前裝載總質(zhì)量和體積；當(dāng)裝載體積為零時(shí)，質(zhì)量和體積計(jì)數(shù)清零；當(dāng)裝載量的兩個(gè)參數(shù)中的任何一個(gè)到達(dá)限定值，控制模塊發(fā)出報(bào)警輸出，也可向上位機(jī)（PLC等主控機(jī)）發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和報(bào)警信號(hào)。 

圖2 控制方法流程

3  結(jié)語(yǔ)

本文垃圾車(chē)裝載量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，整合成熟的技術(shù)進(jìn)行集成，提供一種低成本、模塊化、便于安裝，可實(shí)時(shí)讀取裝載體質(zhì)量和體積的監(jiān)測(cè)裝置，有利于建立數(shù)據(jù)分析，輔助作業(yè)人員動(dòng)態(tài)規(guī)劃行車(chē)路線，提高效率；同時(shí)可以避免車(chē)輛總質(zhì)量超載，延長(zhǎng)整車(chē)的使用周期，對(duì)于中小型環(huán)衛(wèi)車(chē)輛十分具有應(yīng)用價(jià)值。

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