一种垃圾车装载量实时监测装置的创新设计

自装卸式压缩垃圾车是环卫领域较为常用的一种专用车辆，整车自行上料、压缩和卸料，具有操作方便、省力的优点。

由于垃圾的成分复杂，密度、硬度、尺寸各不相同，可压缩的比例相差甚远。在装载过程中，若垃圾的可压缩比例小，垃圾箱的容积会首先填满；若密度大，垃圾箱的装载质量会首先填满。由此，在车辆的实际运用中，往往需要同时监测质量和体积两个数据。然而，在现有的自装卸式压缩垃圾车技术中，垃圾箱的装载质量通过整车称重实现，由于成本昂贵，经济性差，中小型车辆较少采用；另外，垃圾箱的装载体积通过行程开关的通断判断是否装满，其功能单一，不能实时获取剩余的容积数据，不利于建立数据供后台分析管理。

因此，设计开发具有低成本、模块化、便于安装，可实时读取装载质量和体积的数据监测装置，对于中小型环卫车辆十分具有应用价值。

1  总体结构设计

自装卸式压缩垃圾车主要包括三部分作业机构，即装料机构、挤压机构和卸料机构，其机构的运动一般由PLC和液压系统的油缸动作协同执行。

1.1  现有的装载量检测方法分析

垃圾车的装载质量一般通过整车称重的方法来实现。其原理为在上装的箱体与车架的连接处安装一组压力传感器，或者在车辆的悬架上布置位移传感器。前者利用压力传感器的应变变形量来计算装载质量，后者利用位移传感器采集车轮与车架的位移量来计算装载质量，两者都需要复杂的算法来消除车架弹性变形的影响。而且，车辆在行驶过程中，振动和冲击载荷大，传感器自身需要具备较高防护能力。因而，上述方法的实际运用成本昂贵，一般在大型的车辆上较多采用。

垃圾车的装载体积一般通过检测卸料推铲位置来实现。在现有的中小型垃圾车中，一般只在推铲的行程末端安装行程开关以检测垃圾箱是否装满，功能单一，省略了过程监测，也不能实时获取剩余的容积数据，不利于建立数据供后台分析管理。

1.2  本设计中装载量检测方法设计

本设计的总体结构，如图1所示。压力传感器安装在垃圾桶的提升机构上，用于测量装载的每桶垃圾质量；位移传感器安装在卸料推铲上，用于测量卸料推铲的位移；控制模块安装在驾驶室内，用于运算并实时显示整车装载垃圾的质量和体积，其具备输入输出和通讯的功能，用于初始化质量和体积的标定、实时显示监测数据和报警输出，以及与上位机的数据通讯。

在本设计中，垃圾的总质量计算通过累加每桶垃圾质量来实现。其原理为在垃圾桶的提升机构驱动油缸上安装油压传感器，通过探测垃圾桶的上升和下降时的压力变化，由单片机的算法计算出每桶垃圾的质量。由于采用检测油压变化计算总质量，只在垃圾上料时计算质量，传感器的防护要求低，且单片机的算法成熟，其成本低廉，安装布置安装简单。

在本设计中，垃圾的总体积通过检测卸料推铲位移来实现。其原理为采用拉线式位移传感器，因箱体横截面不变，通过检测卸料推铲位移量变化可计算出体积。由于采用位移传感器，可以连续过程监测，实时获取剩余的容积数据，方便建立数据供后台分析管理。 

1.垃圾桶提升翻转机构   2.滑板式挤压机构   3.推铲式卸料机构

4.压力传感器    5.位移传感器    6.控制模块。

图1  自装卸式压缩垃圾车结构

2  监测装置的控制方法设计

基于上述原理，监测控制方法的实现由控制模块完成，其控制方法流程如图2所示。控制模块包含两个主要的功能单元，即单片机运算单元和人机界面单元，完成运算并实时显示整车装载量，其具备输入输出和通讯的功能，用于初始化质量和体积的标定、实时显示监测数据和报警输出，以及与上位机的数据通讯。

在监测装置的硬件布置安装完毕后，监测装置按照以下步骤运行：

S1——标定质量。在垃圾桶内分别放置砝码20kg、40kg、60kg、80kg、100kg，垃圾桶提升翻转机构分别动作一次，控制模块依次记录压力压力传感器的变化曲线，控制模块的单片机通过算法获取压力传感器的信号与垃圾桶装置质量的映射关系。

S2——标定体积。推铲式卸料机构的推铲从箱体的头部移动到尾部，控制模块6的单片机通过算法获取位移传感器的信号与体积的映射关系。

S3——参数预设。即预设装载总质量和体积的限额。

S4——工作模式。监测装置进行标定和设置完毕，系统自检“标定和设置”通过后，监测装置进入工作模式。控制模块实时显示当前装载总质量和体积；当装载体积为零时，质量和体积计数清零；当装载量的两个参数中的任何一个到达限定值，控制模块发出报警输出，也可向上位机（PLC等主控机）发送监测数据和报警信号。 

图2 控制方法流程

3  结语

本文垃圾车装载量实时监测装置的创新设计，整合成熟的技术进行集成，提供一种低成本、模块化、便于安装，可实时读取装载体质量和体积的监测装置，有利于建立数据分析，辅助作业人员动态规划行车路线，提高效率；同时可以避免车辆总质量超载，延长整车的使用周期，对于中小型环卫车辆十分具有应用价值。