史晓敏，唐韵

（1.浙江海洋大学海洋工程装备学院机械系；2.舟山新舟鱼粉机械有限公司，浙江 舟山 316000）

餐厨垃圾是厨余垃圾和餐余垃圾的统称。厨余垃圾是指在厨房加工食品过程中产生的菜根、菜叶等残余物，而餐余垃圾是指在餐饮后的剩饭剩菜等。厨余垃圾主要成分是植物纤维、碳水化合物等，而餐余垃圾的主要成分包括蛋白质、油脂、淀粉类等。此外，高盐高油是餐余垃圾的显著特点。每年我国城市产生的餐厨垃圾约6600万吨。根据文献，我国城镇餐厨垃圾平均产生量约为0.1～0.12kg／（人·天）。液压式垃圾压缩机是餐厨垃圾处理的关键设备，餐厨垃圾压缩、存储依靠该设备完成，与传统的垃圾堆积处理方式相比，该设备压缩比高、压缩速度快、效率高、能够节约空间。目前使用的液压式垃圾压缩机，供油采用单泵方式，电磁换向阀采用三位四通Y型中位特性，压缩作业中，垃圾压缩不紧现象经常发生，还存在缸体抖动现象，在压缩缸保压时，压力不稳定也时有发生，本次设计的液压系统采用三位四通电磁换向阀（O型中位特性），借助AMESIM分析软件对所设计的液压系统进行了仿真分析，在负载作用下，液压缸的压力、流量变化趋势可以获得，同时也分析了在大流量作用下，换向阀Y型中位特性对系统的稳定性影响规律，从而使液压控制系统得到了优化。

1 液压式垃圾压缩机结构及工作原理

1.1 压缩机结构

机构压缩部分主要由液压缸、压缩头和垃圾储运罐构成，液压缸和压缩头直接联接，液压缸固定在机架上，压缩头随着活塞杆做水平运动。机构液压部分主要由液压泵站、控制阀、液压缸、管路组成，主要负责处理垃圾进料口仓门的打开和垃圾的压缩任务，是垃圾压缩处理设备的核心动力组成，具体结构如图1所示。

图1 压缩装置结构图

1.2 工作原理

进料系统采用前翻料装置，垃圾压缩采用水平液压式移动机构，储运罐安装在可卸式垃圾转运车上，用以完成餐厨垃圾的转运处理。

具体作业程序如下：（1）垃圾收集车将垃圾从前方倒入翻料斗内；（2）翻料斗内的垃圾装满时，限位传感器被激发，翻料装置将会自动翻起，将垃圾送入压缩机储运罐，压缩头将垃圾推至最左位；（3）压缩头反复数次推压后，垃圾箱内垃圾达到额定压力时，压力传感器报警，操作人员立刻停止装料作业，压缩头进行大压力压实作业，直至压力达到二级传感器的设定值；（4）操作工开始储运罐分离作业，储运罐被分离后，位于转运车上储运罐将被转运到下一个垃圾脱油作业环节。

2 压缩机液压回路的设计

2.1 压缩油缸液压油路的设计

压缩油缸是压缩机液压系统中的关键部件，压缩油缸具有大载荷、伸缩操作次数多的特点，它的工作效果决定了垃圾块的成型质量。由于液压缸的运动是随外力增大而变化的，它的运动状态属于浮动状态，宜采用O型中位特性的三位四通换向阀，因为在中位时带负荷是这种换向阀的特点，两端的压力能够得到有效的稳定，另外，叠加式电控单向阀被设置在了进、回油路上，在压缩油缸保压时，可以有效降低系统能量损耗。如图2所示。

图2 压缩部分液压回路的设计

压缩油缸的工作过程如下：（1）通电的三位四通阀位于左位，此时，两电控单向阀将失电；（2）液压油进入压缩缸的活塞腔，压缩头在活塞杆的带动下挤压垃圾；（3）当压缩头达到设定压力时，三位四通阀将失电，并位于中位状态，使压力保持不变，设定10s为油缸的保压时间；（4）然后，三位四通阀得电，并处于右位，此时两个电控单向阀得电并导通，压缩缸压力腔回油，完成卸载。

2.2 卸载控制回路的设计

因为压缩机系统短时间停机时不需要频繁启动，所以需设计压力卸载回路，压力卸载回路采用先导型溢流阀控制方式。如图3所示，这种控制回路可以使泵的运转输出功率最小化，系统的热量损耗得到降低，电机和液压泵的使用寿命可以得到增加。

图3 调压回路

通过二位二通换向阀实现溢流阀的开启，系统压力不超过设定值得到有效保证。当需要卸载时，二位二通换向阀处于开启状态，导通溢流阀远程控制口，液压缸腔内与油箱接通，压缩头完成卸载，这时溢流阀的作用是系统安全保护功能。

3 垃圾压缩机液压系统仿真分析

3.1 模型的构建

压缩液压回路是垃圾压缩机中最关键的部分，在压缩过程中，当油缸进油压力设定压力是17MPa,当压力小于该值时，换向阀进行开启左位操作，液压油进入油缸内，进油路的电控单向阀关闭，回油路的电控单向阀开启，使活塞杆带动压缩头进行垃圾压缩作业。当压力大于该值时，换向阀处于中位状态，系统保压10s，10s保压后，换向阀进行右位开启，进油路的单向阀被开启，回油路的单向阀被关闭。本分析模型将采用全程反馈控制模式，具有较高的自动化程度，压缩时间大幅度地减少和压缩效率大幅度提高。构建的模型如图4所示。

图4 垃圾压缩机压缩回路的仿真模型

3.2 仿真参数的设置

系统中需进行参数设置的元件主要有液压泵、电磁换向阀、液压锁、以及液压缸等。各个元件有着不同的型号，适当的子模型需要被选择，子模型参数需要被设置，系统主要参数的见表1。

表1 仿真主要参数的设置

3.3 仿真结果及分析

（1）压缩油缸的仿真结果见图5和图6。

图5 压缩油缸进口压力变化情况

图6 压缩油缸进口流量变化情况

（2）仿真结果分析。仿真结果表明，随着压缩力的增大，压缩油缸压力也增大，压缩力的增大趋势随着水平位移的增大而变快，变化的趋势与压缩力理论曲线是符合的，当油缸压力达到设定的17MPa时，系统进入保压状态，液压缸流量由48L/min逐渐减少到0。保压完成后，压缩头与已压实的垃圾脱开，完成回程，如此过程反复操作，直至达到最终压力值30MPa时，压力再逐渐减少为2MPa左右，压缩头的伸出速度平均为16mm/s,回缩的速度为37mm/s。

4 结语

本文在分析了水平液压式垃圾压缩机的结构和工作原理的基础上，进行了垃圾压缩机的压缩部分液压回路的设计，确定了系统压力、液压泵、恒功率柱塞泵等部件的型号，然后借助AMESIM软件，将油缸进油压力及泵的流量作为反馈信号，建立液压系统的仿真模型，并重点对压缩回路进行了仿真，得出了压缩油缸压力、流量变化曲线，仿真结果表明，该系统仿真曲线与理论曲线基本相符，仿真结果符合垃圾压缩机的实际工作情况。