一種后裝壓縮式垃圾車傾倒裝置

柏立志

江蘇悅達專用車有限公司 江蘇鹽城 224007

1 前言

后裝壓縮式垃圾車的傾倒裝置是把垃圾桶中的垃圾倒入車內料斗中的主要收集裝置。其通常的工作方法是用液壓油缸作為動力，驅動一個四桿機構，以合適的掛桶高度及傾倒角度，將裝有垃圾的垃圾桶從地面抓起、提升，再把垃圾倒入料斗中，然后返回。本文將重點介紹液壓油缸驅動四桿機構運動對垃圾桶傾倒裝置的作用。

2 工作原理

2.1 工作條件和工作要求

壓縮式垃圾車已成為越來越普遍的垃圾收集車輛。通常存放垃圾的容器為塑料桶和圓鐵桶，塑料桶的容量主要有120 L、240 L和660 L等，其對掛齒高度要求的范圍約為810～950 mm。而容量為1 100 L的超大塑料垃圾桶一般需要帶鉤長臂進行鉤取。圓鐵桶的容量約為250 L，其對掛鉤高度要求的范圍是520～620 mm。

傾倒裝置的工作動力來源于液壓系統。在液壓油缸的驅動過程中，傾倒裝置將垃圾桶提升到一定的高度后，垃圾桶開始實現翻轉動作，與此同時，傾倒裝置的壓板部分將垃圾桶有效壓緊，以防止垃圾桶脫落；當翻轉到一定角度時，垃圾便傾卸到垃圾箱后部的料斗中；再將垃圾桶反向送回地面。工作過程如圖1、2所示。

2.2 工作原理

根據傾倒裝置的工作條件和工作要求，可以通過一組四桿機構和一組凸輪機構的巧妙結合而實現其功能。

圖3為一組四桿機構，一桿代表傾倒架(含掛齒)，該桿必須滿足一定的傾倒角度和掛桶高度要求；一桿代表安裝在車身后部的支座，為固定桿；一桿代表搖臂，為主動桿；一桿代表拉桿，使傾倒架翻轉。

圖4為一組凸輪機構，由凸輪、壓板、滾子和彈簧等組成。在翻轉的過程中，由壓板將垃圾桶壓住，防止垃圾桶在傾倒過程中脫落；在返回的過程中，壓板轉到一定的角度后張開，可將垃圾桶取出(此時回到起始工作狀態)。壓板的開合由彈簧和凸輪控制，壓板的張開由彈簧控制，在彈簧的彈性限度范圍內，使壓板始終保持張開的狀態，同時還使安裝在壓板上的滾子始終與凸輪貼合；壓板的閉合由凸輪驅動滾子，由滾子驅動壓板，壓板克服彈簧拉力而實現閉合。

3 設計計算

3.1 四桿尺寸的選取

通過AutoCAD圖形軟件進行模擬，取得四桿的最佳尺寸，然后利用軟件中的塊功能，將每一桿所代表的部件制作成塊，并將簡化成的四桿以粗實線的形式放置在塊中，以便在模擬的過程中更直觀。從初始位置開始，主動件搖臂每轉5°(根據需要而定，如果為了更精確地獲得尺寸，還可以取更小的轉角)，觀察傾倒架和拉桿每一角度值所處的位置，看能否滿足所需要的傾倒角度和掛齒高度。如不能滿足，調整代表支座的固定桿兩端點位置和4個桿長度，再觀察所得到的傾倒角度和掛齒高度是否滿足要求。這個調整過程可能需要多次反復的進行，以求得最佳的四桿尺寸。圖5為多次調試后選取的一組四桿尺寸。

3.2 油缸的布置

為了使油缸受力均衡，所受的力臂在油缸最小收縮位置和最大伸出位置處應盡量相同或盡可能接近，并依此確定油缸的布置方向。由于油缸有著制造上的行程限制范圍，也受制于車輛上裝布置空間的限制，油缸的力臂不宜取得太小，因此油缸支點在搖臂上的位置往往需要經多次調整后才能最終確定。

3.3 油缸和拉桿的受力計算

四桿機構尺寸確定后，搖臂的轉動角度便能得到相應的確定。根據搖臂上連接油缸的支點到搖臂旋轉中心的距離，即可決定油缸的行程范圍和各個位置處油缸力臂的大小。通常剛提起垃圾桶時負載最大，也是油缸受力最大之時，主要原因是垃圾桶和桶自重形成的力臂最大。根據垃圾桶滿載時的自重和傾倒裝置的自重，可以計算出油缸所需提供的最大頂出力的大小。然后根據液壓系統所提供的液壓油壓力，可以計算出油缸所需要的筒徑和桿徑。

現以提取1 100 L垃圾桶為例，假設桶中以盛滿的水視為垃圾桶的載荷質量(11 kN)，桶自重0.25 kN，傾倒架自重1.5 kN，長臂自重0.4 kN，搖臂自重0.4 kN。在計算油缸時，以支座上轉軸為支點，油缸頂出力的力矩和垃圾桶等重力的力矩相等。在計算拉桿時，以搖臂上左側軸孔中心為支點，拉桿拉力的力矩和垃圾桶等重力的力矩相等。可利用EXCEL軟件中的公式功能分兩種情況計算：一是垃圾桶初始被提起之時各個力的力臂(圖6)；二是傾倒架處在接近水平位置時各個力的力臂(圖7)；計算結果如表1所示。

表1 垃圾桶處在兩種工況下初始提起時的油缸和拉桿的計算結果

4 設計注意事項

4.1 傾倒角度

根據經驗，為了達到垃圾傾倒干凈的目的，在最終傾倒位置(最大翻轉角位置)時，垃圾桶下側面與水平面的夾角不應小于45°，以48°～55°為宜。該角度主要由傾倒裝置上的傾倒架角度來保證。

4.2 傾倒架

在設計中，應盡可能加大掛齒的高度范圍，使傾倒裝置能夠適合提取多種規格的垃圾桶，以增強其適用范圍。在傾倒架上，若添加用于懸掛鏟斗的支耳，就可以為傾倒裝置配上鏟斗(如圖8)；若添加專門針對圓鐵桶設計的掛鉤，就可以提取鐵桶(如圖9)。此掛鉤可以焊接在傾倒架上，或可以通過螺栓裝配在傾倒架上；若加裝專門針對大容量塑料桶設計的長臂，就可以用來裝掛1 100 L或660 L塑料桶(如圖10)。通過這些組合，便可以設計出既能掛塑料桶，也能掛鏟斗，還能掛鐵桶的多功能傾倒裝置。

4.3 拉桿

根據經驗，拉桿長度對傾倒角度極其敏感，所以將其孔距要求控制在0.1 mm之內。為保證孔距精度，對拉桿的孔位采用線切割加工。

4.4 凸輪

為了保證凸輪有效工作，凸輪自身的基準和工作尺寸之間的定位關系、凸輪與其他組件之間的定位須準確，以保證凸輪整體的高精度。另外，凸輪表面需要進行淬火處理。

4.5 滾子和彈簧

滾子始終處于受壓狀態，特別在壓住垃圾桶之后所受的壓力最大，曾出現過滾子被壓碎的情況。所以滾子應選擇相對厚實的鋼材制作，并需要進行淬火處理。彈簧的位置，應布置在便于安裝和現場維修調整處。

5 結語

該傾倒裝置設計的關鍵主要在于尋找一個適合指定車型的四桿尺寸和一個合適的凸輪。四桿尺寸的精度控制對整個傾倒裝置的設計、生產和檢驗來說，是最為關鍵的一環。凸輪形狀及凸輪和傾倒架等其他部件的相對位置關系也很重要。設計時，除需要特別注重強度和可靠性之外，還要考慮到零部件加工方法及精度的可行性，以及零部件在焊接和裝配時的方便性，同時，盡量選用型材，減低材料對產品成本的占用等。

通過上述方法設計出的傾倒裝置，目前已實現了系列化，可滿足用戶的多樣化需求。