一种后装压缩式垃圾车倾倒装置

柏立志

江苏悦达专用车有限公司 江苏盐城 224007

1 前言

后装压缩式垃圾车的倾倒装置是把垃圾桶中的垃圾倒入车内料斗中的主要收集装置。其通常的工作方法是用液压油缸作为动力，驱动一个四杆机构，以合适的挂桶高度及倾倒角度，将装有垃圾的垃圾桶从地面抓起、提升，再把垃圾倒入料斗中，然后返回。本文将重点介绍液压油缸驱动四杆机构运动对垃圾桶倾倒装置的作用。

2 工作原理

2.1 工作条件和工作要求

压缩式垃圾车已成为越来越普遍的垃圾收集车辆。通常存放垃圾的容器为塑料桶和圆铁桶，塑料桶的容量主要有120 L、240 L和660 L等，其对挂齿高度要求的范围约为810～950 mm。而容量为1 100 L的超大塑料垃圾桶一般需要带钩长臂进行钩取。圆铁桶的容量约为250 L，其对挂钩高度要求的范围是520～620 mm。

倾倒装置的工作动力来源于液压系统。在液压油缸的驱动过程中，倾倒装置将垃圾桶提升到一定的高度后，垃圾桶开始实现翻转动作，与此同时，倾倒装置的压板部分将垃圾桶有效压紧，以防止垃圾桶脱落；当翻转到一定角度时，垃圾便倾卸到垃圾箱后部的料斗中；再将垃圾桶反向送回地面。工作过程如图1、2所示。

2.2 工作原理

根据倾倒装置的工作条件和工作要求，可以通过一组四杆机构和一组凸轮机构的巧妙结合而实现其功能。

图3为一组四杆机构，一杆代表倾倒架(含挂齿)，该杆必须满足一定的倾倒角度和挂桶高度要求；一杆代表安装在车身后部的支座，为固定杆；一杆代表摇臂，为主动杆；一杆代表拉杆，使倾倒架翻转。

图4为一组凸轮机构，由凸轮、压板、滚子和弹簧等组成。在翻转的过程中，由压板将垃圾桶压住，防止垃圾桶在倾倒过程中脱落；在返回的过程中，压板转到一定的角度后张开，可将垃圾桶取出(此时回到起始工作状态)。压板的开合由弹簧和凸轮控制，压板的张开由弹簧控制，在弹簧的弹性限度范围内，使压板始终保持张开的状态，同时还使安装在压板上的滚子始终与凸轮贴合；压板的闭合由凸轮驱动滚子，由滚子驱动压板，压板克服弹簧拉力而实现闭合。

3 设计计算

3.1 四杆尺寸的选取

通过AutoCAD图形软件进行模拟，取得四杆的最佳尺寸，然后利用软件中的块功能，将每一杆所代表的部件制作成块，并将简化成的四杆以粗实线的形式放置在块中，以便在模拟的过程中更直观。从初始位置开始，主动件摇臂每转5°(根据需要而定，如果为了更精确地获得尺寸，还可以取更小的转角)，观察倾倒架和拉杆每一角度值所处的位置，看能否满足所需要的倾倒角度和挂齿高度。如不能满足，调整代表支座的固定杆两端点位置和4个杆长度，再观察所得到的倾倒角度和挂齿高度是否满足要求。这个调整过程可能需要多次反复的进行，以求得最佳的四杆尺寸。图5为多次调试后选取的一组四杆尺寸。

3.2 油缸的布置

为了使油缸受力均衡，所受的力臂在油缸最小收缩位置和最大伸出位置处应尽量相同或尽可能接近，并依此确定油缸的布置方向。由于油缸有着制造上的行程限制范围，也受制于车辆上装布置空间的限制，油缸的力臂不宜取得太小，因此油缸支点在摇臂上的位置往往需要经多次调整后才能最终确定。

3.3 油缸和拉杆的受力计算

四杆机构尺寸确定后，摇臂的转动角度便能得到相应的确定。根据摇臂上连接油缸的支点到摇臂旋转中心的距离，即可决定油缸的行程范围和各个位置处油缸力臂的大小。通常刚提起垃圾桶时负载最大，也是油缸受力最大之时，主要原因是垃圾桶和桶自重形成的力臂最大。根据垃圾桶满载时的自重和倾倒装置的自重，可以计算出油缸所需提供的最大顶出力的大小。然后根据液压系统所提供的液压油压力，可以计算出油缸所需要的筒径和杆径。

现以提取1 100 L垃圾桶为例，假设桶中以盛满的水视为垃圾桶的载荷质量(11 kN)，桶自重0.25 kN，倾倒架自重1.5 kN，长臂自重0.4 kN，摇臂自重0.4 kN。在计算油缸时，以支座上转轴为支点，油缸顶出力的力矩和垃圾桶等重力的力矩相等。在计算拉杆时，以摇臂上左侧轴孔中心为支点，拉杆拉力的力矩和垃圾桶等重力的力矩相等。可利用EXCEL软件中的公式功能分两种情况计算：一是垃圾桶初始被提起之时各个力的力臂(图6)；二是倾倒架处在接近水平位置时各个力的力臂(图7)；计算结果如表1所示。

表1 垃圾桶处在两种工况下初始提起时的油缸和拉杆的计算结果

4 设计注意事项

4.1 倾倒角度

根据经验，为了达到垃圾倾倒干净的目的，在最终倾倒位置(最大翻转角位置)时，垃圾桶下侧面与水平面的夹角不应小于45°，以48°～55°为宜。该角度主要由倾倒装置上的倾倒架角度来保证。

4.2 倾倒架

在设计中，应尽可能加大挂齿的高度范围，使倾倒装置能够适合提取多种规格的垃圾桶，以增强其适用范围。在倾倒架上，若添加用于悬挂铲斗的支耳，就可以为倾倒装置配上铲斗(如图8)；若添加专门针对圆铁桶设计的挂钩，就可以提取铁桶(如图9)。此挂钩可以焊接在倾倒架上，或可以通过螺栓装配在倾倒架上；若加装专门针对大容量塑料桶设计的长臂，就可以用来装挂1 100 L或660 L塑料桶(如图10)。通过这些组合，便可以设计出既能挂塑料桶，也能挂铲斗，还能挂铁桶的多功能倾倒装置。

4.3 拉杆

根据经验，拉杆长度对倾倒角度极其敏感，所以将其孔距要求控制在0.1 mm之内。为保证孔距精度，对拉杆的孔位采用线切割加工。

4.4 凸轮

为了保证凸轮有效工作，凸轮自身的基准和工作尺寸之间的定位关系、凸轮与其他组件之间的定位须准确，以保证凸轮整体的高精度。另外，凸轮表面需要进行淬火处理。

4.5 滚子和弹簧

滚子始终处于受压状态，特别在压住垃圾桶之后所受的压力最大，曾出现过滚子被压碎的情况。所以滚子应选择相对厚实的钢材制作，并需要进行淬火处理。弹簧的位置，应布置在便于安装和现场维修调整处。

5 结语

该倾倒装置设计的关键主要在于寻找一个适合指定车型的四杆尺寸和一个合适的凸轮。四杆尺寸的精度控制对整个倾倒装置的设计、生产和检验来说，是最为关键的一环。凸轮形状及凸轮和倾倒架等其他部件的相对位置关系也很重要。设计时，除需要特别注重强度和可靠性之外，还要考虑到零部件加工方法及精度的可行性，以及零部件在焊接和装配时的方便性，同时，尽量选用型材，减低材料对产品成本的占用等。

通过上述方法设计出的倾倒装置，目前已实现了系列化，可满足用户的多样化需求。