风格迥异的压缩式垃圾车自动上料机构

丁兆青 文

压缩式垃圾车是城镇生活垃圾收集与运输的重要装备之一，被称为垃圾收集运输和处理的前端装备，而自动上料机构是压缩式垃圾车重要的车载装载装置。中国地域广阔，各地区发展极不平衡，压缩式垃圾车结构、作业方式及其自动上料机构亦千差万别；即使是同一类型的压缩式垃圾车，也因生产厂家不同，其结构及性能也迥然不同。随着现代社会科技的迅猛发展，新技术、新材料、新工艺的不断涌现，压缩式垃圾车自动上料机构创新改进也日新月异。本文虽然无法穷尽具有最新技术的所有压缩式垃圾车车型的自动上料机构，但是可将国内主流压缩式垃圾车的主要机构，作一简要概括总结，力求在不同模式的自动装载上料机构中寻求通用性的规律。

1 自动上料机构的分类

根据压缩式垃圾车前后装载上料位置的不同，自动上料机构可分为前装上料式、侧装上料式和后装上料式。

根据所挂垃圾桶形式的不同，自动上料机构可分为双方桶挂桶机构、双圆桶挂桶机构、多功能挂桶机构。

根据挂桶数量的不同，除上述标准的双挂桶自动上料装置外，还可分为单桶、三桶、混合挂桶的自动上料机构。

根据垃圾桶容积不同，自动上料机构可分为120 L、240 L、660 L、1 100 L及其他容积挂桶上料机构，但这些挂桶结构形式包含在以上自动装载挂桶上料机构中，故不单独介绍。

根据簸箕斗结构形式，可分为直驱式簸箕斗上料机构、连杆驱动式簸箕斗上料机构、驱动拉杆式簸箕斗上料机构。

对于非车载式船型垃圾斗自动装载装备，可设置吊臂翻斗上料机构。

因前装及侧装上料装置在国内使用较少，且装载上料装置的部分结构及工作原理同后装上料装置相同或类似，故前装、侧装上料装置仅作一简要介绍。后装压缩式垃圾车使用广泛，自动上料机构种类繁多，但因双方桶自动上料机构所使用者居多，且其结构原理具有通用性，故将后装压缩式垃圾车双方桶自动上料机构作为压缩式垃圾车上料机构的基本机构予以重点介绍。

2 前装压缩式垃圾车自动上料机构

前装压缩式垃圾车自动上料机构国内非常罕见，欧美发达国家和地区使用较为广泛。其驱动臂与油缸位于驾驶室后部、侧置，适合大吨位垃圾车使用，可装载各种垃圾桶，如图1所示。因其作业过程中横跨驾驶室，故对上料机构强度与刚度的设计安全系数要求更高。该上料机构优点：前部上料，可视性强，仅司机一人便可单独完成操作；装载不占用人行道，工作安全性高，实现即停即装即走。挂桶数量可挂两个240 L标准塑料桶，或一个660 L或1 100 L的塑料桶。前者挂桶架挂桶部位是垃圾桶前上部翻边部位，后者挂桶架两侧设置专用机械臂装置。液压元件需配备多路阀、顺序阀、平衡阀、节流阀、液压锁等。

3 侧装压缩式垃圾车自动上料机构

侧装压缩式垃圾车自动上料机构装在车厢的右前下侧，能够实现自动远距离挂桶、提桶及垃圾倾倒，并能够根据不同容积的垃圾桶快捷方便地更换翻桶架，倒入压缩厢内的垃圾经刮板压缩挤压入车厢内，如图2所示。

压缩式垃圾车侧装上料机构国内使用较少，然而在国外使用得较为广泛，特别是在北欧及俄罗斯等冬季寒冷的地区使用得更为普遍。该上料机构功能强大，可适应不同容积垃圾桶的挂桶需要。该类上料机构若在大吨位车型上使用，其优势更为明显。

4 后装压缩式垃圾车自动挂桶上料机构

4.1 双方桶挂桶上料机构

双方桶自动上料机构可同时翻转两个标准的240 L(或120 L)垃圾桶，是国内环卫车辆使用得最为广泛的上料机构，如图3所示。垃圾桶吊挂高度(垃圾桶前上方翻边最下部与地面的距离)为 940 mm(或 880 mm)。

4.1.1 双方桶挂桶上料机构结构总成

双方桶上料机构其主要结构组成为：驱动液压缸总成、驱动臂总成、拉杆总成、挂桶架总成、压桶凸轮机构、液压操纵阀和液压管路及操作按钮盒等部件。

4.1.2 双方桶挂桶上料机构设计

上料机构主要设计参数：挂桶架初始挂桶角度a,挂桶高度h，翻桶角度b。a的取值范围在6°～13°，这样可避免挂桶起吊过程中造成踢桶现象及下落过程中的推桶现象，起挂性能更优。h一般低于垃圾桶吊挂高度10～30 mm,以使挂桶性能更优，最大程度地适应垃圾车各种作业工况，比如临近满载时，钢板弹簧被压低至100 mm以上时，或对于不同高度的垃圾桶，该上料机构仍能正常工作。b的取值范围一般以45°～55°为宜，确保翻桶时大于垃圾的安息角，特别是垃圾中掺杂有泥水时也能完全倾倒干净，如图4所示。

图3 后装压缩式垃圾车——双方桶上料机构

液压缸为双作用油缸，为上料机构提供动力。驱动臂一端与液压缸铰接，另一端与挂桶架上的通轴连接。挂桶架装配于通轴上，可沿通轴旋转。在液压缸的作用下驱动臂沿填装器两侧的回转轴旋转，带动挂桶架翻转。

拉杆一端与填装器两侧的固定轴铰接，另一端与挂桶架铰接，控制挂桶架的翻转角度及合适的翻转速度。拉杆的长度及支座的位置应严格控制精度，以确保达到设计要求。

压桶凸轮机构固定于通轴上，并随通轴旋转，其机构能够按照所需时机将垃圾桶压紧或脱开，确保翻桶时压得住，不会发生脱桶或甩桶；落地时脱得开，垃圾桶能够自动脱开挂钩，不会发生倾倒。凸轮需淬火处理，各凸轮定位准确，确保压架各连接处同步受力。

挡桶杆的作用：垃圾桶翻转终了位置时，保证垃圾桶不会脱落而掉入填装器内，如图5所示。

根据挡桶部位，挡桶杆有两种配套形式，一种是挡桶盖，另一种是挡桶口。两种形式都可以实现挡桶，究竟采用何种方式，则与垃圾车结构相关。相对而言，挡桶口的挡桶杆可以更好地保护垃圾桶，现在多数翻桶机构挡桶杆已采用挡桶口的形式。

图4 双方桶上料机构主要结构组成

图5 挡桶杆形式

根据挡桶杆结构形式，挡桶杆一般分3大种类：第一种是固定式挡桶杆，直接固定于填装器左右边板内侧，无缓冲，不可调节，但经济性强，使用可靠性高。第二种是柔性挡桶杆，填装器左右边板内侧各设置一摆臂，摆臂固定于左右各自的回转座内；摆臂一端与拉簧连接，另一端与挡桶杆连接；由此挡桶杆具有缓冲作用，更好地保护垃圾桶，可适用于不同高度的垃圾桶。第三种是气动或液压可调性挡桶杆，然而其结构复杂，但可调性大，使用范围更广，因其成本高，国内目前使用较少。

图6 电动按钮盒及手动操作装置

4.1.3 双方桶挂桶上料机构操作

双方桶挂桶上料机构有电动和手动两种操控形式，如图6所示。电控手动两套操控系统给工作带来了极大的便利和效益。电控操作为主，点动操作，轻便省力、省时，其翻转速度较快，效率也高；手动操作为辅，可适时控制翻转速度，避免巨大冲击及意外情况的发生，常用于微动调整或应急情况。用户可根据不同情况组合使用，例如开始挂桶及翻桶在达到最大极限位置时，可采用手动方式，中间过程采用电控方式，如此两种兼备，既避免了冲击，又提高了速度，还防止了意外事件的发生。为提高装载效率，还设置了一次循环及连续循环等装载模式。

4.2 双圆桶挂桶上料机构

国内圆形铁桶规格不一，无统一标准，其容积通常为360 L，除3 t压缩式垃圾车外，多数压缩式垃圾车均设计为双挂桶，如图7所示。双圆桶上料机构同双方桶上料机构结构与原理相同，其区别在于挂桶方式的改变。双圆桶为“H”形挂桶机构，即初始挂桶时，“H”形挂桶机构上部挂钩钩住垃圾桶的上部圆钢支架；在垃圾桶随翻桶机构翻转过程中垃圾桶与地面的水平线夹角超过零度临界角时，垃圾桶翻桶倾倒，“H”形挂桶机构下部挂钩切换钩住垃圾桶下部圆钢支架，实现垃圾桶在整个翻转过程中顺利翻转与垃圾的倾倒。“H”形挂桶机构可焊接于挂桶架，也可与挂桶架螺栓连接；螺栓连接时，高度方向上可以等距打孔，以便于高度可调。

图7 后装压缩式垃圾车——双圆桶双H式上料机构

圆桶挂钩高度可根据垃圾桶支架高度确定，一般在510～610 mm范围。

在圆桶挂桶机构中，还有少数圆桶上料机构采用上下双排向上的挂钩，分别钩住垃圾桶的上下圆钢支架，实现挂桶翻转卸料，如图8所示。因垃圾桶翻过临界角时没有限位，为防垃圾桶脱落，同上述方桶压桶机构一样，圆桶挂钩开口处设计了随垃圾桶翻转的防脱桶的凸轮锁杆机构。

从以上两种挂桶机构可以看出，圆桶挂桶机构无需设置压桶凸轮机构，也无需设置挡桶杆。

4.3 多功能挂桶上料机构

针对容积较大的660 L和1 100 L四轮移动式垃圾桶，同时兼顾120 L、240 L标准双方桶上料卸载，设置多功能挂桶自动上料机构，如图9所示。其主要结构同方桶上料机构相同。区别在于其挂桶架框架内部，设置了沿挂桶架两侧的导向杆上下滑行(或提升架两侧的滑块沿挂桶架两边的滑槽上下滑动)的提升架。

4.3.1 120 L和240 L垃圾桶提升上料

图8 双圆桶双挂钩式上料机构

120 L或240 L标准塑料桶的提升上料：提升架由固定于挂桶架中部的双作用提升油缸控制，将垃圾桶压紧于挂桶架上部横梁上，从而实现120 L、240 L双方桶垃圾桶的夹紧及翻转卸料。

为避免偏载时提升架稳定性变差造成系统损坏或可靠性降低，有些上料机构的提升油缸采用双缸双作用油缸。

4.3.2 660 L和1 100 L垃圾桶提升上料

为实现660 L和1 100 L垃圾桶的挂桶上料。在挂桶架两侧框架后部设置了机械臂回转装置。机械臂不用时，将其旋转于提升架平面上，不妨碍240 L挂桶上料或车辆的正常行车。机械臂使用时，将其向后部旋转，其叉形开口钩住660 L或1 100 L垃圾桶两侧的销轴，带动垃圾桶翻转卸料。为防止翻转时垃圾桶销轴从机械臂叉形开口处脱出，在叉形开口部位设置了自动锁紧机构，该锁紧机构利用锁紧钩翻转过程中的质心变化，实现锁紧机构的锁闭和开启。两侧机械臂由各自的两根弹簧拉住回位。

多功能上料机构不但可以实现吊挂多种垃圾桶，而且挂桶高度可调，挂桶范围更大，单次最大装载可达400 kg以上，可适应更多的工况。该机构是压缩式垃圾车上料机构除双方桶上料机构之外，配置率最高的上料机构。

4.4 混合桶自动上料机构

图9 后装压缩式垃圾车——多功能上料机构

有些地区垃圾桶混杂，240 L标准塑料桶和圆桶垃圾桶并存。为实现上述垃圾桶在同一上料机构中翻转卸料，根据不同垃圾桶的数量，可在挂桶架上同时设置双方桶+单圆桶挂桶架，或双元桶+单方桶挂桶架，实现不同垃圾桶在同一车型的自动上料，如图10所示。

有的双方桶上料机构，为了兼顾660 L或1 100 L垃圾桶的上料卸载，为降低成本，不采用多功能上料机构形式，直接在双方桶上料机构的挂桶架上，加装660 L或1 100 L垃圾桶提升机械臂。

4.5 三桶自动上料机构

为提高压缩式垃圾车装载效率，有些大中型压缩式垃圾车上，设置了一次可同时提升翻转3个240 L塑料方桶或3个圆桶的上料机构，以满足不同地区、不同用户的多种需求，如图11所示。

4.6 分体式上料机构

分体式上料机构就是将通常的双方桶上料机构从中间分开，一拆两半。左右两套上料机构可以分开操作，单独上料，也可整体上料，满足660 L或1 100 L垃圾桶的翻桶卸料，如图12所示。当前国内垃圾分类工作正在紧锣密鼓地推广实施，垃圾分类对压缩式垃圾车的需求量将会得到极大的提升，与之配套的分体式上料机构也将会有较大的增量。

4.7 液压绞盘上料机构

大型垃圾桶或垃圾箱容积较大，采用液压绞盘上料则是一种行之有效的办法，如图13所示。通过操纵液压绞盘，将垃圾桶或垃圾箱绕垃圾车进料口处的回转点旋转，实现垃圾桶或垃圾箱的上料卸载。

图10 后装压缩式垃圾车——混合桶上料机构

图11 后装压缩式垃圾车——3桶上料机构

图12 后装压缩式垃圾车——分体式上料机构

图13 后装压缩式垃圾车——液压绞盘上料机构

5 簸箕斗上料机构

簸箕斗上料机构国内应用得较为广泛，一般与其他小型垃圾清运设备配套使用，比如板车、小推车、三轮车、小型拖拉机等垃圾收集设备，这些小收运设备将收运来的垃圾倒入簸箕斗内，再由簸箕斗将垃圾翻转装入填装器内。根据油缸与簸箕斗驱动形式的不同，可分为以下3种：

第一种是直驱式上料机构，即固定于填装器两侧的双作用油缸直接驱动簸箕斗两侧的摆臂，簸箕斗就绕固定于填装器后部进料口的回转中心旋转，完成簸箕斗翻转和斗内垃圾的倾倒。

图14 直驱式簸箕斗上料机构

图15 连杆驱动式簸箕斗上料机构

第二种是连杆驱动式，即在直驱式机构中，在摆臂与簸箕斗两侧的固定铰链处增加一拉杆，油缸通过驱动摆臂，再由摆臂驱动拉杆，拉杆带动簸箕斗绕回转中心翻转。

第三种是驱动拉杆式，簸箕斗固定于驱动臂的连接通轴上，拉杆与簸箕斗连接，在填装器两侧的双作用油缸驱动下，簸箕斗绕摆臂旋转，拉杆控制簸箕斗旋转角度和转速，此种方式实质上与双方桶挂桶上料机构原理一样，这个簸箕斗相当于双方桶上料机构的挂桶架。

5.1 直驱式簸箕斗上料机构

如图14所示为直驱式簸箕斗上料机构，其缺点有：初始阻力臂最大，驱动力臂最小，所需驱动液压力大，结构自重较大，美观性较差，但因容积大、强度高，上料简单可靠，故仍有不少用户选用。

5.2 连杆驱动式簸箕斗上料机构

连杆驱动式簸箕斗上料机构使用较为广泛，如图15所示。簸箕斗容积适中，能满足多数工况需求。通过优化机构设计，可使整个系统受力合理，自重较轻，簸箕斗美观度高。因该簸箕斗翻上后质心偏后，需加装簸箕斗锁紧挂钩。

5.3 驱动拉杆式簸箕斗上料机构

该种上料机构美观性较差，自重较轻，但因与双方桶上料机构的通用性较强，互换性高[3]，簸箕斗采用此种上料机构，成本较低，如图16所示。

6 吊臂翻斗式自动上料机构

吊臂翻斗式上料机构位于压缩式垃圾车的后部两侧，设置了类似于龙门架的结构装置，龙门架上横梁端部两侧设置了吊索拉链，可以与垃圾箱两侧的销轴连接。吊臂机构由填装器两侧的双作用油缸驱动，实现垃圾箱的吊起或下落，如图17所示。

为防止垃圾箱翻转时因惯性力或冲击力太大超过质心极限位置而出现意外安全事故，在填装器内侧设有垃圾箱限位保险装置。

图16 直驱簸箕斗式上料机构

为防止作业过程中出现翘头现象，在垃圾车后部设置了支腿装置。支腿装置承载力大，稳定性高，且设有自锁装置，安全性高，不会出现软腿、掉腿等现象。

7 结语

众多压缩式垃圾车是采用各种底盘加装不同的专用上装改制而成，由于各种底盘的离地高度不同，空载或满载时离地高度变化也较大；另外，使用时地面不平度也会客观存在，自动上料机构设计时需要通盘考虑更多的使用工况及不同的使用范围，优化上料性能，简化操作，以达到单一上料机构就可满足不同用户的多功能需求，实现产品的系列化、通用化及生产的经济性装配化要求。

图17 吊臂翻斗式上料机构

国外压缩式垃圾车自动上料机构发展趋势：外观设计精美化、人性化，与整车结构浑然一体，美观漂亮上档次；在液压控制系统和主要装置的重要部位采取了装饰与安全防护相结合的方式；智慧控制系统使数据管理、操作智能化更加科学高效，实现上料机构及压缩循环智能自动化，增加称重系统或垃圾箱满箱传感器，实现垃圾清运车的高效调度，提升效率。所有这些都可成为启迪思想、加以借鉴或升华，成为提升包括上料机构在内的压缩式垃圾车垃圾清运系统性能与功能的契机。