一種拉桿式側(cè)掛桶垃圾車的可調(diào)式擋桶機(jī)構(gòu)

張國強(qiáng) 李進(jìn)

中國汽研重慶凱瑞特種車有限公司 重慶 400900

1 前言

側(cè)掛桶垃圾車適用于城鎮(zhèn)生活垃圾的收集與轉(zhuǎn)運(yùn)，配備專用提桶機(jī)構(gòu)，具有自動化程度高、提升能力大等特點，在市場上普及率較高。但目前從市場反饋上看，存在諸多使用問題，尤其以垃圾桶卸料掛桶沿磨損較為突出,當(dāng)垃圾桶剛達(dá)到理論最大卸料角度后（見圖1），由于垃圾桶頂部自由端無限位，在慣性力的作用下，垃圾桶底部繞頂部掛桶沿旋轉(zhuǎn)前傾，這種現(xiàn)象稱為“甩桶”（見圖2）。

圖1 翻桶狀態(tài)(翻轉(zhuǎn)到理論最大卸料角度）

圖2 “甩桶”（實際使用狀態(tài)）

“甩桶”現(xiàn)象存在嚴(yán)重弊端，長久使用造成垃圾桶掛桶沿磨損嚴(yán)重，易導(dǎo)致掛桶沿疲勞損壞，進(jìn)而使垃圾桶失去掛桶配合使用功能。由物理學(xué)可知，慣性力F=ma，慣性力只與垃圾桶載質(zhì)量以及“甩桶”加速度有關(guān)，在掛桶機(jī)構(gòu)提升工況相同時，也就是加速度a一致的情況下，慣性力的大小與質(zhì)量成正比關(guān)系。據(jù)筆者在側(cè)掛桶垃圾車推廣調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，目前在垃圾分類執(zhí)行上仍不規(guī)范，垃圾成分復(fù)雜，固液混裝，建筑垃圾摻雜，這種含有大量水分以及建筑類成分的垃圾，易導(dǎo)致垃圾桶載質(zhì)量過大進(jìn)而加大“甩桶”的慣性力，對垃圾桶造成的疲勞破壞就越大。針對此種情況，本文設(shè)計了一種可調(diào)式擋桶機(jī)構(gòu)，可在垃圾桶翻轉(zhuǎn)卸料終了狀態(tài)，對垃圾桶頂部自由端進(jìn)行有效限位，有效減小了“甩桶”現(xiàn)象對垃圾桶掛桶沿的破壞。

2 目前市場上拉桿式側(cè)掛桶垃圾車狀態(tài)

拉桿式側(cè)掛桶垃圾車（見圖3），卸料口處頂蓋與提桶機(jī)構(gòu)通過拉桿形成聯(lián)動，當(dāng)液壓油缸伸出帶動頂蓋翻轉(zhuǎn)的同時，頂蓋帶動拉桿，拉桿帶動提桶機(jī)構(gòu)完成卸料動作。拉桿式側(cè)掛桶垃圾車因密封效果較好，價格和維護(hù)成本低，故在垃圾收運(yùn)類市場頗受歡迎。

圖3 拉桿式側(cè)掛桶垃圾車

3 可調(diào)式擋桶機(jī)構(gòu)研發(fā)背景

目前市場上側(cè)掛桶垃圾車基本都未配備擋桶機(jī)構(gòu)，筆者認(rèn)為原因有以下兩點：

a.垃圾車制造企業(yè)認(rèn)為客戶收集的垃圾種類為較輕的生活垃圾，對掛桶沿?fù)p耗不大。但實際場景中，垃圾桶內(nèi)垃圾種類繁雜，除生活垃圾外，可能還含有大量水、建筑垃圾等，這些垃圾密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生活垃圾密度，造成垃圾桶載質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于企業(yè)設(shè)計值。

b.垃圾桶國標(biāo)雖規(guī)范容積量，但對外形尺寸并未統(tǒng)一要求，每個廠家120 L、240 L等垃圾桶外形尺寸并不統(tǒng)一（見圖4）。圖4只列舉了幾種不同廠家240 L垃圾桶規(guī)格，實際上每個廠家的尺寸均有出入，所以擋桶機(jī)構(gòu)也難以適配尺寸不同的垃圾桶。

圖4 三種尺寸不同的240 L塑料垃圾桶

筆者針對側(cè)掛桶在市場上使用的弊端，設(shè)計的可調(diào)式擋桶機(jī)構(gòu)可極大地減少垃圾桶掛桶沿的磨損。

3.1 擋桶機(jī)構(gòu)的實現(xiàn)

擋桶機(jī)構(gòu)主要包括滑槽裝置、長擺臂、短擺臂、擋桶總成組成。其中滑槽裝置固定在稍低于箱體頂板下側(cè)位置，長擺臂鉸接在滑槽裝置，短擺臂鉸接在頂蓋上，拉簧固定座（帶條形安裝孔）通過螺栓固定在短擺臂上，擋桶總成鉸接在拉簧安裝板上，且擋桶總成和拉簧安裝板還用拉簧連接（見圖5、圖6）。

圖5 擋桶狀態(tài)（正視圖）

從圖6可看出，擋桶總成最寬寬度b小于箱體頂部垃圾投料口寬度a，意味著擋桶總成除最終狀態(tài)對垃圾桶頂部自由端限位外，不會和其他任何部件發(fā)生干涉現(xiàn)象。

圖6 擋桶狀態(tài)（俯視圖）

從圖7可看出，整個可調(diào)式擋桶機(jī)構(gòu)在初始狀態(tài)時，位置稍低于箱體頂板，基本對箱體容積無影響，且初始狀態(tài)頂蓋緊貼箱體頂板上，密封效果好。

圖7 初始狀態(tài)

圖8為該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖，由圖可知，n=5，P1=7,n為運(yùn)動件數(shù)量，P1為低副的數(shù)量，包括6個旋轉(zhuǎn)副，1個滑移副。

圖8 運(yùn)動筒圖

則機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目Fa=3×5-2×7=1，機(jī)構(gòu)中只有3（活塞桿）為原動件，機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)Fa等于機(jī)構(gòu)的原動件數(shù)，機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動。

由圖8可知，長擺臂、短擺臂、頂蓋以及滑槽裝置和固定在箱體上的頂蓋翻轉(zhuǎn)座形成四連桿機(jī)構(gòu)。

當(dāng)液壓油缸有桿腔伸出時，帶動頂蓋翻轉(zhuǎn)，頂蓋一方面帶動垃圾桶提升，另一方面同時帶動擋桶機(jī)構(gòu)隨動。在垃圾桶到達(dá)最大卸料角度后，擋桶總成正好頂住垃圾桶上沿，形成兩點支撐，即掛桶沿被夾桶機(jī)構(gòu)限位，垃圾桶上沿被擋桶總成限位，限制了垃圾桶由于慣性力產(chǎn)生的前傾翻轉(zhuǎn)。

當(dāng)垃圾桶上沿與擋桶總成限位時，會對擋桶總成產(chǎn)生力F，若擋桶總成無緩沖裝置，力F會將受力傳遞至頂蓋、箱體以及油缸上，在長期使用過程中，會使機(jī)構(gòu)薄弱處產(chǎn)生疲勞斷裂等問題，同時也會對垃圾桶上沿產(chǎn)生撞擊破壞。由于拉簧連接在擋桶總成和短擺臂上，擋桶總成會在力F的作用下，繞鉸接點A旋轉(zhuǎn)，拉簧長度由自由長度L1伸長到L2，形成緩沖裝置，完成卸料作業(yè)后，垃圾桶上沿離開擋桶總成，擋桶總成在拉簧的作用下復(fù)位。緩沖裝置將力F對整個機(jī)構(gòu)的作用力大大減小，同時擋桶總成擋桿加裝有海綿膠套，這既起到緩沖作用，又有效降低撞擊時的噪音，極大地減緩了垃圾桶上沿的損壞（見圖9）。

圖9 擋筒總成

3.2 可調(diào)機(jī)構(gòu)的實現(xiàn)

從前文可知市面上垃圾桶尺寸不一致，擋桶機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)設(shè)計成為可調(diào)模式，否則其適用性偏低。可調(diào)機(jī)構(gòu)主要由固定于箱體頂板下側(cè)的滑槽裝置和拉簧固定座實現(xiàn)?；垩b置主要由滑槽固定架、調(diào)節(jié)螺栓、調(diào)節(jié)軸組成（見圖10），拉簧固定座主要由拉簧座、拉簧底板構(gòu)成（見圖11）。

圖10 滑槽裝置

圖11 拉簧固定座

滑槽固定架主梁采用大規(guī)格矩管，提高了整個滑槽裝置的抗彎強(qiáng)度，左右對稱分布帶有條形孔的耳板焊接在主梁上，調(diào)節(jié)軸貫穿條形孔耳板及長擺臂，左右兩側(cè)調(diào)節(jié)螺栓頂住調(diào)節(jié)軸，結(jié)構(gòu)剖視圖如圖12所示。

圖12 滑槽固定架結(jié)構(gòu)剖視圖

從圖12可知，對稱布置調(diào)節(jié)螺栓頂進(jìn)調(diào)節(jié)軸的沉孔內(nèi)，限制了調(diào)節(jié)軸的軸向移動，同時若一側(cè)調(diào)節(jié)螺栓向內(nèi)擰緊，另一側(cè)調(diào)節(jié)螺栓向外側(cè)松開，則向內(nèi)擰緊的一側(cè)調(diào)節(jié)螺栓會頂著調(diào)節(jié)軸往外側(cè)調(diào)節(jié)螺栓松開的位置移動，由于調(diào)節(jié)軸位置的改變，長擺臂的位置也跟著改變，整個四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡也發(fā)生了變化。

由圖5可知，可調(diào)節(jié)式擋桶機(jī)構(gòu)對垃圾桶的寬度尺寸W顯得極為敏感，若在圖5狀態(tài)下，W尺寸急劇減小，例如240 L垃圾桶的寬度尺寸W一般要比120 L垃圾桶大150 mm左右，若只靠滑槽裝置調(diào)節(jié)，顯然無法同時滿足寬度尺寸差距極大垃圾桶的限位，此時只需挪動拉簧固定座在短擺臂上的安裝位置即可滿足（見圖13）。

圖13 各尺寸垃圾桶的安裝位置圖

4 結(jié)語

目前隨著國家對環(huán)保方面的投入越來越大，各城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村都在采購環(huán)衛(wèi)車以及配套的垃圾桶，一般一個城鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村的垃圾桶都是來自同一個供應(yīng)商，基本不會出現(xiàn)兩種甚至多種規(guī)格的垃圾桶，這也極大提高了本可調(diào)式擋桶機(jī)構(gòu)的實用性，客戶若使用配備本機(jī)構(gòu)的環(huán)衛(wèi)車，只需初次對可調(diào)式擋桶機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)即可。

采用該可調(diào)式擋桶機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)節(jié)方便，能在垃圾桶卸料終了狀態(tài)時，對垃圾桶進(jìn)行限位，極大地減小了“甩桶”動作，提高了使用安全性；減小了垃圾桶的磨損問題，延長垃圾桶使用壽命，進(jìn)而降低客戶的使用成本。