帶密封和鎖緊裝置的垃圾車廂體后門設(shè)計(jì)

劉同舉　耿其東

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)的垃圾車廂體后門機(jī)構(gòu)存在著鎖緊和密封工作不可靠，鎖軸和鎖鉤配合不到位等問題，設(shè)計(jì)了一種帶密封和鎖緊裝置的新型機(jī)構(gòu)（包括后門和廂體框架兩部分）。利用雙出桿定位油缸帶動(dòng)頂部的楔形塊運(yùn)動(dòng)，保證后門旋轉(zhuǎn)中心的位置；利用腰形孔、鎖緊油缸、鎖鉤三平行線結(jié)構(gòu)保證配合可靠，密封條開關(guān)牢靠；利用NX三維設(shè)計(jì)軟件，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，以降低手工計(jì)算的難度，提高其準(zhǔn)確性。通過試驗(yàn)，該裝置使用效果良好，易于推廣。

關(guān)鍵詞：垃圾車廂體后門 密封鎖緊裝置 NX分析

1.前言

垃圾車用于收集、裝載和運(yùn)輸生活垃圾，并可將裝入的垃圾壓碎、壓縮，使其密度增大，體積縮小，由此極大地提高了垃圾收集和運(yùn)輸?shù)男省＿\(yùn)輸過程中需保持后門關(guān)閉，防止垃圾泄漏，在車輛到達(dá)垃圾處理場(chǎng)后，將后門打開，使垃圾卸下。因此，后門既要能夠打開足夠角度，又要保證關(guān)閉時(shí)的密封性。

2.現(xiàn)有的后門機(jī)構(gòu)

現(xiàn)有的后門設(shè)計(jì)通常包括手動(dòng)方式和自動(dòng)方式兩種，自動(dòng)方式中大多采用開門油缸、導(dǎo)向孔、鎖鉤等，鎖緊裝置多是對(duì)鎖鉤處的改進(jìn)，對(duì)后門下滑的問題沒有解決。

2.1手動(dòng)方式

較為成熟的手動(dòng)后門鎖緊機(jī)構(gòu)為棘輪機(jī)構(gòu)，廣泛運(yùn)用于移動(dòng)垃圾箱后門鎖緊，如圖1所示。轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)，正反向螺紋桿將鎖鉤與車廂之間的聯(lián)接拉桿伸長(zhǎng)，使鎖鉤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，后門按導(dǎo)向條孔向下滑行，鎖鉤與鎖軸松開，傾翻車廂，后門將自動(dòng)打開。該方式可將污水完全密封在車廂內(nèi)，密封效果好，但操作麻煩。

另一種手動(dòng)方式為門閂式，其操作不便、密封性差，已逐步被市場(chǎng)淘汰。

2.2自動(dòng)方式

自動(dòng)后門鎖緊機(jī)構(gòu)因車型不同，其外觀也不大一樣，但其原理是大致相同的。以后裝壓縮式垃圾車為例（如圖2），開門油缸伸出將后門（填塞器）先按導(dǎo)向條孔向上滑行，使鎖鉤與鎖軸脫開，開門油缸繼續(xù)伸出，后門將隨之打開。

此方式對(duì)車廂與后門之間密封膠條的壓緊力是靠鎖鉤自身的圓面或斜面來實(shí)現(xiàn)的，因此壓縮進(jìn)給量有限，不能將污水密封在車廂內(nèi)，通常在后門（填塞器）下端安裝接水槽來避免運(yùn)輸過程中污水溢灑問題。然而，在路面顛簸時(shí)依然存在二次污染隱患。

2.3已有改進(jìn)方案及存在問題

目前市場(chǎng)上有以下幾種改進(jìn)方案：a.在廂體底部安裝鎖鉤和推桿支座對(duì)后門鎖緊；b.利用L形連桿與七根銷軸配合實(shí)現(xiàn)后門鎖緊；c.在后門頂部安裝啟閉機(jī)構(gòu)，后門正下方結(jié)合處兩側(cè)的活動(dòng)孔板間安裝鎖緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)后門鎖緊；d.利用連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)塊實(shí)現(xiàn)后門鎖緊。這幾種方案仍不能完全實(shí)現(xiàn)后門鎖緊和密封可靠。

傳統(tǒng)后門關(guān)閉時(shí)，后門沿導(dǎo)向孔下移，導(dǎo)致鎖銷落在鎖鉤外部，不能密封。油缸與后門為鉸接，不能完全起到支撐后門的作用，后門在自身重力和油缸拉力的作用下向下位移，后門先到導(dǎo)向孔的下方，然后旋轉(zhuǎn)，關(guān)閉。這樣一來，后門上的輔助擋板碰到廂體上的限位軸，后門無法關(guān)閉，長(zhǎng)期使用導(dǎo)致后門變形。

因此后門裝置的設(shè)計(jì)需解決以下三個(gè)問題：a.后門打開或關(guān)閉時(shí)，鎖緊機(jī)構(gòu)工作的可靠性；b.后門關(guān)閉時(shí)，鎖軸和鎖鉤配合的準(zhǔn)確性；c.后門和廂體框架連接處的密封性。

3.帶密封的后門鎖緊機(jī)構(gòu)

為了解決上述三個(gè)問題，設(shè)計(jì)了一種帶密封和鎖緊裝置的垃圾車車廂后門（如圖3），包括后門、廂體框架；廂體框架上部具有腰形孔，通過銷軸和旋轉(zhuǎn)耳相連，從而作為后門的旋轉(zhuǎn)中心；鎖緊油缸缸筒下端與廂體框架鉸接，活塞桿頂部和后門鉸接；廂體框架下部裝有鎖銷，與后門上的鎖鉤配合保證鎖緊到位；廂體框架上裝有密封條，保證密封可靠。其中定位油缸采用雙出桿型，兩個(gè)桿頂部裝有楔形塊與廂體上的腰形孔配合，保證后門關(guān)閉時(shí)不會(huì)下移；利用鎖銷、鎖鉤和腰形孔尺寸的合理設(shè)計(jì)，保證后門關(guān)閉時(shí)正常落鎖；密封條保證后門關(guān)閉后能夠密封牢靠，不漏污水。

后門打開過程：鎖緊油缸伸長(zhǎng)，先將旋轉(zhuǎn)耳頂?shù)窖慰椎纳戏剑ㄎ挥透咨扉L(zhǎng)，將楔形塊頂入腰形孔下方，隨著鎖緊油缸繼續(xù)伸長(zhǎng)，后門繞著腰形孔的上方旋轉(zhuǎn)，直至水平位置（如圖4）。后門關(guān)閉過程：鎖緊油缸開始縮回，后門繞著腰形孔的上方旋轉(zhuǎn)，后門逐漸關(guān)閉，至后門與框架平行時(shí)，定位油缸縮回，楔形塊撤出腰形孔下方，后門在重力和油缸拉力作用下沿腰形孔斜面下滑，鎖鉤和鎖銷配合到位，密封條起作用，后門關(guān)閉且密封。

4.關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1后門質(zhì)量分析

在NX軟件平臺(tái)對(duì)零部件進(jìn)行分析。首先打開后門裝配組件，連接兩側(cè)旋轉(zhuǎn)耳的圓孔中心，取該線段的中點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，將工作坐標(biāo)系的原點(diǎn)移至該點(diǎn)，X由、Y軸方向參照三維模型坐標(biāo)系，如圖5所示。然后，單擊【菜單】→【分析】→【高級(jí)質(zhì)量屬性】→【高級(jí)質(zhì)量管理】，在質(zhì)量管理對(duì)話框中選擇“工作部件”，彈出“信息”窗口，可以找到后門的質(zhì)量、質(zhì)心、面積、體積、慣性矩、回轉(zhuǎn)半徑等信息，如圖6所示。利用【測(cè)量體】命令，在圖形窗口顯示質(zhì)心坐標(biāo)系，如圖5所示。

4.2后門打開過程分析

鎖緊油缸的活塞桿伸出頂起后門，打開過程分為兩個(gè)階段：一是沿腰形孔的方向伸出，后門平移，二是頂部繞腰形孔的上方旋轉(zhuǎn)，直至后門到達(dá)水平位置。

第一階段，為保證后門先脫離密封條的作用，需要后門整體平移，因此活塞桿伸出的方向與密封狀態(tài)時(shí)油缸的方向基本一致，且與腰形孔斜線、鎖鉤斜線平行，簡(jiǎn)稱三平行線結(jié)構(gòu)。

在第一和第二階段之間，定位油缸伸出，將安裝在兩端頂部的楔形塊插入腰形孔的下方，保證第二階段后門旋轉(zhuǎn)打開時(shí)不會(huì)下移。

在后門打開過程中，后門質(zhì)心角B從起始角度逐漸增大到90°，即后門打開至水平狀態(tài)；油缸推力角a隨著B的變化而變化，油缸推力角a與后門質(zhì)心角B的關(guān)系如圖8所示。

利用NX運(yùn)動(dòng)仿真功能，創(chuàng)建后門鎖緊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真原型，添加連桿和運(yùn)動(dòng)副，經(jīng)分析處理后，得到油缸推力F與后門質(zhì)心角B的關(guān)系圖，如圖9所示。

由圖9可得，推力腥上升趨勢(shì)，變化規(guī)律接近線性，推力F最大值出現(xiàn)在后門水平位置（B=90°，a=121°）。根據(jù)三維模型分析得知，r1=586 mm，r2=1159.5 mm，帶入式（2）后可得：F=8.302kN。

為方便垃圾倒出，后門打開的極限位置為水平位置，此時(shí)，鎖緊油缸活塞桿伸出的有效長(zhǎng)度最長(zhǎng)，經(jīng)三維模型分析得到，L=885 mm。

綜上所述，考慮密封條、腰形槽、鎖銷處摩擦阻力等因素，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取鎖緊油缸的推力為計(jì)算值的3倍，且由后門兩側(cè)的兩個(gè)鎖緊油缸提供，每個(gè)鎖緊油缸的推力約為12.454 kN。選擇鎖緊油缸的壓力P=-10 MPa，計(jì)算得到缸徑為39.8 mm，圓整后可得缸徑D=40 mm，取有效行程L=900 mm，計(jì)算出油缸的推力為：F=12.560kN。

鎖緊油缸滿足使用要求。

4.3后門關(guān)閉過程分析

與后門打開過程相對(duì)應(yīng)，鎖緊油缸活塞桿縮回帶動(dòng)后門關(guān)閉，其過程也分為兩個(gè)階段：第一階段是活塞桿縮回，后門在油缸拉力作用下繞腰形孔的上方順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，控制好油缸動(dòng)作速度，保證后門關(guān)閉過程工作平穩(wěn)。在后門呈豎直狀態(tài)時(shí)，進(jìn)入第二階段，即定位油缸的雙桿縮回，撤出楔形塊，活塞桿進(jìn)一步縮回，后門在重力和油缸拉力的作用下沿腰形孔的斜面下滑，利用三平行線結(jié)構(gòu)，保證鎖鉤和鎖軸配合到位，密封條受壓，鎖緊后門，垃圾不泄漏。

經(jīng)過實(shí)際試用表明，其關(guān)閉后門的成功率為100%，具有優(yōu)良的可靠性。

5.結(jié)論

經(jīng)理論分析，采用雙油缸設(shè)計(jì)，帶鎖鉤和密封條雙重密封的后門緊鎖機(jī)構(gòu)方案可行，在試用中滿足使用要求，后門關(guān)閉成功率100%，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和推廣。