風格迥異的壓縮式垃圾車自動上料機構

丁兆青 文

壓縮式垃圾車是城鎮生活垃圾收集與運輸的重要裝備之一，被稱為垃圾收集運輸和處理的前端裝備，而自動上料機構是壓縮式垃圾車重要的車載裝載裝置。中國地域廣闊，各地區發展極不平衡，壓縮式垃圾車結構、作業方式及其自動上料機構亦千差萬別；即使是同一類型的壓縮式垃圾車，也因生產廠家不同，其結構及性能也迥然不同。隨著現代社會科技的迅猛發展，新技術、新材料、新工藝的不斷涌現，壓縮式垃圾車自動上料機構創新改進也日新月異。本文雖然無法窮盡具有最新技術的所有壓縮式垃圾車車型的自動上料機構，但是可將國內主流壓縮式垃圾車的主要機構，作一簡要概括總結，力求在不同模式的自動裝載上料機構中尋求通用性的規律。

1 自動上料機構的分類

根據壓縮式垃圾車前后裝載上料位置的不同，自動上料機構可分為前裝上料式、側裝上料式和后裝上料式。

根據所掛垃圾桶形式的不同，自動上料機構可分為雙方桶掛桶機構、雙圓桶掛桶機構、多功能掛桶機構。

根據掛桶數量的不同，除上述標準的雙掛桶自動上料裝置外，還可分為單桶、三桶、混合掛桶的自動上料機構。

根據垃圾桶容積不同，自動上料機構可分為120 L、240 L、660 L、1 100 L及其他容積掛桶上料機構，但這些掛桶結構形式包含在以上自動裝載掛桶上料機構中，故不單獨介紹。

根據簸箕斗結構形式，可分為直驅式簸箕斗上料機構、連桿驅動式簸箕斗上料機構、驅動拉桿式簸箕斗上料機構。

對于非車載式船型垃圾斗自動裝載裝備，可設置吊臂翻斗上料機構。

因前裝及側裝上料裝置在國內使用較少，且裝載上料裝置的部分結構及工作原理同后裝上料裝置相同或類似，故前裝、側裝上料裝置僅作一簡要介紹。后裝壓縮式垃圾車使用廣泛，自動上料機構種類繁多，但因雙方桶自動上料機構所使用者居多，且其結構原理具有通用性，故將后裝壓縮式垃圾車雙方桶自動上料機構作為壓縮式垃圾車上料機構的基本機構予以重點介紹。

2 前裝壓縮式垃圾車自動上料機構

前裝壓縮式垃圾車自動上料機構國內非常罕見，歐美發達國家和地區使用較為廣泛。其驅動臂與油缸位于駕駛室后部、側置，適合大噸位垃圾車使用，可裝載各種垃圾桶，如圖1所示。因其作業過程中橫跨駕駛室，故對上料機構強度與剛度的設計安全系數要求更高。該上料機構優點：前部上料，可視性強，僅司機一人便可單獨完成操作；裝載不占用人行道，工作安全性高，實現即停即裝即走。掛桶數量可掛兩個240 L標準塑料桶，或一個660 L或1 100 L的塑料桶。前者掛桶架掛桶部位是垃圾桶前上部翻邊部位，后者掛桶架兩側設置專用機械臂裝置。液壓元件需配備多路閥、順序閥、平衡閥、節流閥、液壓鎖等。

3 側裝壓縮式垃圾車自動上料機構

側裝壓縮式垃圾車自動上料機構裝在車廂的右前下側，能夠實現自動遠距離掛桶、提桶及垃圾傾倒，并能夠根據不同容積的垃圾桶快捷方便地更換翻桶架，倒入壓縮廂內的垃圾經刮板壓縮擠壓入車廂內，如圖2所示。

壓縮式垃圾車側裝上料機構國內使用較少，然而在國外使用得較為廣泛，特別是在北歐及俄羅斯等冬季寒冷的地區使用得更為普遍。該上料機構功能強大，可適應不同容積垃圾桶的掛桶需要。該類上料機構若在大噸位車型上使用，其優勢更為明顯。

4 后裝壓縮式垃圾車自動掛桶上料機構

4.1 雙方桶掛桶上料機構

雙方桶自動上料機構可同時翻轉兩個標準的240 L(或120 L)垃圾桶，是國內環衛車輛使用得最為廣泛的上料機構，如圖3所示。垃圾桶吊掛高度(垃圾桶前上方翻邊最下部與地面的距離)為 940 mm(或 880 mm)。

4.1.1 雙方桶掛桶上料機構結構總成

雙方桶上料機構其主要結構組成為：驅動液壓缸總成、驅動臂總成、拉桿總成、掛桶架總成、壓桶凸輪機構、液壓操縱閥和液壓管路及操作按鈕盒等部件。

4.1.2 雙方桶掛桶上料機構設計

上料機構主要設計參數：掛桶架初始掛桶角度a,掛桶高度h，翻桶角度b。a的取值范圍在6°～13°，這樣可避免掛桶起吊過程中造成踢桶現象及下落過程中的推桶現象，起掛性能更優。h一般低于垃圾桶吊掛高度10～30 mm,以使掛桶性能更優，最大程度地適應垃圾車各種作業工況，比如臨近滿載時，鋼板彈簧被壓低至100 mm以上時，或對于不同高度的垃圾桶，該上料機構仍能正常工作。b的取值范圍一般以45°～55°為宜，確保翻桶時大于垃圾的安息角，特別是垃圾中摻雜有泥水時也能完全傾倒干凈，如圖4所示。

圖3 后裝壓縮式垃圾車——雙方桶上料機構

液壓缸為雙作用油缸，為上料機構提供動力。驅動臂一端與液壓缸鉸接，另一端與掛桶架上的通軸連接。掛桶架裝配于通軸上，可沿通軸旋轉。在液壓缸的作用下驅動臂沿填裝器兩側的回轉軸旋轉，帶動掛桶架翻轉。

拉桿一端與填裝器兩側的固定軸鉸接，另一端與掛桶架鉸接，控制掛桶架的翻轉角度及合適的翻轉速度。拉桿的長度及支座的位置應嚴格控制精度，以確保達到設計要求。

壓桶凸輪機構固定于通軸上，并隨通軸旋轉，其機構能夠按照所需時機將垃圾桶壓緊或脫開，確保翻桶時壓得住，不會發生脫桶或甩桶；落地時脫得開，垃圾桶能夠自動脫開掛鉤，不會發生傾倒。凸輪需淬火處理，各凸輪定位準確，確保壓架各連接處同步受力。

擋桶桿的作用：垃圾桶翻轉終了位置時，保證垃圾桶不會脫落而掉入填裝器內，如圖5所示。

根據擋桶部位，擋桶桿有兩種配套形式，一種是擋桶蓋，另一種是擋桶口。兩種形式都可以實現擋桶，究竟采用何種方式，則與垃圾車結構相關。相對而言，擋桶口的擋桶桿可以更好地保護垃圾桶，現在多數翻桶機構擋桶桿已采用擋桶口的形式。

圖4 雙方桶上料機構主要結構組成

圖5 擋桶桿形式

根據擋桶桿結構形式，擋桶桿一般分3大種類：第一種是固定式擋桶桿，直接固定于填裝器左右邊板內側，無緩沖，不可調節，但經濟性強，使用可靠性高。第二種是柔性擋桶桿，填裝器左右邊板內側各設置一擺臂，擺臂固定于左右各自的回轉座內；擺臂一端與拉簧連接，另一端與擋桶桿連接；由此擋桶桿具有緩沖作用，更好地保護垃圾桶，可適用于不同高度的垃圾桶。第三種是氣動或液壓可調性擋桶桿，然而其結構復雜，但可調性大，使用范圍更廣，因其成本高，國內目前使用較少。

圖6 電動按鈕盒及手動操作裝置

4.1.3 雙方桶掛桶上料機構操作

雙方桶掛桶上料機構有電動和手動兩種操控形式，如圖6所示。電控手動兩套操控系統給工作帶來了極大的便利和效益。電控操作為主，點動操作，輕便省力、省時，其翻轉速度較快，效率也高；手動操作為輔，可適時控制翻轉速度，避免巨大沖擊及意外情況的發生，常用于微動調整或應急情況。用戶可根據不同情況組合使用，例如開始掛桶及翻桶在達到最大極限位置時，可采用手動方式，中間過程采用電控方式，如此兩種兼備，既避免了沖擊，又提高了速度，還防止了意外事件的發生。為提高裝載效率，還設置了一次循環及連續循環等裝載模式。

4.2 雙圓桶掛桶上料機構

國內圓形鐵桶規格不一，無統一標準，其容積通常為360 L，除3 t壓縮式垃圾車外，多數壓縮式垃圾車均設計為雙掛桶，如圖7所示。雙圓桶上料機構同雙方桶上料機構結構與原理相同，其區別在于掛桶方式的改變。雙圓桶為“H”形掛桶機構，即初始掛桶時，“H”形掛桶機構上部掛鉤鉤住垃圾桶的上部圓鋼支架；在垃圾桶隨翻桶機構翻轉過程中垃圾桶與地面的水平線夾角超過零度臨界角時，垃圾桶翻桶傾倒，“H”形掛桶機構下部掛鉤切換鉤住垃圾桶下部圓鋼支架，實現垃圾桶在整個翻轉過程中順利翻轉與垃圾的傾倒。“H”形掛桶機構可焊接于掛桶架，也可與掛桶架螺栓連接；螺栓連接時，高度方向上可以等距打孔，以便于高度可調。

圖7 后裝壓縮式垃圾車——雙圓桶雙H式上料機構

圓桶掛鉤高度可根據垃圾桶支架高度確定，一般在510～610 mm范圍。

在圓桶掛桶機構中，還有少數圓桶上料機構采用上下雙排向上的掛鉤，分別鉤住垃圾桶的上下圓鋼支架，實現掛桶翻轉卸料，如圖8所示。因垃圾桶翻過臨界角時沒有限位，為防垃圾桶脫落，同上述方桶壓桶機構一樣，圓桶掛鉤開口處設計了隨垃圾桶翻轉的防脫桶的凸輪鎖桿機構。

從以上兩種掛桶機構可以看出，圓桶掛桶機構無需設置壓桶凸輪機構，也無需設置擋桶桿。

4.3 多功能掛桶上料機構

針對容積較大的660 L和1 100 L四輪移動式垃圾桶，同時兼顧120 L、240 L標準雙方桶上料卸載，設置多功能掛桶自動上料機構，如圖9所示。其主要結構同方桶上料機構相同。區別在于其掛桶架框架內部，設置了沿掛桶架兩側的導向桿上下滑行(或提升架兩側的滑塊沿掛桶架兩邊的滑槽上下滑動)的提升架。

4.3.1 120 L和240 L垃圾桶提升上料

圖8 雙圓桶雙掛鉤式上料機構

120 L或240 L標準塑料桶的提升上料：提升架由固定于掛桶架中部的雙作用提升油缸控制，將垃圾桶壓緊于掛桶架上部橫梁上，從而實現120 L、240 L雙方桶垃圾桶的夾緊及翻轉卸料。

為避免偏載時提升架穩定性變差造成系統損壞或可靠性降低，有些上料機構的提升油缸采用雙缸雙作用油缸。

4.3.2 660 L和1 100 L垃圾桶提升上料

為實現660 L和1 100 L垃圾桶的掛桶上料。在掛桶架兩側框架后部設置了機械臂回轉裝置。機械臂不用時，將其旋轉于提升架平面上，不妨礙240 L掛桶上料或車輛的正常行車。機械臂使用時，將其向后部旋轉，其叉形開口鉤住660 L或1 100 L垃圾桶兩側的銷軸，帶動垃圾桶翻轉卸料。為防止翻轉時垃圾桶銷軸從機械臂叉形開口處脫出，在叉形開口部位設置了自動鎖緊機構，該鎖緊機構利用鎖緊鉤翻轉過程中的質心變化，實現鎖緊機構的鎖閉和開啟。兩側機械臂由各自的兩根彈簧拉住回位。

多功能上料機構不但可以實現吊掛多種垃圾桶，而且掛桶高度可調，掛桶范圍更大，單次最大裝載可達400 kg以上，可適應更多的工況。該機構是壓縮式垃圾車上料機構除雙方桶上料機構之外，配置率最高的上料機構。

4.4 混合桶自動上料機構

圖9 后裝壓縮式垃圾車——多功能上料機構

有些地區垃圾桶混雜，240 L標準塑料桶和圓桶垃圾桶并存。為實現上述垃圾桶在同一上料機構中翻轉卸料，根據不同垃圾桶的數量，可在掛桶架上同時設置雙方桶+單圓桶掛桶架，或雙元桶+單方桶掛桶架，實現不同垃圾桶在同一車型的自動上料，如圖10所示。

有的雙方桶上料機構，為了兼顧660 L或1 100 L垃圾桶的上料卸載，為降低成本，不采用多功能上料機構形式，直接在雙方桶上料機構的掛桶架上，加裝660 L或1 100 L垃圾桶提升機械臂。

4.5 三桶自動上料機構

為提高壓縮式垃圾車裝載效率，有些大中型壓縮式垃圾車上，設置了一次可同時提升翻轉3個240 L塑料方桶或3個圓桶的上料機構，以滿足不同地區、不同用戶的多種需求，如圖11所示。

4.6 分體式上料機構

分體式上料機構就是將通常的雙方桶上料機構從中間分開，一拆兩半。左右兩套上料機構可以分開操作，單獨上料，也可整體上料，滿足660 L或1 100 L垃圾桶的翻桶卸料，如圖12所示。當前國內垃圾分類工作正在緊鑼密鼓地推廣實施，垃圾分類對壓縮式垃圾車的需求量將會得到極大的提升，與之配套的分體式上料機構也將會有較大的增量。

4.7 液壓絞盤上料機構

大型垃圾桶或垃圾箱容積較大，采用液壓絞盤上料則是一種行之有效的辦法，如圖13所示。通過操縱液壓絞盤，將垃圾桶或垃圾箱繞垃圾車進料口處的回轉點旋轉，實現垃圾桶或垃圾箱的上料卸載。

圖10 后裝壓縮式垃圾車——混合桶上料機構

圖11 后裝壓縮式垃圾車——3桶上料機構

圖12 后裝壓縮式垃圾車——分體式上料機構

圖13 后裝壓縮式垃圾車——液壓絞盤上料機構

5 簸箕斗上料機構

簸箕斗上料機構國內應用得較為廣泛，一般與其他小型垃圾清運設備配套使用，比如板車、小推車、三輪車、小型拖拉機等垃圾收集設備，這些小收運設備將收運來的垃圾倒入簸箕斗內，再由簸箕斗將垃圾翻轉裝入填裝器內。根據油缸與簸箕斗驅動形式的不同，可分為以下3種：

第一種是直驅式上料機構，即固定于填裝器兩側的雙作用油缸直接驅動簸箕斗兩側的擺臂，簸箕斗就繞固定于填裝器后部進料口的回轉中心旋轉，完成簸箕斗翻轉和斗內垃圾的傾倒。

圖14 直驅式簸箕斗上料機構

圖15 連桿驅動式簸箕斗上料機構

第二種是連桿驅動式，即在直驅式機構中，在擺臂與簸箕斗兩側的固定鉸鏈處增加一拉桿，油缸通過驅動擺臂，再由擺臂驅動拉桿，拉桿帶動簸箕斗繞回轉中心翻轉。

第三種是驅動拉桿式，簸箕斗固定于驅動臂的連接通軸上，拉桿與簸箕斗連接，在填裝器兩側的雙作用油缸驅動下，簸箕斗繞擺臂旋轉，拉桿控制簸箕斗旋轉角度和轉速，此種方式實質上與雙方桶掛桶上料機構原理一樣，這個簸箕斗相當于雙方桶上料機構的掛桶架。

5.1 直驅式簸箕斗上料機構

如圖14所示為直驅式簸箕斗上料機構，其缺點有：初始阻力臂最大，驅動力臂最小，所需驅動液壓力大，結構自重較大，美觀性較差，但因容積大、強度高，上料簡單可靠，故仍有不少用戶選用。

5.2 連桿驅動式簸箕斗上料機構

連桿驅動式簸箕斗上料機構使用較為廣泛，如圖15所示。簸箕斗容積適中，能滿足多數工況需求。通過優化機構設計，可使整個系統受力合理，自重較輕，簸箕斗美觀度高。因該簸箕斗翻上后質心偏后，需加裝簸箕斗鎖緊掛鉤。

5.3 驅動拉桿式簸箕斗上料機構

該種上料機構美觀性較差，自重較輕，但因與雙方桶上料機構的通用性較強，互換性高[3]，簸箕斗采用此種上料機構，成本較低，如圖16所示。

6 吊臂翻斗式自動上料機構

吊臂翻斗式上料機構位于壓縮式垃圾車的后部兩側，設置了類似于龍門架的結構裝置，龍門架上橫梁端部兩側設置了吊索拉鏈，可以與垃圾箱兩側的銷軸連接。吊臂機構由填裝器兩側的雙作用油缸驅動，實現垃圾箱的吊起或下落，如圖17所示。

為防止垃圾箱翻轉時因慣性力或沖擊力太大超過質心極限位置而出現意外安全事故，在填裝器內側設有垃圾箱限位保險裝置。

圖16 直驅簸箕斗式上料機構

為防止作業過程中出現翹頭現象，在垃圾車后部設置了支腿裝置。支腿裝置承載力大，穩定性高，且設有自鎖裝置，安全性高，不會出現軟腿、掉腿等現象。

7 結語

眾多壓縮式垃圾車是采用各種底盤加裝不同的專用上裝改制而成，由于各種底盤的離地高度不同，空載或滿載時離地高度變化也較大；另外，使用時地面不平度也會客觀存在，自動上料機構設計時需要通盤考慮更多的使用工況及不同的使用范圍，優化上料性能，簡化操作，以達到單一上料機構就可滿足不同用戶的多功能需求，實現產品的系列化、通用化及生產的經濟性裝配化要求。

圖17 吊臂翻斗式上料機構

國外壓縮式垃圾車自動上料機構發展趨勢：外觀設計精美化、人性化，與整車結構渾然一體，美觀漂亮上檔次；在液壓控制系統和主要裝置的重要部位采取了裝飾與安全防護相結合的方式；智慧控制系統使數據管理、操作智能化更加科學高效，實現上料機構及壓縮循環智能自動化，增加稱重系統或垃圾箱滿箱傳感器，實現垃圾清運車的高效調度，提升效率。所有這些都可成為啟迪思想、加以借鑒或升華，成為提升包括上料機構在內的壓縮式垃圾車垃圾清運系統性能與功能的契機。