一種拉桿式側掛桶垃圾車的可調式擋桶機構

張國強 李進

中國汽研重慶凱瑞特種車有限公司 重慶 400900

1 前言

側掛桶垃圾車適用于城鎮生活垃圾的收集與轉運，配備專用提桶機構，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,當垃圾桶剛達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前傾，這種現象稱為“甩桶”（見圖2）。

圖1 翻桶狀態(翻轉到理論最大卸料角度）

圖2 “甩桶”（實際使用狀態）

“甩桶”現象存在嚴重弊端，長久使用造成垃圾桶掛桶沿磨損嚴重，易導致掛桶沿疲勞損壞，進而使垃圾桶失去掛桶配合使用功能。由物理學可知，慣性力F=ma，慣性力只與垃圾桶載質量以及“甩桶”加速度有關，在掛桶機構提升工況相同時，也就是加速度a一致的情況下，慣性力的大小與質量成正比關系。據筆者在側掛桶垃圾車推廣調研中發現，目前在垃圾分類執行上仍不規范，垃圾成分復雜，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，易導致垃圾桶載質量過大進而加大“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，本文設計了一種可調式擋桶機構，可在垃圾桶翻轉卸料終了狀態，對垃圾桶頂部自由端進行有效限位，有效減小了“甩桶”現象對垃圾桶掛桶沿的破壞。

2 目前市場上拉桿式側掛桶垃圾車狀態

拉桿式側掛桶垃圾車（見圖3），卸料口處頂蓋與提桶機構通過拉桿形成聯動，當液壓油缸伸出帶動頂蓋翻轉的同時，頂蓋帶動拉桿，拉桿帶動提桶機構完成卸料動作。拉桿式側掛桶垃圾車因密封效果較好，價格和維護成本低，故在垃圾收運類市場頗受歡迎。

圖3 拉桿式側掛桶垃圾車

3 可調式擋桶機構研發背景

目前市場上側掛桶垃圾車基本都未配備擋桶機構，筆者認為原因有以下兩點：

a.垃圾車制造企業認為客戶收集的垃圾種類為較輕的生活垃圾，對掛桶沿損耗不大。但實際場景中，垃圾桶內垃圾種類繁雜，除生活垃圾外，可能還含有大量水、建筑垃圾等，這些垃圾密度遠遠大于生活垃圾密度，造成垃圾桶載質量遠遠大于企業設計值。

b.垃圾桶國標雖規范容積量，但對外形尺寸并未統一要求，每個廠家120 L、240 L等垃圾桶外形尺寸并不統一（見圖4）。圖4只列舉了幾種不同廠家240 L垃圾桶規格，實際上每個廠家的尺寸均有出入，所以擋桶機構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

筆者針對側掛桶在市場上使用的弊端，設計的可調式擋桶機構可極大地減少垃圾桶掛桶沿的磨損。

3.1 擋桶機構的實現

擋桶機構主要包括滑槽裝置、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（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對垃圾桶頂部自由端限位外，不會和其他任何部件發生干涉現象。

圖6 擋桶狀態（俯視圖）

從圖7可看出，整個可調式擋桶機構在初始狀態時，位置稍低于箱體頂板，基本對箱體容積無影響，且初始狀態頂蓋緊貼箱體頂板上，密封效果好。

圖7 初始狀態

圖8為該機構的運動簡圖，由圖可知，n=5，P1=7,n為運動件數量，P1為低副的數量，包括6個旋轉副，1個滑移副。

圖8 運動筒圖

則機構自由度數目Fa=3×5-2×7=1，機構中只有3（活塞桿）為原動件，機構的自由度數Fa等于機構的原動件數，機構具有確定的運動。

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座形成四連桿機構。

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

當垃圾桶上沿與擋桶總成限位時，會對擋桶總成產生力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，會使機構薄弱處產生疲勞斷裂等問題，同時也會對垃圾桶上沿產生撞擊破壞。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，拉簧長度由自由長度L1伸長到L2，形成緩沖裝置，完成卸料作業后，垃圾桶上沿離開擋桶總成，擋桶總成在拉簧的作用下復位。緩沖裝置將力F對整個機構的作用力大大減小，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 可調機構的實現

從前文可知市面上垃圾桶尺寸不一致，擋桶機構應當設計成為可調模式，否則其適用性偏低?？烧{機構主要由固定于箱體頂板下側的滑槽裝置和拉簧固定座實現。滑槽裝置主要由滑槽固定架、調節螺栓、調節軸組成（見圖10），拉簧固定座主要由拉簧座、拉簧底板構成（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格矩管，提高了整個滑槽裝置的抗彎強度，左右對稱分布帶有條形孔的耳板焊接在主梁上，調節軸貫穿條形孔耳板及長擺臂，左右兩側調節螺栓頂住調節軸，結構剖視圖如圖12所示。

圖12 滑槽固定架結構剖視圖

從圖12可知，對稱布置調節螺栓頂進調節軸的沉孔內，限制了調節軸的軸向移動，同時若一側調節螺栓向內擰緊，另一側調節螺栓向外側松開，則向內擰緊的一側調節螺栓會頂著調節軸往外側調節螺栓松開的位置移動，由于調節軸位置的改變，長擺臂的位置也跟著改變，整個四連桿機構的運動軌跡也發生了變化。

由圖5可知，可調節式擋桶機構對垃圾桶的寬度尺寸W顯得極為敏感，若在圖5狀態下，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，若只靠滑槽裝置調節，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 結語

目前隨著國家對環保方面的投入越來越大，各城鎮、鄉村都在采購環衛車以及配套的垃圾桶，一般一個城鎮或鄉村的垃圾桶都是來自同一個供應商，基本不會出現兩種甚至多種規格的垃圾桶，這也極大提高了本可調式擋桶機構的實用性，客戶若使用配備本機構的環衛車，只需初次對可調式擋桶機構進行調節即可。

采用該可調式擋桶機構，結構緊湊，調節方便，能在垃圾桶卸料終了狀態時，對垃圾桶進行限位，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，進而降低客戶的使用成本。