一种拉杆式侧挂桶垃圾车的可调式挡桶机构

张国强 李进

中国汽研重庆凯瑞特种车有限公司 重庆 400900

1 前言

侧挂桶垃圾车适用于城镇生活垃圾的收集与转运，配备专用提桶机构，具有自动化程度高、提升能力大等特点，在市场上普及率较高。但目前从市场反馈上看，存在诸多使用问题，尤其以垃圾桶卸料挂桶沿磨损较为突出,当垃圾桶刚达到理论最大卸料角度后（见图1），由于垃圾桶顶部自由端无限位，在惯性力的作用下，垃圾桶底部绕顶部挂桶沿旋转前倾，这种现象称为“甩桶”（见图2）。

图1 翻桶状态(翻转到理论最大卸料角度）

图2 “甩桶”（实际使用状态）

“甩桶”现象存在严重弊端，长久使用造成垃圾桶挂桶沿磨损严重，易导致挂桶沿疲劳损坏，进而使垃圾桶失去挂桶配合使用功能。由物理学可知，惯性力F=ma，惯性力只与垃圾桶载质量以及“甩桶”加速度有关，在挂桶机构提升工况相同时，也就是加速度a一致的情况下，惯性力的大小与质量成正比关系。据笔者在侧挂桶垃圾车推广调研中发现，目前在垃圾分类执行上仍不规范，垃圾成分复杂，固液混装，建筑垃圾掺杂，这种含有大量水分以及建筑类成分的垃圾，易导致垃圾桶载质量过大进而加大“甩桶”的惯性力，对垃圾桶造成的疲劳破坏就越大。针对此种情况，本文设计了一种可调式挡桶机构，可在垃圾桶翻转卸料终了状态，对垃圾桶顶部自由端进行有效限位，有效减小了“甩桶”现象对垃圾桶挂桶沿的破坏。

2 目前市场上拉杆式侧挂桶垃圾车状态

拉杆式侧挂桶垃圾车（见图3），卸料口处顶盖与提桶机构通过拉杆形成联动，当液压油缸伸出带动顶盖翻转的同时，顶盖带动拉杆，拉杆带动提桶机构完成卸料动作。拉杆式侧挂桶垃圾车因密封效果较好，价格和维护成本低，故在垃圾收运类市场颇受欢迎。

图3 拉杆式侧挂桶垃圾车

3 可调式挡桶机构研发背景

目前市场上侧挂桶垃圾车基本都未配备挡桶机构，笔者认为原因有以下两点：

a.垃圾车制造企业认为客户收集的垃圾种类为较轻的生活垃圾，对挂桶沿损耗不大。但实际场景中，垃圾桶内垃圾种类繁杂，除生活垃圾外，可能还含有大量水、建筑垃圾等，这些垃圾密度远远大于生活垃圾密度，造成垃圾桶载质量远远大于企业设计值。

b.垃圾桶国标虽规范容积量，但对外形尺寸并未统一要求，每个厂家120 L、240 L等垃圾桶外形尺寸并不统一（见图4）。图4只列举了几种不同厂家240 L垃圾桶规格，实际上每个厂家的尺寸均有出入，所以挡桶机构也难以适配尺寸不同的垃圾桶。

图4 三种尺寸不同的240 L塑料垃圾桶

笔者针对侧挂桶在市场上使用的弊端，设计的可调式挡桶机构可极大地减少垃圾桶挂桶沿的磨损。

3.1 挡桶机构的实现

挡桶机构主要包括滑槽装置、长摆臂、短摆臂、挡桶总成组成。其中滑槽装置固定在稍低于箱体顶板下侧位置，长摆臂铰接在滑槽装置，短摆臂铰接在顶盖上，拉簧固定座（带条形安装孔）通过螺栓固定在短摆臂上，挡桶总成铰接在拉簧安装板上，且挡桶总成和拉簧安装板还用拉簧连接（见图5、图6）。

图5 挡桶状态（正视图）

从图6可看出，挡桶总成最宽宽度b小于箱体顶部垃圾投料口宽度a，意味着挡桶总成除最终状态对垃圾桶顶部自由端限位外，不会和其他任何部件发生干涉现象。

图6 挡桶状态（俯视图）

从图7可看出，整个可调式挡桶机构在初始状态时，位置稍低于箱体顶板，基本对箱体容积无影响，且初始状态顶盖紧贴箱体顶板上，密封效果好。

图7 初始状态

图8为该机构的运动简图，由图可知，n=5，P1=7,n为运动件数量，P1为低副的数量，包括6个旋转副，1个滑移副。

图8 运动筒图

则机构自由度数目Fa=3×5-2×7=1，机构中只有3（活塞杆）为原动件，机构的自由度数Fa等于机构的原动件数，机构具有确定的运动。

由图8可知，长摆臂、短摆臂、顶盖以及滑槽装置和固定在箱体上的顶盖翻转座形成四连杆机构。

当液压油缸有杆腔伸出时，带动顶盖翻转，顶盖一方面带动垃圾桶提升，另一方面同时带动挡桶机构随动。在垃圾桶到达最大卸料角度后，挡桶总成正好顶住垃圾桶上沿，形成两点支撑，即挂桶沿被夹桶机构限位，垃圾桶上沿被挡桶总成限位，限制了垃圾桶由于惯性力产生的前倾翻转。

当垃圾桶上沿与挡桶总成限位时，会对挡桶总成产生力F，若挡桶总成无缓冲装置，力F会将受力传递至顶盖、箱体以及油缸上，在长期使用过程中，会使机构薄弱处产生疲劳断裂等问题，同时也会对垃圾桶上沿产生撞击破坏。由于拉簧连接在挡桶总成和短摆臂上，挡桶总成会在力F的作用下，绕铰接点A旋转，拉簧长度由自由长度L1伸长到L2，形成缓冲装置，完成卸料作业后，垃圾桶上沿离开挡桶总成，挡桶总成在拉簧的作用下复位。缓冲装置将力F对整个机构的作用力大大减小，同时挡桶总成挡杆加装有海绵胶套，这既起到缓冲作用，又有效降低撞击时的噪音，极大地减缓了垃圾桶上沿的损坏（见图9）。

图9 挡筒总成

3.2 可调机构的实现

从前文可知市面上垃圾桶尺寸不一致，挡桶机构应当设计成为可调模式，否则其适用性偏低。可调机构主要由固定于箱体顶板下侧的滑槽装置和拉簧固定座实现。滑槽装置主要由滑槽固定架、调节螺栓、调节轴组成（见图10），拉簧固定座主要由拉簧座、拉簧底板构成（见图11）。

图10 滑槽装置

图11 拉簧固定座

滑槽固定架主梁采用大规格矩管，提高了整个滑槽装置的抗弯强度，左右对称分布带有条形孔的耳板焊接在主梁上，调节轴贯穿条形孔耳板及长摆臂，左右两侧调节螺栓顶住调节轴，结构剖视图如图12所示。

图12 滑槽固定架结构剖视图

从图12可知，对称布置调节螺栓顶进调节轴的沉孔内，限制了调节轴的轴向移动，同时若一侧调节螺栓向内拧紧，另一侧调节螺栓向外侧松开，则向内拧紧的一侧调节螺栓会顶着调节轴往外侧调节螺栓松开的位置移动，由于调节轴位置的改变，长摆臂的位置也跟着改变，整个四连杆机构的运动轨迹也发生了变化。

由图5可知，可调节式挡桶机构对垃圾桶的宽度尺寸W显得极为敏感，若在图5状态下，W尺寸急剧减小，例如240 L垃圾桶的宽度尺寸W一般要比120 L垃圾桶大150 mm左右，若只靠滑槽装置调节，显然无法同时满足宽度尺寸差距极大垃圾桶的限位，此时只需挪动拉簧固定座在短摆臂上的安装位置即可满足（见图13）。

图13 各尺寸垃圾桶的安装位置图

4 结语

目前随着国家对环保方面的投入越来越大，各城镇、乡村都在采购环卫车以及配套的垃圾桶，一般一个城镇或乡村的垃圾桶都是来自同一个供应商，基本不会出现两种甚至多种规格的垃圾桶，这也极大提高了本可调式挡桶机构的实用性，客户若使用配备本机构的环卫车，只需初次对可调式挡桶机构进行调节即可。

采用该可调式挡桶机构，结构紧凑，调节方便，能在垃圾桶卸料终了状态时，对垃圾桶进行限位，极大地减小了“甩桶”动作，提高了使用安全性；减小了垃圾桶的磨损问题，延长垃圾桶使用寿命，进而降低客户的使用成本。