柏立志

江蘇悅達(dá)專用車有限公司 江蘇鹽城 224007

1 前言

后裝壓縮式垃圾車的傾倒裝置是把垃圾桶中的垃圾倒入車內(nèi)料斗中的主要收集裝置。其通常的工作方法是用液壓油缸作為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，以合適的掛桶高度及傾倒角度，將裝有垃圾的垃圾桶從地面抓起、提升，再把垃圾倒入料斗中，然后返回。本文將重點(diǎn)介紹液壓油缸驅(qū)動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)對(duì)垃圾桶傾倒裝置的作用。

2 工作原理

2.1 工作條件和工作要求

壓縮式垃圾車已成為越來越普遍的垃圾收集車輛。通常存放垃圾的容器為塑料桶和圓鐵桶，塑料桶的容量主要有120 L、240 L和660 L等，其對(duì)掛齒高度要求的范圍約為810～950 mm。而容量為1 100 L的超大塑料垃圾桶一般需要帶鉤長臂進(jìn)行鉤取。圓鐵桶的容量約為250 L，其對(duì)掛鉤高度要求的范圍是520～620 mm。

傾倒裝置的工作動(dòng)力來源于液壓系統(tǒng)。在液壓油缸的驅(qū)動(dòng)過程中，傾倒裝置將垃圾桶提升到一定的高度后，垃圾桶開始實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，與此同時(shí)，傾倒裝置的壓板部分將垃圾桶有效壓緊，以防止垃圾桶脫落；當(dāng)翻轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，垃圾便傾卸到垃圾箱后部的料斗中；再將垃圾桶反向送回地面。工作過程如圖1、2所示。

2.2 工作原理

根據(jù)傾倒裝置的工作條件和工作要求，可以通過一組四桿機(jī)構(gòu)和一組凸輪機(jī)構(gòu)的巧妙結(jié)合而實(shí)現(xiàn)其功能。

圖3為一組四桿機(jī)構(gòu)，一桿代表傾倒架(含掛齒)，該桿必須滿足一定的傾倒角度和掛桶高度要求；一桿代表安裝在車身后部的支座，為固定桿；一桿代表搖臂，為主動(dòng)桿；一桿代表拉桿，使傾倒架翻轉(zhuǎn)。

圖4為一組凸輪機(jī)構(gòu)，由凸輪、壓板、滾子和彈簧等組成。在翻轉(zhuǎn)的過程中，由壓板將垃圾桶壓住，防止垃圾桶在傾倒過程中脫落；在返回的過程中，壓板轉(zhuǎn)到一定的角度后張開，可將垃圾桶取出(此時(shí)回到起始工作狀態(tài))。壓板的開合由彈簧和凸輪控制，壓板的張開由彈簧控制，在彈簧的彈性限度范圍內(nèi)，使壓板始終保持張開的狀態(tài)，同時(shí)還使安裝在壓板上的滾子始終與凸輪貼合；壓板的閉合由凸輪驅(qū)動(dòng)滾子，由滾子驅(qū)動(dòng)壓板，壓板克服彈簧拉力而實(shí)現(xiàn)閉合。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 四桿尺寸的選取

通過AutoCAD圖形軟件進(jìn)行模擬，取得四桿的最佳尺寸，然后利用軟件中的塊功能，將每一桿所代表的部件制作成塊，并將簡化成的四桿以粗實(shí)線的形式放置在塊中，以便在模擬的過程中更直觀。從初始位置開始，主動(dòng)件搖臂每轉(zhuǎn)5°(根據(jù)需要而定，如果為了更精確地獲得尺寸，還可以取更小的轉(zhuǎn)角)，觀察傾倒架和拉桿每一角度值所處的位置，看能否滿足所需要的傾倒角度和掛齒高度。如不能滿足，調(diào)整代表支座的固定桿兩端點(diǎn)位置和4個(gè)桿長度，再觀察所得到的傾倒角度和掛齒高度是否滿足要求。這個(gè)調(diào)整過程可能需要多次反復(fù)的進(jìn)行，以求得最佳的四桿尺寸。圖5為多次調(diào)試后選取的一組四桿尺寸。

3.2 油缸的布置

為了使油缸受力均衡，所受的力臂在油缸最小收縮位置和最大伸出位置處應(yīng)盡量相同或盡可能接近，并依此確定油缸的布置方向。由于油缸有著制造上的行程限制范圍，也受制于車輛上裝布置空間的限制，油缸的力臂不宜取得太小，因此油缸支點(diǎn)在搖臂上的位置往往需要經(jīng)多次調(diào)整后才能最終確定。

3.3 油缸和拉桿的受力計(jì)算

四桿機(jī)構(gòu)尺寸確定后，搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度便能得到相應(yīng)的確定。根據(jù)搖臂上連接油缸的支點(diǎn)到搖臂旋轉(zhuǎn)中心的距離，即可決定油缸的行程范圍和各個(gè)位置處油缸力臂的大小。通常剛提起垃圾桶時(shí)負(fù)載最大，也是油缸受力最大之時(shí)，主要原因是垃圾桶和桶自重形成的力臂最大。根據(jù)垃圾桶滿載時(shí)的自重和傾倒裝置的自重，可以計(jì)算出油缸所需提供的最大頂出力的大小。然后根據(jù)液壓系統(tǒng)所提供的液壓油壓力，可以計(jì)算出油缸所需要的筒徑和桿徑。

現(xiàn)以提取1 100 L垃圾桶為例，假設(shè)桶中以盛滿的水視為垃圾桶的載荷質(zhì)量(11 kN)，桶自重0.25 kN，傾倒架自重1.5 kN，長臂自重0.4 kN，搖臂自重0.4 kN。在計(jì)算油缸時(shí)，以支座上轉(zhuǎn)軸為支點(diǎn)，油缸頂出力的力矩和垃圾桶等重力的力矩相等。在計(jì)算拉桿時(shí)，以搖臂上左側(cè)軸孔中心為支點(diǎn)，拉桿拉力的力矩和垃圾桶等重力的力矩相等。可利用EXCEL軟件中的公式功能分兩種情況計(jì)算：一是垃圾桶初始被提起之時(shí)各個(gè)力的力臂(圖6)；二是傾倒架處在接近水平位置時(shí)各個(gè)力的力臂(圖7)；計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 垃圾桶處在兩種工況下初始提起時(shí)的油缸和拉桿的計(jì)算結(jié)果

4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

4.1 傾倒角度

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，為了達(dá)到垃圾傾倒干凈的目的，在最終傾倒位置(最大翻轉(zhuǎn)角位置)時(shí)，垃圾桶下側(cè)面與水平面的夾角不應(yīng)小于45°，以48°～55°為宜。該角度主要由傾倒裝置上的傾倒架角度來保證。

4.2 傾倒架

在設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能加大掛齒的高度范圍，使傾倒裝置能夠適合提取多種規(guī)格的垃圾桶，以增強(qiáng)其適用范圍。在傾倒架上，若添加用于懸掛鏟斗的支耳，就可以為傾倒裝置配上鏟斗(如圖8)；若添加專門針對(duì)圓鐵桶設(shè)計(jì)的掛鉤，就可以提取鐵桶(如圖9)。此掛鉤可以焊接在傾倒架上，或可以通過螺栓裝配在傾倒架上；若加裝專門針對(duì)大容量塑料桶設(shè)計(jì)的長臂，就可以用來裝掛1 100 L或660 L塑料桶(如圖10)。通過這些組合，便可以設(shè)計(jì)出既能掛塑料桶，也能掛鏟斗，還能掛鐵桶的多功能傾倒裝置。

4.3 拉桿

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，拉桿長度對(duì)傾倒角度極其敏感，所以將其孔距要求控制在0.1 mm之內(nèi)。為保證孔距精度，對(duì)拉桿的孔位采用線切割加工。

4.4 凸輪

為了保證凸輪有效工作，凸輪自身的基準(zhǔn)和工作尺寸之間的定位關(guān)系、凸輪與其他組件之間的定位須準(zhǔn)確，以保證凸輪整體的高精度。另外，凸輪表面需要進(jìn)行淬火處理。

4.5 滾子和彈簧

滾子始終處于受壓狀態(tài)，特別在壓住垃圾桶之后所受的壓力最大，曾出現(xiàn)過滾子被壓碎的情況。所以滾子應(yīng)選擇相對(duì)厚實(shí)的鋼材制作，并需要進(jìn)行淬火處理。彈簧的位置，應(yīng)布置在便于安裝和現(xiàn)場維修調(diào)整處。

5 結(jié)語

該傾倒裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵主要在于尋找一個(gè)適合指定車型的四桿尺寸和一個(gè)合適的凸輪。四桿尺寸的精度控制對(duì)整個(gè)傾倒裝置的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和檢驗(yàn)來說，是最為關(guān)鍵的一環(huán)。凸輪形狀及凸輪和傾倒架等其他部件的相對(duì)位置關(guān)系也很重要。設(shè)計(jì)時(shí)，除需要特別注重強(qiáng)度和可靠性之外，還要考慮到零部件加工方法及精度的可行性，以及零部件在焊接和裝配時(shí)的方便性，同時(shí)，盡量選用型材，減低材料對(duì)產(chǎn)品成本的占用等。

通過上述方法設(shè)計(jì)出的傾倒裝置，目前已實(shí)現(xiàn)了系列化，可滿足用戶的多樣化需求。