胡志國

利辛縣江淮揚(yáng)天汽車有限公司 安徽亳州 236700

一款小型車廂可卸式垃圾車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

胡志國

利辛縣江淮揚(yáng)天汽車有限公司 安徽亳州 236700

介紹了一款小型車廂可卸式垃圾車的主要組成部件的結(jié)構(gòu)、車輛的工作過程和原理，并對(duì)其液壓系統(tǒng)工作壓力進(jìn)行了分析計(jì)算。

車廂可卸 垃圾車 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的逐步提高，城鄉(xiāng)垃圾污染已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，對(duì)垃圾的收集、轉(zhuǎn)運(yùn)和處理也得到了高度重視。車廂可卸式垃圾車，以一輛車可配多只垃圾箱且運(yùn)輸效率高的強(qiáng)大優(yōu)勢，在眾多垃圾車品種中脫穎而出，占據(jù)著較大的市場份額。本文針對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)3～8 m3垃圾箱的一款小型車廂可卸式垃圾車，介紹其組成部分、各部件的結(jié)構(gòu)、車輛工作過程和原理，以及液壓系統(tǒng)工作壓力的分析計(jì)算方法。

2 結(jié)構(gòu)組成

如圖1所示，車廂可卸式垃圾車主要由二類底盤、副車架總成、連接架總成、鉤臂總成、鎖箱機(jī)構(gòu)、支撐滾輪總成和液壓系統(tǒng)等組成。

2.1 副車架總成

副車架總成由縱梁、油缸座橫梁、尾轉(zhuǎn)座橫梁、連接架支撐梁、垃圾箱支座、支腿缸支座梁、支撐滾輪安裝座等部件焊接而成，如圖2所示?？v梁采用Q345低合金錳鋼壓制而成，其內(nèi)側(cè)設(shè)置有方形孔，通過鎖箱機(jī)構(gòu)可將連接架總成與副車架總成連成整體；油缸座橫梁為矩形管結(jié)構(gòu)，其上焊接有用于安裝液壓系統(tǒng)主臂油缸的油缸座板；尾轉(zhuǎn)座橫梁上焊接有轉(zhuǎn)座板，通過銷軸與連接架鉸接；連接架支撐梁用于支撐連接架總成，以避免連接架總成前端落下；垃圾箱支座與垃圾箱導(dǎo)軌下平面接觸，用于支撐垃圾箱；支腿缸支座梁用于安裝驅(qū)動(dòng)支撐滾輪總成的支腿油缸。左右各一件的支撐滾輪安裝座位于尾轉(zhuǎn)座橫梁下面，通過銷軸與支撐滾輪總成鉸接。

2.2 連接架總成

連接架總成由縱梁、前軸套、鎖箱滑軸、滾輪支撐軸、后軸套等部件焊接而成，如圖3所示?？v梁采用矩形管制作；前軸套用于安裝鉤臂總成，通過銷軸與鉤臂總成鉸接；鎖箱滑軸用于安裝鎖箱機(jī)構(gòu)中的鎖箱滑套；滾輪支撐軸兩端安裝有滾輪，在吊裝垃圾箱時(shí)，滾輪外圓表面與垃圾箱導(dǎo)軌下平面相接觸，并帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)；后軸套與副車架總成中尾轉(zhuǎn)座橫梁上的轉(zhuǎn)座板通過銷軸鉸接，實(shí)現(xiàn)連接架總成與副車架總成之間的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.3 鉤臂總成

鉤臂總成由拉鉤、豎臂、橫臂、主臂缸軸套、翻轉(zhuǎn)軸套等焊接而成，如圖4所示。拉鉤用于吊裝垃圾箱；主臂缸軸套與液壓系統(tǒng)中主臂油缸用銷軸鉸接；翻轉(zhuǎn)軸套與連接架總成中的前軸套用銷軸鉸接，實(shí)現(xiàn)鉤臂總成與連接架總成之間的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.4 鎖箱機(jī)構(gòu)

鎖箱機(jī)構(gòu)包括左右各一只鎖箱滑套和鎖箱油缸等。圖5a所示，為車輛橫向剖視圖。鎖箱滑套安裝在連接架總成中的鎖箱滑軸上，兩者可以在小范圍內(nèi)相對(duì)滑動(dòng)。鎖箱油缸為雙作用雙輸出活塞式油缸。鎖箱滑套由上鉤、下鉤、鎖箱缸安裝座和滑套焊接而成，如圖5b所示。鎖箱缸安裝座用于安裝鎖箱油缸。鎖箱油缸放置在連接架總成中鎖箱滑軸中間部位的限位塊槽內(nèi)。垃圾箱底部有兩道導(dǎo)軌，為開口向外的槽鋼制成。

圖5(a)所示的鎖箱滑套為收縮狀態(tài)，下鉤脫開副車架中的方形孔，上鉤嵌入垃圾箱導(dǎo)軌槽內(nèi)，連接架與垃圾箱形成整體，鎖箱機(jī)構(gòu)為鎖定狀態(tài)。圖5(b)所示的鎖箱滑套為伸出狀態(tài)，下鉤嵌入副車架中的方形孔，上鉤脫開垃圾箱導(dǎo)軌，垃圾箱與連接架分離，連接架與副車架形成整體，鎖箱機(jī)構(gòu)為解鎖狀態(tài)。

2.5 支撐滾輪總成

支撐滾輪總成由支撐滾輪架、支腿缸軸、支撐滾輪軸、支撐滾輪等組成，如圖6所示。支撐滾輪架上部有安裝孔，與副車架總成中支撐滾輪安裝座用銷軸鉸接。支腿缸軸與液壓系統(tǒng)中的支腿油缸活塞桿頭部的安裝孔相配合。支撐滾輪通過支撐滾輪軸與支撐滾輪架鉸接。

2.6 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)包括液壓油箱、吸油過濾器、齒輪泵、多路換向閥、平衡閥、主臂油缸、液壓鎖、鎖箱油缸、支腿油缸等組成[1]，其職能符號(hào)如圖7所示。吸油過濾器安裝在液壓油箱上，齒輪泵安裝在底盤取力器上，主臂油缸為雙作用活塞式結(jié)構(gòu)；平衡閥與主臂油缸連接，用于防止吊裝垃圾箱時(shí)因背壓導(dǎo)致鉤臂和垃圾箱快速跌落而造成結(jié)構(gòu)件損壞；鎖箱油缸為雙作用雙輸出活塞桿式結(jié)構(gòu)，液壓鎖與鎖箱油缸連接；支腿油缸為雙作用活塞式結(jié)構(gòu)，為簡化結(jié)構(gòu)，減少油管數(shù)量，支腿油缸的頭部集成有液壓鎖。

3 工作原理

車廂可卸式垃圾車的工作過程如圖8所示。在初始狀態(tài)時(shí)，鉤臂總成落在副車架上，鎖箱機(jī)構(gòu)為鎖定狀態(tài)，支撐滾輪總成為收起狀態(tài)。汽車啟動(dòng)，接合取力器，帶動(dòng)齒輪泵運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪泵泵出的液壓油經(jīng)過多路換向閥返回油箱，車輛處于待工作狀態(tài)。

車廂可卸式垃圾車的整個(gè)工作過程如下：

a.放下支撐滾輪、鎖箱機(jī)構(gòu)解鎖。扳動(dòng)多路換向閥的手柄，齒輪泵泵出的高壓油經(jīng)過多路換向閥后分成兩路，一路經(jīng)過液壓鎖流入鎖箱油缸的無桿腔，推動(dòng)兩端的活塞桿伸出，鎖箱機(jī)構(gòu)解鎖，連接架總成與副車架總成形成整體，另一路流入帶液壓鎖的支腿油缸的無桿腔，將支撐滾輪放下。

b.放下鉤臂。扳動(dòng)多路換向閥的另一手柄，高壓油經(jīng)過多路換向閥、雙向平衡閥流入主臂油缸無桿腔，活塞桿伸出，鉤臂總成向后翻轉(zhuǎn)，鉤臂被放下。

c.吊裝垃圾箱。向后倒車，使鉤臂總成中的拉鉤位于垃圾箱吊鉤的正下方，然后操作多路換向閥，主臂油缸活塞桿縮回，鉤臂總成向前翻轉(zhuǎn)，垃圾箱前端被吊起，垃圾箱的后端在地面上滾動(dòng)，直到垃圾箱導(dǎo)軌下平面與連接架總成上安裝的滾輪接觸，垃圾箱后端離開地面。繼續(xù)操作多路換向閥，垃圾箱即被吊裝落在副車架總成中的垃圾箱支座上。

d.收起支撐滾輪、鎖箱機(jī)構(gòu)鎖定。反方向扳動(dòng)多路換向閥手柄，即可收起支撐滾輪、鎖箱機(jī)構(gòu)鎖定。

e.舉升卸料。由于鎖箱機(jī)構(gòu)為鎖定狀態(tài)，連接架總成與垃圾箱形成整體。操作多路閥，主臂油缸活塞桿伸出。此時(shí)鉤臂總成、連接架總成、鎖箱機(jī)構(gòu)和垃圾箱同時(shí)繞副車架總成中尾轉(zhuǎn)座橫梁上的銷軸中心線向后翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)舉升卸料。

f.垃圾箱回落。

g.放下支撐滾輪、鎖箱機(jī)構(gòu)解鎖。

h.放下垃圾箱。

i.收起鉤臂。

j.收起支撐滾輪、鎖箱機(jī)構(gòu)鎖定。

4 液壓系統(tǒng)工作壓力計(jì)算

4.1 液壓系統(tǒng)工作壓力狀態(tài)

在液壓系統(tǒng)的主臂油缸、鎖箱油缸和支腿油缸中，主臂油缸的受力最大，故液壓系統(tǒng)工作壓力計(jì)算時(shí)主要考慮主臂油缸的載荷。在鉤臂動(dòng)作全過程中，共有三處液壓系統(tǒng)壓力出現(xiàn)峰值：a.開始吊起滿載的垃圾箱，垃圾箱前端離開地面時(shí)；b.吊裝滿載的垃圾箱過程中，垃圾箱后端也離開地面時(shí)；c.剛舉升卸貨時(shí)。經(jīng)過計(jì)算對(duì)比，通常在a狀態(tài)時(shí)，油缸的拉力最大，故選擇此狀態(tài)來計(jì)算液壓系統(tǒng)的最大工作壓力。圖9所示為此時(shí)的工作狀態(tài)。

4.2 液壓系統(tǒng)工作壓力計(jì)算

圖10(a)為鉤臂的受力分析圖，F(xiàn)為垃圾箱對(duì)拉鉤的拉力，N為主臂油缸的拉力，A為鉤臂的翻轉(zhuǎn)軸中心。圖10(b)為垃圾箱的受力分析圖，G為垃圾箱滿載時(shí)重力，F(xiàn)′為拉鉤對(duì)垃圾箱的起吊拉力（與F互為作用力與反作用力），B為后滾輪中心。

由ΣMA(F)=0得[2]：

由ΣMB(F)=0得[2]：

由于F=F′，故：

當(dāng)主臂油缸為單只時(shí)，液壓系統(tǒng)最大工作壓力為：

式中，A為主臂油缸有桿腔的工作面積，D為主臂油缸內(nèi)徑，d為主臂油缸活塞桿直徑。

考慮到壓力損失和運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的摩擦阻力等，通常齒輪泵的額定壓力應(yīng)大于1.2p，多路換向閥中的溢流閥設(shè)定壓力應(yīng)在1.2p與齒輪泵額定壓力之間。

5 結(jié)語

通過對(duì)該款車廂可卸式垃圾車投放市場的跟蹤調(diào)查來看，該車結(jié)構(gòu)合理、性能可靠。同時(shí)對(duì)液壓系統(tǒng)壓力進(jìn)行測試，與計(jì)算值相符，表明上述液壓系統(tǒng)工作壓力計(jì)算方法是正確的。

[1] 馬勝剛.液壓氣壓傳動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2] 謝傳峰,王琪.理論力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2009.

Structure and Design of A Small-scale Detachable Container Garbage Collector

HU Zhi-guo

A small-scale Detachable Container Garbage Collector was introduced, including its main components, the structure of the various parts, and the working process and the principle of the vehicle.Its Hydraulic System's work pressure was analyzed and calculated.

detachable container; garbage collector; structure design

U469.6+91.03

A

1004-0226(2016)06-0095-04

胡志國，男，1976年生，工程師，現(xiàn)從事專用汽車設(shè)計(jì)工作。

2016-01-31