丁兆青 文

壓縮式垃圾車是城鎮(zhèn)生活垃圾收集與運輸?shù)闹匾b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(gòu)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(qū)發(fā)展極不平衡，壓縮式垃圾車結(jié)構(gòu)、作業(yè)方式及其自動上料機構(gòu)亦千差萬別；即使是同一類型的壓縮式垃圾車，也因生產(chǎn)廠家不同，其結(jié)構(gòu)及性能也迥然不同。隨著現(xiàn)代社會科技的迅猛發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)，壓縮式垃圾車自動上料機構(gòu)創(chuàng)新改進也日新月異。本文雖然無法窮盡具有最新技術(shù)的所有壓縮式垃圾車車型的自動上料機構(gòu)，但是可將國內(nèi)主流壓縮式垃圾車的主要機構(gòu)，作一簡要概括總結(jié)，力求在不同模式的自動裝載上料機構(gòu)中尋求通用性的規(guī)律。

1 自動上料機構(gòu)的分類

根據(jù)壓縮式垃圾車前后裝載上料位置的不同，自動上料機構(gòu)可分為前裝上料式、側(cè)裝上料式和后裝上料式。

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

根據(jù)掛桶數(shù)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(gòu)。

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

根據(jù)簸箕斗結(jié)構(gòu)形式，可分為直驅(qū)式簸箕斗上料機構(gòu)、連桿驅(qū)動式簸箕斗上料機構(gòu)、驅(qū)動拉桿式簸箕斗上料機構(gòu)。

對于非車載式船型垃圾斗自動裝載裝備，可設(shè)置吊臂翻斗上料機構(gòu)。

因前裝及側(cè)裝上料裝置在國內(nèi)使用較少，且裝載上料裝置的部分結(jié)構(gòu)及工作原理同后裝上料裝置相同或類似，故前裝、側(cè)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(gòu)種類繁多，但因雙方桶自動上料機構(gòu)所使用者居多，且其結(jié)構(gòu)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(gòu)作為壓縮式垃圾車上料機構(gòu)的基本機構(gòu)予以重點介紹。

2 前裝壓縮式垃圾車自動上料機構(gòu)

前裝壓縮式垃圾車自動上料機構(gòu)國內(nèi)非常罕見，歐美發(fā)達國家和地區(qū)使用較為廣泛。其驅(qū)動臂與油缸位于駕駛室后部、側(cè)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(yè)過程中橫跨駕駛室，故對上料機構(gòu)強度與剛度的設(shè)計安全系數(shù)要求更高。該上料機構(gòu)優(yōu)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(xiàn)即停即裝即走。掛桶數(shù)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(cè)設(shè)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(jié)流閥、液壓鎖等。

3 側(cè)裝壓縮式垃圾車自動上料機構(gòu)

側(cè)裝壓縮式垃圾車自動上料機構(gòu)裝在車廂的右前下側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動遠距離掛桶、提桶及垃圾傾倒，并能夠根據(jù)不同容積的垃圾桶快捷方便地更換翻桶架，倒入壓縮廂內(nèi)的垃圾經(jīng)刮板壓縮擠壓入車廂內(nèi)，如圖2所示。

壓縮式垃圾車側(cè)裝上料機構(gòu)國內(nèi)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(qū)使用得更為普遍。該上料機構(gòu)功能強大，可適應(yīng)不同容積垃圾桶的掛桶需要。該類上料機構(gòu)若在大噸位車型上使用，其優(yōu)勢更為明顯。

4 后裝壓縮式垃圾車自動掛桶上料機構(gòu)

4.1 雙方桶掛桶上料機構(gòu)

雙方桶自動上料機構(gòu)可同時翻轉(zhuǎn)兩個標準的240 L(或120 L)垃圾桶，是國內(nèi)環(huán)衛(wèi)車輛使用得最為廣泛的上料機構(gòu)，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(gòu)結(jié)構(gòu)總成

雙方桶上料機構(gòu)其主要結(jié)構(gòu)組成為：驅(qū)動液壓缸總成、驅(qū)動臂總成、拉桿總成、掛桶架總成、壓桶凸輪機構(gòu)、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(gòu)設(shè)計

上料機構(gòu)主要設(shè)計參數(shù)：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(xiàn)象及下落過程中的推桶現(xiàn)象，起掛性能更優(yōu)。h一般低于垃圾桶吊掛高度10～30 mm,以使掛桶性能更優(yōu)，最大程度地適應(yīng)垃圾車各種作業(yè)工況，比如臨近滿載時，鋼板彈簧被壓低至100 mm以上時，或?qū)τ诓煌叨鹊睦?，該上料機構(gòu)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(gòu)

液壓缸為雙作用油缸，為上料機構(gòu)提供動力。驅(qū)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(zhuǎn)。在液壓缸的作用下驅(qū)動臂沿填裝器兩側(cè)的回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，帶動掛桶架翻轉(zhuǎn)。

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

壓桶凸輪機構(gòu)固定于通軸上，并隨通軸旋轉(zhuǎn)，其機構(gòu)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(fā)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(fā)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(zhuǎn)終了位置時，保證垃圾桶不會脫落而掉入填裝器內(nèi)，如圖5所示。

根據(jù)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(xiàn)擋桶，究竟采用何種方式，則與垃圾車結(jié)構(gòu)相關(guān)。相對而言，擋桶口的擋桶桿可以更好地保護垃圾桶，現(xiàn)在多數(shù)翻桶機構(gòu)擋桶桿已采用擋桶口的形式。

圖4 雙方桶上料機構(gòu)主要結(jié)構(gòu)組成

圖5 擋桶桿形式

根據(jù)擋桶桿結(jié)構(gòu)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(nèi)側(cè)，無緩沖，不可調(diào)節(jié)，但經(jīng)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(nèi)側(cè)各設(shè)置一擺臂，擺臂固定于左右各自的回轉(zhuǎn)座內(nèi)；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(diào)性擋桶桿，然而其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可調(diào)性大，使用范圍更廣，因其成本高，國內(nèi)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(gòu)操作

雙方桶掛桶上料機構(gòu)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(tǒng)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(zhuǎn)速度較快，效率也高；手動操作為輔，可適時控制翻轉(zhuǎn)速度，避免巨大沖擊及意外情況的發(fā)生，常用于微動調(diào)整或應(yīng)急情況。用戶可根據(jù)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?zhèn)?，既避免了沖擊，又提高了速度，還防止了意外事件的發(fā)生。為提高裝載效率，還設(shè)置了一次循環(huán)及連續(xù)循環(huán)等裝載模式。

4.2 雙圓桶掛桶上料機構(gòu)

國內(nèi)圓形鐵桶規(guī)格不一，無統(tǒng)一標準，其容積通常為360 L，除3 t壓縮式垃圾車外，多數(shù)壓縮式垃圾車均設(shè)計為雙掛桶，如圖7所示。雙圓桶上料機構(gòu)同雙方桶上料機構(gòu)結(jié)構(gòu)與原理相同，其區(qū)別在于掛桶方式的改變。雙圓桶為“H”形掛桶機構(gòu)，即初始掛桶時，“H”形掛桶機構(gòu)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(gòu)翻轉(zhuǎn)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(gòu)下部掛鉤切換鉤住垃圾桶下部圓鋼支架，實現(xiàn)垃圾桶在整個翻轉(zhuǎn)過程中順利翻轉(zhuǎn)與垃圾的傾倒。“H”形掛桶機構(gòu)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(diào)。

圖7 后裝壓縮式垃圾車——雙圓桶雙H式上料機構(gòu)

圓桶掛鉤高度可根據(jù)垃圾桶支架高度確定，一般在510～610 mm范圍。

在圓桶掛桶機構(gòu)中，還有少數(shù)圓桶上料機構(gòu)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(xiàn)掛桶翻轉(zhuǎn)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(gòu)一樣，圓桶掛鉤開口處設(shè)計了隨垃圾桶翻轉(zhuǎn)的防脫桶的凸輪鎖桿機構(gòu)。

從以上兩種掛桶機構(gòu)可以看出，圓桶掛桶機構(gòu)無需設(shè)置壓桶凸輪機構(gòu)，也無需設(shè)置擋桶桿。

4.3 多功能掛桶上料機構(gòu)

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(shè)置多功能掛桶自動上料機構(gòu)，如圖9所示。其主要結(jié)構(gòu)同方桶上料機構(gòu)相同。區(qū)別在于其掛桶架框架內(nèi)部，設(shè)置了沿掛桶架兩側(cè)的導(dǎo)向桿上下滑行(或提升架兩側(cè)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(gòu)

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(xiàn)120 L、240 L雙方桶垃圾桶的夾緊及翻轉(zhuǎn)卸料。

為避免偏載時提升架穩(wěn)定性變差造成系統(tǒng)損壞或可靠性降低，有些上料機構(gòu)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(xiàn)660 L和1 100 L垃圾桶的掛桶上料。在掛桶架兩側(cè)框架后部設(shè)置了機械臂回轉(zhuǎn)裝置。機械臂不用時，將其旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，其叉形開口鉤住660 L或1 100 L垃圾桶兩側(cè)的銷軸，帶動垃圾桶翻轉(zhuǎn)卸料。為防止翻轉(zhuǎn)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(shè)置了自動鎖緊機構(gòu)，該鎖緊機構(gòu)利用鎖緊鉤翻轉(zhuǎn)過程中的質(zhì)心變化，實現(xiàn)鎖緊機構(gòu)的鎖閉和開啟。兩側(cè)機械臂由各自的兩根彈簧拉住回位。

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

4.4 混合桶自動上料機構(gòu)

圖9 后裝壓縮式垃圾車——多功能上料機構(gòu)

有些地區(qū)垃圾桶混雜，240 L標準塑料桶和圓桶垃圾桶并存。為實現(xiàn)上述垃圾桶在同一上料機構(gòu)中翻轉(zhuǎn)卸料，根據(jù)不同垃圾桶的數(shù)量，可在掛桶架上同時設(shè)置雙方桶+單圓桶掛桶架，或雙元桶+單方桶掛桶架，實現(xiàn)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(gòu)，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(gòu)形式，直接在雙方桶上料機構(gòu)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(gòu)

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(shè)置了一次可同時提升翻轉(zhuǎn)3個240 L塑料方桶或3個圓桶的上料機構(gòu)，以滿足不同地區(qū)、不同用戶的多種需求，如圖11所示。

4.6 分體式上料機構(gòu)

分體式上料機構(gòu)就是將通常的雙方桶上料機構(gòu)從中間分開，一拆兩半。左右兩套上料機構(gòu)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(nèi)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(gòu)也將會有較大的增量。

4.7 液壓絞盤上料機構(gòu)

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(zhuǎn)點旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)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(gòu)

圖11 后裝壓縮式垃圾車——3桶上料機構(gòu)

圖12 后裝壓縮式垃圾車——分體式上料機構(gòu)

圖13 后裝壓縮式垃圾車——液壓絞盤上料機構(gòu)

5 簸箕斗上料機構(gòu)

簸箕斗上料機構(gòu)國內(nèi)應(yīng)用得較為廣泛，一般與其他小型垃圾清運設(shè)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(shè)備，這些小收運設(shè)備將收運來的垃圾倒入簸箕斗內(nèi)，再由簸箕斗將垃圾翻轉(zhuǎn)裝入填裝器內(nèi)。根據(jù)油缸與簸箕斗驅(qū)動形式的不同，可分為以下3種：

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

圖14 直驅(qū)式簸箕斗上料機構(gòu)

圖15 連桿驅(qū)動式簸箕斗上料機構(gòu)

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

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

5.1 直驅(qū)式簸箕斗上料機構(gòu)

如圖14所示為直驅(qū)式簸箕斗上料機構(gòu)，其缺點有：初始阻力臂最大，驅(qū)動力臂最小，所需驅(qū)動液壓力大，結(jié)構(gòu)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(qū)動式簸箕斗上料機構(gòu)

連桿驅(qū)動式簸箕斗上料機構(gòu)使用較為廣泛，如圖15所示。簸箕斗容積適中，能滿足多數(shù)工況需求。通過優(yōu)化機構(gòu)設(shè)計，可使整個系統(tǒng)受力合理，自重較輕，簸箕斗美觀度高。因該簸箕斗翻上后質(zhì)心偏后，需加裝簸箕斗鎖緊掛鉤。

5.3 驅(qū)動拉桿式簸箕斗上料機構(gòu)

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

6 吊臂翻斗式自動上料機構(gòu)

吊臂翻斗式上料機構(gòu)位于壓縮式垃圾車的后部兩側(cè)，設(shè)置了類似于龍門架的結(jié)構(gòu)裝置，龍門架上橫梁端部兩側(cè)設(shè)置了吊索拉鏈，可以與垃圾箱兩側(cè)的銷軸連接。吊臂機構(gòu)由填裝器兩側(cè)的雙作用油缸驅(qū)動，實現(xiàn)垃圾箱的吊起或下落，如圖17所示。

為防止垃圾箱翻轉(zhuǎn)時因慣性力或沖擊力太大超過質(zhì)心極限位置而出現(xiàn)意外安全事故，在填裝器內(nèi)側(cè)設(shè)有垃圾箱限位保險裝置。

圖16 直驅(qū)簸箕斗式上料機構(gòu)

為防止作業(yè)過程中出現(xiàn)翹頭現(xiàn)象，在垃圾車后部設(shè)置了支腿裝置。支腿裝置承載力大，穩(wěn)定性高，且設(shè)有自鎖裝置，安全性高，不會出現(xiàn)軟腿、掉腿等現(xiàn)象。

7 結(jié)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(gòu)設(shè)計時需要通盤考慮更多的使用工況及不同的使用范圍，優(yōu)化上料性能，簡化操作，以達到單一上料機構(gòu)就可滿足不同用戶的多功能需求，實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化、通用化及生產(chǎn)的經(jīng)濟性裝配化要求。

圖17 吊臂翻斗式上料機構(gòu)

國外壓縮式垃圾車自動上料機構(gòu)發(fā)展趨勢：外觀設(shè)計精美化、人性化，與整車結(jié)構(gòu)渾然一體，美觀漂亮上檔次；在液壓控制系統(tǒng)和主要裝置的重要部位采取了裝飾與安全防護相結(jié)合的方式；智慧控制系統(tǒng)使數(shù)據(jù)管理、操作智能化更加科學(xué)高效，實現(xiàn)上料機構(gòu)及壓縮循環(huán)智能自動化，增加稱重系統(tǒng)或垃圾箱滿箱傳感器，實現(xiàn)垃圾清運車的高效調(diào)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(gòu)在內(nèi)的壓縮式垃圾車垃圾清運系統(tǒng)性能與功能的契機。