后裝壓縮式垃圾車提筒機構的分析與設計

后裝壓縮式垃圾車主要由帶推鏟的車廂和尾部填塞器組成，是一種能將垃圾自行裝入、轉運和推卸的專用汽車[1]，主要用于收集、轉運可壓縮垃圾。本文所介紹的提筒機構是在后裝壓縮式垃圾車尾部填料口處加裝的一種自動提升和傾翻標準垃圾筒的機構，為司機獨自完成垃圾的收運工作提供了便利。本提筒機構在BZ5150ZLJ和BZ5160ZYS型后裝壓縮式垃圾車中得到應用，它是針對原提筒機構（結構形式類似于本機構）在實際使用中，多處構件不同程度與軸干涉的問題而進行的重新設計。解決了原提筒機構因無法正確描述垃圾筒的運動軌跡，導致機構鉸鏈點的錯誤確定而造成的使用可靠性低的問題。
1機構分析
該提筒機構裝在BZ5160ZYS（12m3）型后裝壓縮式垃圾車尾部填料口處，填料口尺寸寬1890mm、高1165mm，要完成圖1所示垃圾筒的提升和傾翻動作。它適用于目前市場上銷售的標準垃圾筒：容積120L，自重110.4N，外形尺寸：480mm×555mm×930mm（長×寬×高），裝載重量686N。

圖1標準垃圾筒起始與終點位置
1.1提筒機構的運動分析
圖2是后裝壓縮式垃圾車的提筒機構總成。

圖2提筒機構
提筒機構的工作原理如下：雙作用液壓缸的活塞桿伸出，推動平行四邊形機構運動，直到掛架上的垃圾筒抵住鎖筒座，完成垃圾筒平穩(wěn)提升和鎖緊，如圖3（a）、（b）、（c）所示。液壓缸繼續(xù)施加作用力，整個提筒機構（不包括支撐架，包括垃圾筒）以翻轉架和支撐架的鉸接軸旋轉，直至垃圾傾倒在導流板上，完成垃圾自動傾卸，如圖3（d）、（e）所示。
支撐架焊接在填塞器后橫梁上，用作支承提筒機構。雙作用液壓缸一端鉸接在支撐架上的支座上，一端鉸接在搖桿Ⅰ上。翻轉架通過銷軸鉸接在支撐架上的支座上，翻轉架為槽鋼型式，可將雙作用液壓缸臥在里面，使結構緊湊，且強度較高。翻轉架、搖桿Ⅰ、掛架、搖桿Ⅱ構成一個雙平行四邊形機構，掛架具有平動性，使垃圾筒平穩(wěn)提升。鎖筒座焊接在翻轉架上，用作鎖緊垃圾筒，使垃圾筒翻轉時不會從機構上掉下來。導流板焊接在支撐架上，使垃圾傾倒時容易進入填塞器的料斗中。
1.2提筒機構掛架上任一點（垃圾筒）的運動軌跡
機構的自由度數(shù)W：要使機構實現(xiàn)預期的確定運動，自由度數(shù)W必須滿足下列要求：1）W>0；2）W的數(shù)量等于主動件的數(shù)量。

圖3提筒機構提升傾倒過程
圖4為提筒機構簡圖，圖中A，B，C，D，E，F(xiàn)，G分別為鉸鏈的回轉中心,1，2，3，4為連桿，5是液壓缸活塞桿，6是液壓缸缸筒，7是鉸鏈與支撐架固連。其自由度數(shù):

式中：n——活動構件數(shù)目；
PL——低副數(shù)目；
Ph——高副數(shù)目。
件5和6共同組成的液壓缸是主動件。機構只需操縱雙作用液壓缸，即可完成預定的動作。
采用雙作用液壓缸驅動,可實現(xiàn)反向自鎖,使機構在運送垃圾筒的過程中不會由于自重而自行下落。對機構建立如圖5所示的坐標系。用解析法分析掛架HCD上任意一點H的運動軌跡。

作圖法：過H點做BC的平行線，過B點做CH的平行線交于K點，以K點為圓心、BC（等于L）為半徑做出的圓形就是掛架HCD上點H的軌跡。
從而得出結論：任何一平行四邊形鉸鏈機構都可以用上述的作圖法很容易在計算機的二維平面圖中求出掛架HCD上任意點的軌跡，節(jié)省了設計時間。
因此提筒機構上垃圾筒軌跡（以點H軌跡代表垃圾筒的軌跡）是圖5所示的R1和R2。R2是垃圾筒上點H由初始位置到抵住鎖筒座N點的運動軌跡；R1是垃圾筒上點H抵住鎖筒座N點后，以點A為圓心AH為半徑旋轉到導流板上（即將垃圾傾倒進垃圾車）的運動軌跡。
1.3提筒機構的受力分析
以提筒機構為研究對象進行受力分析，如圖6所示。

圖6提筒機構受力分析
已知提筒機構自身重力G0=1097.6N，因一次可掛兩個垃圾筒，故兩個垃圾筒的自重與所裝垃圾重力之和F2=（110.4+686）×2=1592.8N，液壓系統(tǒng)的工作壓力p=16MPa，動力液壓缸缸徑DY=63mm。對鉸鏈A中心取矩則有：

所以滿足使用要求。
F1的大小是設計液壓缸和選擇液壓缸的依據(jù)和參考。由受力分析可得鉸鏈A點所受到的總作用力：

F3是設計銷軸A和校核結構件的主要參數(shù)。
1.4機構中各鉸鏈位置的確定
提筒機構設計時應遵循下列步驟：
1）根據(jù)翻轉架離地最低點應大于壓縮垃圾車最小離地間隙，確定鉸鏈E的位置；
2）鉸鏈A點需高于填塞器的后橫梁，使機構繞此點翻轉能完成向填塞器中傾倒垃圾的動作，即垃圾筒與水平線的夾角應大于垃圾的安息角35°；
3）鉸鏈B點設在AE的中點處，使結構緊湊；
4）根據(jù)垃圾筒掛口高度應大于掛架H點高度，確定鉸鏈C點位置。從受力、強度、穩(wěn)定性考慮，搖桿BC不易太長，由平行四邊形確定鉸鏈D和鉸鏈F的位置；
5）用作圖法（R1，R2軌跡，如圖5所示）確定鎖筒座N點的位置和導流板位置；
6）根據(jù)圖7、圖8提筒機構初始和終了位置，計算出液壓缸行程，再根據(jù)液壓缸的可制造性（包括活塞高度、油封、防塵罩、缸底厚、缸耳到缸筒的距離、行程等）確定液壓缸的原始安裝中心距，從而確定了液壓缸鉸鏈G點位置；
7）在以上鉸鏈粗定后，運動機構（用作圖法做出機構運動全過程不同位置的圖）和鉸鏈A、鉸鏈B不得與圖7、圖8所示的4個位置的液壓缸外徑干涉，液壓缸外徑不得與圖7所示的支撐架上M點干涉，從而最終確定各鉸鏈位置。

圖7提筒初位置和水平位置圖

圖8提筒鎖緊位置和終了位置圖
注意：如若步驟7）中所述位置發(fā)生干涉，則調整鉸鏈A和鉸鏈G的位置，因鉸鏈A和鉸鏈G的位置直接影響動力液壓缸的安裝空間，是調整鉸鏈與液壓缸外徑、液壓缸外徑與支撐架上M點干涉的最快方法。鉸鏈位置的變化，導致垃圾筒的軌跡、液壓缸的行程發(fā)生變化，需重新檢驗步驟7）中各干涉條件，反復調整鉸鏈，直到解決干涉現(xiàn)象。
2結語
經(jīng)過對原提筒機構的重新設計，修改了原機構的鉸點和結構件，解決了原機構構件與銷軸干涉問題，滿足了使用要求。
提筒機構軌跡作圖法的總結，為其它類含有平行四桿機構的設計、運動校核提供了直觀、精確、簡易的作圖方法，并且在機構各鉸鏈位置的確定過程中，起到了加快設計速度，節(jié)省設計時間的作用。
依據(jù)受力分析，得到動力液壓缸和機構結構件的選擇和設計的理論數(shù)據(jù)。
提筒機構各鉸鏈位置確定的方法，為大小不同、噸位不同的系列后裝壓縮垃圾車的提筒機構的設計提供了可行的方法。因此，本機構的設計過程對含有平行四桿機構設計的探索提高具有一定的借鑒作用。
參考文獻
[1]蔣崇賢，何明輝.專用汽車設計[M].武漢：武漢工業(yè)大學出版社出版，1994.