06S OU技朮论1石T ECH NIC FORUM
SPECIAL PURPOSE VEHICLE
Checking Calculation of H ydraulic System of B arrel Turning Lifting
Mechanism of Sanitation Truck
王月岭I孔云红I王文豪I田贵峰$
WANGYue-ling et al
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L 1•中通新能源汽车有限公司山东聊城252000
2•山东时风（集团）有限责任公司山东聊城252000
摘要：针对具有垃圾收集和运输的环卫专用车辆，由装备翻桶提升机构的上装安装在特
定底盘上来完成桶装垃圾的上料装载功能。对其装载作业时间或速度进行理论计算分析，
以确定能否满足经济使用要求；对提升机构各作业状态进行详细的受力分析，以校核计算
翻桶油缸压力能否满足液压系统设定的压力。由此总结出一种翻桶提升机构液压系统校
核计算的方法。
关键词：翻桶油缸提升机构受力分析液压系统校核计算
Abstract For the environmental sanitation special purpose vehicle with garbage collection
and transportation,the loading and loading function of barreled garbage is completed by
installing the top mounted with bucket tipping lifting mechanism on the specific chassis.
The theoretical calculation and analysis of the loading operation time or speed can meet the
requirements of economic use;the detailed stress analysis is carried out for each working
state of the lifting mechanism to check whether the drum turning cylinder pressure meets
the set pressure of the hydraulic system;thus,a checking calculation method for the
hydraulic system of the bucket lifting mechanism is summarized.
Key words barrel turning cylinder;lifting mechanism;force analysis;hydraulic system;
check calculation
中图分类号:U469.7文献标识码:A文章编号：1004-0226(2021)06-0062-06
第一作者：王月岭，男，1975年
生，高级工程师，从事专用汽车
设计工作。
1前昔
目前，随着环卫专用车辆的快速发展及广泛应用，环
卫集运车虽然已发展为可以装配不同规格的垃圾桶，但是
其专用翻桶提升机构多沿袭或借用同一套液压系统元件，
如液压油泵、液压阀组、液压油缸等。这就往往存在着“小
马拉大车”或“大马拉小车”，以及机构作业速度过快或过慢
等不匹配现象，极易造成机构疲劳损坏、液压系统故障或
降低作业效率，导致车辆的使用寿命和效果大打折扣。为
解决翻桶提升机构在车辆作业过程中存在的上述问题，研
究出了一种翻桶提升机构液压系统校核计算的方法。
2翻桶提升机构液压系统校核计算方法思路
一般情况下，开发一款新车型，首先要根据工况、负
载、作业速度及时间要求，进行一系列的设计计算，得出液
压系统流量值、压力值、油缸缸径值等关键参数的指标，然
后反算校核第一步的正确性及优化方向。这种方法是对产
品的升级换代进行性能优化提升时所采用的一种液压系
统某一特例回路校核的计算方法。为了便于表达和说明，
以某型号全推铲自装卸式垃圾车这一具体车型作为实例，
其翻桶提升机构相较于后门密封机构和推铲推挤卸料机
构而言，具有动作较为复杂、运动更为频繁的特性，故对其 翻桶提升机构的液压系统校核计算方法进行详细的介绍。
2.1确定研究对象
这款用于生活垃圾收集而广泛使用的全推铲自装卸
式垃圾车，主要作业装置有侧翻桶提升机构的提升、倾倒、
落桶；后门的开启、关闭、锁紧，推铲往复压缩和卸料。
这三大总成的动作中以翻桶提升机构最为关键，负责
桶装垃圾的频繁装载作业（满载时可装载60桶240 L 垃圾）。 该机构能否平稳、安全、可靠的运行，将直接影响到上装的
整体性能。翻桶提升机构的组成及液压系统原理如图1、图
2所示。其工作原理是翻桶油缸驱动提升架，提升架的转动
带动拉杆和滑动架，使支撑架和提桶架沿导轨先上行和后
翻转运动，滑动架上升到其上的挂桶板与垃圾桶前边缘接
触，提桶架压紧垃圾桶的上边缘，继续上行到轨道弯弧处， 提桶架在提升架、拉杆、滑动架、支撑架的共同作用下，将
沿复合轨迹向上翻转，从而将垃圾桶内的垃圾倾倒至收集
车箱内。随提升架一起运动的挡桶架其作用在于防止垃圾
桶因惯性前翻造成损坏。
提桶架
翻桶油缸提升架
支撑架滑动架
胃动架
翻噸油缸挡桶架摩升架
拉杆冷桶架/：痙圾桶
图1翻桶提升机构（垃圾桶初始状态）
2.2作业时间校核计算
2.2.1翻桶提升机构相关技术参数的确定
查阅有关车辆技术资料，根据该产品型号以及采用
的底盘型号，确定其底盘发动机怠速、PT O 转速和变速箱
取力器的速比等相关参数（如表1）。
表1翻桶提升机构校核计算相关参数
转速r /min
PTO 油门加速n =1 500 怠速n 2=800
变速器速比i
1.5
油泵排量Q ，
mL/r
25
油泵容积效率，
%
>92
油泵流量Q ，
L/min
2312.27
翻桶机构作业
时间
理论值实测值理论值实测值
上升时间，
6.02 6.14 1.2812.06
下降时间， 3.59 4.64 6.737.25
2.2.2齿轮油泵相关性能参数的确定
分析车辆上装液压系统原理，确定液压油泵的规格
型号CBN-F525-BFHL ，并查阅供应厂家的样本，可计算得
出表1中齿轮油泵的相关性能参数。相关的齿轮油泵流量
Q 的计算公式为：
Q =q x n x92%/1 000
（1）
式中，为泵或马达的几何排量，取q =25 mL/r ；取力器速比
i =1.5；n 为转速（n=n ]/i ），令也为PTO 设定油门加速的转速
（取n 1 = 1 500 r/min ），令n 2为发动机怠速（取n 2=800 r/min ）。
由式（1）可计算出PTO 的齿轮泵流量0=23 L/min 。同 理，怠速的齿轮泵流量@=12.27 L/min 。
2.2.3翻桶提升机构油缸动作及个数的确定
通过对液压油泵的流量计算，可确定对应的翻桶提
升机构油缸动作及个数，进行流量分配。
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由图2可知：翻桶缸杆伸出，提升机构上行；翻桶缸杆缩回，对应提升机构下落；翻桶油缸呈左右对称成对使用，
每只油缸流量各占1/2。
2.2.4翻桶提升机构油缸参数的确定
翻桶油缸参数如表2所示，对油缸无杆腔和有杆腔截面积进行计算，并根据油缸的速度和流量公式，推导出翻
桶油缸驱动执行机构的作业时间。
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缸径,mm申63申50
A=n O2/4
杆径,mm爭40
D为液压缸有效活塞
直径,cm
行程S,mm370
无杆腔截面积41,cm231.16019.625A i=n D2/4
有杆腔截面积A2,cm218.6007.065A2=n(D2—^)/4
a.液压缸速度r的关系式
V=10Q/A（2）
式中,Q为液压缸流量,L/min。
b.液压缸流量Q的关系式汽车取力器
Q=V x A/10=60A x S/（10t）（3）
式中，V为液压缸速度,m/min；S为液压缸行程,m；t为液压
缸往返时间，。
c.油缸活塞杆伸出和缩回时间t的关系式
由式（3）得出：
t=60AxS/（10Q）=6A x S/Q（4）
d.翻桶上翻t i和下翻时间t2的关系式
t=6A^S/Q（5）
t2=6A2x S/Q（6）
PTO在油门加速状态下（Q i=23L/min，两只油缸成对
使用，每只油缸流量各占1/2）。由式（5）和式（6）可得，翻桶
上翻时间"i=6A,x S/（Q/2）=6.02s；翻桶下翻时间：
t2=6A2x S/（Q,/2）=3.59s。
同理，在怠速状态下（Q2=12.27L/min，每只油缸流量
各占1/2），=6A]x S/（Q/2）=11.28s；；,=6A2x S/（Q/2）=6.73s。
2.2.5实用性和经济性评价
将怠速与油门加速状态下的作业时间与实际参数对
照，确定能否满足实用性和经济性要求。
由表1翻桶机构动作数据可知，理论计算结果与实际
测量结果十分相近，完全可根据理论值作为车辆专用机构
参数依据。根据实际操作，翻桶下落速度不能太快，否则容
易损坏垃圾桶，故在其回路上设置有单向节流阀，以调节
到满意的速度要求。需要指出的是，为提高工作可靠性，适
宜低速作业；为提高车辆经济性，降低使用运行成本，翻桶
机构作业适宜在怠速状态下进行。
综合考虑，实际上翻桶上升时间在12s左右，翻桶下
落时间在7s左右最为理想。
2.3液压力校核计算
在专用汽车的设计过程中，除了要对机械和结构件
做出正确的设计外，为动作提供动力的液压件同样需要做
好选型和设计。故对翻桶提升机构在各工作状态下进行受
力分析，分别计算翻桶提升机构在提升垃圾桶、翻转垃圾
桶、垃圾桶翻转到一定角度时的油缸推力，出机构受力
最大的状态点与系统设定的压力对比，从而校核出液压系
统的选择是否合理。
2.3.1提升垃圾桶时的液压力校核计算
在本实例中，各实体质量设置为:M1=100kg（垃圾含
塑料垃圾桶[41）,M2=26.79kg（提升架），3=25.70kg（滑动
架），4=11.79kg（支撑架），单个M5=7.30kg（拉杆），
M6=74.98kg（提升架）。各机构总成质点位置由三维软件
计算得出，最大系统工作压力为16MPa。
为便于后面的受力分析及力矩计算简洁，根据机构
组成及运动特点，将提升架和滑动架的质量和用M，表示，
即M,=M2+M3；将垃圾、提升架、滑动架和支撑架的质量和
用M o表示，即M o=M1+M2+M3+M40
相应的各重力变量设置为：G，垃圾），G，提升架），
滑动架），G（支撑架），G,（拉杆），G,（提升架）；令
G0=G1+G2+G3+G4,G7=G2+G3°
G=M x g"相应的各作用力设置为:F1（拉杆拉力）；F2
（油缸推力）；F；（提升架拉力）；F o（滑动架作用于拉杆的水
平推力）。
各铰接点设置为：/（拉杆与提升架旋转点）；B（提升架与箱体焊合连接处旋转点）；C（提桶架前滚轮旋转点）。
垃圾桶初始位置时（如图1）：翻桶油缸缸杆闭合，提桶架、支撑架及滑动架位于导轨最下端，垃圾桶未接触到滑动架上的挂桶板。
垃圾桶刚开始被提升时（如图3），翻桶油缸缸杆伸出一段距离，提桶架、支撑架位于导轨最下端，滑动架上升到其上的挂桶板与垃圾桶接触，受力分析如下。
图3垃圾桶提升示意图
首先，以提升拉杆为研究对象，对拉杆与提升架转臂连接处求转矩，拉杆力矩分析示意图如图4所示。
对旋转/点求转矩（Z0:G o、L1：F o、L5：G5分别是对旋转/点的力臂）:
M0=M1+M2+M3+M4=164.276kg
G0=M0xg=1609.9N
G5=2M5xg=143.08N
图4垃圾桶提升时拉杆力矩分析示意图
由力矩平衡关系：F°x L1=G5X L5+G°x L0F°x 1861=G5x59+G0x121，可得,F0=109.21N。
由F2=F02+G02可得,F=1613.6N。
故可由拉杆受力三角形图求出提升转架对拉杆的拉力F1=1470.8N，同时由角度0.329。可以看出拉杆本身重力
对拉杆两端的力来说很小，可以简化视为二力杆。
其次，以提升架为研究对象，对提升架与箱体焊合连
接处求转矩，提升架力矩分析示意图如图5所示。
图5垃圾桶提升时提升架力矩分析图
对旋转B点求转矩（L‘I G6、L‘I F；,L:F2分别是对旋转
B点的力臂）:
F1＇=F1
G=M6xg=74.98x9.8=734.804N
由力矩平衡关系：
F2xL=G6xL；+F；xL；
在图5实施例中：L=198mm,L；=510mm,L；=1324
mm o
推得F2=11.728kN，故单个翻桶油缸的推力为：
F=F2/2=5.86kN。
由翻桶缸径63mm，无杆腔截面积A1=n D74=3115.67
mm2，可得垃圾桶刚开始提升时单个油缸的压力为：
P=F/A1=1.882MPa[21o
2.3.3翻转垃圾桶时的液压力校核计算
a.垃圾桶即将翻转时（如图6）翻桶油缸的的液压力校
核方法如下。对提桶架前滚轮旋转点C求力矩，其力矩分
析示意图如图7所示。
对旋转C点求转矩（L":F1、厶":G1、L；:G4L7":G7分别是对
旋转C点的力臂）：
在图6中，G1=M1xg=980N，G7=（M2+M4）xg=514.363
N,G3=M xg=115.542N；L"=96mm,L；=577mm,L,"=259
mm，L＂=215mm。
由力矩平衡关系：
F1x L1"=G1x L1"+G7x L；+G4x L4"
推得拉杆拉力：F1=7536.683N。
b. 以提升架为研究对象，对提升架与箱体焊合连接处
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旋转点3求转矩，其力矩分析示意图如图8所示。
S
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图6垃圾桶即将翻转时示意图
厶1”
图7提桶架前滚轮旋转点力矩分析
图8垃圾桶即将翻转时提升架力矩分析图
对旋转3点求转矩（L:F丄:FUG、；:G§分别是对
旋转3点的力臂）：
在图8中G拉杆=2M5x g=143.08N，
G6=M x g=74.98x9.8=734.804N,F「=F]=7536.683
N,L=163mm，L；=848mm，L；=92mm，L；=976mm
由力矩平衡关系：
F2x L=G5x L5，+G6x L；+F i，x L i
推得F2=46286.726N，故单个翻桶油缸的推力尸=
23143.363N。
由翻桶缸截面积A i=n D'/4，可得垃圾桶翻转时单个油
缸的压力为：
P=F/A尸7.428MPa
2.3.4垃圾桶翻转至」定角度时的液压力校核计算
垃圾桶翻转至一定角度时（如图9），翻桶油缸的的液
压力校核方法如下。
图9垃圾桶翻转到31。时提升架力矩分析图
图9中:L=227mm,L；=691mm,L7=355mm,L4=236
mm，L=153mm,L5=838mm,L6=45m m，L]=
1019mm
同理，按章节2.3.3步骤方法计算，以旋转点C求力矩。
由力矩平衡关系：
F1x L"=G1x L1"+G7x L7"+G4x L4"
推得尺=3907.695N
以旋转点3求力矩：
F2x L=G5x L5，+G6x L；+F1，x L1
推得F=27025.545N,F=13512.773N。
由翻桶缸截面积A1=n D2/4可得垃圾桶翻转到某一角
度状态单个油缸的压力为：
P=FJA尸4.337MPa
2.3.5垃圾桶翻转至最大角度时的液压力校核计算
垃圾桶翻转到最大角度时（如图10），求翻桶油缸的
压力。
此时，图10为翻桶油缸最大行程的提升架力矩分析
图。同理，按章节2.3.3步骤方法计算。
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