陳 琛，占 海

（深圳東風(fēng)汽車有限公司，廣東 深圳 518109）

0 前言

拉臂車與連體壓縮垃圾廂配套使用，成為城市生活垃圾收集運(yùn)輸?shù)某Ｓ梅绞街?。連體壓縮垃圾廂通常置于城市路邊僻靜角落的垃圾站內(nèi)，用于收集周邊城區(qū)垃圾，并對(duì)收集的垃圾進(jìn)行壓縮處理，通過(guò)拉臂車將連體壓縮垃圾廂運(yùn)往垃圾中轉(zhuǎn)站或垃圾填埋場(chǎng)傾倒。拉臂車運(yùn)載連體壓縮垃圾廂時(shí)有鉤廂、卸料、卸廂的工作流程。本文以拉臂車鉤載連體壓縮垃圾廂在垃圾中轉(zhuǎn)站卸載垃圾時(shí)出現(xiàn)的兩起事故為例，通過(guò)數(shù)據(jù)推算，分析事故原因及現(xiàn)有拉臂車存在的安全可靠性問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題研究改進(jìn)方法。

1 拉臂架的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作互鎖原理

拉臂車由底盤和拉臂架通過(guò)連接件及輔件組成。拉臂架的主要構(gòu)件有：副梁、翻轉(zhuǎn)臂、連接臂、伸縮臂、舉升油缸等，如圖1所示。

圖1 拉臂架的結(jié)構(gòu)組成

拉臂架有兩個(gè)互鎖行程閥：鎖廂行程閥和鎖臂行程閥（見(jiàn)圖2）。鎖廂行程閥位于拉臂架副梁左側(cè)中部；鎖臂行程閥位于翻轉(zhuǎn)臂上靠近廂體鎖緊機(jī)構(gòu)右側(cè)或廂體鎖緊機(jī)構(gòu)下方。

圖2 拉臂架的兩個(gè)互鎖行程閥

拉臂車動(dòng)作互鎖原理：

廂體鎖緊機(jī)構(gòu)處于鎖廂狀態(tài)時(shí)，鎖臂行程閥解鎖，伸縮臂不能動(dòng)作（伸縮油缸油路被切斷），連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)，連接臂/翻轉(zhuǎn)臂/連體壓縮垃圾廂被鎖為一體（卸料體），卸料體在舉升油缸推動(dòng)下可以繞導(dǎo)向輪后下方的轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)，當(dāng)卸料體翻轉(zhuǎn)離開副梁后，鎖廂行程閥被松開，廂體鎖緊機(jī)構(gòu)油缸油路被切斷，廂體鎖緊機(jī)構(gòu)不能動(dòng)作，拉臂車處于卸料狀態(tài)。

廂體鎖緊機(jī)構(gòu)處于解鎖狀態(tài)時(shí)，鎖臂行程閥被壓下，伸縮油缸油路被接通，伸縮臂可以在連接臂內(nèi)滑動(dòng)，連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)處于解鎖狀態(tài)。當(dāng)連接臂繞連接臂/翻轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)離開副梁后，鎖廂行程閥松開，廂體鎖緊機(jī)構(gòu)油路被切斷，廂體鎖緊機(jī)構(gòu)不能動(dòng)作。同時(shí)位于連接臂/翻轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)軸兩端的半圓柱旋入副梁半圓槽內(nèi)，翻轉(zhuǎn)臂被鎖定在副梁上。此時(shí)拉臂車處于鉤廂/卸廂狀態(tài)。

連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)有兩種型式：以吉馬拉臂架為代表的液壓鉤鎖式和以海沃拉臂架為代表的機(jī)械插鎖式（見(jiàn)圖3）。

圖3 連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)的兩種型式

液壓鉤鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)與廂體鎖緊機(jī)構(gòu)為聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)。在廂體鎖緊機(jī)構(gòu)處于解鎖狀態(tài)時(shí)，鎖臂行程閥被壓下，伸縮油缸油路接通，伸縮臂在伸縮油缸的推動(dòng)下沿連接臂外伸，當(dāng)伸縮臂外伸到位后，廂體鎖緊機(jī)構(gòu)開始鎖廂，同時(shí)液壓鉤鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)油缸推動(dòng)鎖鉤轉(zhuǎn)動(dòng)，鉤住位于翻轉(zhuǎn)臂上的配對(duì)鎖塊，將連接臂/翻轉(zhuǎn)臂/連體壓縮廂鎖為一體（卸料體）。反之，廂體鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖，同時(shí)液壓鉤鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)油缸縮回，帶動(dòng)鎖鉤轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖鉤與鎖塊分離。

機(jī)械插鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理是：在廂體鎖緊機(jī)構(gòu)處于解鎖狀態(tài)時(shí)，鎖臂行程閥被壓下，伸縮油缸油路接通，伸縮臂在伸縮油缸的推動(dòng)下沿連接臂外伸，伸縮臂外伸過(guò)程中，鎖緊機(jī)構(gòu)的方塊插鎖在彈簧力作用下插入固定在翻轉(zhuǎn)臂前端的方孔插板內(nèi)，將連接臂/翻轉(zhuǎn)臂/連體壓縮廂鎖為一體（卸料體）。反之，伸縮臂回縮過(guò)程中，內(nèi)置端推動(dòng)方塊插鎖與方孔插板分離，鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖。

2 拉臂車卸載垃圾時(shí)的兩起安全事故

垃圾中轉(zhuǎn)站設(shè)置有卸料垃圾槽，通過(guò)卸料門與卸料平臺(tái)隔開，為防止拉臂車倒車卸載垃圾時(shí)后輪掉落到垃圾槽內(nèi)，卸料門設(shè)置有門檻，門檻高度通常為0.35 m~0.42 m.拉臂車卸載垃圾時(shí)，倒車將后輪頂住卸料門門檻（此時(shí)拉臂車后輥輪支撐不可用），連體壓縮垃圾廂后門解鎖（電控或液壓），然后舉升油缸推動(dòng)卸料體向后翻轉(zhuǎn)，后門在重力作用下自動(dòng)打開，垃圾在重力作用下下滑到垃圾槽內(nèi)。卸料完畢后，舉伸油缸回縮，將卸料體收回到拉臂架副梁上，鎖緊連體壓縮垃圾廂后門，開車離開垃圾中轉(zhuǎn)站，將連體壓縮垃圾廂卸在城市路邊僻靜角落的垃圾站內(nèi)。

拉臂車卸載垃圾時(shí)，如果連體壓縮廂內(nèi)垃圾壓得太實(shí)（垃圾重量與收費(fèi)關(guān)聯(lián)），靠重力自動(dòng)卸料時(shí)，可能有一部份垃圾與廂體粘結(jié)在一起，不能自動(dòng)下落。通常司機(jī)通過(guò)倒車撞擊卸料門門檻，強(qiáng)力沖擊卸載與廂體粘結(jié)在一起的垃圾，正是這一原因，造成了多起嚴(yán)重的安全事故。

事故案例一，如圖4所示：司機(jī)倒車撞擊卸料門門檻，強(qiáng)力沖擊卸載與廂體粘結(jié)在一起的垃圾，向后撞擊十二次后，司機(jī)下車走向卸料門查看卸料情況，拉臂車突然由卸料狀態(tài)變?yōu)樾稁麪顟B(tài)，連體壓縮垃圾廂滑入垃圾槽內(nèi)，拉臂車重心后移越過(guò)后輪支撐點(diǎn)，帶動(dòng)整個(gè)拉臂車沿后輪支撐點(diǎn)上撓，駕駛室撞在卸料門門梁上，駕駛室嚴(yán)重變型，未造成人員傷亡。

圖4 事故案例一

事故案例二（見(jiàn)圖5）：司機(jī)倒車撞擊卸料門門檻，強(qiáng)力沖擊卸載與廂體粘結(jié)在一起的垃圾，向后撞擊二次后，拉臂車突然由卸料狀態(tài)變?yōu)樾稁麪顟B(tài)，連體壓縮垃圾廂滑入垃圾槽內(nèi)，拉臂車重心后移越過(guò)后輪支撐點(diǎn)，帶動(dòng)整個(gè)拉臂車沿后輪支撐點(diǎn)上撓，駕駛室撞在卸料門門梁上，駕駛室嚴(yán)重變型，靠成駕駛員傷亡，隨后整車滑入垃圾槽內(nèi)。

圖5 事故案例二

3 拉臂車、連體壓縮垃圾廂的受力狀況分析

拉臂車倒車撞擊卸料門門檻的過(guò)程，理論上是一碰撞的過(guò)程。對(duì)拉臂車、連體壓縮垃圾廂的受力狀況進(jìn)行分析時(shí)，為了對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行比較、研究，司機(jī)倒車撞擊卸料門門檻的速度vc1分別按12 km/h、15 km/h兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，卸料門門檻高度h分別按0.35 m、0.40 m兩組數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行比較。

受力分析過(guò)程中用到的相關(guān)參數(shù)定義：

vc1為司機(jī)倒車撞擊卸料門門檻時(shí)的瞬時(shí)車速（m/s）；vc2為碰撞發(fā)生后拉臂車后橋彈起的瞬時(shí)速度（m/s）；m為拉臂車后橋質(zhì)量（N）；m1為連體壓縮垃圾廂質(zhì)量（含卸載后粘結(jié)在廂內(nèi)垃圾的質(zhì)量）（N）；M為卸載垃圾時(shí)時(shí)拉臂車分配倒后橋上的軸荷（N）；r為拉臂車后橋輪胎半徑（m）；h為卸料門門檻高度（m）；α為碰撞后法向沖量與垂直方向夾角（°）；ω1為碰撞前拉臂車后橋車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬時(shí)角速度（r/s），與vc1相關(guān)聯(lián)；ω2為碰撞后拉臂車車?yán)@碰撞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬時(shí)角速度（r/s），與 vc2相關(guān)聯(lián)。

計(jì)算以某型號(hào)拉臂車、與之配套的連體壓縮垃圾廂的實(shí)物參數(shù)為依據(jù)。

vc1=3.333 m/s、4.167 m/s

m=8 160 N

m1=66 100 N（連體壓縮垃圾廂質(zhì)量56 100 N，計(jì)算時(shí)按廂內(nèi)粘結(jié)有10 000 N垃圾計(jì)）

M=99 660 N

r=0.533 m

h=0.35 m、0.40 m分別對(duì)應(yīng)的角度α=69.9°、73.4°

拉臂車倒車撞擊卸料門門檻的過(guò)程見(jiàn)圖6.

圖6 司機(jī)倒車撞擊卸料門門檻過(guò)程中拉臂車后橋的受力變化圖

拉臂車后橋不能單純簡(jiǎn)化為圓盤與臺(tái)階的碰撞，拉臂車后橋不僅有自重m，還有卸料時(shí)整車質(zhì)量分布到后橋上的軸荷M[1].司機(jī)倒車以vc1的瞬時(shí)速度撞擊卸料門門檻，碰撞前后后橋車輪對(duì)撞擊點(diǎn)O的角動(dòng)量守恒：

L02-L01=MO（Ie），In、Iτ通過(guò)撞擊點(diǎn)O，所以MO（Ie）=0，L02=L01

碰撞前：

碰撞后：

L02=JOω2，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行移軸定理[2]JO=JC

拉臂車撞擊卸料門門檻后，以ω2的角速度繞O點(diǎn)向上翻轉(zhuǎn)，后橋中心C沿斜上方向彈起，根據(jù)動(dòng)能守恒定理[2]：

其中：g是重力加速度，H是拉臂車撞擊卸料門門檻后后橋中心點(diǎn)C相對(duì)于轉(zhuǎn)點(diǎn)O彈起的高度。

根據(jù)以上條件及式（1）、（2）、（3）卸料門后門檻高度及撞擊時(shí)的矢量角α的不同，司機(jī)倒車與卸料門門檻碰撞后相關(guān)碰撞參數(shù)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、表2.

表1 卸料門后門檻高度h=0.35m，矢量角α=69.9°的碰撞參數(shù)

表2 卸料門后門檻高度h=0.40m，矢量角α=73.4°的碰撞參數(shù)

根據(jù)表1、表2所列碰撞參數(shù)可以看出，卸料門門檻設(shè)置越高，碰撞后后橋彈起的高度越小，整車?yán)@碰撞點(diǎn)O翻轉(zhuǎn)的角速度也越小。卸料門門檻高度的合理設(shè)置是安全設(shè)計(jì)改進(jìn)要點(diǎn)之一。卸料門門檻高度設(shè)置不超過(guò)拉臂車后輥輪支撐提起的高度，不超過(guò)拉臂車后橋車輪半徑。

司機(jī)倒車以vc1的瞬時(shí)速度撞擊卸料門門檻后，整車以ω2的角速度向后翻轉(zhuǎn)，處于卸料狀態(tài)的聯(lián)體壓縮垃圾廂也隨車彈起，連體壓縮垃圾廂“獲得”初始速度vc2（見(jiàn)圖7）。連體壓縮垃圾廂通過(guò)鉤環(huán)掛在拉臂架的吊鉤上，另一支撐點(diǎn)O1為連體壓縮垃圾廂導(dǎo)軌翼緣下表面與拉臂架導(dǎo)向輪切點(diǎn)，連體壓縮垃圾廂導(dǎo)軌翼緣的上斜面被廂體鎖緊機(jī)構(gòu)鎖住，正常情況下，鎖塊下表面與導(dǎo)軌翼緣的上斜面間有5 mm左右的間隙，因此，連體壓縮垃圾廂與拉臂架間屬“松散”連接。當(dāng)連體壓縮垃圾廂繼續(xù)以vc2速度“前進(jìn)”時(shí)，其導(dǎo)軌翼緣的上斜面受到廂體鎖緊機(jī)構(gòu)鎖塊下表面的阻擋，兩者間的接觸點(diǎn)為O2（見(jiàn)圖7）。連體壓縮垃圾廂除了繞O1點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)上升外，還會(huì)沿兩O1、O2兩限位點(diǎn)連線方向被“抽出”（圖7）?！俺槌觥钡倪^(guò)程雖然受阻，但速度方向和兩點(diǎn)連線導(dǎo)向都有利于連體壓縮垃圾廂被“抽出”?？梢院?jiǎn)化計(jì)算連體壓縮垃圾廂能轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和被“抽出”的高度。

圖7 拉臂車以不同倒車速度撞擊后連體壓縮垃圾廂動(dòng)力變化圖

根據(jù)連體壓縮垃圾廂的結(jié)構(gòu)尺寸及重心定位測(cè)量出：β1=20.1°，β2=58.8°，連體壓縮垃圾廂在速度vc2的作用下被“抽出”的高度為H1，根據(jù)動(dòng)能守恒定理：

通過(guò)H1可以算出連體壓縮垃圾廂在角速度ω3作用下旋轉(zhuǎn)的角度為β3.β3不大于O1、O2連線與連體壓縮垃圾廂導(dǎo)軌面的夾角。大于這個(gè)夾角將被O2點(diǎn)攔阻。

當(dāng)連體壓縮垃圾廂質(zhì)心G到達(dá)最高點(diǎn)H1時(shí)，在重力作用下下落，同時(shí)導(dǎo)軌翼緣下表面沿導(dǎo)向滾輪面向下滑動(dòng)，直到連體壓縮垃圾廂鉤環(huán)與拉臂架吊鉤發(fā)生二次碰撞。二次碰撞是拉臂車（連體壓縮垃圾廂）卸料時(shí)發(fā)生嚴(yán)重安全事故的根本原因。

二次碰撞的沖量計(jì)算[2]（見(jiàn)圖8）：碰撞時(shí)間按t=0.001 s計(jì)。碰撞前后，連體壓縮垃圾廂對(duì)碰撞點(diǎn)O3的動(dòng)量矩守恒。碰撞前連體壓縮垃圾廂質(zhì)心的速度為vG，繞O1轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω4；碰撞后質(zhì)心的速度為 v′G，繞 O1轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為 ω′4.

圖8 二次碰撞后連體壓縮垃圾廂動(dòng)力變化圖

LO32-LO31=MO3（Ie），In、Iτ通過(guò)撞擊點(diǎn)O3，所以MO3（Ie）=0，LO32=LO31

碰撞前：

其中：JG為連體壓縮垃圾廂對(duì)重心G的轉(zhuǎn)動(dòng)慣

連體壓縮垃圾廂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算需要將其按零件分算，然后按平行移動(dòng)定理?yè)Q算到其質(zhì)心軸上，或是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法找到其重心位置及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。實(shí)驗(yàn)或計(jì)算過(guò)程太復(fù)雜，也沒(méi)有必要。通過(guò)稱重已知連體壓縮垃圾廂質(zhì)量，這里將連體壓縮垃圾廂簡(jiǎn)化為一個(gè)均質(zhì)的長(zhǎng)方體，從而可以算出連體壓縮廂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。連體壓縮垃圾廂質(zhì)量（含卸載后粘結(jié)在廂內(nèi)垃圾的質(zhì)量）m1=66 100 N，根據(jù)實(shí)際情況，將連體壓縮垃圾廂簡(jiǎn)化為長(zhǎng)寬高分別為4 190 mm×2 100 mm×2 130 mm均質(zhì)的長(zhǎng)方體，連體壓縮垃圾廂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JG：

JG=其中l(wèi)為簡(jiǎn)化后均質(zhì)長(zhǎng)方體長(zhǎng)，h為簡(jiǎn)化后均質(zhì)長(zhǎng)方體高。

簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果：JG=121 695 N·m2

碰撞后：

LO32=JO3ω′4

根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行移軸定理：連體壓縮垃圾廂相對(duì)于碰撞點(diǎn)O3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

JO3=JG+m1e2，其中軸距e可以通過(guò)連體壓縮垃圾廂結(jié)構(gòu)測(cè)得：

根據(jù)沖量定理的平面運(yùn)動(dòng)微分方程的積分形式：

其中：v′G=e1ω4′，軸距 e1可以通過(guò)連體壓縮垃圾廂結(jié)構(gòu)測(cè)得。

二次碰撞沖量：

實(shí)際碰撞過(guò)程中，在碰撞時(shí)間t內(nèi)連體壓縮垃圾廂鉤環(huán)受力成近似拋物線變化，不考慮碰撞極小時(shí)間內(nèi)剛體受力的變化，這里計(jì)算碰撞時(shí)間t內(nèi)連體壓縮垃圾廂鉤環(huán)受力的平均值F.

通過(guò)連體壓縮垃圾廂結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)得：e=2.916 m，e1=2.840 m.

根據(jù)卸料門門檻高度不同，h=0.35 m，0.40 m，分別對(duì)應(yīng)的角度：β4=35.75°，28.73°，β5=34.77°，41.81°，β6=23.81°，30.84°，β7=10.97°

根據(jù)式（4）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）、（10）計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 連體壓縮垃圾廂二次碰撞后的相關(guān)參數(shù)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)作用力與反作用力的關(guān)系，碰撞后連體壓縮垃圾廂通過(guò)鉤環(huán)對(duì)拉臂架的瞬時(shí)沖擊力為F巨大，沖擊力F持續(xù)時(shí)間很短，產(chǎn)生的破壞力沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)。沖擊力F通過(guò)伸縮臂/連接臂對(duì)鉸支點(diǎn)產(chǎn)生的力矩迫使舉升油缸活塞桿產(chǎn)生瞬時(shí)靜推力F1（見(jiàn)圖9）來(lái)平衡，通過(guò)伸縮臂/連接臂的受力分析可以得到F1=3.7F，F(xiàn)1的反作用力迫使舉升油缸液壓油被壓縮（壓縮量與液壓油的壓縮率（體積模量）、液壓油中溶入空氣量及環(huán)境溫度有關(guān)），活塞桿被壓縮一小段行程，伸縮臂/連接臂繞鉸支點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小的角度，與此同時(shí)，瞬時(shí)沖擊力為F對(duì)鉸支點(diǎn)產(chǎn)生的力矩被傳遞給連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)，鎖緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)靜推力F2來(lái)平衡。

圖9 二次碰撞后舉升油缸產(chǎn)生的瞬時(shí)靜推力圖

對(duì)機(jī)械插鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)，瞬時(shí)靜推力F2是通過(guò)方塊插鎖與方孔插板間的擠壓而產(chǎn)生的（見(jiàn)圖3），推力F2在司機(jī)多次倒車撞擊卸料門門檻時(shí)多次形成，使方塊插鎖與方孔插板間相互擠壓并產(chǎn)生變形，鎖緊機(jī)構(gòu)變得不可靠，最嚴(yán)重的情況是變形后鎖緊機(jī)構(gòu)失效。為防止鎖緊機(jī)構(gòu)發(fā)生較大變形，機(jī)械插鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)應(yīng)增加方塊插鎖和方孔插板的板厚，改用屈服強(qiáng)度更高，耐磨性能更好的材料制造。

對(duì)液壓鉤鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)，由于鎖鉤固定在連接臂上，瞬時(shí)沖擊力為F通過(guò)活動(dòng)力矩軸直接傳遞到鎖緊油缸上，迫使鎖緊油缸活塞桿產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)靜推力F2來(lái)平衡（見(jiàn)圖10），F(xiàn)2的反作用力使鎖緊油缸解鎖的趨勢(shì)發(fā)展。推力F2在司機(jī)多次倒車撞擊卸料門門檻時(shí)多次形成，造成兩種破壞可能。一種情況是：由于鎖緊油缸缸徑小，其壓縮框形成的油壓超過(guò)設(shè)計(jì)值，造成鎖緊油缸密封件被破壞，液壓油泄漏，鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖，整車由卸料狀態(tài)變?yōu)樾稁麪顟B(tài)；另一種情況是：鎖鉤繞連接臂固定軸轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度后，液壓鉤鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)往解鎖的趨勢(shì)發(fā)展，同時(shí)伸縮臂/連接臂與翻轉(zhuǎn)臂間轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度，當(dāng)瞬時(shí)沖擊力F解除后，在連體壓縮垃圾廂及拉臂架重力作用下，這個(gè)小角度并沒(méi)有恢復(fù)到0°。司機(jī)倒車多次撞擊卸料門門檻后，這個(gè)小角度累積的結(jié)果使液壓鉤鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)脫鉤解鎖，整車由卸料狀態(tài)變?yōu)樾稁麪顟B(tài)，從而造成嚴(yán)重后果。事故案例一就是在這種情況下發(fā)生的。

圖10 二次碰撞后液壓鉤鎖式連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)動(dòng)力變化圖

通過(guò)以上分析、計(jì)算、研究的結(jié)果可以看出，司機(jī)通過(guò)倒車撞擊卸料門門檻通強(qiáng)力卸載粘結(jié)于連體壓縮垃圾廂內(nèi)垃圾時(shí)，可以造成拉臂車由卸料狀態(tài)轉(zhuǎn)為卸廂狀態(tài)。當(dāng)拉臂車突然從卸料狀態(tài)轉(zhuǎn)為卸廂狀態(tài)時(shí)，翻轉(zhuǎn)臂上的廂體鎖緊機(jī)構(gòu)還處于鎖緊狀態(tài)，在連體壓縮垃圾廂重力作用下伸縮臂/連接臂將繞轉(zhuǎn)點(diǎn)翻轉(zhuǎn)，給廂體鎖緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生巨大的推力，這個(gè)推力之大，足已使伸縮臂變形或迫使伸縮臂與連接臂間的導(dǎo)向塊變形（見(jiàn)圖11）。連體壓縮垃圾廂吊掛在伸縮臂吊鉤上，其導(dǎo)軌沿翻轉(zhuǎn)臂導(dǎo)向輪下滑過(guò)程中，左右兩邊并不平衡，導(dǎo)軌翼緣外邊緣強(qiáng)力壓迫廂體鎖緊機(jī)構(gòu)一邊鎖塊的內(nèi)側(cè)邊，推動(dòng)廂體鎖緊機(jī)構(gòu)一邊解鎖，廂體繼續(xù)滑落，完成卸廂過(guò)程，直至掉入卸料槽坑內(nèi)，同時(shí)帶動(dòng)整車?yán)@后車輪上翹，導(dǎo)致駕駛室與卸料門上橫梁碰撞，碰撞的結(jié)果大多是駕駛室嚴(yán)重變形，如果此時(shí)司機(jī)在駕駛室內(nèi)，將造成嚴(yán)重的人員傷亡事故。

圖11 卸料時(shí)連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖后伸縮臂、廂體鎖緊機(jī)構(gòu)變化圖

4 拉臂車安全設(shè)計(jì)改進(jìn)要點(diǎn)及改進(jìn)措施

拉臂車在后輥輪支撐收起高度允許的情況下，增加垃圾中轉(zhuǎn)站卸料門門檻高度，門檻高度越高（不大于拉臂車后橋車輪半徑），司機(jī)倒車撞擊卸料門門檻后，整車彈起的高度越小，連體壓縮垃圾廂二次碰撞后的沖擊力也越小。

連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)的安全可靠性是拉臂車安全設(shè)計(jì)的重要要點(diǎn)。以吉馬拉臂架為例，其連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)經(jīng)歷了三代改進(jìn)（見(jiàn)圖12），最初的鎖緊機(jī)構(gòu)為彈簧鉤鎖式，兩邊鎖鉤固定在轉(zhuǎn)軸兩端，通過(guò)分布于連接臂兩邊的力矩軸和彈簧與移動(dòng)軸連接，移動(dòng)軸兩端位于連接臂兩邊的U型槽內(nèi)，在伸縮臂回縮時(shí)，伸縮臂尾端推動(dòng)移動(dòng)軸在U型槽內(nèi)向后移動(dòng)，同時(shí)通過(guò)力矩軸帶動(dòng)鎖鉤向上翻轉(zhuǎn)，連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖；當(dāng)伸縮臂外伸時(shí)，其尾端離開移動(dòng)軸，移動(dòng)軸在彈簧力作用下回位，并通過(guò)力矩軸帶動(dòng)鎖鉤向下翻轉(zhuǎn)，鉤住位于翻轉(zhuǎn)臂上的鎖塊，連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)上鎖。彈簧鉤鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)安全可靠性差，司機(jī)倒車撞擊卸料門門檻時(shí)，在瞬時(shí)沖擊力F的作用下，兩邊彈簧很容易被拉伸，造成鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖，拉臂車由卸料狀態(tài)變?yōu)樾稁麪顟B(tài)，造成安全事故。因此多年前吉馬就因其易造成事故而改進(jìn)到第二代的側(cè)邊液壓鉤鎖式，后又進(jìn)一步改進(jìn)為中間液壓鉤鎖式（見(jiàn)圖12）。

圖12 吉馬拉臂架連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)的三次改進(jìn)圖

通過(guò)以上計(jì)算、分析可以看出，液壓鉤鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)在瞬時(shí)沖擊力F的作用下可以造成鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖，使拉臂車由卸料狀態(tài)轉(zhuǎn)為卸廂狀態(tài)，從而造成安全事故。從瞬時(shí)靜推力F2形成的原因和方向來(lái)看，液壓鉤鎖式連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)應(yīng)改變鎖緊方向，改鉤鎖式為橫向插鎖式，通過(guò)液壓油缸將兩鎖塊插入翻轉(zhuǎn)臂兩邊梁內(nèi)，使其鎖緊狀態(tài)不受瞬時(shí)沖擊力F的影響，拉臂車卸料時(shí)將連接臂/翻轉(zhuǎn)臂/連體壓縮垃圾廂鎖緊為安全可靠的卸料體。

廂體鎖緊機(jī)構(gòu)的安全可靠性是拉臂車安全設(shè)計(jì)的另一重要要點(diǎn)。廂體鎖緊機(jī)構(gòu)鎖的鎖緊狀況與拉臂車安全卸料直接相關(guān)，忘記廂體鎖緊機(jī)構(gòu)上鎖或鎖緊不倒位，司機(jī)正常情況下倒車卸料時(shí)，在連體壓縮垃圾廂的重力作用下，廂體就會(huì)在拉臂架吊鉤鉤掛下擺動(dòng)。司機(jī)倒車撞擊卸料門門檻時(shí)，連體壓縮垃圾廂產(chǎn)生大幅度的跳動(dòng)，跳動(dòng)的方向甚至有可能使廂體鉤環(huán)脫鉤，引起嚴(yán)重的安全事故。事故案例二就是在這種情況下發(fā)生的。從事故案例發(fā)生的原因來(lái)看，增加廂體鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊狀況檢測(cè)裝置，使之與卸載垃圾時(shí)舉升油缸動(dòng)作互鎖，只要廂體鎖緊機(jī)構(gòu)沒(méi)有正常鎖緊倒位，舉升油缸就不能動(dòng)作，避免此類事故的發(fā)生。

拉臂車在垃圾中轉(zhuǎn)站正常卸載時(shí)，如果能用安全的方法卸載粘結(jié)在連體壓縮垃圾廂中的垃圾，避免司機(jī)通過(guò)撞擊卸料門門檻的方式來(lái)卸載，那么卸料時(shí)發(fā)生安全事故的情況就會(huì)大大減少。事實(shí)上，很多城市管理者已經(jīng)在這一問(wèn)題上采取了很多措施，如在卸料門門眉上增設(shè)橫梁阻擋連體壓縮垃圾廂的過(guò)度翻轉(zhuǎn)，從而阻止拉臂車駕駛室上翹撞上門眉；卸料時(shí)在駕駛室前方設(shè)置安全掛鉤，通過(guò)駕駛室前方拖鉤將拉臂車前橋鉤掛在地面上，防止駕駛室向上翻轉(zhuǎn)。這些措施雖然都是被動(dòng)的安全措施，但這些措施設(shè)置后，發(fā)生安全事故的情況已大為減少?？墒沁B體壓縮垃圾廂內(nèi)粘結(jié)的垃圾也沒(méi)辦法卸載，不得不帶回，所以在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)下，操作人員時(shí)有違規(guī)操作，因此安全事故任時(shí)有發(fā)生。

解決這一問(wèn)題的根本方法是在司機(jī)不下車的情況下，能使連體壓縮垃圾廂內(nèi)的推鏟動(dòng)作，從而推動(dòng)粘結(jié)在連體壓縮垃圾廂內(nèi)的剩余垃圾卸載?，F(xiàn)在有些垃圾中轉(zhuǎn)中在卸料門處增設(shè)380 V電源，通過(guò)給連體壓縮垃圾廂控制系統(tǒng)通電，推動(dòng)推鏟卸載粘結(jié)于廂內(nèi)的剩余垃圾。由于接插380 V電源很不方便，而且存在高壓的不安全因素，司機(jī)為了省事，還是利用撞擊卸料門門檻的方式來(lái)解決。如果在拉臂車、連體壓縮垃圾廂設(shè)計(jì)時(shí)考慮卸載垃圾的問(wèn)題，在沒(méi)有外接電源的情況下（如在垃圾填埋場(chǎng)），能使連體壓縮垃圾廂內(nèi)的推鏟動(dòng)作，問(wèn)題就能得到根本解決。圖14是通過(guò)底盤動(dòng)力推動(dòng)連體壓縮垃圾廂內(nèi)的推鏟動(dòng)作的一種解決方案，拉臂車卸料時(shí)，通過(guò)液壓快換接頭及油路切換球閥將底盤動(dòng)力引入到連體壓縮垃圾廂推鏟油缸油路上。

圖14 卸料時(shí)將底盤動(dòng)力引入連體壓縮垃圾廂推鏟油缸油路的液壓原理圖

5 結(jié)論

（1）司機(jī)倒車撞擊垃圾中轉(zhuǎn)站卸料門門檻卸載粘結(jié)于連體壓縮垃圾廂內(nèi)的垃圾時(shí)，引起連體壓縮垃圾廂鉤環(huán)與拉臂架吊鉤間的二次碰撞，二次碰撞可以造成拉臂車由卸料狀態(tài)轉(zhuǎn)為卸廂狀態(tài)，引發(fā)嚴(yán)重的人員傷亡事故。連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)的安全可靠性與拉臂車由卸料狀態(tài)轉(zhuǎn)為卸廂狀態(tài)直接相關(guān)，彈簧鉤鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)安全可靠性最差，機(jī)構(gòu)插鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)比液壓鉤鎖式鎖緊機(jī)構(gòu)安全可靠性高。

（2）連接臂/翻轉(zhuǎn)臂鎖緊機(jī)構(gòu)的安全可靠性設(shè)計(jì)，廂體鎖緊機(jī)構(gòu)的鎖緊狀態(tài)檢測(cè)與舉升油缸動(dòng)作互鎖的設(shè)計(jì)，拉臂車卸載垃圾時(shí)，將底盤動(dòng)力引入連體壓縮垃圾廂推鏟油缸油路的設(shè)計(jì)，是現(xiàn)有拉臂車安全設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)改善的三個(gè)要點(diǎn)。

（3）采用安全的方法卸載粘結(jié)在連體壓縮垃圾廂中的垃圾，可以從根本上解決拉臂車卸載垃圾時(shí)引發(fā)安全事故的問(wèn)題。通過(guò)液壓快換接頭及油路切換球閥將底盤動(dòng)力引入到連體壓縮垃圾廂推鏟油缸油路上是解決這一問(wèn)題的有效方法。

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