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壓縮式垃圾車翻桶機構的設計與優化

發布時間:2019-06-30 瀏覽次數:38 返回列表

 


摘要:設計了壓縮式垃圾車的彈性翻桶機構,并進行了運動仿真和關鍵部件的有限元分析 這一翻桶機構可以使垃圾桶在翻倒的過程中受力更均勻,運行更平穩,避免垃圾桶出現損傷和脫落

 


1研究背景

城市現行清運垃圾的主要工具是壓縮式垃圾車,它能收集大量生活垃圾,減輕環衛工作者的勞動強度,并且能解決垃圾運輸過程中的二次污染問題,避免對市容市貌造成不良影響。但是,目前壓縮式垃圾車翻桶裝置中的壓緊垃圾桶機構多為隨動機構,沒有專用機械結構對垃圾桶受到的壓力和抬升運動進行控制,且不同型號的垃圾桶存放的垃圾量不同,在翻轉時受到的力也不同,會產生垃圾桶易損壞和效率低等問題1 為此,筆者設計并優化了一種壓縮式垃圾車翻桶機構,一方面使垃圾清運車更加智能高效,另一方面也可避免垃圾清運過程中可能產生的不必要生命財產損失[2] 2翻桶機構簡介

壓縮式垃圾車已成為城市生活垃圾收集運輸的主要工具,由于受多方面原因的影響,生活垃圾收集形式多種多樣,如何將各種不同規格的垃圾桶內垃圾智能便捷地裝人壓縮式垃圾車,成為壓縮式垃圾車研發時必須解決的問題[3〕。壓縮式垃圾車翻桶動作如圖1所示,其中翻桶機構是關鍵。要使垃圾倒人垃圾車內的過程中避免損壞垃圾桶,且不對環境產生二次污染,因此翻桶機構的設計尤為重要

(a)起始位置

(b)翻轉狀態

厶圖1壓縮式垃圾車翻桶動作

翻桶機構是壓縮式垃圾車將垃圾桶內生活垃圾傾倒人垃圾車內壓縮儲存的執行機構,合適的托架尺寸有助于減少和避免翻倒過程中垃圾的散落,改善垃圾桶的受力情況,使壓縮式垃圾車工作性能更好

3翻桶機構的設計

30負載的確定

翻桶機構運行由內燃機和電動機提供動力,然后由液壓缸活塞桿推動連桿,將垃圾桶抬升到合適高度后傾倒垃圾翻桶機構受力如圖2所示。翻桶機構采用液壓系統,在工作過程中,可以通過調節溢流閥來改機械制造56卷 第643

A2翻桶機構受力示意圖

變液壓缸的輸出推力目前市面上垃圾桶的材料有塑料、不銹鋼、玻璃鋼等,垃圾桶容量為501 200 L垃圾桶裝滿垃圾后質量為50 kg- I t,因此,液壓缸在工作過程中需要輸出的推力為0巧、10 kN

32垃圾桶夾緊裝置

夾緊裝置是壓縮垃圾車翻桶機構的重要組成部分,在整個翻桶機構工作過程中用于控制力的變化在垃圾桶抬升到最高點時,為了使垃圾桶中的垃圾傾倒干凈,此時會重復急速向上抬升,垃圾桶所受的壓力和扭力突然變化,可能會造成桶體破損或桶耳上的把手出現斷裂。為避免以上情況,筆者設計了一種彈性夾緊裝置,如圖3所示

彈性夾緊裝置利用連桿機構對彈簧進行控制,將彈簧力由滑柱傳遞至壓板,壓板壓緊垃圾桶,使垃圾桶在抬升過程中受力平穩,且垃圾桶的受力作用點始終在桶耳正上方。將桶放上掛架后液壓缸工作,使垃圾桶向上抬升,這時壓板隨即壓緊垃圾桶。由于彈簧有伸縮力,因此無論垃圾桶自重如何,都能及時調整壓緊力,使桶固定在掛架上。當抬升到極限位置時,旋轉鉤會隨掛架運動而改變角度,使垃圾桶受到的力不發生改變。液壓缸往復推拉,垃圾完全傾倒,裝置上的彈簧隨之改變力的大小,使桶能平穩地在掛架上。彈性夾緊裝置自動改變夾緊力的作用點,可以使垃圾桶在翻倒過程中受力更加均勻,避免垃圾桶損傷,不會出現垃圾桶脫落現象,保證了工作人員的安全

4翻桶機構建模與仿真

SolidWorks軟件中對翻桶機構進行三維建模

如圖4所示在建模的基礎上對翻桶結構進行了運動

 
 

仿真,顯示可以較好地完成翻桶動作,且對垃圾桶的損壞程度較小〔6

厶圖4翻桶機構模型圖

5旋轉鉤有限元分析

在彈性夾緊裝置中,旋轉鉤在翻倒垃圾桶時傳導夾緊力,確保夾緊力方向不變,所以旋轉鉤是一個受力危險部件。旋轉鉤的有限元分析對翻桶機構在結構可行性、材料選擇及生產制造方面顯得尤為重要。圖5所示為旋轉鉤網格劃分圖[ 7

ANSYS軟件中對旋轉鉤壓力面施加壓力,在參數設置欄Magnitude項目中輸人10 kN,然后選定力的方向,變形與應力云圖分別如圖6、圖7所示

*       6旋轉鉤優化設計

由圖6和圖7可以看出,旋轉鉤的最大變形和應力集中位置在圓形孔處。旋轉鉤所受的扭轉力較大,超出材料承受范圍。所以,要增大旋轉鉤一端的寬度,這樣可以增大受力面積,同時提高整體的剛度,使旋轉鉤不易斷裂

在翻桶機構翻倒垃圾時,旋轉鉤應盡量與掛架的運動保持平行,此時旋轉鉤所受的扭轉力較小,所受的拉力也會隨之變小。可見,選取好的旋轉鉤角度可以從源頭上解決旋轉鉤受力過大及不均勻的問題。對旋轉鉤進行優化設計,優化后的旋轉鉤角度為120,如圖8 所示

優化后旋轉鉤變形和應力云圖分別如圖9、圖10 所示,與優化前作對比,確認旋轉鉤的應力和變形都有明顯減小,并且分布比較均勻,最大承重載荷可以達到 18 kN,優化設計有效

在最大載荷達到18 kN時,優化前的旋轉鉤變形已經處于失效狀態對旋轉鉤進行優化設計后,對應的變形僅為005 mm,可以正常使用。旋轉鉤優化前后受力變形對比如圖1 1所示

7結束語

筆者在壓縮式垃圾車的基礎上進行改進,完成了翻桶機構的整體設計,并完成關鍵部件旋轉鉤的有限元分析與優化。這一翻桶機構的優點如下:

o)使垃圾桶在翻倒過程中受力均勻,避免損傷

16 2018/3

垃圾桶;

2)自動改變夾緊力作用點,使垃圾桶在翻倒過程中平穩,不會出現脫落現象,保證工作人員的安全;(3)翻桶機構對垃圾桶的夾緊力隨垃圾桶重力的大小而變化,較好地保護了設備


與錐齒盤形成錐齒輪副。刀桿安置在滑塊上設置的錐孔內,鏜刀安置在刀桿的方孔中,通過緊固螺釘實現鏜刀與刀桿的固定連接。滑塊通過緊定螺釘實現與圓盤的固定連接 4應用特點

齒輪開合機構主要由軸承體和螺桿組成,當需要精確調整鏜刀刀徑時,擰松緊定螺釘,順時針擰動螺桿,在螺桿和軸承體螺紋孔組成的螺旋副作用下,軸承體在刻度盤的矩形導軌內沿刻度盤的徑向向中心滑動,從而帶動軸承體上的行星輪,同時與第一中心輪和第二中心輪嚙合在一起,通過擰動刻度盤實現刀徑尺寸的精確調整。

當需要快速粗調鏜刀刀徑時,可逆時針擰動螺桿,在螺桿和軸承體螺紋孔組成的螺旋副作用下,軸承體在刻度盤的矩形導軌內沿刻度盤的徑向向外滑動,從而使行星輪與第一中心輪、第二中心輪脫開,為粗調鏜刀做好準備。擰動小錐齒輪,由于小錐齒輪和錐齒盤嚙合在一起,因此便可帶動錐齒盤旋轉。錐齒盤上設置的平面螺紋與滑塊上設置的平面螺紋形成平面螺旋副,這樣便可帶動滑塊沿圓盤的徑向移動,從而達到快速調整鏜刀刀徑的目的。

當鏜刀調整到位后,可擰緊緊定螺釘,將滑塊壓緊在圓盤上,以實現滑塊與圓盤的固定連接。