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压缩式垃圾车翻桶机构的设计与优化

发布时间:2019-06-30 浏览次数:33 返回列表

 


摘要:设计了压缩式垃圾车的弹性翻桶机构,并进行了运动仿真和关键部件的有限元分析 这一翻桶机构可以使垃圾桶在翻倒的过程中受力更均匀,运行更平稳,避免垃圾桶出现损伤和脱落

 


1研究背景

城市现行清运垃圾的主要工具是压缩式垃圾车,它能收集大量生活垃圾,减轻环卫工作者的劳动强度,并且能解决垃圾运输过程中的二次污染问题,避免对市容市貌造成不良影响。但是,目前压缩式垃圾车翻桶装置中的压紧垃圾桶机构多为随动机构,没有专用机械结构对垃圾桶受到的压力和抬升运动进行控制,且不同型号的垃圾桶存放的垃圾量不同,在翻转时受到的力也不同,会产生垃圾桶易损坏和效率低等问题1 为此,笔者设计并优化了一种压缩式垃圾车翻桶机构,一方面使垃圾清运车更加智能高效,另一方面也可避免垃圾清运过程中可能产生的不必要生命财产损失[2] 2翻桶机构简介

压缩式垃圾车已成为城市生活垃圾收集运输的主要工具,由于受多方面原因的影响,生活垃圾收集形式多种多样,如何将各种不同规格的垃圾桶内垃圾智能便捷地装人压缩式垃圾车,成为压缩式垃圾车研发时必须解决的问题[3〕。压缩式垃圾车翻桶动作如图1所示,其中翻桶机构是关键。要使垃圾倒人垃圾车内的过程中避免损坏垃圾桶,且不对环境产生二次污染,因此翻桶机构的设计尤为重要

(a)起始位置

(b)翻转状态

厶图1压缩式垃圾车翻桶动作

翻桶机构是压缩式垃圾车将垃圾桶内生活垃圾倾倒人垃圾车内压缩储存的执行机构,合适的托架尺寸有助于减少和避免翻倒过程中垃圾的散落,改善垃圾桶的受力情况,使压缩式垃圾车工作性能更好

3翻桶机构的设计

30负载的确定

翻桶机构运行由内燃机和电动机提供动力,然后由液压缸活塞杆推动连杆,将垃圾桶抬升到合适高度后倾倒垃圾翻桶机构受力如图2所示。翻桶机构采用液压系统,在工作过程中,可以通过调节溢流阀来改机械制造56卷 第643

A2翻桶机构受力示意图

变液压缸的输出推力目前市面上垃圾桶的材料有塑料、不锈钢、玻璃钢等,垃圾桶容量为501 200 L垃圾桶装满垃圾后质量为50 kg- I t,因此,液压缸在工作过程中需要输出的推力为0巧、10 kN

32垃圾桶夹紧装置

夹紧装置是压缩垃圾车翻桶机构的重要组成部分,在整个翻桶机构工作过程中用于控制力的变化在垃圾桶抬升到最高点时,为了使垃圾桶中的垃圾倾倒干净,此时会重复急速向上抬升,垃圾桶所受的压力和扭力突然变化,可能会造成桶体破损或桶耳上的把手出现断裂。为避免以上情况,笔者设计了一种弹性夹紧装置,如图3所示

弹性夹紧装置利用连杆机构对弹簧进行控制,将弹簧力由滑柱传递至压板,压板压紧垃圾桶,使垃圾桶在抬升过程中受力平稳,且垃圾桶的受力作用点始终在桶耳正上方。将桶放上挂架后液压缸工作,使垃圾桶向上抬升,这时压板随即压紧垃圾桶。由于弹簧有伸缩力,因此无论垃圾桶自重如何,都能及时调整压紧力,使桶固定在挂架上。当抬升到极限位置时,旋转钩会随挂架运动而改变角度,使垃圾桶受到的力不发生改变。液压缸往复推拉,垃圾完全倾倒,装置上的弹簧随之改变力的大小,使桶能平稳地在挂架上。弹性夹紧装置自动改变夹紧力的作用点,可以使垃圾桶在翻倒过程中受力更加均匀,避免垃圾桶损伤,不会出现垃圾桶脱落现象,保证了工作人员的安全

4翻桶机构建模与仿真

SolidWorks软件中对翻桶机构进行三维建模

如图4所示在建模的基础上对翻桶结构进行了运动

 
 

仿真,显示可以较好地完成翻桶动作,且对垃圾桶的损坏程度较小〔6

厶图4翻桶机构模型图

5旋转钩有限元分析

在弹性夹紧装置中,旋转钩在翻倒垃圾桶时传导夹紧力,确保夹紧力方向不变,所以旋转钩是一个受力危险部件。旋转钩的有限元分析对翻桶机构在结构可行性、材料选择及生产制造方面显得尤为重要。图5所示为旋转钩网格划分图[ 7

ANSYS软件中对旋转钩压力面施加压力,在参数设置栏Magnitude项目中输人10 kN,然后选定力的方向,变形与应力云图分别如图6、图7所示

*       6旋转钩优化设计

由图6和图7可以看出,旋转钩的最大变形和应力集中位置在圆形孔处。旋转钩所受的扭转力较大,超出材料承受范围。所以,要增大旋转钩一端的宽度,这样可以增大受力面积,同时提高整体的刚度,使旋转钩不易断裂

在翻桶机构翻倒垃圾时,旋转钩应尽量与挂架的运动保持平行,此时旋转钩所受的扭转力较小,所受的拉力也会随之变小。可见,选取好的旋转钩角度可以从源头上解决旋转钩受力过大及不均匀的问题。对旋转钩进行优化设计,优化后的旋转钩角度为120,如图8 所示

优化后旋转钩变形和应力云图分别如图9、图10 所示,与优化前作对比,确认旋转钩的应力和变形都有明显减小,并且分布比较均匀,最大承重载荷可以达到 18 kN,优化设计有效

在最大载荷达到18 kN时,优化前的旋转钩变形已经处于失效状态对旋转钩进行优化设计后,对应的变形仅为005 mm,可以正常使用。旋转钩优化前后受力变形对比如图1 1所示

7结束语

笔者在压缩式垃圾车的基础上进行改进,完成了翻桶机构的整体设计,并完成关键部件旋转钩的有限元分析与优化。这一翻桶机构的优点如下:

o)使垃圾桶在翻倒过程中受力均匀,避免损伤

16 2018/3

垃圾桶;

2)自动改变夹紧力作用点,使垃圾桶在翻倒过程中平稳,不会出现脱落现象,保证工作人员的安全;(3)翻桶机构对垃圾桶的夹紧力随垃圾桶重力的大小而变化,较好地保护了设备


与锥齿盘形成锥齿轮副。刀杆安置在滑块上设置的锥孔内,镗刀安置在刀杆的方孔中,通过紧固螺钉实现镗刀与刀杆的固定连接。滑块通过紧定螺钉实现与圆盘的固定连接 4应用特点

齿轮开合机构主要由轴承体和螺杆组成,当需要精确调整镗刀刀径时,拧松紧定螺钉,顺时针拧动螺杆,在螺杆和轴承体螺纹孔组成的螺旋副作用下,轴承体在刻度盘的矩形导轨内沿刻度盘的径向向中心滑动,从而带动轴承体上的行星轮,同时与第一中心轮和第二中心轮啮合在一起,通过拧动刻度盘实现刀径尺寸的精确调整。

当需要快速粗调镗刀刀径时,可逆时针拧动螺杆,在螺杆和轴承体螺纹孔组成的螺旋副作用下,轴承体在刻度盘的矩形导轨内沿刻度盘的径向向外滑动,从而使行星轮与第一中心轮、第二中心轮脱开,为粗调镗刀做好准备。拧动小锥齿轮,由于小锥齿轮和锥齿盘啮合在一起,因此便可带动锥齿盘旋转。锥齿盘上设置的平面螺纹与滑块上设置的平面螺纹形成平面螺旋副,这样便可带动滑块沿圆盘的径向移动,从而达到快速调整镗刀刀径的目的。

当镗刀调整到位后,可拧紧紧定螺钉,将滑块压紧在圆盘上,以实现滑块与圆盘的固定连接。