垃圾壓縮設(shè)備中車廂鎖緊機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

徐貴平 王曉芳 寧海峰

長治清華機(jī)械廠 山西長治 046012

1 前言

現(xiàn)有生活垃圾壓縮設(shè)備中的車廂鎖緊機(jī)構(gòu)[1]，其鎖緊鉤只是執(zhí)行單一回轉(zhuǎn)動(dòng)作，沒有縱向行程，在工作過程中常常會(huì)發(fā)生鎖緊鉤鎖不住車廂，或者在壓縮滿車廂后鎖緊鉤打不開車廂等故障。同時(shí)，由于垃圾壓縮機(jī)與車廂對(duì)接處的間隙無法消除，在壓縮垃圾過程中污水和灰塵就會(huì)由對(duì)接接縫中漏出，造成了工作環(huán)境的二次污染。針對(duì)上述缺陷，本文對(duì)生活垃圾壓縮設(shè)備中的重要部件——車廂鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)與受力分析，確保改進(jìn)后其受力結(jié)構(gòu)件滿足強(qiáng)度和功能要求。

2 車廂鎖緊機(jī)構(gòu)的原結(jié)構(gòu)形式

車廂鎖緊機(jī)構(gòu)固定于壓縮機(jī)入口兩側(cè)，通過鎖緊油缸驅(qū)動(dòng)鎖緊鉤執(zhí)行打開或鎖緊車廂動(dòng)作。當(dāng)車廂與垃圾壓縮機(jī)對(duì)接后，鎖緊機(jī)構(gòu)便將車廂與壓縮機(jī)鎖定成一體，確保壓縮垃圾時(shí)車廂固定不動(dòng)。垃圾壓縮設(shè)備及專用車廂示意圖及原車廂鎖緊機(jī)構(gòu)示意圖見圖1、2所示。

3 垃圾壓縮機(jī)中車廂鎖緊機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

由于原車廂鎖緊機(jī)構(gòu)在工作過程中常出現(xiàn)故障，對(duì)其進(jìn)行如下改進(jìn)：

a. 鎖緊鉤增加導(dǎo)向槽。導(dǎo)向槽的前端為一斜槽，以控制鎖緊鉤的打開與鎖緊；后端為一直線槽，以控制鎖緊鉤縱向壓緊或松開專用車廂。這樣，就可確保鎖緊鉤打開與鎖緊的動(dòng)作更加順暢可靠，消除了故障隱患。結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

b. 在壓縮機(jī)和專用車廂對(duì)接處增加一圈高彈性密封條，鎖緊鉤的縱向行程正好壓緊密封條，保證了對(duì)接處的良好密封性。避免了二次污染，改善了工作環(huán)境。結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

c. 將油路系統(tǒng)中的節(jié)流閥和雙向液壓鎖的安裝位置從換向閥組處調(diào)整到鎖緊油缸的進(jìn)出油路的端口處，由此可以更加方便地同步調(diào)節(jié)兩個(gè)鎖緊油缸，同時(shí)排除了管路系統(tǒng)長期處于高壓狀態(tài)時(shí)容易出現(xiàn)油管破裂的隱患。

4 垃圾壓縮機(jī)中車廂鎖緊機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析

垃圾壓縮機(jī)在壓縮垃圾時(shí)車廂鎖緊機(jī)構(gòu)一直處于受力狀態(tài)，鎖緊鉤及油缸座一直受到垃圾反彈膨脹的作用力，故分別對(duì)其結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行重點(diǎn)分析。而導(dǎo)向座僅起導(dǎo)向作用，不是主要受力件，同時(shí)鎖緊油缸及其液壓鎖的受力通常是處在正常工作壓力范圍內(nèi)，故無需對(duì)導(dǎo)向座進(jìn)行受力分析。現(xiàn)僅對(duì)鎖緊鉤、鎖緊油缸座與壓縮機(jī)的連接部位進(jìn)行有限元分析。

4.1 鎖緊鉤有限元分析

為了更直觀地了解車廂鎖緊機(jī)構(gòu)的幾何形狀及其使用原理，利用SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)車廂鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體建模(如圖5、6）。

首先利用有限元分析軟件對(duì)鎖緊鉤進(jìn)行分析計(jì)算[2]。根據(jù)鎖緊機(jī)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)，壓縮頭工作時(shí)依靠2個(gè)鎖緊鉤平衡，其工作壓力為32 t，故每個(gè)鎖緊鉤所受到的作用力為F=32/2=16 t。應(yīng)用COSMOS受力分析軟件對(duì)鎖緊鉤實(shí)體模型進(jìn)行約束和加載，載荷按每個(gè)16 t計(jì)，所選材料為Q345A低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[3]其力學(xué)性能參數(shù)為：彈性模量E=196～206 GPa，切變模量G=79 GPa，泊松比μ=0.24～0.28，許用應(yīng)力σs=345 MPa。

建立實(shí)體模型并通過COSMOS有限元分析軟件進(jìn)行分析，鎖緊鉤應(yīng)力云圖如圖7所示。由圖7可以看出，最大應(yīng)力點(diǎn)在鎖緊鉤的前端圓弧處且范圍很小，其最大應(yīng)力為240 MPa，小于許用應(yīng)力345 MPa。安全系數(shù)為1.43，由此得出材料的綜合力學(xué)性能完全滿足使用工況要求。

4.2 鎖緊油缸支座有限元分析

同樣，利用有限元分析軟件對(duì)鎖緊油缸支座進(jìn)行分析計(jì)算，所選材料相同。

經(jīng)過運(yùn)行分析，鎖緊油缸支座應(yīng)力云圖如圖8所示。由圖8可以看出，最大應(yīng)力點(diǎn)在鎖緊油缸支座的銷軸孔處，其最大應(yīng)力為69 MPa，小于許用應(yīng)力345 MPa，安全系數(shù)為5。由此得出材料的綜合力學(xué)性能完全滿足使用工況要求。

5 結(jié)論

通過對(duì)垃圾壓縮設(shè)備中車廂鎖緊機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，從功能原理上使車廂鎖緊機(jī)構(gòu)與車廂的鎖緊和分離更加順暢可靠，同時(shí)在壓縮垃圾過程中完全消除了污水和灰塵從對(duì)接接縫處外溢的現(xiàn)象，避免了二次污染，改善了工作環(huán)境。此外，通過建模及有限元受力分析，可以仿真得出車廂鎖緊機(jī)構(gòu)的全部受力構(gòu)件完全滿足實(shí)際使用工況要求。該設(shè)計(jì)改進(jìn)現(xiàn)已在產(chǎn)品上得到實(shí)際驗(yàn)證，其樣機(jī)在出廠前的百次例行試驗(yàn)中，無一次故障發(fā)生，且新產(chǎn)品交付用戶使用3個(gè)月后，用戶反饋該機(jī)構(gòu)無一次故障發(fā)生，而原鎖緊機(jī)構(gòu)的平均故障率達(dá)到了11%，說明改進(jìn)后實(shí)際使用效果良好。

[1]董濤,呂傳毅,楊先海.城市生活垃圾中轉(zhuǎn)站新型壓縮裝置的研究[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003(2):2-3.

[2]王勖成.有限單元法[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.