移動(dòng)式垃圾壓縮設(shè)備上料機(jī)構(gòu)振動(dòng)問題探討

尹騰飛 陳西山 劉進(jìn)雨

河南森源重工有限公司 河南許昌 461500

1 前言

移動(dòng)式垃圾壓縮設(shè)備作為一種新的垃圾收、轉(zhuǎn)、運(yùn)設(shè)備，其集垃圾收集、壓縮減容、轉(zhuǎn)運(yùn)于一體，相對于傳統(tǒng)的垃圾收轉(zhuǎn)運(yùn)方式，其基建費(fèi)用低，無二次污染，已逐漸成為居民生活垃圾清除、轉(zhuǎn)運(yùn)填滿的主要途徑。上料機(jī)構(gòu)是移動(dòng)式垃圾壓縮設(shè)備的重要組成部件，它負(fù)責(zé)了垃圾的收集裝載。目前國內(nèi)的移動(dòng)式垃圾壓縮設(shè)備的上料方式多采用聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)。

2 振動(dòng)沖擊的現(xiàn)象

如圖1所示，聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)由料斗、拉臂、驅(qū)動(dòng)油缸、調(diào)節(jié)拉桿等部件組成。在實(shí)際應(yīng)用過程中，料斗在裝卸垃圾扣合時(shí)，會(huì)與防撞塊產(chǎn)生較大的振動(dòng)沖擊，影響設(shè)備的穩(wěn)定性；且振動(dòng)沖擊引起的料斗往復(fù)躥動(dòng)對油缸桿端安裝軸產(chǎn)生較大的沖擊載荷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致安裝軸斷裂。

圖1 移動(dòng)式垃圾壓縮設(shè)備整體圖

3 聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)分析

聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)是一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)，對實(shí)際模型進(jìn)行簡化得其連桿機(jī)構(gòu)如圖2所示。

圖2 聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)簡圖

該機(jī)構(gòu)是由搖塊機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)組成，A、B、C三鉸點(diǎn)組成的機(jī)構(gòu)中0是油缸，且可繞A點(diǎn)擺動(dòng)，稱之為搖塊，該機(jī)構(gòu)是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化而成的搖塊機(jī)構(gòu)；B、D、E、F構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)，BF為機(jī)架，DE為連桿，且Lmax+ Lmin>L（其余兩桿長度之和），故該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。在此機(jī)構(gòu)中，搖塊機(jī)構(gòu)在油缸的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)雙搖桿機(jī)構(gòu)中的搖桿擺動(dòng)，從而帶動(dòng)料斗翻轉(zhuǎn)。

4 機(jī)構(gòu)模型的建立與Motion分析

為進(jìn)一步確定該聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)扣合時(shí)振動(dòng)沖擊的原因并為后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析做準(zhǔn)備，基于SolidWorks軟件平臺，建立機(jī)構(gòu)的CAD模型。為模擬實(shí)際工況，本文將料斗與機(jī)體、料斗與調(diào)節(jié)拉桿、調(diào)節(jié)拉桿與拉臂、拉臂與油缸座、拉臂與油缸、油缸與油缸座之間配合選擇為轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈約束，分別在定距離的勻速直線馬達(dá)模擬油缸驅(qū)動(dòng)和勻速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)模擬拉臂驅(qū)動(dòng)兩種工況下，運(yùn)用Motion分析對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。

圖3 聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)的CAD模型

4.1 工況一

工況一為定距離的勻速直線馬達(dá)模擬油缸驅(qū)動(dòng)。運(yùn)用Motion分析模塊對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，然后選取料斗前端與防撞塊接觸處為測量點(diǎn)，提取其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度、角加速度的幅值生成圖表，得到結(jié)果如圖4、5。

根據(jù)檢測點(diǎn)的角速度和角加速度曲線表，能夠看出工況一下料斗前端速度和加速度會(huì)在料斗扣合時(shí)驟然增加，與防撞塊撞擊時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)沖擊和往復(fù)躥動(dòng)。

圖4 工況一監(jiān)測點(diǎn)的角速度

圖5 工況一監(jiān)測點(diǎn)的角加速度

4.2 工況二

工況二為勻速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)模擬拉臂驅(qū)動(dòng)。運(yùn)用Motion分析模塊對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，然后選取料斗前端與防撞塊接觸處為測量點(diǎn)，提取其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度、角加速度的幅值生成圖表，得到結(jié)果如圖6、7。

圖6 工況二檢測點(diǎn)的角速度

圖7 工況二檢測點(diǎn)的角加速度

根據(jù)檢測點(diǎn)的角速度和角加速度曲線表，能夠看出工況二下料斗前端速度和加速度在料斗扣合時(shí)都比較小，不會(huì)引起較大的振動(dòng)沖擊和往復(fù)躥動(dòng)。

5 數(shù)學(xué)模型的建立

對比工況一和工況二所得到的分析結(jié)果，可以看出料斗扣合后角速度和角加速度驟然增加是由搖塊機(jī)構(gòu)引起。

圖8 搖塊機(jī)構(gòu)簡圖

如圖8所示搖塊機(jī)構(gòu)簡圖，假設(shè)油缸伸出速度為V0，BC長度為L1，AB長度為L，AC長度為L0+ V0t，則：

又：cosα=sinγ

且由余弦定理可得：

可得C點(diǎn)速度方程：

加速度方程：

從所得的數(shù)學(xué)模型可以看出，要想減少料斗扣合時(shí)的振動(dòng)沖擊，應(yīng)增大扣合時(shí)sinγ的值。

6 論證

根據(jù)數(shù)學(xué)模型所得結(jié)果，調(diào)整聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，增大扣合時(shí)γ的值。在定距離的勻速直線馬達(dá)模擬油缸驅(qū)動(dòng)下，運(yùn)用Motion分析模塊對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，然后選取料斗前端與防撞塊接觸處為測量點(diǎn)，提取其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度、角加速度的幅值生成圖表，得到結(jié)果如圖9、10所示。

對比調(diào)整前工況一下檢測點(diǎn)角速度和角加速度的幅值曲線表，可以看出調(diào)整后，料斗前端速度和加速度在料斗扣合時(shí)都有明顯的減小。

7 結(jié)語

圖9 調(diào)整后工況一檢測點(diǎn)的角速度

圖10 調(diào)整后工況一檢測點(diǎn)的角加速度

a. 對聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，對實(shí)際模型進(jìn)行簡化得到其機(jī)構(gòu)簡圖，可知聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)是由搖塊機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)組成，搖塊機(jī)構(gòu)在油缸的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)雙搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿擺動(dòng)，從而帶動(dòng)料斗翻轉(zhuǎn)；

b. 建立了聯(lián)體上料機(jī)構(gòu)的CAD模型，并運(yùn)用Motion分析軟件對其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得出不同工況下料斗前端與防撞塊接觸處的角速度和角加速度曲線圖表；

c. 對比兩種工況下角速度和角加速度圖表可知，引起料斗扣合振動(dòng)的主要原因是搖塊機(jī)構(gòu)。建立搖塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，從而確立后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向,在結(jié)構(gòu)允許的情況下盡可能增大料斗扣合時(shí)γ的值，能夠明顯改善上料機(jī)構(gòu)振動(dòng)問題。在后期的生產(chǎn)中，按上述方案對垃圾壓縮設(shè)備的上料機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使用效果良好。