移動式垃圾壓縮設(shè)備上料機構(gòu)振動問題探討

尹騰飛 陳西山 劉進雨

河南森源重工有限公司 河南許昌 461500

1 前言

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

2 振動沖擊的現(xiàn)象

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

圖1 移動式垃圾壓縮設(shè)備整體圖

3 聯(lián)體上料機構(gòu)分析

聯(lián)體上料機構(gòu)是一個連桿機構(gòu)，對實際模型進行簡化得其連桿機構(gòu)如圖2所示。

圖2 聯(lián)體上料機構(gòu)簡圖

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

4 機構(gòu)模型的建立與Motion分析

為進一步確定該聯(lián)體上料機構(gòu)扣合時振動沖擊的原因并為后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析做準備，基于SolidWorks軟件平臺，建立機構(gòu)的CAD模型。為模擬實際工況，本文將料斗與機體、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)動鉸鏈約束，分別在定距離的勻速直線馬達模擬油缸驅(qū)動和勻速旋轉(zhuǎn)馬達模擬拉臂驅(qū)動兩種工況下，運用Motion分析對機構(gòu)進行分析計算。

圖3 聯(lián)體上料機構(gòu)的CAD模型

4.1 工況一

工況一為定距離的勻速直線馬達模擬油缸驅(qū)動。運用Motion分析模塊對機構(gòu)進行運動學分析，然后選取料斗前端與防撞塊接觸處為測量點，提取其轉(zhuǎn)動角速度、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在料斗扣合時驟然增加，與防撞塊撞擊時產(chǎn)生振動沖擊和往復(fù)躥動。

圖4 工況一監(jiān)測點的角速度

圖5 工況一監(jiān)測點的角加速度

4.2 工況二

工況二為勻速旋轉(zhuǎn)馬達模擬拉臂驅(qū)動。運用Motion分析模塊對機構(gòu)進行運動學分析，然后選取料斗前端與防撞塊接觸處為測量點，提取其轉(zhuǎn)動角速度、角加速度的幅值生成圖表，得到結(jié)果如圖6、7。

圖6 工況二檢測點的角速度

圖7 工況二檢測點的角加速度

根據(jù)檢測點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都比較小，不會引起較大的振動沖擊和往復(fù)躥動。

5 數(shù)學模型的建立

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構(gòu)引起。

圖8 搖塊機構(gòu)簡圖

如圖8所示搖塊機構(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點速度方程：

加速度方程：

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

6 論證

根據(jù)數(shù)學模型所得結(jié)果，調(diào)整聯(lián)體上料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，增大扣合時γ的值。在定距離的勻速直線馬達模擬油缸驅(qū)動下，運用Motion分析模塊對機構(gòu)進行運動學分析，然后選取料斗前端與防撞塊接觸處為測量點，提取其轉(zhuǎn)動角速度、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都有明顯的減小。

7 結(jié)語

圖9 調(diào)整后工況一檢測點的角速度

圖10 調(diào)整后工況一檢測點的角加速度

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

b. 建立了聯(lián)體上料機構(gòu)的CAD模型，并運用Motion分析軟件對其進行運動學分析，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，引起料斗扣合振動的主要原因是搖塊機構(gòu)。建立搖塊機構(gòu)的數(shù)學模型，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γ的值，能夠明顯改善上料機構(gòu)振動問題。在后期的生產(chǎn)中，按上述方案對垃圾壓縮設(shè)備的上料機構(gòu)進行優(yōu)化，使用效果良好。